что такое промышленная биотехнология

Промышленная биотехнология

Понятие и составные части промышленной биотехнологии

Промышленная биотехнология объединяет в себе химию, молекулярную и микробиологию с прикладными науками для использования микроорганизмов, клеток, тканей и генов с целью проведения технологических процессов различной направленности. Эта область исследований является одной из наиболее перспективных сегодня, и позволяет не только изменять и улучшать характеристики веществ, но и создавать новые микроорганизмы с уникальными функциями.

Достижения биотехнологии экономически и экологически выгодны, что ведет к ее широкому распространению практически в каждой отрасли – от нефтепереработки до сельского хозяйства.

Применение биотехнологии в промышленности и сельском хозяйстве

Кроме очевидных разработок направленных на синтез продовольствия, лекарственных препаратов и селекции садово-огородных культур, биотехнологии также применяются в металлургии, при повышении добычи нефти и утилизации всевозможных отходов. Оптимизация деградации последних направлена на решение энергетической проблемы человечества.

Биоэнергетика активно работает над отказом от привычных источников и переходом на экологически безопасные. Уже сегодня целлюлозные отходы сельского хозяйства под воздействием ферментов трансформируются в глюкозу и далее – в топливо.

Также поступают и с продуктами жизнедеятельности скота, который можно преобразовать в биогаз и качественные удобрения. Кроме того, микробное выщелачивание позволяет обрабатывать даже самые бедные руды выделяя из них ценные металлы.

Бактерии эффективно содействуют с метаном и могут как полностью удалить его, например из шахты, так и образовать для пробуждения нефтяных пластов.

Пищевая промышленная биотехнология начинается с клеточной инженерии и их слияния, что увеличивает урожайность, живучесть и плодоносность гибридных растений в несколько раз.

Благодаря современным разработкам больше не надо ждать десятки лет, непрерывно экспериментируя с селекцией – генная модификация абсолютно безопасна и гораздо более эффективна.

Методы промышленной биотехнологии, такие как микробиологический синтез, позволяют создать пищевой белок не отличимый от натурального и созревающий в 10 раз быстрее при минимальных затратах на производство.

А аминокислоты, также изготовленные биохимическим способом, выступают как ферменты, дрожжи и ароматическо-вкусовые добавки. Именно эти технологии должны прокормить человечество в будущем благодаря невероятной эффективности, экологичности и низкому показателю энергоемкости.

Биотехнология за заботу об окружающей среде

Промышленная экология и биотехнологии занимаются исследованиями в области снижения загрязнения природы. Сейчас необычайно остро стоит проблема, как токсичных отбросов, так и перегрева, вследствие изменения климата, чрезмерного электромагнитного излучения, шума и прочих факторов. Данное направление науки ориентированно на:

Промышленная биотехнология уже сейчас предлагает эффективные методы решения множества экологических проблем, в то время когда ученые утверждают, что их исследования находятся только на начальном этапе.

Биотехнология и микромир

Промышленная биотехнология микроорганизмов занимается разработкой лекарственных препаратов несколькими путями.

Первый – извлечение экстрактов из лекарственных растений искусственно выращенных в максимально подходящих условиях полностью или только в виде нескольких необходимых клеточных тканей. Кроме медицины такой подход применяется в парфюмерии для выделения ценных и ароматических веществ.

Второй – синтез антибиотиков, ферментов, витаминов, катализаторов, ингибиторов и других добавок, облегчающих управление веществами. Такие дополнения обеспечивают:

Разумно объединенные промышленное производство и биотехнология гарантируют человечеству здоровое и сытое будущее. Каждая новая разработка данной отрасли все больше направлена на сбережение ценных ресурсов планеты и их сохранения.

Технологии промышленной биотехнологии на выставке

ЦВК «Экспоцентр» традиционно является лидером среди представителей отечественной выставочной индустрии. Качественное выполнение глобальной задачи организации и сбора огромного количества людей, заинтересованных в развитии конкретной отрасли и своего бизнеса как ее части можно оценить на примере выставки «Химия».

