Lassen Sie uns in diesem Abschnitt vergleichen, welche Typologien der Biotechnologie von in diesem Bereich tätigen Organisationen (staatliche Programme, Technologieplattformen und Unternehmen) sowie von russischen Experten, die Biotechnologiemärkte erforschen, angeboten werden.

Kommen wir zunächst zu "Umfassendes Programm zur Entwicklung der Biotechnologie in Russische Föderation für den Zeitraum bis 2020"() — das von der russischen Regierung genehmigte Hauptdokument, das die gewünschten qualitativen und quantitativen Merkmale der Entwicklung der Biotechnologie im Land widerspiegelt. Dem Programm entsprechend lassen sich die folgenden neun Zweige der Biotechnologie unterscheiden:

1. Biopharmazeutika einschließlich lebenswichtig Medikamente, Impfstoffe der neuen Generation, Antibiotika und Bakteriophagen;
2. Biomedizin, unterteilt in folgende Teilbereiche: In-vitro-Diagnostik, personalisierte Medizin, zelluläre biomedizinische Technologien, biokompatible Materialien, Systemmedizin und Bioinformatik, Entwicklung von biologischen Probenbanken;
3. Industrielle Biotechnologie, das eine Vielzahl von Teilsektoren umfasst, darunter die Herstellung von Enzymen, Aminosäuren und Polysacchariden; Organisation der Herstellung von Glucose-Fructosesirup; Herstellung von antibiotischen Substanzen; Herstellung von biologisch abbaubaren Polymeren; Schaffung biologischer Komplexe für die Tiefenverarbeitung von Holzbiomasse, Getreide und anderen landwirtschaftlichen Nutzpflanzen; Anwendung der Biogeotechnologie im Bergbau; Entwicklung der Prinzipien der Bioraffination basierend auf der Herstellung von Zellulose usw .;
4. Bioenergie, die die Erzeugung von Strom und Wärme aus Biomasse umfasst; Nutzung von Treibhausgasemissionen und Vermeidung und Beseitigung der Folgen schädlicher anthropogener Einflüsse auf die Umwelt durch die Energiewirtschaft mit Methoden der Biokonversion;
5. Agrarbiotechnologie gliedert sich in Biotechnologie für die Pflanzenproduktion (biologischer Pflanzenschutz, Schaffung von Pflanzensorten durch biotechnologische Methoden, Biotechnologie von Böden und Biodüngern), Biotechnologie für die Tierhaltung (Technologien der molekularen Selektion von Tieren und Geflügel, transgenen und geklonten Tieren, biologische Produkte für Tierhaltung, Futterproteine, biologische Bestandteile von Futtermitteln und Vormischungen) sowie die Verarbeitung von landwirtschaftlichen Abfällen;
6. Lebensmittelbiotechnologie, umfasst die Herstellung von Lebensmittelproteinen, Enzympräparaten, Präbiotika, Probiotika, Synbiotika, funktionellen Lebensmittelprodukten (medizinisch, prophylaktisch und für Kinder) sowie die Herstellung von Lebensmittelzutaten und die Verarbeitung von Lebensmittelrohstoffen;
7. Forstbiotechnologie gliedert sich in vier Bereiche: Bewirtschaftung von Forstplantagen, Erhaltung und Reproduktion forstlicher genetischer Ressourcen, Schaffung biotechnologischer Baumformen mit bestimmten Eigenschaften und biologischer Waldschutzmittel;
8. Umwelt(ökologische) Biotechnologie umfasst biologische Sanierung, umweltfreundliches Wohnen, die Schaffung biologischer Sammlungen und Bioressourcenzentren;
9. Marine Biotechnologie konzentriert sich auf die Schaffung eines Netzwerks von Aquarien, die Tiefenverarbeitung von Wasserorganismen und Aquakulturprodukten sowie die Herstellung von Spezialfutter für die Aquakultur.

Diese Klassifikation umfasst die detaillierteste Branchenliste, wobei jedoch nur die wichtigsten strategisch wichtigen Teilsektoren erwähnt werden. Im dritten Abschnitt dieser Arbeit werden wir die Liste der Teilsektoren erweitern, die in der russischen Wirtschaft existieren.

Eine weitere Hinzufügung von Farben hat zu der breitesten Typologie der Biotechnologie geführt, die in einer großen Anzahl englischsprachiger wissenschaftlicher Arbeiten vertreten ist und zehn Industrien umfasst, wobei unter den traditionellen Industrien die folgenden hervortreten: schwarze (oder dunkle, dunkle) Biotechnologie in Verbindung mit militärischen Zielen und Terrorismus; violette Biotechnologie in Bezug auf die Patentierung biotechnologischer Entdeckungen und Entwicklungen, nämlich alle Fragen des geistigen Eigentums; Goldbiotechnologie, gewidmet der Bioinformatik und Nanobiotechnologie; Braune Biotechnologie verbunden mit biotechnologischen Lösungen für die Probleme von Wüsten- und Trockengebieten (Raum- und Geomikrobiologie).

Ein Beispiel für die oben beschriebene erweiterte Typologie der Biotechnologie ist eine Typologie, die in einem Artikel im Electronic Journal of Biotechnology () veröffentlicht wurde (siehe Abbildung 4). Besondere Aufmerksamkeit verdient die graue und weiße Biotechnologie. Graue und weiße Biotechnologie bedeuten hier, wie in einigen anderen Quellen auch, nicht nur Umwelt- bzw Enzyme und klassische Bioprozesse. Darin liegt eine gewisse Logik, da viele industrielle Biotechnologien einen erheblichen positiven Einfluss auf die Umwelt haben. Dieser Ansatz könnte dem Wunsch geschuldet sein, die "sauberen" biotechnologischen Industrien hervorzuheben, nämlich diese oder jene Technologie mehr oder weniger eindeutig einer "Farbe" zuzuordnen.

Abbildung 4. Typologie des Electronic Journal of Biotechnology
Quelle: http://www.ejbiotechnology.info/index.php/ejbiotechnology/article/view/1114/1496

Es mag den Anschein haben, dass Bioenergie hier nicht vertreten ist, aber Sie sollten auf die Grüne Biotechnologie achten: Sie enthält tatsächlich ökologische Biotechnologie im klassischen Sinne (was in der russischen Literatur als „graue“ Biotechnologie bezeichnet wird) sowie Bioenergie (die keine Farbe in russischen Quellen und geht in vielen Typologien oft "verloren").

2. Vorgeschlagene Typologie der sich in Russland entwickelnden Biotechnologien

Die Typologie der Biotechnologie ist unserer Meinung nach eine recht komplizierte Sache, da biotechnologische Produkte nach dem Prinzip „in welcher Industrie wird produziert“ und nach dem Prinzip „welche Industrie braucht, verwendet“ unterteilt werden können. Aber auch hier ist nicht alles eindeutig, daher werden wir versuchen, sowohl den Herstellungsprozess als auch den Nutzungsprozess in der vorgeschlagenen Typologie zu berücksichtigen. Dies wird es ermöglichen, die Verbindungen zwischen den Zweigen der Biotechnologie (die eine wichtige Rolle für ihre gegenseitige Entwicklung spielen) anschaulicher zu reflektieren, im Gegensatz zu den oben angegebenen Typologien, die die Zweige der Biotechnologie isoliert darstellen und versuchen, sie nach den Grundlage unterschiedlicher Merkmale, ohne die Verwandtschaft der Branchen zu berücksichtigen. Wir werden auch versuchen, den Inhalt der biotechnologischen Industrien genauer zu enthüllen und die vollständigste Liste ihrer Teilsektoren in Bezug auf die Situation in Russland anzugeben.

Konstruieren wir die vorgeschlagene Typologie auf der Grundlage des Input-Output-Bilanz-Konzepts, stellen wir sie nämlich in Form einer Tabelle dar, wobei die Zeilen die biotechnologischen Industrien nach dem Prinzip "wo sie produziert werden" enthalten und die Spalten die Industrien " wo es verwendet wird" (siehe Tabelle 1).
Wir werden in die Typologie die in Russland relevanten und mehr oder weniger entwickelten Zweige der Biotechnologie einbeziehen. Wir werden die schwarze, braune, goldene und violette Industrie nicht einbeziehen: Russische Biotechnologien werden nur in 6 von 10 Sektoren der Bioökonomie entwickelt. Bioenergie zuordnen grüne Farbe, werden wir die Forstbiotechnologie hervorheben und ihr auch eine grüne Farbe zuordnen und die ökologische Biotechnologie mit der Biotechnologie für die Abfallverarbeitung kombinieren und sie als graue Biotechnologie betrachten.

In einer Reihe von russischsprachigen Quellen () bezieht sich Bioenergie auf die Erzeugung von Energie ausschließlich unter Verwendung erneuerbarer biologischer Ressourcen und biologischer Verfahren, während im Einklang mit dem "Umfassenden Programm zur Entwicklung von Biotechnologien in der Russischen Föderation für den Zeitraum bis 2020 " Diese Branche umfasst auch Maßnahmen zur Verringerung der anthropogenen Auswirkungen traditioneller Energie für die Umwelt. Unserer Meinung nach ist der zweite (breitere) Ansatz vorzuziehen, da auf kurze Sicht nur biologische Energieträger traditionelle nicht vollständig ersetzen können.

Unter den Industrien, die Biotechnologie "produzieren", werden wir einen eigenen Zweig der "Wissenschaft" herausgreifen. Viele Aspekte der Biotechnologie sind noch immer nur von theoretischer Bedeutung, aber sie ist ein integraler und sehr wichtiger Bestandteil einer wissenschaftsintensiven Produktion. Solche Biotechnologien umfassen zweifellos die ständige Auffüllung der Datenbank mit gelesenen Genomen verschiedener lebender Organismen, die derzeit auf der Erde leben oder in frühen Epochen bewohnt wurden, sowie die Erstellung einer Bank biologischer Proben und biologischer Sammlungen.

