Биотехнология

Министерство образования Российской Федерации Сибирский Государственный Технологический Университет Кафедра Физиологии РЕФЕРАТ На тему Биотехнология.Выполнил Студент гр.32-6 Мулява Владимир Валерьевич Проверила Сунцова Людмила Николаевна Красноярск 2001г. Содержание ВВЕДЕНИЕ 3 БИОТЕХНОЛОГИЯ НА СЛУЖБЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА, ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И НАУКИ 1. Биотехнология и сельское хозяйство 5 Биотехнология и растениеводство 5 Биотехнология и животноводство. 2. Технологическая биоэнергетика 11 Получение этанола как топлива. 11 Получение метана и других углеводородов. 12 Получение водорода как топлива будущего. 13 Пути повышения эффективности фотосинтетических систем. 14 Биотопливные элементы. 3. Биотехнология и медицина 15 Антибиотики. 15 Гормоны. 17 Интерфероны, интерлейкины, факторы крови. 18 Моноклокальные антитела и ДНК-или РНК-пробы. 19 Рекомбинантные вакцины и вакцины-антигены. 20 Ферменты медицинского назначения. 4. Биотехнология и пищевая промышленность 5. Биогеотехнология 24 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25 Список используемой литературы. 27 ВВЕДЕНИЕС древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в различных сферах практической деятельности человека.

К ним относятся хлебопечение, виноделие, приготовление кисло-молочных продуктов и т. д. Однако биологическая сущность этих процессов была выяснена лишь в XIX в благодаря работам Л. Пастера.

В первой половине XX в. сфера приложения биотехнологии пополнилась микробиологическим производством ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.

Немаловажный вклад в биотехнологические разработки внесли советские исследователи в СССР в 30-е годы были построены первые заводы по получению кормовых дрожжей на гидролизатах древесины, сельскохозяйственных отходах и сульфитных щелоках, под руководством В. Н. Шапошникова успешно внедрена технология микробиологического производства ацетона и бутанола.

Большую роль в создание основ отечественной биотехнологии внесло учение Шапошникова о двухфазном характере брожения. В 1926 г. в СССР были исследованы биоэнергетические закономерности окисления углеводородов микроорганизмами. В последующие годы биотехнологические разработки широко использовались в нашей стране для расширения ассортимента антибиотиков для медицины и животноводства, ферментов, витаминов, ростовых веществ, пестицидов.

С момента создания в 1963 г. Всесоюзного научно-исследовательского института биосинтеза белковых веществ в нашей стране налаживается крупнотоннажное производство богатой белками биомассы микроорганизмов как корма. В 1966 г. микробиологическая промышленность была выделена в отдельную отрасль Главное управление микробиологической промышленности при Совете Министров СССР - Главмикробиопром. Имеются ценные разработки по получению новых источников энергии биотехнологическим путем технологическая биоэнергетика, отметим большое значение биогаза - заменителя топлива, получаемого из недр земли.

Значительные успехи, достигнутые во второй половине XX в. в фундаментальных исследованиях в области биохимии, биоорганической химии и молекулярной биологии, создали предпосылки для управления элементарными механизмами жизнедеятельности клетки, что явилось мощным импульсом для развития биотехнологии.

Выяснение роли нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации, расшифровка генетического кода, раскрытие механизма индукции и репрессии генов, совершенствование технологии культивирования микроорганизмов, клеток и тканей растений и животных позволили разработать методы генетической и клеточной инженерии, с помощью которых можно искусственно создавать новые формы высокопродуктивных организмов.

Генетическая и клеточная инженерия рассматривается как принципиально новое направление биологической науки, которое сегодня ставят в один ряд с расщеплением атома, преодолением земного притяжения и созданием средств электроники Ю. А. Овчинников, 1985 . В разработку генноинженерных методов советские исследователи включились в 1972 г. Следует указать на успешное осуществление проекта Ревертаза - получение в промышленных масштабах обратной транскриптазы в СССР. С 1970 г. в нашей стране ведутся интенсивные исследования по селекции культур для непрерывного культивирования в промышленных целях.