На экспозиции традиционно будут присутствовать представители отечественных и иностранных компаний, ученые разработчики, сотрудники государственных ведомств и журналисты. Именно от них зависит текущее и будущее состояние отрасли.

Ни для кого не секрет что химическое производство требует знания основы промышленной биотехнологии, которая на сегодняшний день все активнее развивается и проникает во все сферы жизнедеятельности.

Источник

Внедрение биотехнологий в промышленность: шаг в будущее

Биотехнология — одно из важнейших направлений научно-технического прогресса, быстро развивающаяся отрасль науки и производства, основанная на промышленном применении естественных и целенаправленно созданных живых систем (прежде всего микроорганизмов).

Одним из важнейших условий успеха инновационного развития России в глобальной конкуренции является развитие биотехнологий наряду с информационными технологиями и нанотехнологиями.

Биотехнология представляет собой пограничную между биологией и техникой научную дисциплину и сферу практики, изучающую пути и методы изменения окружающей человека природной среды в соответствии с его потребностями.

Таким образом, биотехнология (технология живых систем) — это дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач и создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии, и производственное использование биологических структур (микроорганизмы, растительные и животные клетки, клеточные компоненты, биологические макромолекулы) в целях получения пищевых и промышленных продуктов для осуществления целевых превращений.

Любой биотехнологический процесс и биотехнологию в целом можно представить в виде схемы (схема 1).

Схема 1
Составляющие биотехнологического процесса

В результате преобразования живых или неживых материалов получают биотехнологическую продукцию — продукцию или услугу, получение которой требует использования одной или более биотехнологических методик, включая интеллектуальные результаты (технические ноу-хау), полученные в результате биотехнологических исследований и разработок.

Согласно ГОСТ Р 57079–2016 «Биотехнологии. Классификация биотехнологической продукции», утвержденному приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 сентября 2016 года № 1160-ст, в качестве биотехнологической продукции могут выступать некоторые продукты и услуги.

1. Материальные продукты, являющиеся, как правило, альтернативой продуктам, полученным синтетическим путем (например, каротиноиды, аминокислоты, витамины, биопластики и т. д.), либо образующие новый вид натуральных продуктов (например, биоколлекции, генбанки и т. д.) или их компоненты (например, ферменты кормовые, программное обеспечение (биоинформационный анализ) и т. д.).

2. Полупродукты, являющиеся сырьем для различных видов промышленности: химической (например, низкомолекулярные органические соединения для органического синтеза), фармацевтической (например, субстанции антибиотиков), пищевой (например, стартовые культуры и закваски) и др.

3. Услуги, например, в области диагностики биообъектов (возбудителей заболеваний растений, животных, человека; генетических признаков ценных свойств представителей флоры и фауны, их типирование) или природоохранной деятельности и рационального природопользования (биомониторинг).

По оценкам Правительства Российской Федерации, сфера биотехнологий пока не получила достаточного импульса для развития в России (за исключением биофармацевтики), хотя ее важность для развития экономики страны трудно переоценить. Без массового внедрения биотехнологий и биотехнологических продуктов невозможна модернизация технологической базы современного промышленного производства. Для целого ряда отраслей (агропищевой сектор, лесной сектор, ряд подотраслей химической и нефтехимической промышленности, фармацевтической отрасли и биомедицинского сектора здравоохранения) модернизация и будет означать переход на биотехнологические методы и продукты.

Потребителями продукции биотехнологии являются преимущественно высокоразвитые страны: США, Канада, Япония и Европейский Союз. Однако такие развивающиеся страны, как Китай, Индия, Бразилия также реализуют масштабные программы развития биотехнологий.

Классификация биотехнологий

В мире принята «цветовая» классификация биотехнологии.

1. «Красная» биотехнология — биотехнология, связанная с обеспечением здоровья человека и потенциальной коррекцией его генома, а также с производством биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов, антител).