Daher stellen wir noch einmal fest, dass Technologieplattformen und Unternehmen aus praktischen Gründen eine Klassifizierung von Biotechnologien erstellen, die den Zielen der Arbeit entspricht. Solche Klassifikationen unterscheiden sich nicht in Vollständigkeit und Detailliertheit, was in diesem Fall kein „Minus“, sondern eine vernünftige Notwendigkeit ist. Die breiteste und klassischste Klassifikation der Biotechnologie ist die Aufteilung der Industrien nach Farben. Dieses Papier schlägt auch eine Typologie der sich in Russland entwickelnden Biotechnologien vor, deren Zweck es war, die Verbindungen zwischen den Industrien widerzuspiegeln.

Tabelle 1. Vorgeschlagene Typologie der Biotechnologie in Russland

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Bericht von Nadezhda Orlova „Biotechnologie-Markt in der Welt und in Russland. Entwicklungsperspektiven "in der Seminarreihe "Biotechnologie der Zukunft": http://www.youtube.com/watch?v=72VsxIYfsAw;
Vortrag von Nadezhda Orlova an der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften der Lomonosov-Universität Moskau im Rahmen des interfakultären Kurses "Bioeconomics and Science-Intensive Business":
http://www.youtube.com/watch?v=aYh8oE-FDzg;
Forschungsunternehmen Abercade:
http://www.abercade.ru/research/analysis/themeid_20.html.

Weitere Informationen zu einigen der landwirtschaftlichen biotechnologischen Futtermittelzusatzstoffe: http://www.youtube.com/watch?v=bgIzT3vkJ-s

Der Begriff „Biotechnologie“ wurde erstmals 1917 von dem ungarischen Ingenieur Karl Ereki verwendet. Bestimmte Elemente der Biotechnologie sind schon vor längerer Zeit aufgetaucht. Tatsächlich waren dies Versuche, einzelne Zellen (Mikroorganismen) und einige Enzyme in der industriellen Produktion einzusetzen, die eine Reihe chemischer Prozesse ermöglichen.

So entdeckte 1814 der St. Petersburger Akademiker KS Kirchhoff das Phänomen der biologischen Katalyse und versuchte, Zucker biokatalytisch aus verfügbaren heimischen Rohstoffen zu gewinnen (bis Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Zucker nur aus Zuckerrohr gewonnen). 1891 hat der japanische Biochemiker Dz. Takamine erhielt das erste Patent für den Einsatz von Enzympräparaten für industrielle Zwecke: Der Wissenschaftler schlug vor, Diastase zur Verzuckerung von Pflanzenabfällen einzusetzen.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelte sich die Fermentations- und mikrobiologische Industrie aktiv. In den gleichen Jahren wurden die ersten Versuche unternommen, Enzyme in der Textilindustrie einzusetzen.

1916–1917 versuchte der russische Biochemiker A. M. Kolenev, eine Methode zu entwickeln, die es ermöglicht, die Wirkung von Enzymen in natürlichen Rohstoffen bei der Tabakproduktion zu kontrollieren.

Akademiker A. N. Bakh leistete einen großen Beitrag zur praktischen Nutzung der Errungenschaften der Biochemie, der ein wichtiges Anwendungsgebiet der Biochemie schuf - die technische Biochemie. A.N.Bach und seine Studenten haben viele Empfehlungen zur Verbesserung von Verarbeitungstechnologien für verschiedene biochemische Rohstoffe, Verbesserungstechnologien für Backen, Brauen, Weinbereitung, Tee- und Tabakproduktion usw durch biochemische Prozesse.

All diese Studien sowie der Fortschritt der chemischen und mikrobiologischen Industrie und die Schaffung neuer industrieller biochemischer Industrien (Tee, Tabak usw.) waren die wichtigsten Voraussetzungen für die Entstehung der modernen Biotechnologie.

In Bezug auf die Produktion ist die mikrobiologische Industrie im Entstehungsprozess der Biotechnologie zur Grundlage geworden. In den Nachkriegsjahren erhielt die mikrobiologische Industrie grundlegende neue Eigenschaften: Mikroorganismen wurden nicht nur als Mittel zur Steigerung der Intensität biochemischer Prozesse eingesetzt, sondern auch als Miniaturfabriken, die in der Lage sind, die wertvollsten und komplexesten zu synthetisieren Chemische Komponenten... Der Wendepunkt war mit der Entdeckung und dem Beginn der Produktion von Antibiotika verbunden.

Das erste Antibiotikum Penicillin wurde 1940 isoliert. Nach Penicillin wurden weitere Antibiotika entdeckt (diese Arbeit dauert bis heute an). Mit der Entdeckung der Antibiotika ergaben sich sofort neue Aufgaben: Aufbau der Produktion von Arzneistoffen durch Mikroorganismen, Arbeiten an der Kostensenkung und Erhöhung der Verfügbarkeit neuer Medikamente, deren Gewinnung in sehr großen Mengen, die für die Medizin notwendig sind.

Es war sehr teuer, Antibiotika chemisch zu synthetisieren, oder sogar unglaublich schwierig, fast unmöglich (nicht umsonst gilt die chemische Synthese von Tetracyclin des sowjetischen Wissenschaftlers Akademiker M. M. Shemyakin als eine der größten Errungenschaften in der organischen Synthese). Und dann beschlossen sie, Mikroorganismen, die Penicillin und andere Antibiotika synthetisieren, für die industrielle Herstellung von Medikamenten einzusetzen. So entstand der wichtigste Bereich der Biotechnologie, basierend auf der Nutzung von Verfahren der mikrobiologischen Synthese.

Arten der Biotechnologie

Biotechnik

Bioengineering oder Biomedical Engineering ist eine Disziplin, die darauf abzielt, Wissen im Bereich Ingenieurwesen, Biologie und Medizin zu vertiefen und die menschliche Gesundheit durch interdisziplinäre Entwicklungen zu fördern, die ingenieurwissenschaftliche Ansätze mit Fortschritten in der biomedizinischen Wissenschaft und der klinischen Praxis verbinden. Bioengineering / Biomedical Engineering ist die Anwendung technischer Ansätze zur Lösung medizinischer Probleme zur Verbesserung der Gesundheit. Diese Ingenieurdisziplin will Wissen und Erfahrung nutzen, um Probleme in Biologie und Medizin zu finden und zu lösen.

Bioingenieure arbeiten zum Wohle der Menschheit, beschäftigen sich mit lebenden Systemen und wenden fortschrittliche Technologie an, um medizinische Probleme zu lösen. Fachleute aus der Biomedizintechnik können sich an der Entwicklung von Geräten und Ausrüstungen, an der Entwicklung neuer Verfahren auf der Grundlage interdisziplinärer Erkenntnisse, an der Forschung zur Gewinnung neuer Informationen zur Lösung neuer Probleme beteiligen.

Zu den wichtigen Errungenschaften des Bioengineerings zählen die Entwicklung künstlicher Gelenke, Magnetresonanztomographie, Herzschrittmacher, Arthroskopie, Angioplastie, biotechnologisch hergestellte Hautprothesen, Nierendialyse und Herz-Lungen-Maschinen. Ein weiterer Schwerpunkt der biotechnologischen Forschung ist der Einsatz von Computermodellierungsmethoden zur Erzeugung von Proteinen mit neuen Eigenschaften sowie die Modellierung der Interaktion verschiedener Verbindungen mit Zellrezeptoren zur Entwicklung neuer Pharmazeutika („drug design“).

Biomedizin

Ein Zweig der Medizin, der aus theoretischer Sicht den menschlichen Körper, seine Struktur und Funktion bei Gesundheit und Krankheit, pathologische Zustände, Methoden zu ihrer Diagnose, Korrektur und Behandlung untersucht. Biomedizin umfasst gesammelte Informationen und Forschung, mehr oder weniger allgemeine Medizin, Veterinärmedizin, Zahnmedizin und grundlegende biologische Wissenschaften wie Chemie, biologische Chemie, Biologie, Histologie, Genetik, Embryologie, Anatomie, Physiologie, Pathologie, Biomedizintechnik, Zoologie, Botanik und Mikrobiologie.

Verfolgung, Korrektur, Konstruktion und Kontrolle menschlicher biologischer Systeme auf molekularer Ebene mit Hilfe von Nanogeräten und Nanostrukturen. Weltweit wurden bereits eine Reihe von Technologien für die nanomedizinische Industrie entwickelt. Dazu gehören die gezielte Abgabe von Medikamenten an erkrankte Zellen, Labors auf einem Chip, neue bakterizide Wirkstoffe.

Biopharmakologie

Ein Zweig der Pharmakologie, der die physiologischen Wirkungen von Substanzen biologischen und biotechnologischen Ursprungs untersucht. Tatsächlich ist die Biopharmakologie das Ergebnis der Konvergenz zweier traditioneller Wissenschaften - der Biotechnologie, nämlich der als "rot" bezeichneten Branche, der medizinischen Biotechnologie und der Pharmakologie, die sich aufgrund gegenseitiger Interesse.

Gegenstände der biopharmakologischen Forschung - das Studium von Biopharmazeutika, Planung ihrer Produktion, Organisation der Produktion. Biopharmakologische Heilmittel und Mittel zur Vorbeugung von Krankheiten werden unter Verwendung von lebenden biologischen Systemen, Geweben von Organismen und deren Derivaten unter Verwendung biotechnologischer Mittel, dh medizinischer Substanzen biologischen und biotechnologischen Ursprungs, erhalten.

Bioinformatik

Eine Reihe von Methoden und Ansätzen, darunter:

1. mathematische Methoden der Computeranalyse in der vergleichenden Genomik (genomische Bioinformatik);
2. Entwicklung von Algorithmen und Programmen zur Vorhersage der räumlichen Struktur von Proteinen (strukturelle Bioinformatik);
3. Forschungsstrategien, geeignete Computermethoden und allgemeines Management der Informationskomplexität biologischer Systeme.

Die Bioinformatik verwendet Methoden der angewandten Mathematik, Statistik und Informatik. Bioinformatik wird in der Biochemie, Biophysik, Ökologie und anderen Bereichen eingesetzt.