Развитие методов для изучения структуры белков, выяснение механизмов функционирования и регуляции активности ферментов открыли путь к направленной модификации белков и привели к рождению инженерной энзимологии. Иммобилизованные ферменты, обладающие высокой стабильностью, становятся мощным инструментом для осуществления каталитических реакций в различных отраслях промышленности.

Все эти достижения поставили биотехнологию на новый уровень, качественно отличающийся от прежнего возможностью сознательно управлять клеточными процессами. В современном звучании биотехнология - это промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами. Биотехнология - междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук. Биотехнологический процесс включает ряд этапов подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов.

Многоэтапность процесса обусловливает необходимость привлечения к его осуществлению самых различных специалистов генетиков и молекулярных биологов, биохимиков и биооргаников, вирусологов, микробиологов и клеточных физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического оборудования и др. В Комплексной программе научно-технического прогресса стран - членов СЭВ в качестве первоочередных задач биотехнологии определены создание и широкое народнохозяйственное освоение - новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицины интерферонов, инсулина, гормонов роста человека, моноклональных антител и т.д позволяющих осуществить в здравоохранении раннюю диагностику и лечение тяжелых заболеваний - сердечно-сосудистых, злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных - микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений новых высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами генетической и клеточной инженерии - ценных кормовых добавок и биологически активных веществ кормового белка, аминокислот, ферментов, витаминов, ветеринарных препаратов и др. для повышения продуктивности животноводства новых методов биоинженерии для эффективной профилактики, диагностики и терапии основных болезней сельскохозяйственных животных - новых технологий получения хозяйственно ценных продуктов для использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промышленности - технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.

По оценкам специалистов, мировой рынок биотехнологической продукции уже к середине 90-х годов достигнет уровня 130-150 млрд. руб. Ю. А. Овчинников, 1985 . На пути решения поставленных задач биотехнологию подстерегают немалые трудности, связанные с исключительной сложностью организации живого.

Любой биообъект - это целостная система, в которой нельзя изменить ни один из элементов, не меняя остальных, нельзя произвольно перекомбинировать их, придавая организму то или иное желаемое свойство, например бактерии - способность к сверхсинтезу требуемой аминокислоты, сельскохозяйственному растению - устойчивость к фитопатоген-ным грибкам.

Любое воздействие на объект вызывает не только желаемые, но и побочные эффекты перестройка генома сказывается сразу на многих признаках организма.

У человека существуют гены, отвечающие за злокачественное перерождение клеток.

Высказывалось немало идей о необходимости превентивных генетических операций, пока не было установлено, что эти гены необходимы и для нормального роста.

Помимо этого, экосистема также представляет собой целостную систему и изменения каждого из ее компонентов сказываются на остальных компонентах. Не исключено, что плазмида, с помощью которой трансплантирован желаемый ген культурному растению, будет далее передаваться сорнякам. Не будет ли в результате генных манипуляций превращаться в сорняк само культурное растение? Успехи, достигнутые в области генетической и клеточной инженерии на простейших биологических системах, прокариотных организмах, вселяют уверенность в преодолимость рассмотренных трудностей.

Что касается более сложных систем, а именно эукариотных организмов, то здесь делаются лишь первые шаги, идет накопление фундаментальных знаний. БИОТЕХНОЛОГИЯ НА СЛУЖБЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА, ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И НАУКИБиотехнологические разработки могут внести немаловажный вклад в решение комплексных проблем народного хозяйства, здравоохранения и науки.

Для удовлетворения пищевых потребностей необходимо увеличить эффективность растениеводства и животноводства. Именно на это, в первую очередь, нацелены усилия биотехнологов. Кроме того, биотехнология предлагает как источник кормового возможно, и пищевого белка клеточную массу бактерий, грибов и водорослей. Во-вторых, повышение цен на традиционные источники энергии нефть, природный газ, уголь и угроза исчерпания их запасов побудили человечество обратиться к альтернативным путям получения энергии.