2. «Зеленая» биотехнология — разработка, создание и внедрение генетически модифицированных растений в агрокультуру. Определяет современные методы ведения сельского и лесного хозяйства.

3. «Белая» биотехнология — промышленная биотехнология, объединяющая производство биотоплива, ферментов и биоматериалов для различных отраслей промышленности, в частности, пищевой, химической и нефтеперерабатывающей.

4. «Серая» биотехнология связана с природоохранной деятельностью.

5. «Синяя» биотехнология связана с использованием морских организмов и сырьевых ресурсов.

Требования законодательства относительно развития биотехнологий

Политика Российской Федерации в биотехнологическом секторе экономики определена в стратегическом документе — Комплексной программе развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года, утвержденной Председателем Правительства Российской Федерации 24 апреля 2012 года № 1853п–П8 (далее — Комплексная программа).

1. Выход России на лидирующие позиции в области разработки биотехнологий, в том числе по отдельным направлениям биомедицины, агробиотехнологий, промышленной биотехнологии и биоэнергетики, и создание глобально конкурентоспособного сектора биоэкономики, который наряду с наноиндустрией и информационными технологиями должен стать основой модернизации и построения постиндустриальной экономики. Эта цель определена в Комплексной программе в качестве стратегической цели.
2. К 2015 году:
• развитие внутреннего спроса и экспорта биотехнологической продукции;
• создание производственно-технологической базы для формирования новых подотраслей промышленности, способных в долгосрочной перспективе заменить существенную часть продуктов, производимых методом химического синтеза, продуктами биологического синтеза;
• создание технологической и опытно-промышленной базы для формирования биотопливной промышленности.
3. К 2020 году:
• создание институциональных условий для проведения глубокой модернизации технологической базы соответствующих отраслей промышленности за счет массового внедрения в производство методов и продуктов биотехнологий;
• интеграция научно-технологического сектора России в международную систему производства знаний с выходом на опережающее развитие научного потенциала, ориентированного на создание знаний и технологий, способных наряду с нанотехнологиями и информационными технологиями обеспечить модернизацию промышленного сектора.

Задачи:

1. Создание инфраструктуры развития биотехнологии в России.
2. Формирование и реализация приоритетных инновационных и инвестиционных проектов в биотехнологии.
3. Широкомасштабное развертывание биоиндустрии в регионах России по всем секторам биотехнологии.
4. Поддержка развития науки о жизни и физико-химической биологии.
5. Создание современных образовательных программ и системы подготовки кадров в области биотехнологии.
6. Сохранение и развитие биоресурсного потенциала Российской Федерации как основы биоиндустрии.
7. Решение актуальных социально-экономических, энергетических, экологических и других проблем страны методами и средствами биотехнологии.
8. Интеграция отечественной биотехнологии в мировую биоэкономику.
9. Совершенствование правовой, экономической, информационной и организационной базы для развития биотехнологии.

Ожидаемые результаты:

1. Увеличение в 8,3 раза объема потребления биотехнологической продукции в Российской Федерации.
2. Увеличение объема производства биотехнологической продукции в Российской Федерации в 33 раза.
3. Сокращение доли импорта в потреблении биотехнологической продукции на 50 %.
4. Увеличение доли экспорта в производстве биотехнологической продукции более чем в 25 раз.
5. Выход на уровень производства биотехнологической продукции в России в размере около 1 % ВВП к 2020 году и создание условий для достижения сектором объемов не менее 3 % ВВП к 2030 году.
6. В сфере медицинского обслуживания за счет широкого распространения новых методов диагностики и практики персонализированной медицины резко возрастет результативность лечения.
7. В сфере экологии будут созданы эффективные методы ликвидации загрязнений и предотвращения вредного антропогенного воздействия на окружающую среду.
8. В сфере сельского хозяйства внедрение биотехнологий будет способствовать повышению продовольственной безопасности страны.
9. Развитие сферы биоэнергетики будет содействовать появлению новых доступных источников энергии.
Реализация Комплексной программы приведет к значимым социальным эффектам (схема 2).