Bionik

Angewandte Wissenschaft über die Anwendung in technischen Geräten und Systemen von Organisationsprinzipien, Eigenschaften, Funktionen und Strukturen der belebten Natur, dh Formen von Lebewesen in der Natur und deren industrielle Entsprechungen. Einfach ausgedrückt ist Bionik eine Kombination aus Biologie und Technologie. Die Bionik betrachtet Biologie und Technik aus einem völlig neuen Blickwinkel und erklärt, was Gemeinsamkeiten und Unterschiede in Natur und Technik gibt.

Unterscheiden:

• biologische Bionik, die die Prozesse untersucht, die in biologischen Systemen ablaufen;
• Theoretische Bionik, die baut Mathematische Modelle diese Prozesse;
• Technische Bionik, die theoretische Bionikmodelle verwendet, um technische Probleme zu lösen.

Bionik ist eng mit Biologie, Physik, Chemie, Kybernetik und Ingenieurwesen verbunden: Elektronik, Navigation, Kommunikation, maritime Angelegenheiten und andere.

Bioremediation

Ein Komplex von Methoden zur Reinigung von Wasser, Boden und Atmosphäre, die das metabolische Potenzial biologischer Objekte nutzen - Pflanzen, Pilze, Insekten, Würmer und andere Organismen.

Klonen

Die Entstehung eines natürlichen Weges oder die Erzeugung mehrerer genetisch identischer Organismen durch asexuelle (auch vegetative) Fortpflanzung. Der Begriff "Klonieren" wird im gleichen Sinne häufig in Bezug auf die Zellen mehrzelliger Organismen verwendet. Klonen wird auch als Herstellung mehrerer identischer Kopien erblicher Moleküle bezeichnet (molekulares Klonen). Schließlich wird Klonen auch oft als biotechnologische Verfahren bezeichnet, mit denen künstlich Klone von Organismen, Zellen oder Molekülen gewonnen werden. Eine Gruppe genetisch identischer Organismen oder Zellen ist ein Klon.

Gentechnik

Das Wesen der Gentechnik ist die künstliche Erzeugung von Genen mit gewünschte Eigenschaften und Einführen in die entsprechende Zelle. Der Gentransfer erfolgt durch einen Vektor (rekombinante DNA) - ein spezielles DNA-Molekül, das auf Basis der DNA von Viren oder Plasmiden entwickelt wurde, das das gewünschte Gen enthält, es in die Zelle transportiert und seine Integration in den genetischen Apparat der Zelle gewährleistet Zelle.

Zur Markierung bestimmter Zellen von Organismen in molekulargenetischen Studien wird das aus Quallen isolierte GFP-Gen verwendet. Es sorgt für die Synthese eines fluoreszierenden Proteins, das im Dunkeln leuchtet.

Gentechnik ist sowohl in der wissenschaftlichen Forschung als auch in den neuesten Züchtungsmethoden weit verbreitet.

Die Biotechnologie ist eine Sammlung industrieller Verfahren, mit denen verschiedene Stoffe mit lebenden Organismen, biologischen Prozessen oder Phänomenen hergestellt werden. Die traditionelle Biotechnologie basiert auf dem Phänomen der Fermentation – dem Einsatz von Enzymen von Mikroorganismen in Produktionsprozessen. Cellular Engineering ist ein Zweig der Biotechnologie, der Technologien zur Kultivierung von Zellen und Geweben außerhalb des Körpers unter künstlichen Bedingungen entwickelt und anwendet. Gentechnik ist ein Teilgebiet der Biotechnologie, das Technologien entwickelt und anwendet, um Gene aus Organismen und einzelnen Zellen zu isolieren, zu verändern und in andere Zellen oder Organismen einzubringen.

Einige ethische und rechtliche Aspekte der Anwendung biotechnologischer Methoden

Ethik ist eine Morallehre, nach der die wichtigste Tugend die Fähigkeit ist, die Mitte zwischen zwei Extremen zu finden. Diese Wissenschaft wurde von Aristoteles begründet.

Bioethik ist ein Teil der Ethik, der die moralische Seite menschlichen Handelns in Medizin und Biologie untersucht. Der Begriff wurde von V.R. Potter im Jahr 1969

Im engeren Sinne bezeichnet Bioethik eine Reihe ethischer Probleme in der Medizin. Im weitesten Sinne bezieht sich Bioethik auf das Studium sozialer, ökologischer, medizinischer und sozialrechtlicher Probleme, die nicht nur den Menschen, sondern auch alle lebenden Organismen in Ökosystemen betreffen. Das heißt, es hat eine philosophische Ausrichtung, bewertet die Ergebnisse der Entwicklung neuer Technologien und Ideen in der Medizin, Biotechnologie und Biologie im Allgemeinen.

Moderne biotechnologische Methoden haben ein so mächtiges und noch nicht vollständig verstandenes Potenzial, dass ihre breite Anwendung nur unter strikter Einhaltung ethischer Standards möglich ist. Die in der Gesellschaft bestehenden moralischen Prinzipien verpflichten zu einem Kompromiss zwischen den Interessen der Gesellschaft und des Individuums. Zudem werden die Interessen des Einzelnen derzeit über die Interessen der Gesellschaft gestellt. Die Beachtung und Weiterentwicklung ethischer Standards in diesem Bereich sollte daher in erster Linie auf den umfassenden Schutz der menschlichen Interessen ausgerichtet sein.

Die massive Einführung in die medizinische Praxis und die Kommerzialisierung grundlegend neuer Technologien im Bereich der Gentechnik und des Klonens haben auch dazu geführt, dass ein entsprechender Rechtsrahmen geschaffen werden muss, der alle rechtlichen Aspekte der Aktivitäten in diesen Bereichen regelt.

Bleiben wir bei den Bereichen der biotechnologischen Forschung, die in direktem Zusammenhang mit einem hohen Risiko von Persönlichkeitsrechtsverletzungen stehen und deren Verbreitung am heftigsten debattieren: die Transplantation von Organen und Zellen zu therapeutischen Zwecken und das Klonen.

In den letzten Jahren hat das Interesse an der Erforschung und Anwendung humaner embryonaler Stammzellen und Klontechniken in der Biomedizin mit dem Ziel ihrer Gewinnung stark zugenommen. Wie Sie wissen, können sich embryonale Stammzellen in verschiedene Arten von Zellen und Geweben verwandeln (hämatopoetische, reproduktive, Muskel-, Nervenzellen usw.). Sie erwiesen sich als vielversprechend für den Einsatz in der Gentherapie, Transplantologie, Hämatologie, Veterinärmedizin, Pharmatotoxikologie, Arzneimittelprüfung usw.

Die Isolierung dieser Zellen erfolgt aus menschlichen Embryonen und Föten mit einer Entwicklungszeit von 5-8 Wochen, die während eines medizinischen Schwangerschaftsabbruchs (infolge eines Schwangerschaftsabbruchs) gewonnen wurden, was zahlreiche Fragen hinsichtlich der ethischen und rechtlichen Legalität der Forschung an menschlichen Embryonen aufwirft , Folgendes ist mit eingeschlossen:

• wie notwendig und gerechtfertigt Wissenschaftliche Forschung auf menschlichen embryonalen Stammzellen?
• Ist es für den Fortschritt der Medizin erlaubt, zu zerstören? Menschenleben und wie moralisch ist das?
• Ist die Rechtsgrundlage für die Anwendung dieser Technologien gut entwickelt?

In einer Reihe von Ländern ist jegliche Forschung an Embryonen verboten (zB in Österreich, Deutschland). In Frankreich sind die Rechte des Embryos ab dem Zeitpunkt der Empfängnis geschützt. Im Vereinigten Königreich, Kanada und Australien ist die Erzeugung von Embryonen zu Forschungszwecken zwar nicht verboten, jedoch wurde ein Rechtssystem entwickelt, um diese Forschung zu regulieren und zu kontrollieren.

In Russland ist die Situation in diesem Bereich mehr als ungewiss: Die Aktivitäten zur Erforschung und Verwendung von Stammzellen sind nicht ausreichend reguliert, es gibt erhebliche Gesetzeslücken, die die Entwicklung dieses Bereichs behindern. In Bezug auf das Klonen wurde 2002 durch das Bundesgesetz ein vorübergehendes (für 5 Jahre) Verbot des Klonens von Menschen eingeführt, dessen Gültigkeit jedoch 2007 abgelaufen ist, und die Frage bleibt offen.

Biotechnologie-Markt

IT hat viel mehr Parallelen zur modernen Biotechnologie, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. Die Informationstechnologien entstanden nicht von selbst, ihrer Blütezeit gingen grundlegende Entdeckungen in der Physik, der Materialphysik, der Computermathematik und der Kybernetik voraus. Daher ist die IT heute das Feld der „Light Startups“, bei dem von der Idee bis zum Gewinn nur sehr wenig Zeit vergeht und nur wenige Menschen über die bisher geleistete Arbeit nachdenken.

Ähnlich verhält es sich mit der Biotechnologie, nur befinden wir uns jetzt in einem früheren Stadium, in dem Werkzeuge und Programme noch entwickelt werden. Biotechnologien warten auf das Erscheinen ihres eigenen "Personal Computers" , nur in unserem Fall wird es kein verständliches Massengerät sein - es handelt sich vielmehr um eine Reihe effektiver und kostengünstiger Werkzeuge.

Wir können sagen, dass die Situation heute ähnlich ist wie in den 1990er Jahren in der IT. Die Technologie entwickelt sich noch weiter und ist teuer. Zum Beispiel kostet eine komplette Sequenzierung am Menschen 1000 US-Dollar. Das ist deutlich günstiger als der Preis des Human Genome Project von 3,3 Milliarden Dollar, aber für den Laien immer noch unglaublich hoch, und eine Anwendung für die klinische Diagnostik auf breiter Ebene ist noch nicht möglich. Dies erfordert, dass die Technologie um das Zehnfache im Preis sinkt und ihre technischen Eigenschaften verbessert, damit Sequenzfehler ausgeglichen werden. Biotech hat noch keine so mächtigen Projekte wie Facebook, aber Illumina, Oxford Nanopore, Roche sind allesamt äußerst erfolgreiche Unternehmen, deren Aktivitäten oft an Google erinnern, das interessante Startups aufkauft. Und Nanopore zum Beispiel wurde dank einer Kombination aus guter Anfangsidee, Management und Erfolg bei der Mittelbeschaffung schon vor dem Markteintritt zu Milliardären.