Биотехнология может дать ценные возобновляемые энергетические источники спирты, биогенные углеводороды, водород. Эти экологически чистые виды топлива можно получать путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного производства. В-третьих, уже в наши дни биотехнология оказывает реальную помощь здравоохранению. Нет сомнений в терапевтической ценности инсулина, гормона роста, интерферонов, факторов свертывания крови и иммунной системы, тромболитических ферментов, изготовленных биотехнологическим путем.

Помимо получе ния лечебных средств, биотехнология позволяет проводить раннюю диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований на основе применения препаратов антигенов, моноклональных антител, ДНК РНК-проб. С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение инфекционных болезней. В-четвертых, биотехнология может резко ограничить масштабы загрязнения нашей планеты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами, токсичными компонентами автомобильных выхлопов и т. д. Современные разработки нацелены на создание безотходных технологий, на получение легко разрушаемых полимеров в частности, биогенного происхождения поли-b-оксибутирата, полиамилозы и поиск новых активных микроорганизмов-разрушителей полимеров полиэтилена, полипропилена, полихлорвинила. Усилия биотехнологов направлены также на борьбу с пестицидными загрязнениями - следствием неумеренного и нерационального применения ядохимикатов.

Биотехнологические разработки играют важную роль в добыче и переработке полезных ископаемых, получении различных препаратов и создании новой аппаратуры для аналитических целей. 1.

Биотехнология и сельское хозяйство

Биотехнология и сельское хозяйство

Биотехнология и растениеводство

Разрабатываются подходы к межвидовому переносу генов asm, обусловливаю... Предпосылкой для этого является получение очищенных препаратов соответ... Установлено, что подавляет не сам гербицид, а его дехлорированное прои... Комбинация из нескольких биологических средств нередко действует на вр... Разнообразны средства защиты растений от фитопатогенных микроорганизмо...

Биотехнология и животноводство

Большое значение в связи с интенсификацией животноводства отводится пр... яиц и сэкономить 5-7 т зерна Р. Это имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку 80 площадей... Белок одноклеточных богат лизином, незаменимой аминокислотой, определя... Большое значение для животноводства имеет обогащение растительных корм...

Получение этанола как топлива

В США предполагают заменить на этанол 10 потребляемого бензина. Проблема рациональной переработки этих отходов не решена. Классическим... Процесс необходимо вести в анаэробных условиях или применять мутанты д... Отсутствие ферментов, катализирующих расщепление крахмала, целлюлозы, ... Повышение выхода спирта и стабилизация активности его продуцентов могу...

Получение метана и других углеводородов

Получение метана и других углеводородов. Процесс метанобразования отличается высокой эффективностью до 90-95 ис... Непосредственно к образованию метана способна небольшая группа микроор... Для улучшения топливных характеристик полученные из водорослей углевод... .

Получение водорода как топлива будущего

Повышение стабильности гидрогеназы может быть достигнуто ее иммобилиза... Предложено много вариантов модельных систем, катализирующих образовани... Примером может служить система хлоропласт - ферредоксин - гидрогеназа.... Флавопротеид и, по некоторым данным, метилвиологен защищают гидрогеназ... Другим ферментом, катализирующим выделение водорода, является нитроген...

Пути повышения эффективности фотосинтетических систем

Рассчитанная теоретически эффективность фотосинтеза, т. Разрабатывают следующие основные подходы к решению этой проблемы 1 пов... е. Пути повышения эффективности фотосинтетических систем. Радикальным способом максимизации эффективности фотосинтеза было бы со...

Биотопливные элементы

В. Березин, 1985 . Конструкция биотопливного элемента позволяет генерировать не только эл... Они представляют собой основной компонент биологических датчиков - био... д.

Биотехнология и медицина

Антибиотики - это специфические продукты жизнедеятельности, обладающие... Значительных результатов удалось добиться за десятилетия селекции штам... В составе липосом препараты сурьмы избирательно доставляются к органам... примерно одну дозу для инъекции. Интерлейкины-сравнительно короткие около 150 аминокислотных остатков п...

Моноклокальные антитела и ДНК-или РНК-пробы

Наиболее быстрый метод индикации основан на применении антител, иммоби... Для лечения рака предлагают использовать моноклональные антитела, конъ... Моноклональные антитела доставляют яд точно по адресу, избегая поражен... Диагностическое значение имеют короткие фрагменты ДНК и РНК, несущие р... Метод основан на комплементарном взаимодействии проб с участками ДНК и...