Схема 2
Существенные изменения в различных сферах деятельности

В качестве приоритетных направлений развития биотехнологий в Комплексной программе выделены следующие:
• биофармацевтика и биомедицина;
• промышленная биотехнология и биоэнергетика;
• сельскохозяйственная и пищевая биотехнология;
• лесная биотехнология;
• природоохранная (экологическая) биотехнология;
• морская биотехнология.

Этапы реализации стратегической цели Комплексной программы

Реализация стратегической цели Комплексной программы включает два этапа (схема 3).

Схема 3
Этапы реализации Комплексной программы

Сейчас Россия находится на втором этапе реализации стратегической цели. Согласно Комплексной программе цель II этапа развития биоэкономики в Российской Федерации заключается в формировании институциональных условий для проведения глубокой модернизации технологической базы соответствующих отраслей промышленности за счет массового внедрения в производство методов и продуктов биотехнологий. Необходима интеграция научно-технологического сектора России в международную систему производства знаний с выходом на опережающее развитие научного потенциала, ориентированного на создание знаний и технологий, способных обеспечить модернизацию промышленного сектора.

Для достижения цели II этапа в соответствии с Комплексной программой должен быть решен комплекс задач.

1. Формирование производственно-технологической базы по всем основным видам продукции промышленной биотехнологии.

2. Создание промышленной базы развития биоэнергетики, включая производство электроэнергии и тепла из биомассы, производство биотоплива.

3. Создание комплексной междисциплинарной системы исследований и разработок, глубоко интегрированной в международную технологическую среду.

4. Совершенствование механизмов поддержки малого инновационного предпринимательства, направленного на вовлечение потенциала научных организаций в создание и производство новых биотехнологических продуктов.

На II этапе реализации Комплексной программы будет создана технологическая и промышленная база для новых рынков (прежде всего, в промышленной биотехнологии, лесоперерабатывающем секторе и производстве биотоплива), объем потребления биотехнологической продукции возрастет в 2,5 раза, экспорт продукции вырастет в 5 раз.
С целью развития внутреннего спроса, производства и экспорта биотехнологической продукции, а также формирования институциональных условий для проведения глубокой модернизации технологической базы промышленности за счет массового внедрения в производство методов и продуктов биотехнологий Правительство Российской Федерации распоряжением от 28 февраля 2018 года № 337-р утвердило План мероприятий («дорожная карта») «Развитие биотехнологий и генной инженерии» на 2018–2020 годы (далее — План мероприятий). В указанном документе планируется дальнейшее развитие производственного потенциала и кооперации в сфере биомедицины и биофармацевтики, сельскохозяйственных и промышленных биотехнологий, биоэнергетики, лесных и экологических биотехнологий, генной инженерии, а также определены мероприятия, сроки их исполнения и ответственные исполнители для оценки хода реализации плана.

Промышленная биотехнология и биоэнергетика

Промышленная биотехнология является практической ветвью биотехнологии, которая осуществляет широкомасштабное производство биопродуктов по всем секторам биотехнологии (медицинскому, пищевому, сельскохозяйственному, энергетическому, экологическому и др.).

Основой создания широкого многообразия биопродуктов является биологический синтез, который позволяет создавать новые продукты с заданными свойствами. Это относится как к традиционным областям (продукты питания для человека, корма для животных и так далее), так и к принципиально новым (производство биополимеров, производство биоразлагаемых продуктов, биотопливо). Как отмечено в Комплексной программе, этот сектор является в настоящий момент мощным двигателем развития биотехнологической промышленности в мире. Общественное внимание приковано к проблеме биотоплива, однако она не является определяющей для развития мировой биотехнологической промышленности. Современное положение дел таково, что именно прогресс в технологиях промышленного производства продукции тонкой химии и биополимеров является основным стимулом для создания крупных производств по переработке возобновляемой биомассы, в первую очередь целлюлозосодержащего сырья.