Heute ist die Biotechnologie auch ein Big-Data-Markt, und dies setzt die Parallelen zur IT fort, die in diesem Fall bereits eine Art Werkzeug für eine größere und komplexere Biotechnologie ist. Unternehmen wie Editas Medicine (einer der Schöpfer der renommierten CRISPR/Cas9-Technologie zur Genom-Editierung) haben ihr geistiges Eigentum auf der Grundlage der Ergebnisse der Sequenzierung der Genomdaten von Bakterien aus offenen Quellen erstellt. Sie waren nicht die ersten, die von den gesammelten Informationen profitierten, sie waren nicht einmal die ersten, die das Prinzip des CRISPR-Clusters entdeckten, aber es war Editas Medicine, das ein biotechnologisches Produkt entwickelt hat. Heute ist es ein Unternehmen im Wert von über 1 Milliarde US-Dollar.

Und dies ist nicht das einzige Geschäft, das aus der Analyse bereits vorhandener Daten hervorgeht. Darüber hinaus kann nicht gesagt werden, dass hinter solchen Daten eine Warteschlange steht – es gibt bereits viel mehr davon, als analysiert werden können, und es werden noch mehr werden, weil Wissenschaftler nicht aufhören, zu sequenzieren. Leider sind die Analysemethoden immer noch unvollkommen, sodass nicht jeder in der Lage ist, Daten in ein milliardenschweres Produkt zu verwandeln. Aber wenn man die Geschwindigkeit der Entwicklung von Analysetools einschätzt (Tipp: sehr hoch), ist leicht zu verstehen, dass es in Zukunft noch viel mehr Unternehmen geben wird, die an Big Data des Genoms etwas Interessantes bemerkt haben.

Kann Russland ein biotechnologisches Land werden?

Das Hauptproblem der Biotechnologie in Russland ist nicht ein Verbot von GVO, wie viele meinen, sondern eine Vielzahl von bürokratischen Hürden aller Art. Diese Tatsache wird auch in der Regierung zur Kenntnis genommen. Aber auch Barrieren können überbrückt werden. Seit 26 Jahren entwickeln wir uns unter dem Druck von Reformen, ständigen Änderungen der Spielregeln, und die Wirtschaft braucht Stabilität und Vertrauen, dass es keine Erschütterungen geben wird.

Wenn nicht in die russischen Biotechnologien eingegriffen wird, werden sie sich entwickeln. Ich möchte auch anmerken, dass der unüberlegte Hilfswille, die sehr unüberlegten staatlichen Investitionen tatsächlich zum gegenteiligen Ergebnis führen - Subventionen gewöhnen Unternehmen daran, dass sie ständig vom Staat unterstützt werden. Wie die Praxis zeigt, werden Unternehmen mit staatlichen Investitionen wirkungslos. Gesunder Wettbewerb ist überall gefragt, daher sollten die Anfangsinvestitionen nicht einmal vom Staat kommen, sondern von der Wirtschaft, die zuversichtlich in die Zukunft blicken sollte, mit der wir noch Probleme haben.

Für den Staat ist es am besten, in die Schaffung eines optimalen Umfelds für Biotechnologie zu investieren. Wir haben sowohl Köpfe als auch Menschen mit Energie und Lust am Schaffen – es ist wichtig, diesen Wunsch nicht verschwinden zu lassen.

Die Biotechnologien befinden sich heute in einer Phase intensiven Wachstums, aber man kann sich bereits den Vektor ihrer Entwicklung vorstellen. Schließlich wird sich die Bedeutung der Technologie nicht ändern, so wie sie sich auch nach dem Aufkommen des Computers nicht geändert hat: Ihre Idee im Jahr 1951 unterschied sich nicht wesentlich von der der modernen Computer. Lediglich Funktionalität und Leistung unterscheiden sich deutlich. Das gleiche wird mit der Biotechnologie passieren, und der Treiber ihrer Entwicklung ist noch klarer - dies ist der ewige Wunsch der Menschen, gesund zu sein und lange zu leben, ohne all die komplexen Regeln zu beachten. gesunder Weg Leben. Daher werden wir in sehr naher Zukunft das Aufblühen der Biotechnologie erleben, und dies ist letztendlich eine großartige Nachricht für die gesamte Menschheit.

Geschichte der Biotechnologie

Zum ersten Mal wurde der Begriff "Biotechnologie" 1917 vom ungarischen Ingenieur Karl Ereki verwendet

Bestimmte Elemente der Biotechnologie sind schon vor längerer Zeit aufgetaucht. Tatsächlich waren dies Versuche, einzelne Zellen (Mikroorganismen) und einige Enzyme in der industriellen Produktion einzusetzen, die eine Reihe chemischer Prozesse ermöglichen.

Einen großen Beitrag zur praktischen Nutzung der Errungenschaften der Biochemie leistete der Akademiker A.N.Bach, der ein wichtiges Anwendungsgebiet der Biochemie schuf - die technische Biochemie. A.N.Bach und seine Studenten haben viele Empfehlungen zur Verbesserung von Verarbeitungstechnologien für verschiedene biochemische Rohstoffe, Verbesserungstechnologien für Backen, Brauen, Weinbereitung, Tee- und Tabakproduktion usw durch biochemische Prozesse.

All diese Studien sowie der Fortschritt der chemischen und mikrobiologischen Industrie und die Schaffung neuer industrieller biochemischer Industrien (Tee, Tabak usw.) waren die wichtigsten Voraussetzungen für die Entstehung der modernen Biotechnologie.

In Bezug auf die Produktion ist die mikrobiologische Industrie im Entstehungsprozess der Biotechnologie zur Grundlage geworden. In den Nachkriegsjahren erhielt die mikrobiologische Industrie grundlegende neue Eigenschaften: Mikroorganismen wurden nicht nur als Mittel zur Steigerung der Intensität biochemischer Prozesse eingesetzt, sondern auch als Miniaturfabriken, die in der Lage sind, die wertvollsten und komplexesten chemischen Verbindungen in ihren Zellen zu synthetisieren . Der Wendepunkt war mit der Entdeckung und dem Beginn der Produktion von Antibiotika verbunden.

Der Einsatz von Enzymen – biologischen Katalysatoren – ist eine sehr verlockende Sache. Denn in vielen ihrer Eigenschaften, vor allem Aktivität und Wirkungsselektivität (Spezifität), sind sie chemischen Katalysatoren deutlich überlegen. Enzyme sorgen für Bewegung chemische Reaktionen ohne hohe Temperaturen und Drücke, sondern beschleunigen sie millionen- und milliardenfach. Außerdem katalysiert jedes Enzym nur eine spezifische Reaktion.

In der Lebensmittel- und Süßwarenindustrie werden Enzyme schon lange verwendet: Viele der ersten Patente zu Beginn des Jahrhunderts betrafen die Herstellung von Enzymen für diese Zwecke. Allerdings waren die Anforderungen an diese Medikamente damals nicht sehr hoch – tatsächlich wurden bei der Herstellung keine reinen Enzyme verwendet, sondern diverse Extrakte oder halbzerstörte und getrocknete Zellen von Hefen oder niederen Pilzen. Enzyme (bzw. sie enthaltende Zubereitungen) wurden auch in der Textilindustrie zum Bleichen und Verarbeiten von Garnen und Baumwollfäden verwendet.

Möglichkeiten der Nutzung der Massenkultur von Algen.

Biologische Katalysatoren können auch eingesetzt werden, ohne sie aus lebenden Organismen zu entfernen, beispielsweise direkt in Bakterienzellen. Diese Methode ist in der Tat die Grundlage jeder mikrobiologischen Produktion und wird seit langem verwendet.

Es ist viel verlockender, reine Enzympräparate zu verwenden und so die Nebenreaktionen loszuwerden, die die lebenswichtige Aktivität von Mikroorganismen begleiten. Die Schaffung einer Produktion, bei der ein biologischer Katalysator in seiner reinen Form als Reagenz verwendet wird, verspricht sehr große Vorteile – die Herstellbarkeit steigt, die Produktivität und Reinheit von Prozessen um das Vieltausendfache. Hier entsteht jedoch eine grundsätzliche Schwierigkeit: Viele Enzyme werden, nachdem sie aus der Zelle entfernt wurden, sehr schnell inaktiviert und zerstört. Von einer wiederholten Verwendung kann keine Rede sein.

Wissenschaftler haben eine Lösung für das Problem gefunden. Um Enzyme zu stabilisieren oder, wie man sagt, zu immobilisieren, stabil zu machen, geeignet für den wiederholten, langfristigen industriellen Einsatz, werden Enzyme über starke chemische Bindungen an unlösliche oder lösliche Träger gebunden - Ionenaustauscherpolymere, Polyorganosiloxane, poröses Glas, Polysaccharide usw. Dadurch werden die Enzyme stabil und können viele Male verwendet werden. (Diese Idee wurde dann auf die Mikrobiologie übertragen - die Idee entstand, lebende Zellen zu immobilisieren. Manchmal ist es sehr notwendig, dass sie die Umwelt bei der mikrobiologischen Synthese nicht verschmutzen, sich nicht mit den von ihnen synthetisierten Produkten vermischen und im Allgemeinen eher chemisch aussehen Reagenzien Und solche immobilisierten Zellen wurden geschaffen, sie werden beispielsweise erfolgreich bei der Synthese von Steroidhormonen - wertvollen Medikamenten) eingesetzt.