Рекомбинантные вакцины и вакцины-антигены

Рекомбинантные вакцины и вакцины-антигены. Традиционные вакцинные препараты изготовляют на основе ослабленных, ин... colt, дрожжах, клетках насекомых и млекопитающих. Они гарантированы от остаточной инфекционности - способности вызывать ... Так, вирус, покидая клетку, часто одевается ее мембраной.

Ферменты медицинского назначения

Ферменты медицинского назначения. Многообразно применение ферментных препаратов в медицине. Ф. И. Уменьшение концентрации глюкозы в крови больных диабетом может быть до...

Биотехнология и пищевая промышленность

В пищевой биомассе должно содержаться не менее 80 белка сбалансированн... . coli, недавно клонирован также ген тауматина. Немаловажную роль играют... Перспективным представляется культивирование грибов Fusarium, цианобак... Безруков, 1985 .

Биогеотехнология

Приложения биотехнологии к добыче, обогащению и перераработке руд, отд... И. Ка-равайко, 1984 . J. Е.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Нет сомнения, потенциал биотехнологии в наши дни велик.

Ей дано - пусть в определенных границах - перевивать поновому нить жизни - ДНК - методами генетической и клеточной инженерии, создавать биообъекты по заранее заданным параметрам и, как обычно добавляют, на благо человечества.

Всегда ли на благо? Думается, что уже из основного текста ясно что накопленный разносторонний потенциал современной биотехнологии - это обоюдоострый меч, который, подобно другим новым отраслям научно-технического прогресса, сформировавшимся в XX в. ядерная энергетика, компьютерная электроника, космонавтика, может принести не только пользу, но и вред при бесконтрольном, неосторожном и тем более злонамеренном применении. Так, в распространении методов генетической инженерии видели угрозу заражения людей невиданными болезнетворными генетическими монстрами, создания новых разновидностей злостных сорняков и даже выведения стандартных людей по заранее заданным программам.

Потенциальную угрозу, заключающуюся в развитии биотехнологии, нельзя ни преувеличивать, ни преуменьшать, она в значительной мере определяется не чисто научно-техническими, а этическими и социально-политическими факторами. Как отмечено в материалах XXVII съезда КПСС, в разных общественно-политических системах научно-техническая революция оборачивается разными ее гранями и последствиями.

Биотехнология представляется страной контрастов, сочетания самых передовых достижений научно-технического прогресса с определенным возвратом к прошлому, выражающимся в использовании живой природы как источника полезных для человека продуктов вместо химической индустрии. Значительные контрасты характерны для биотехнологии и в отношении необходимых для ее развития финансовых средств, сырьевых материалов и кадров.

Есть биотехнологические разработки, требующие весьма внушительных капиталовложений, концентрации усилий крупных коллективов научных работников, инженерно-технических и управленческих кадров, дорогостоящего сырья и оборудования многие генноинженерные разработки, биотехнологические процессы с применением автоматизированных систем управления. Это так называемая большая биотехнология. Ей противостоит малая биотехнология получение биогаза, выращивание микроводорослей в прудах, обходящаяся во многом даровыми источниками энергии и сырья, низкими капиталовложениями, небольшими затратами труда.

Все направления современной биотехнологии должны служить всему человечеству, а не только тем, кто способен финансировать развитие той или иной отрасли.

В частности, развивающиеся страны должны получить доступ к большой биотехнологии, которая им пока во многом не по карману. Генно-инженерная вакцина против малярии необходима для стран Африки, где от малярии погибает более миллиона детей в год. Но могут ли развивающиеся страны Африки финансировать массовое производство генно-инженерных вакцин? Настоятельной необходимостью является международная координация усилий биотехнологов, всех заинтересованных стран.

В рамках государств - участников СЭВ такая координация предусмотрена в Комплексной программе научно-технического прогресса, рассчитанной на период до 2000 г. Биотехнология - междисциплинарная область научно-технического прогресса.