Согласно Плану мероприятий объем производства продукции на основе промышленных биотехнологий в 2020 году должен составить 14,8 млрд рублей (возрасти на 1,9 млрд рублей по сравнению с 2018 годом).

Технологии получения в промышленных масштабах энергии из различных видов возобновляемого сырья биологического происхождения (жидкого, твердого и газообразного биотоплива) имеет важное значение для экономики России, поскольку сокращает ее зависимость от невозобновляемых источников энергии в условиях исчерпания потенциала энерго-сырьевого сценария развития экономики. В частности, как отмечено в Энергетической стратегия России на период до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 года № 1715-р, (далее — Энергетическая стратегия) одной из основных проблем в сфере энергетической безопасности России является монозависимость российской экономики и энергетики от природного газа, доля которого в структуре внутреннего потребления топливно-энергетических ресурсов составляет около 53 %.

Поэтому в Энергетической стратегии одним из приоритетных направлений научно-технического прогресса является расширение производства и использования новых видов топлива, получаемых из различных видов биомассы.

Однако на сегодняшний день в России, как указано в Комплексной программе, биоэнерегетическая отрасль пока не получила развития, адекватного современным условиям развития мировой экономики и требованиям экологичности. В настоящее время стоит задача поэтапного создания новых технологических подходов и развития производственной базы в биоэнергетике.

В рамках государственных программ Российской Федерации планируется разработка и осуществление комплексов мероприятий.

1. Производство электрической энергии и тепла из биомассы.
В рамках комплекса мероприятий будет осуществляться внедрение и развитие технологий производства тепла и электроэнергии из биомассы, включая технологии преобразования энергии, основанные на принципах живой природы (биотопливные элементы, бионакопители энергии, биодвижители и так далее).

2. Поглощение (утилизация) эмиссии парниковых газов, образуемых в энергетических производственных циклах, промышленных и коммунальных стоков для интенсификации производства непищевой биомассы.
В рамках данного комплекса мероприятий планируется внедрение и развитие технологий, направленных на повышение коэффициентов использования топлива в энергетике, содействие достижению целей Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата, создание нормативно-правовых условий для стимулирования рынка экологически ориентированных энергетических технологий, например, развитие систем поглощения водорослями углекислого газа на крупных электростанциях и производство ценных продуктов с высокой добавленной стоимостью и энергоносителей по замкнутому энергетическому циклу.

3. Предотвращение и ликвидация последствий вредного антропогенного воздействия на окружающую среду энергетической отраслью методами биоконверсии.
Внедрение и развитие технологий, направленных на исключение вредного антропогенного воздействия предприятиями топливно-энергетического комплекса на всех стадиях жизненного цикла энергетической продукции. Создание нормативно-правовых условий для стимулирования рынка экологически ориентированных энергетических технологий, например, обеспечение обязательного внедрения биоразлагаемых сорбентов для очистки поверхностных вод в системах хранения топлива.

4. Биоэнергетическое машиностроение.
Развитие отрасли машиностроения, направленной на обеспечение мероприятий по биоэнергетике высокотехнологичными системами и оборудованием.

5. Производство биотоплива и его компонентов из биомассы с заданными химмотологическими свойствами.
В рамках данного направления будет развиваться производство твердого, жидкого и газообразного биотоплива (в том числе биометана и биоводорода), а также биокомпонентов для топлива (присадки), произведенного из сырья ископаемого происхождения.

6. Промышленное производство непищевой биомассы для получения топливно-энергетических ресурсов, включая технологии селекции и методы биоинженерии.
Комплекс мероприятий по данному направлению включает проведение исследований, конструкторских разработок, внедрение и развитие технологий выращивания и переработки биомассы, в том числе генномодифицированной, включая вопросы обеспечения биологической безопасности.