Die Entwicklung einer Methode zur Erhöhung der Stabilität von Enzymen erweitert deren Einsatzmöglichkeiten erheblich. Mit Hilfe von Enzymen ist es beispielsweise möglich, Zucker aus Pflanzenabfällen zu gewinnen, und dieses Verfahren wird wirtschaftlich sein. Zur kontinuierlichen Herstellung von Zucker aus Fasern wurde bereits eine Pilotanlage errichtet.

Immobilisierte Enzyme werden auch in der Medizin verwendet. In unserem Land wurde also zur Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen ein Medikament mit immobilisierter Streptokinase entwickelt (das Medikament heißt "Streptodecase"). Dieses Medikament kann in Gefäße injiziert werden, um darin gebildete Blutgerinnsel aufzulösen. Eine wasserlösliche Polysaccharid-Matrix (zur Klasse der Polysaccharide gehören bekanntlich Stärke und Cellulose, der gewählte Polymerträger war in der Struktur ähnlich), an die Streptokinase chemisch „gebunden“ ist, erhöht die Stabilität des Enzyms deutlich, verringert seine Toxizität und allergische Wirkung und beeinflusst nicht die Aktivität, die Fähigkeit des Enzyms, Blutgerinnsel aufzulösen.

Substrate zur Gewinnung einzelliger Proteine ​​für verschiedene Klassen von Mikroorganismen.

Die Herstellung immobilisierter Enzyme, die sogenannte Engineering Enzymology, ist eines der neuen Gebiete der Biotechnologie. Es wurden nur die ersten Erfolge erzielt. Aber sie haben die angewandte Mikrobiologie, die technische Biochemie und die Enzymindustrie maßgeblich verändert. Zum einen ist in der mikrobiologischen Industrie inzwischen die Entwicklung der Herstellung von Enzymen unterschiedlichster Art und Eigenschaften relevant geworden. Zweitens sind neue Produktionsbereiche im Zusammenhang mit der Herstellung immobilisierter Enzyme entstanden. Drittens hat die Entwicklung neuer Enzympräparate die Möglichkeit eröffnet, eine Reihe neuer Industrien zu organisieren, um die notwendigen Substanzen mit biologischen Katalysatoren zu gewinnen.

Plasmide

Die größten Fortschritte wurden auf dem Gebiet der Veränderung des genetischen Apparats von Bakterien erzielt. Bakterien haben gelernt, mit Hilfe kleiner zirkulärer DNA-Moleküle – Plasmiden, die in Bakterienzellen vorkommen – neue Gene in das Genom einzuführen. Die notwendigen Gene werden in die Plasmide "eingeklebt" und dann werden solche Hybridplasmide der Kultur von Bakterien wie E. coli zugesetzt. Einige dieser Bakterien nehmen solche Plasmide vollständig auf. Danach beginnt das Plasmid in der Zelle zu replizieren und reproduziert Dutzende seiner Kopien in der E. coli-Zelle, die die Synthese neuer Proteine ​​ermöglicht.

Gentechnik

Noch ausgeklügeltere Methoden zur Einführung von Genen in die Zelle von Prokaryoten (Organismen, die keinen gebildeten Kern und keinen gebildeten Chromosomenapparat haben) wurden jetzt entwickelt und werden geschaffen. Der nächste Schritt ist die Entwicklung von Methoden zum Einschleusen neuer Gene in eukaryontische Zellen, vor allem von höheren Pflanzen und tierischen Organismen.

Aber das Erreichte erlaubt uns in der Praxis der Volkswirtschaft viel zu tun. Die mikrobiologischen Fertigungskapazitäten haben sich erheblich erweitert. Das Gebiet der mikrobiologischen Synthese verschiedener biologisch aktiver Verbindungen, Synthesezwischenprodukte, Futterproteine ​​und Zusatzstoffe und anderer Stoffe hat sich dank der Gentechnik zu einer der profitabelsten Wissenschaften entwickelt: Investitionen in vielversprechende biotechnologische Forschung versprechen einen hohen wirtschaftlichen Effekt.

Für die Züchtungsarbeit, egal ob mit Methoden der Mutagenese oder der "DNA-Industrie", müssen Wissenschaftler über zahlreiche Sammlungen von Mikroorganismen verfügen. Aber jetzt kostet selbst die Isolierung eines neuen Stammes natürlicher Mikroorganismen, der der Wissenschaft bisher unbekannt war, auf dem weltweiten "Bakterienkulturmarkt" etwa 100 US-Dollar. Und um durch konventionelle Züchtungsmethoden eine gute industrielle Sorte zu erhalten, sind manchmal Millionenausgaben erforderlich.

Es gibt bereits Möglichkeiten, diese Prozesse zu beschleunigen und die Kosten zu senken. Zum Beispiel wurde am All-Union-Forschungsinstitut für Genetik und Züchtung von Mikroorganismen des Glavmikrobioprom ein industrieller Stamm erhalten, der ein Superproduzent eines Mikroorganismus ist, der Threonin synthetisiert, eine essentielle Aminosäure, die in Nutztieren in unzureichenden Mengen enthalten ist füttern. Die Zugabe von Threonin zum Futter erhöht die Gewichtszunahme der Tiere um Kilogramm, die auf nationaler Ebene in Millionen von Rubel an Gewinnen und vor allem - eine Zunahme der Fleischprodukte der Tierhaltung.

Das Wissenschaftlerteam des Instituts unter der Leitung des Direktors V.G. Debabov nahm den gewöhnlichen E. coli, einen ubiquitären Mikroorganismus, als Grundlage für die Gewinnung eines industriellen Stammes. Zunächst wurden mutierte Zellen erhalten, die einen Überschuss an Threonin im Medium akkumulieren können. Dann wurden in der Zelle genetische Veränderungen ausgelöst, die zu einer Steigerung der Biosynthese von Aminosäuren führten. Auf diese Weise war es möglich, einen Stamm zu erhalten, der Threonin produzierte, aber 10-mal weniger als das die Menge, die aus Gründen der Rentabilität der Produktion erforderlich war. Dann wurden die Methoden der Gentechnik freigegeben. Mit ihrer Hilfe wurde die „Dosis des Threonin-Gens“ im bakteriellen DNA-Molekül erhöht. Außerdem war die Zahl der Gene, die die Threonin-Synthese bestimmen, im DNA-Molekül der Zelle um ein Vielfaches erhöht: Im DNA-Molekül schienen die gleichen Gene gleichsam aneinander gereiht zu sein. Natürlich nahm die Threonin-Biosynthese proportional zu und erreichte ein für die industrielle Produktion ausreichendes Niveau.

Danach musste die Sorte jedoch weiter verbessert werden, und zwar wieder genetisch. Erstens, um die Bakterienkultur von Zellen zu befreien, in denen Plasmide mit dem "Threonin-Gen" während der Vermehrung der Kultur verschwanden. Dazu wurde in die Zellen ein Gen eingefügt, das ein kodiertes Signal für den „Selbstmord“ von Zellen enthält, in dem nach der Teilung keine Plasmide mit dem „Threonin-Gen“ auftraten. Auf diese Weise wurde die Zellkultur von Ballast-Mikroorganismen selbst gereinigt. Dann wurde ein Gen in die Zellen eingeschleust, dank dessen es sich auf Saccharose (und nicht wie früher auf teure Glucose und Fructose) entwickeln und Rekordmengen an Threonin produzieren konnte.

Im Wesentlichen war der resultierende Mikroorganismus nicht mehr E. coli: Manipulationen an seinem genetischen Apparat führten zur Entstehung eines grundlegend neuen Organismus, der ganz bewusst und gezielt entworfen wurde. Und dieses komplexeste mehrstufige Werk, das eine riesige praktische Bedeutung, wurde in kürzester Zeit - in nur drei Jahren - mit neuen originellen Methoden der Gentechnik durchgeführt.

Bis 1981 in einer Reihe von Instituten des Landes, und vor allem in dem nach V.I. MM Shemyakin von der Akademie der Wissenschaften der UdSSR unter der Leitung des Akademiemitglieds Yu. A. Ovchinikov wurde noch beeindruckendere Arbeit geleistet. Diese Studien haben inzwischen die Form von klaren Langzeitprogrammen, nach denen sie von einer Reihe von Hochschulen und Industrieinstituten weiterentwickelt werden. Ziel dieser Studien war es, ein wahres Wunder zu verwirklichen – die Einführung eines aus dem menschlichen Körper isolierten Gens in eine Bakterienzelle.

Die Arbeit wurde mit mehreren Genen gleichzeitig durchgeführt: dem Gen, das für die Synthese des Hormons Insulin verantwortlich ist, dem Gen, das für die Bildung von Interferon sorgt, und dem Gen, das die Synthese des Wachstumshormons steuert.

Die Wissenschaftler haben es sich zunächst zur Aufgabe gemacht, Bakterien zu „lehren“, das wertvollste medizinische Präparat zu synthetisieren – das Hormon Insulin. Insulin ist für die Behandlung von Diabetes unentbehrlich. Dieses Hormon muss den Patienten ständig verabreicht werden, und seine Herstellung auf traditionelle Weise (aus der Bauchspeicheldrüse von Schlachtrindern) ist schwierig und teuer. Außerdem unterscheiden sich Schweine- oder Rinderinsulinmoleküle von Humaninsulinmolekülen, und es ist natürlich, dass ihre Aktivität im menschlichen Körper geringer ist als die von Humaninsulin. Darüber hinaus ist Insulin, obwohl es klein ist, immer noch ein Protein, und Antikörper dagegen sammeln sich im Laufe der Zeit im menschlichen Körper an: Der Körper bekämpft fremde Proteine, stößt sie ab. Daher kann das injizierte Rinder- oder Schweineinsulin beginnen, irreversibel inaktiviert, durch diese Antikörper neutralisiert zu werden und als Ergebnis verschwinden, bevor es Zeit hat, eine therapeutische Wirkung auszuüben. Um dies zu verhindern, müssen Substanzen in den Körper eingeführt werden, die diesen Prozess verhindern, aber sie selbst sind dem Körper nicht gleichgültig.