Она весьма гетерогенна по своему теоретическому базису, потому что призвана исследовать не какой-либо класс объектов, а решать определенный круг комплексных проблем. Одной из них является, например, поиск дешевого заменителя тростникового свекловичного сахара, и армия биотехнологов берется за дело, сочетая в своей деятельности элементы различных наук методы микробиологии, необходимые для выращивания микроорганизма, биохимии - для выделения глюкоизомеразы дающей глюкозо-фруктозный сироп при использовании глюкозы как субстрата, органического синтеза- для получения полимерного носителя, а при регулировке параметров системы с иммобилизованным ферментом необходимы физико-химические расчеты.

Можно добавить еще, что для повышения эффективности биосинтеза глюкоизомеразы могут быть использованы методы генетической и клеточной инженерии.

Круг вопросов, к решению которых привлекают биотехнологические разработки, весьма широк. Однако большинство из них прямо или косвенно связано с глобальными проблемами, стоящими перед современной цивилизацией загрязнение окружающей среды, угроза экологического кризиса истощение запасов полезных ископаемых, в первую очередь источников энергии, угроза мирового энергетического кризиса нехватка продовольствия, особенно ощутимая в развивающихся странах. Слова биология и биотехнология различаются лишь тем, что в слове биотехнология есть вставка техно. И биология, и биотехнология имеют дело с живыми объектами, но как различны их подходы к живому! Биотехнолог изучает живое не из чисто познавательного интереса, он пытается заставить работать живые объекты, производить нужные человеку продукты.

Зачем брать на себя труд изготовления химических соедине- ний, если микроб может сделать это за нас говорил Дж. Б. С. Холдейн еще в 1929 г предвосхищая грядущий расцвет биотехнологии.

В современной биотехнологии живое рассматривается как средство производства в ряду всех прочих средств например, при биологической трансформации органических соединений микроорганизмам отводят роль химических реагентов. Не случайна и стандартная для инженерной энзи-мологии метафора, уподобляющая иммобилизованные биообъекты закованным в цепи рабам. Биообъект, таким образом, понижают в ранге, переводя из категории самостоятельной целостной живой системы в категорию реагентов, датчиков, реле, компьютерных деталей, прочих орудий модернизированного производства.

Эта тенденция современной биотехнологии имеет не только философское, но и практическое значение. Она порождает чересчур грубый, примитивный, чисто эмпирический подход к такому сложному объекту, как живое, что ведет к его низкоэффективному функционированию в условиях биотехнологического процесса. Не оправдал себя, в частности, лобовой метод оптимизации подобного процесса, оптимизация грубой силой, проводимый без детальных знаний физиологии используемого организма.

Недостаточно надежен в биотехнологии и метод кибернетического моделирования, упрощающий биологический объект до черного ящика. Существует и другая тенденция в биотехнологии. Ее приверженцы относятся с пониманием к тонкости и слаженности систем регуляции процессов жизнедеятельности в клетке биообъекта. В полушутливой форме эти мысли выражены журналистом и популяризатором биотехнологии Фишлоком в предисловии к книге Биотехнологический бизнес 1982 Микробы намного умнее и способнее микробиологов, генетиков и инженеров. Речь нередко идет о повышении ранга биообъекта в биотехнологии.

Описанные особенности подхода биотехнологии к объекту выделяют ее среди традиционных естественно-научных дисциплин. Биотехнология - типичное порождение нашего бурного, динамичного XXI в. Она открывает новые горизонты перед человеческим разумом. Проблемы биотехнологии чрезвычайно многообразны, начиная от чисто технических например, снижение каталитической активности ферментов при их иммобилизации и кончая тонкими интеллектуальными проблемами, связанными с обеднением фундаментальной науки в связи с доминированием чисто проблемно-прикладных разработок.

В условиях социализма открываются широкие перспективы и возможности для использования новых научных исследований и разработок на благо человека и общества.

Список используемой литературы

Список используемой литературы .1. Биотехнология свершения и надежды - Сассон А Москва, Мир 1987г. 2. Биотехнология проблемы и перспективы - Егоров Н.С Москва, Высшая школа 1987г. 3. Биотехнология что это такое? Вакула В.Л Москва, Молодая гвардия 1989г.