7. Энергетическая утилизация отходов.
Одним из наиболее широко распространенных способов утилизации отходов в настоящее время является их использование для производства электрической и тепловой энергии. В рамках данного направления предполагается обеспечение условий для создания сети предприятий, расположенных в районах концентрации больших объемов промышленных отходов и организация переработки отходов в целях получения тепла и электроэнергии. Также предполагается решить вопросы, связанные с переработкой бытовых отходов.
Таким образом, одной из слагаемых успешного инновационного развития России является развитие биотехнологий. Необходимость их развития и внедрения обусловлена еще и тем, что за прошедшие 20 лет в мире созданы принципиально новые биотехнологии и продукты, а производство ранее известных существенно оптимизировано. Россия почти не участвует в этом процессе. В итоге более 80 % биотехнологической продукции, которая потребляется в России, является импортом, а объемы потребления биотехнологической продукции в России остаются несопоставимо низкими по сравнению как с развитыми, так и с развивающимися странами.

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

Источник

Промышленная биотехнология. Основные направления биотехнологии. Основные типы биопроцессов.

Биотехнологическую промышленность иногда разделяют на четыре направления:

§ «Красная» биотехнология — производство биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов, антител) для человека, а также коррекция генетического кода.

§ «Зелёная» биотехнология — разработка и внедрение в культуру генетически модифицированных растений.

§ «Белая» биотехнология — производство биотоплив, ферментов и биоматериалов для различных отраслей промышленности.

§ Академические и правительственные исследования — например, расшифровка генома риса.

Микробиологическая индустрия выпускает 150 видов продукции, крайне необходимой народному хозяйству. Её гордость — кормовой белок, получаемый на основе выращивания дрожжей. В год его производят более 1 млн. тонн. Другое важное достижение — выпуск ценнейшей кормовой добавки — незаменимой аминокислоты лизина. Усвояемость белковых веществ, содержащихся в продукции микробиологического синтеза, такова, что 1 т кормового белка экономит 5-8 т зерна. Добавка 1 т биомассы дрожжей в рацион птиц, например, позволяет получить дополнительно 1,5-2 т мяса или 25-35 тыс. яиц, а в свиноводстве — высвободить 5-7 т фуражного зёрна. Дрожжи — не единственный возможный источник белка. Он может быть получен путём выращивания микроскопических зелёных водорослей, различных простейших и других микроорганизмов. Уже разработаны технологии их использования, проектируются и строятся предприятия-гиганты мощностью от 50 до 300 тыс. тонн продукции в год. Их эксплуатация позволит внести весомый вклад в решение народно-хозяйственных задач.

Если ген человека, отвечающий за синтез какого-либо фермента или другого важного для организма вещества, пересадить в клетки микроорганизмов, то в соответствующих условиях микроорганизмы будут продуцировать чуждое им соединение в промышленных масштабах. Учёные разработали и внедрили в производство способ получения интерферона человека эффективного при лечении многих вирусных заболеваний. Из 1 л культуральной жидкости извлекают такое же количество интерферона, какое раньше получали из многих тонн донорской крови.

Другой пример — получение с помощью микроорганизмов гормона роста человека. Совместные разработки учёных Института молекулярной биологии, Института молекулярной биологии, Института биохимии и физиологии микроорганизмов России и институтов России позволяют производить уже граммы гормона, тогда как прежде этот препарат получали миллиграммами. В настоящее время препарат проходит испытания. Методы генетической инженерии создали возможность получения вакцин против таких опасных инфекций, как гепатит В, ящур крупного рогатого скота, а также разработки способов ранней диагностики ряда наследственных заболеваний и различных вирусных инфекций.

Генетическая инженерия начинает активно воздействовать на развитие не только медицины, но и других сфер народного хозяйства. Успешное развитие методов генетической инженерии открывает широкие возможности для решения ряда задач, стоящих перед сельским хозяйством. Это и создание новых ценных сортов сельскохозяйственных растений, устойчивых к различным заболеваниям и неблагоприятным факторам внешней среды, и ускорение процесса селекции при выведении высокопродуктивных пород животных, и создание для ветеринарии высокоэффективных средств диагностики и вакцин, и разработка методов биологической фиксации азота. Решение этих проблем будет способствовать научно-техническому прогрессу сельского хозяйства, и ключевая роль в этом будет принадлежать методам генетической и клеточной инженерии.