Humaninsulin könnte durch chemische Synthese hergestellt werden. Diese Synthese ist jedoch so kompliziert und teuer, dass sie nur zu Versuchszwecken durchgeführt wurde und die erhaltenen Insulinmengen selbst für eine Injektion nicht ausreichten. Es war eher eine symbolische Synthese, ein Beweis dafür, dass Chemiker echtes Protein im Reagenzglas synthetisieren können.

Vor diesem Hintergrund haben sich Wissenschaftler eine so schwierige und sehr wichtige Aufgabe gestellt - die biochemische Produktion von Humaninsulin zu etablieren. Es wurde ein Gen erhalten, das die Insulinsynthese ermöglicht. Mit Hilfe gentechnischer Methoden wurde dieses Gen in eine Bakterienzelle eingebracht, die dadurch die Fähigkeit erlangte, ein menschliches Hormon zu synthetisieren.

Ebenso großes Interesse und nicht weniger (und vielleicht mehr) Bedeutung hatten die Arbeiten am selben Institut zur Einführung des Gens, das für die Synthese von humanem Interferon mit gentechnischen Methoden in die Bakterienzelle verantwortlich ist. (Interferon ist ein Protein, das eine äußerst wichtige Rolle im Kampf des Körpers gegen Virusinfektionen spielt.) Das Interferon-Gen wurde auch in die E. coli-Zelle eingeführt. Die geschaffenen Stämme zeichneten sich durch eine hohe Interferonausbeute aus, die eine starke antivirale Wirkung hat. Die ersten kommerziellen Chargen von humanem Interferon sind bereits erhältlich. Die Umsetzung der industriellen Produktion von Interferon ist eine sehr wichtige Errungenschaft, da angenommen wird, dass Interferon auch Antitumoraktivität besitzt.

Am Institut der Akademie der Wissenschaften der UdSSR wurde daran gearbeitet, Bakterienzellen zu schaffen, die Somatotropin - das menschliche Wachstumshormon - produzieren. Das Gen für dieses Hormon wurde aus der Hypophyse isoliert und gentechnisch zu einem komplexeren DNA-Molekül verarbeitet, das dann in den genetischen Apparat der Bakterien eingeführt wurde. Dadurch erlangte das Bakterium die Fähigkeit, das menschliche Hormon zu synthetisieren. Diese Bakterienkultur sowie die Kultur von Bakterien mit dem eingebrachten Insulin-Gen wird für die industrielle Produktion von Humanhormonen in der mikrobiologischen Produktion getestet.

Dies sind nur einige Beispiele für Arbeiten zur Einführung von Genen höherer Organismen in Bakterienzellen. Es gibt noch viele weitere ähnliche interessante und vielversprechende Werke.

Hier ist ein weiteres Beispiel. Britische Biochemiker isolierten ein ziemlich großes Protein (etwa 200 Aminosäurereste) - Thaumatin aus den Früchten eines afrikanischen Strauches. Dieses Protein erwies sich als 100.000-mal süßer als Saccharose. Jetzt denken sie auf der ganzen Welt über die Schaffung von Zuckerersatzstoffen nach, die bei großem Verzehr für den Körper alles andere als ungefährlich sind. Daher hat Thaumatin, ein Naturprodukt, das keine speziellen toxikologischen Tests erfordert, große Aufmerksamkeit auf sich gezogen: Schließlich lässt sich durch seine unbedeutenden Zusatzstoffe in Süßwaren einfach der Einsatz von Zucker ausschließen. Wissenschaftler haben entschieden, dass es einfacher und profitabler ist, Thaumatin nicht aus zu beziehen natürliche Quelle, und durch mikrobiologische Synthese mit Hilfe von Bakterien, in die das Thaumatin-Gen eingeführt wird. Und diese Arbeit wurde durchgeführt, indem dieses Gen in denselben E. coli eingeführt wurde. Derzeit wird der Zuckeraustauschstoff Thaumatin (genannt Talin) aus einer natürlichen Quelle hergestellt, seine mikrobiologische Produktion ist jedoch nicht mehr weit.

Während es darum ging, Gene in Bakterienzellen einzubringen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass nicht daran gearbeitet wird, künstliche Gene in höhere Organismen – Pflanzen und Tiere – einzuführen. Es gibt nicht weniger, sondern viel attraktivere Ideen. Die praktische Umsetzung einiger von ihnen wird für die Menschheit äußerst wichtig sein. So ist bekannt, dass höhere Pflanzen Luftstickstoff nicht aufnehmen können: Sie erhalten ihn in Form von anorganischen Salzen oder durch Symbiose mit Knöllchenbakterien aus dem Boden. Die Umsetzung der Idee, die Gene dieser Bakterien in Pflanzen einzubringen, könnte zu radikalen revolutionären Veränderungen in der Landwirtschaft führen.

Was ist mit der Einführung von Genen in den genetischen Apparat von Eukaryoten? Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass es unmöglich ist, den Genotyp aller Zellen eines vielzelligen Organismus zu ändern. Die Hoffnung liegt daher auf der Entwicklung gentechnischer Methoden, die mit pflanzlichen Zellkulturen und einzelligen Pflanzen arbeiten sollen.

Das Einbringen synthetischer Gene in künstlich gezüchtete Zellen kann zur Produktion einer veränderten Pflanze führen: Unter bestimmten Bedingungen können isolierte Zellen zu ganzen Pflanzen werden. Und in einer solchen Pflanze müssen Gene, die künstlich in die ursprüngliche Zelle eingeführt wurden, wirken und vererbt werden.

Hier zeichnet sich neben den Aussichten auf den erfolgreichen Einsatz gentechnischer Methoden ein weiterer Vorteil der Biotechnologie ab: Mit der Methode der zellulären Biotechnologie können aus einer Pflanze Millionen identischer Pflanzen gewonnen werden und nicht Dutzende wie bei der Verwendung von Saatgut. Die Mobilfunktechnik benötigt keine großen Flächen, ist witterungsunabhängig und zeichnet sich durch enorme Produktivität aus.

Sowjetische Wissenschaftler erforschen jetzt einen anderen Weg, Gene in Pflanzenzellen einzuführen - sie schaffen eine symbiotische Gemeinschaft, in der Cyanobakterien, die sowohl zur Photosynthese als auch zur Stickstofffixierung fähig sind, in Pflanzenprotoplasten (sie haben keine Zellulosemembran) einschleusen wollen. .

Im Bereich der Anwendung gentechnischer Methoden in der Arbeit mit Tieren bestehen gewisse Perspektiven, jedenfalls besteht grundsätzlich die Möglichkeit, genetisches Material in tierische Zellen zu übertragen. Dies wurde besonders überzeugend bei Hybridomen gezeigt. Ein Hybridom ist eine Zelle, die aus einem Antikörper produzierenden Lymphozyten und einer unbegrenzt vermehrungsfähigen Tumorzelle gebildet wird und beide Eigenschaften vereint. Mit Hilfe von Hybridomen können hochspezifische Antikörper gewonnen werden. Die Hybridoma-Methode ist eine weitere biotechnologische Technik zur Gewinnung wertvoller Proteine.

Weltraumbiotechnologie Bei der Umsetzung bemannter Flugprogramme in die ehemalige UdSSR Unter Beteiligung der Spitzenorganisationen von Rosaviakosmos, des Ministeriums für medizinische Industrie, der Russischen Akademie der Wissenschaften und der Russischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften hat sich ein wissenschaftliches und technisches Potenzial im Bereich der Weltraumbiotechnologie entwickelt, die die instrumentelle und methodische Grundlage geschaffen haben notwendig für die Durchführung biotechnologischer Experimente im Orbitalflug Über einen Zeitraum von 15 Jahren wurden eine Reihe von biotechnologischen Experimenten durchgeführt, deren Ergebnisse in Technologien zur Herstellung verschiedener biologisch aktiver Substanzen (Antibiotika, Immunstimulanzien usw.) ). Mit den Methoden der Weltraumbiotechnologie wurden eine Reihe modernster therapeutischer und diagnostischer Präparate geschaffen. Die gesammelten Erfahrungen ermöglichten es, die vielversprechendsten Richtungen für die Entwicklung der Weltraumbiotechnologie zu bestimmen: Mikrogravitation verbesserter sowie rekombinanter industrieller Mikroorganismenstämme, Hersteller biologisch aktiver Substanzen für Medizin, Pharmakologie, Landwirtschaft und Ökologie; elektrophoretische Trennung von biologischen Substanzen, insbesondere feine Hochleistungsreinigung von gentechnisch veränderten und viralen Proteinen, hauptsächlich für medizinische Zwecke, sowie die Isolierung spezifischer Zellen, die durch die erforderlichen sekretorischen Funktionen gekennzeichnet sind; das Ziel, grundlegendes Wissen auf diesem Gebiet zu erweitern der Biologie und Biotechnologie. 1989 wurde RSC Energia im. S. P. Korolev und RAO "Biopreparat" haben ihre Forschungsbemühungen in einem der vielversprechenden Bereiche der Weltraumaktivität vereint und Labors für Weltraumbiotechnologie geschaffen. Die wissenschaftliche Leitung der Arbeit auf dem Gebiet der Biotechnologie innerhalb des russischen Nationalprogramms an der Orbitalstation Mir und dem russischen Segment der Internationalen Raumstation wird vom Vorsitzenden der Sektion Weltraumbiotechnologie des KNTS Rosaviakosmos und der Russischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt, Verdienter Wissenschaftler der Russischen Föderation, Professor Yuri Tikhonovich Kalinin. Koordination der Arbeiten, Sicherstellung der Erstellung und Flugvorbereitung der wissenschaftlichen Ausrüstung an Bord, biologische Materialien bei der Durchführung biotechnologischer Projekte sowie die Verarbeitung und Analyse der gewonnenen Ergebnisse werden von spezialisierten Labors der Weltraumbiotechnologie bei RAO "Biopreparat" (basierend auf OJSC "Biochimmash") und bei RSC Energia im. S. P. Königin. Für die direkte Durchführung von Experimenten an Bord der Orbitalstationen wurde ein Maßnahmenpaket zu deren Organisation, Bereitstellung und Unterstützung in allen Phasen der Durchführung entwickelt: · Vorbereitung wissenschaftlicher Experimente und Ausrüstung, Ausbildung der Besatzungen gemeinsam mit der russischen Staatsforschung und Testzentrum für Kosmonautentraining. Yu.A. Gagarin · Lieferung von wissenschaftlicher Ausrüstung an den Orbitalkomplex; Logistik der Experimente an Bord des Orbitalkomplexes; Planung, Vorbereitung und Begleitung von Experimenten im Mission Control Center · Rückgabe der Ergebnisse von Experimenten aus dem Orbit und deren Übergabe vom Landeplatz des Sinkfahrzeugs ins Labor. Die oben genannten Labors für Weltraumbiotechnologie haben für die Durchführung von Weltraumexperimenten erforderliche Dokumentenpakete entwickelt, einschließlich Methoden zur Vorbereitung des Fluges, Pässe und Zertifikate und andere Genehmigungen.Wir sind bereit, auf Wunsch des Kunden die erforderliche wissenschaftliche Beratung in diesem Bereich zu leisten , sowie die Vorbereitung und Durchführung von Weltraumexperimenten mit beliebigen biologischen Objekten.Es liegt auf der Hand, dass wir in kommerziellen Projekten mit ausländischen Firmen das Versprechen, unter Schwerelosigkeitsbedingungen hochwertige Kristalle zu erhalten, immer wieder bestätigt haben biologische Substanzen ... Sie ermöglichten es, die räumliche Struktur verschiedener Biopolymere mit hoher Genauigkeit zu studieren und die Ergebnisse zu verwenden, um qualitativ neue therapeutische, prophylaktische und diagnostische Präparate zu schaffen der ursprünglichen Stämme. Experimente zur Rekombination von Mikroorganismen unter Orbitalflugbedingungen haben die reale Möglichkeit einer 100%igen Übertragung von genetischem Material zwischen entfernten Arten gezeigt, die es ermöglicht, einzigartige Hybride mit neuen gewünschten Eigenschaften zu erhalten, und die Wirksamkeit des Einsatzes elektrophoretischer Methoden in um Pilot- und pilotindustrielle Chargen von hochreinen und hochhomogenen wirtschaftlich wertvollen biologisch aktiven Substanzen zu entwickeln.Wir sind bereit, nach Ihren Bestellungen auf unserer oder anderen Ausrüstungen die Kristallisation von biologischen Objekten im Weltraum zu erforschen, um verbesserte oder rekombinante Stämme, sowie Elektrophorese und andere Forschungsgebiete, sowohl auf Ihren Wunsch als auch in Kooperation.Unserer Meinung nach eine vielversprechende Richtung, sowohl in wissenschaftlicher als auch in kommerzieller Hinsicht Wir können ein Projekt in Betracht ziehen, um eine universelle Installation zum Züchten und Gewinnen von kristallinen Proteinen in der Raumfahrt zu schaffen eine Machbarkeitsprüfung durchführen und die kommerzielle Umsetzung der vorgeschlagenen Projekte sicherstellen ZWECKE UND ZIELE DES PROJEKTS Das Projekt wird durch die Bemühungen von RAO "Biopreparat" und potentiellen Teilnehmern durchgeführt, die an der Entwicklung fortschrittlicher biotechnologischer wissenschaftlicher Ausrüstung und der Erlangung von wettbewerbsfähige Bioprodukte in der Raumfahrt (ISS) Biokristallisationsanlage einer neuen Generation, die große homogene Kristalle einer Vielzahl von biologischen Objekten liefern kann, sowie einsatzbereit Empfang von Video- und Telemetrieinformationen zu den Hauptparametern des Prozesses und den auf der Erde erzielten Ergebnissen. Bei der Arbeitsorganisation im Rahmen des Projektes werden folgende Aufgaben gestellt: · Erarbeitung der Interaktionsmechanismen zwischen den Parteien der Projektbeteiligten in organisatorischen, methodischen, technischen, wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Fragen; · auf Basis russischer Biokristallisatoren und ausländische elektronische und Videogeräte zur Herstellung von Prototypen und Flugmustern von Biokristallisationsgeräten mit Eigenschaften, die die bekannten Weltanaloga in Bezug auf Effizienz und Zuverlässigkeit übertreffen, · zum Betrieb der erstellten Geräte auf der ISS; sowohl für einzelne nationale Programme der Parteien der Teilnehmer als auch für gemeinsame wissenschaftliche oder kommerzielle Projekte, · Suche nach Wegen und Mitteln zur Umsetzung wissenschaftlicher Ergebnisse, die im Rahmen von Flugversuchen gewonnen wurden, basierend auf den gemeinsamen Interessen der Parteien an die Projektteilnehmer. KURZE TECHNISCHE EIGENSCHAFTEN DER AUSRÜSTUNG Im Folgenden werden kurze technische Merkmale der Vorrichtung zur Kristallisation biologischer Objekte, die auf der Grundlage russischer Entwicklungen erstellt wurde, vorgestellt: Kammern mit Arbeitslösungen Schnelle Ausführung von Operationen zum separaten Befüllen von Kristallisationskassetten Kammern mit Proteinlösungen (oder anderes Biopolymer) und Fällungsmittel Umsetzung mehrerer Kristallisationsmethoden in einer Kassette hohe Reproduzierbarkeit der Prozesseigenschaften in verschiedenen Kristallisationszellen einer Universalkassette hohe Austauschbarkeit der wichtigsten Funktionselemente des Biokristallisators Bequeme und schnelle Durchführung von Sterilisation, Montage, Dichtheitsprüfung und Befüllung mit Arbeitslösungen; Bequeme und zerstörungsfreie Extraktion der erhaltenen Kristalle; Hohe Zuverlässigkeit und Wartbarkeit; Manuelle und automatische Aktivierung / Deaktivierung des Kristallisationsprozesses; Messung und Registrierung der Temperatur von Kristallisationskassetten für alle Transport- und Betriebsstufen; · hohe Ausnutzung der Nutzlastmasse beim Start in die Umlaufbahn und Rückkehr zur Erde; · geringe Anforderungen an Liefer- und Rücktransportfahrzeuge; · Flexibilität beim Aufbau und Einsatz eines wissenschaftlichen Programms mit minimalen genutzte ISS-Ressourcen · Möglichkeit des modularen Wachstums von Kristallisationszellen je nach Kundenwunsch. Die Anlieferung an Bord der ISS und die Rücksendung der Universal-Biokristallisator-Kassetten erfolgt in einem wärmeisolierenden Mehrwegbehälter (TVC) mit autonomem Temperaturschreiber. ZUSAMMENSETZUNG DER AUSRÜSTUNG Die komplette Konfiguration der Ausrüstung hat folgende Zusammensetzung: · Kassettensatz des universellen Biokristallisators - 12-tlg. (die Konfiguration der Kassetten wird vom Versuchsplaner bestimmt); · wärmeisolierender Mehrwegbehälter (TVK) mit autonomem Temperaturschreiber; · manueller Antrieb der Kassetten; · biotechnologischer Universalthermostat (TBU) zur aktiven Temperierung von Kassetten in einem Automatikbetrieb; · elektrische Antriebseinheit zur Aktivierung / Deaktivierung von Kassetten in TBU; Elektrische Antriebssteuerung; Videoüberwachungssystem für Kristallisationszellen in TBU; Überwachungs- und Steuereinheit für das Videoüberwachungs- und Schnittstellensystem (SVI) mit dem ISS-TV-System; Satz Anschlusskabel. Jede der universellen Kristallisationskassetten ist strukturell aus einem Monoblock gefertigt. Die Kassette enthält 4 in sich geschlossene Kristallisationszellen. Jede Kristallisationszelle hat ihrerseits eine bis drei Kristallisations-(Protein-)Kammern und eine oder mehrere Kammern für die Fällungsmittellösung.

Biohydrometallurgie

Dieses Gebiet war früher als mikrobielles Auslaugen von Metallen aus Erzen bekannt. Untersuchung der Gewinnung von Metallen aus ihren Erzen mit Mikroorganismen. In den 50er - 60er Jahren wurde klar, dass es Mikroorganismen gibt, die Metalle aus Erzmineralien in Lösung bringen können. Die Mechanismen für eine solche Übertragung sind unterschiedlich. Einige auslaugende Mikroorganismen oxidieren beispielsweise Pyrit direkt: 4FeS 2 + 15Ö 2 + 2h 2 Ö = 2Fe 2 (SÖ 4) 3 + 2h 2 SÖ 4

Und das Eisen(III)-Ion dient als starkes Oxidationsmittel, das Kupfer aus Chalcocinit in Lösung überführen kann: Cdu 2 S + 2Fe 2 (SÖ 4) 3 = 2CduSÖ 4 + 4FeSÖ 4 + S oder Uran aus Uraninit: UÖ 2 + Fe 2 (SÖ 4) 3 = UÖ 2 SÖ 4 + 2FeSÖ 4

Oxidationsreaktionen sind exotherm, bei ihrem Ablauf wird Energie frei, die von Mikroorganismen im Laufe ihres Lebens verbraucht wird.

Wie ist also die Biotechnologie aufgebaut? In Anbetracht der Tatsache, dass sich die Biotechnologie aktiv entwickelt und ihre Struktur noch nicht endgültig festgelegt ist, können wir nur von den derzeit existierenden Arten der Biotechnologie sprechen. Das ist zelluläre Biotechnologie - angewandte Mikrobiologie, Kulturen pflanzlicher und tierischer Zellen (dies wurde diskutiert, als wir über die mikrobiologische Industrie sprachen, über die Möglichkeiten von Zellkulturen, über chemische Mutagenese). Dies sind die genetische Biotechnologie und die molekulare Biotechnologie (sie liefern die "DNA-Industrie"). Und schließlich ist dies die Modellierung komplexer biologischer Prozesse und Systeme, einschließlich der technischen Enzymologie (wir haben darüber gesprochen, als wir über immobilisierte Enzyme sprachen).