Клеточная инженерия — необычайно перспективное направление современной биотехнологии. Учёные разработали методы выращивания в искусственных условиях клеток растений животных и даже человека. Культивирование клеток позволяет получать различные ценные продукты, ранее добываемые в очень ограниченном количестве из-за отсутствия источников сырья. Особенно успешно развивается клеточная инженерия растений. Используя методы генетики, удается отбирать линии таких клеток растений — продуцентов важных веществ, которые способны расти на простых питательных средах и в то же время накапливать ценных продуктов в несколько раз больше, чем само растение. Выращивание массы клеток растений уже используется в промышленных масштабах для получения физиологически активных соединений. Налажено, например, производство биомассы женьшеня для нужд парфюмерной и медицинской промышленности. Закладываются основы производства биомассы лекарственных растений, разрабатываются способы выращивания клеточной массы других редких растений — продуцентов ценных веществ (родиолы розовой и др.).

Другое важное направление клеточной инженерии — клональное микроразмножение растений на основе культуры тканей. Основан этот метод на удивительном свойстве растений: из отдельной клетки или кусочка ткани в определенных условиях может вырасти целое растение, способное к нормальному росту и размножению. Этим методом из небольшой части растения можно получить до 1 млн. растений в год. Клональное микроразмножение используется для оздоровления и быстрого размножения редких, хозяйственно ценных или вновь созданных сортов сельскохозяйственных культур. Таким путем из клеток, не зараженных вирусами, получают здоровые растения картофеля, винограда, сахарной свеклы, садовой земляники, малины и многих других культур. В настоящее время разработаны методы микроразмножения и более сложных объектов — древесных растений (яблони, ели, сосны). На основе этих методов будут созданы технологии промышленного получения исходного посадочного материала ценных древесных пород. Методы клеточной инженерии позволят значительно ускорить селекционный процесс при выведении новых сортов хлебных злаков и других важных сельскохозяйственных культур: срок их получения сокращается до 3-4 лет (вместо 10-12 лет, необходимых при использовании обычных методов селекции). Перспективным способом выведения новых сортов ценных сельскохозяйственных культур является принципиально новый метод слияния клеток. Этот метод позволяет получать гибриды, которые не могут быть созданы обычным путем скрещивания в силу барьера межвидовой несовместимости. Методом слияния клеток получены, например, гибриды различных видов картофеля, томатов, табака; табака и картофеля, рапса и турнепса, табака и белладонны. На основе гибрида культурного и дикого картофеля, который устойчив к вирусам и другим заболеваниям, создаются новые сорта. Аналогичным способом получают ценный селекционный материал томатов и других культур. В перспективе — комплексное использование методов генетической и клеточной инженерии для создания новых сортов растений с заранее заданными свойствами, например, со сконструированными в них системами фиксации атмосферного азота. Большие успехи достигнуты клеточной инженерией в области иммунологии: разработаны методы получения особых гибридных клеток, производящих индивидуальные, или моноклональные, антитела. Это позволило создать высокочувствительные средства диагностики ряда тяжелых заболеваний человека, животных и растений.

Возможности биотехнологии практически безграничны. И в недалеком будущем еще более возрастет практическая значимость биотехнологии в решении важнейших задач селекции, медицины, энергетики, охраны окружающей среды от загрязнений.

Трансгенные растения — это те растения, которым пересажены гены.

§ 2. Используют продукты из трансгенной сои, кукурузы, картофеля и подсолнечника.

§ 3. В Америке решили вырастить помидор устойчивый к заморозкам. Взяли ген камбалы, отвечающий за терморегуляцию, и пересадили в клетки томата. Но помидор эту информацию понял по-своему, он не перестал бояться заморозков, а перестал портиться при хранении. Он может полгода лежать в комнате и не гнить.

Трансгенные животные, экспериментально полученные животные, содержащие во всех клетках своего организма дополнительную интегрированную с хромосомами и экспрессирующуюся чужеродную ДНК (трансген), которая передается по наследству по законам Менделя.

Изредка трансген может реплицироваться и передаваться по наследству как экстрахромосомный автономно реплицирующийся фрагмент ДНК. Термин «трансгеноз» был предложен в 1973 г. для обозначения переноса генов одних организмов в клетки организмов других видов, в том числе далеких в эволюционном отношении. Получение трансгенных животных осуществляется с помощью переноса клонированных генов (ДНК) в ядра оплодотворенных яйцеклеток (зигот) или эмбриональных стволовых (плюрипотентных) клеток. Затем в репродуктивные органы реципиентной самки пересаживают модифицированные зиготы или яйцеклетки, у которых собственное ядро заменено на модифицированное ядро эмбриональных стволовых клеток, либо бластоцисты (эмбрионы), содержащие чужеродную ДНК эмбриональных стволовых клеток. Имеются отдельные сообщения об использовании спермиев для создания трансгенных животных, однако этот прием пока не получил широкого распространения.

В последние годы в результате появления технологии клонирования животных возникли дополнительные возможности для создания трансгенных животных. Уже есть трансгенные животные, полученные с помощью микроинъекции генов в ядра дифференциированных клеток.

Все имеющиеся методы переноса генов пока еще не очень эффективны. Для получения одного трансгенного животного в среднем необходимы микроинъекции ДНК в 40 зигот мышей, 90 зигот козы, 100 зигот свиньи, 110 зигот овцы и в 1600 зигот коровы. Механизмы интеграции экзогенной ДНК или формирования автономных репликонов (единиц репликации, отличных от хромосом) при трансгенозе не известны. Встраивание трансгенов у каждого вновь получаемого трансгенного животного происходит в случайные участки хромосом, причем может происходить встраивание как единичной копии трансгена, так и множества копий, располагающихся, как правило, тандемно в единичном локусе одной из хромосом. Как правило, гомология между сайтом (местом) интеграции трансгена и самим трансгеном отсутствует. При использовании для трансгеноза эмбриональных стволовых клеток возможна предварительная селекция, что позволяет получать трансгенных животных с трансгеном, интегрированным в результате гомологичной рекомбинации с определенным участком генома хозяйского организма. С помощью этого подхода осуществляют, в частности, целенаправленное прекращение экспрессии определенного гена (это называют «нокаутом гена»).

Технология создания трансгенных животных является одной из наиболее бурно развивающихся биотехнологий в последние 10 лет. Трансгенные животные широко используются как для решения большого числа теоретических задач, так и в практических целях для биомедицины и сельского хозяйства. Некоторые научные проблемы не могли бы быть решены без создания трансгенных животных. На модели трансгенных лабораторных животных проводятся широкие исследования по изучению функции различных генов, регуляции их экспрессии, фенотипическому проявлению генов, инсерционному мутагенезу и др. Трансгенные животные важны для различных биомедицинских исследований. Существует множество трансгенных животных, моделирующих различные заболевания человека (рак, атеросклероз, ожирение и др.). Так, получение трансгенных свиней с измененной экспрессией генов, определяющих отторжение органов, позволит использовать этих животных для ксенотрансплантации (пересадки органов свиньи человеку). В практических целях трансгенные животные используются различными зарубежными фирмами как коммерческие биореакторы, обеспечивающие производство разнообразных медицинских препаратов (антибиотиков, факторов свертываемости крови и др.). Кроме того, перенос новых генов позволяет получать трансгенных животных, отличающихся повышенными продуктивными свойствами (например, усиление роста шерсти у овец, понижение содержания жировой ткани у свиней, изменение свойств молока) или устойчивостью к различным заболеваниям, вызываемым вирусами и другими патогенами. В настоящее время человечество уже использует множество продуктов, получаемых с помощью трансгенных животных: медицинские препараты, органы, пища.

Источник