Es ist klar, dass die Biotechnologie eine große Zukunft hat. Und ihre Weiterentwicklung ist eng verbunden mit der gleichzeitigen Entwicklung aller wichtigen Zweige der Biologie, die lebende Organismen auf verschiedenen Ebenen ihrer Organisation untersuchen. Denn egal wie differenziert die Biologie, egal welche neuen wissenschaftlichen Richtungen entstehen, Gegenstand ihres Studiums werden immer lebende Organismen sein, die eine Gesamtheit von materiellen Strukturen und unterschiedlichsten Prozessen sind, die die physikalische, chemische und biologische Einheit bilden . Und dies – die Natur der Lebewesen – bedingt die Notwendigkeit eines umfassenden Studiums lebender Organismen. Daher ist es natürlich und logisch, dass die Biotechnologie als Ergebnis des Fortschritts einer komplexen Richtung - der physikalisch-chemischen Biologie - entstanden ist und sich gleichzeitig und parallel zu dieser Richtung entwickelt.

Die Herstellung auf Basis von kultivierten in vitro Zellen lebender Äquivalente von Geweben und Organen, um sie in der Ersatztherapie zur Wiederherstellung geschädigter Strukturen und Funktionen des Körpers zu verwenden. Der größte Erfolg in dieser Richtung wurde mit dem Einsatz von Grown in vitro Keratinozyten zur Behandlung von Hautschäden und vor allem bei der Behandlung von Brandwunden.

Abschließend sei noch ein wichtiger Umstand erwähnt, der die Biotechnologie von anderen Wissenschafts- und Produktionsbereichen unterscheidet. Es konzentriert sich zunächst auf die Probleme, die die moderne Menschheit beschäftigen: Nahrungsmittelproduktion (vor allem Proteine), Aufrechterhaltung des Energiegleichgewichts in der Natur (Abkehr von der Fokussierung auf die Nutzung unersetzlicher Ressourcen hin zu erneuerbaren Ressourcen), Umweltschutz (Biotechnologie - "saubere" "Produktion, erfordert jedoch hohe Kosten Wasser).

Somit ist die Biotechnologie ein natürliches Ergebnis der menschlichen Entwicklung, ein Zeichen dafür, dass ein wichtiger, man könnte sagen, Wendepunkt der Entwicklung erreicht ist.

Biotechnologie-Industrie

Die Biotech-Branche wird manchmal in vier Bereiche unterteilt:

• "« Rote "Biotechnologie" - Herstellung von Biopharmazeutika (Proteine, Enzyme, Antikörper) für den Menschen sowie Korrektur des genetischen Codes.
• "« Grüne "Biotechnologie" - Entwicklung und Einführung in die Kultur von gentechnisch veränderten Pflanzen.
• "« Weiße "Biotechnologie" - Herstellung von Biokraftstoffen, Enzymen und Biomaterialien für verschiedene Industrien.
• Akademische und staatliche Forschung, wie die Entschlüsselung des Reisgenoms.

"Mikrobiologische Industrie " produziert 150 Arten von Produkten, die für die Volkswirtschaft extrem notwendig sind. Ihr Stolz ist das aus dem Hefeanbau gewonnene Futterprotein. Pro Jahr werden mehr als 1 Million Tonnen produziert. Eine weitere wichtige Errungenschaft ist die Freisetzung des wertvollsten Futtermittelzusatzes – der unersetzlichen (d.h. nicht im Körper des Tieres gebildeten) Aminosäure Lysin. Die Aufnahme von Eiweißstoffen, die in den Produkten der mikrobiologischen Synthese enthalten sind, ist so, dass 1 Tonne Futterprotein 5-8 Tonnen Getreide spart. Die Zugabe von 1 Tonne Hefebiomasse zur Ernährung von Geflügel ermöglicht es beispielsweise, zusätzliche 1,5 bis 2 Tonnen Fleisch oder 25 bis 35 Tausend Eier zu erhalten und in der Schweinezucht 5 bis 7 Tonnen Futter freizusetzen Getreide. Hefe ist nicht die einzige mögliche Proteinquelle. Es kann durch Züchtung von mikroskopisch kleinen Grünalgen, verschiedenen Protozoen und anderen Mikroorganismen gewonnen werden. Technologien für ihren Einsatz wurden bereits entwickelt, riesige Unternehmen mit einer Kapazität von 50 bis 300 Tausend Tonnen Produkten pro Jahr werden entworfen und gebaut. Ihre Nutzung wird es ermöglichen, einen wesentlichen Beitrag zur Lösung volkswirtschaftlicher Probleme zu leisten.

Wird ein menschliches Gen, das für die Synthese eines Enzyms oder einer anderen für den Körper wichtigen Substanz verantwortlich ist, in die Zellen von Mikroorganismen transplantiert, dann produzieren die Mikroorganismen unter geeigneten Bedingungen im industriellen Maßstab eine ihnen fremde Verbindung. Wissenschaftler haben ein Verfahren zur Herstellung von menschlichem Interferon entwickelt und in die Produktion eingeführt, das bei der Behandlung vieler Viruserkrankungen wirksam ist. Die gleiche Menge Interferon wird aus 1 Liter Kulturflüssigkeit gewonnen, die zuvor aus vielen Tonnen Spenderblut gewonnen wurde. Die Einsparungen durch die Einführung der neuen Methode betragen 200 Millionen Rubel pro Jahr.

Ein weiteres Beispiel ist die Produktion von menschlichem Wachstumshormon mit Hilfe von Mikroorganismen. Gemeinsame Entwicklungen von Wissenschaftlern des Instituts für Molekularbiologie, des Instituts für Molekularbiologie, des Instituts für Biochemie und Physiologie der Mikroorganismen Russlands und russischer Institute ermöglichen es, bereits Gramm des Hormons herzustellen, während dieses Medikament zuvor in Milligramm geliefert wurde. Das Medikament wird derzeit getestet. Methoden der Gentechnik haben die Möglichkeit geschaffen, Impfstoffe gegen so gefährliche Infektionen wie Hepatitis B, Maul- und Klauenseuche bei Rindern zu erhalten, sowie Methoden zur Früherkennung einer Reihe von Erbkrankheiten und verschiedenen Virusinfektionen zu entwickeln.

Gentechnik beginnt, die Entwicklung nicht nur der Medizin, sondern auch anderer Bereiche der Volkswirtschaft aktiv zu beeinflussen. Die erfolgreiche Entwicklung gentechnischer Methoden eröffnet vielfältige Möglichkeiten zur Lösung einer Reihe von Problemen der Landwirtschaft. Dies ist die Schaffung neuer wertvoller Nutzpflanzensorten, die gegen verschiedene Krankheiten und ungünstige Umwelteinflüsse resistent sind, und die Beschleunigung des Selektionsprozesses bei der Züchtung hochproduktiver Tierrassen sowie die Schaffung hochwirksamer Diagnosewerkzeuge und Impfstoffe für die Veterinärmedizin, und die Entwicklung von Methoden zur biologischen Stickstofffixierung. Die Lösung dieser Probleme wird zum wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt der Landwirtschaft beitragen, wobei den Methoden der Gentechnik und natürlich auch der Zelltechnik die Schlüsselrolle zukommt.

Zelltechnik- ein ungewöhnlich vielversprechendes Gebiet der modernen Biotechnologie. Wissenschaftler haben Methoden entwickelt, um tierische und sogar menschliche Pflanzenzellen unter künstlichen Bedingungen (Kultivierung) zu züchten. Die Zellkultivierung ermöglicht die Gewinnung verschiedener wertvoller Produkte, die zuvor in sehr limitierte Anzahl aus Mangel an Rohstoffquellen. Besonders erfolgreich entwickelt sich das Zell-Engineering von Anlagen. Mit den Methoden der Genetik ist es möglich, Linien solcher Pflanzenzellen zu selektieren - Produzenten von praktisch wichtigen Substanzen, die auf einfachen Nährmedien wachsen können und gleichzeitig wertvolle Produkte um ein Vielfaches anreichern als die Pflanze selbst. Die Kultivierung einer Vielzahl von Pflanzenzellen wird bereits im industriellen Maßstab genutzt, um physiologisch wirksame Verbindungen zu erhalten. So wurde beispielsweise die Produktion von Ginseng-Biomasse für den Bedarf der Parfümerie- und Medizinindustrie etabliert. Der Grundstein für die Produktion von Biomasse von Heilpflanzen - Dioscorea und Rauwolfia - wird gelegt. Es werden Methoden entwickelt, um die Zellmasse anderer seltener Pflanzen – Produzenten von Wertstoffen (Rhodiola rosea etc.) – zu züchten. Ein weiterer wichtiger Bereich des Zell-Engineerings ist die klonale Mikrovermehrung von Pflanzen auf Basis von Gewebekulturen. Diese Methode basiert auf einer erstaunlichen Eigenschaft von Pflanzen: Aus einer einzelnen Zelle oder einem Gewebestück kann unter bestimmten Bedingungen eine ganze Pflanze wachsen, die zu normalem Wachstum und Reproduktion fähig ist. Mit dieser Methode können aus einem kleinen Teil einer Pflanze bis zu 1 Million Pflanzen pro Jahr gewonnen werden. Die klonale Mikropropagation dient der Gewinnung und schnellen Vermehrung seltener, wirtschaftlich wertvoller oder neu geschaffener Sorten landwirtschaftlicher Nutzpflanzen. Auf diese Weise werden aus nicht mit Viren infizierten Zellen gesunde Pflanzen von Kartoffeln, Weintrauben, Zuckerrüben, Gartenerdbeeren, Himbeeren und vielen anderen Nutzpflanzen gewonnen. Gegenwärtig wurden Methoden der Mikropropagation auch für komplexere Objekte entwickelt - Gehölze (Apfel, Fichte, Kiefer). Auf Basis dieser Methoden werden Technologien zur industriellen Herstellung des Ausgangsmaterials wertvoller Baumarten geschaffen. Zell-Engineering-Methoden werden den Züchtungsprozess bei der Entwicklung neuer Getreidesorten und anderer wichtiger landwirtschaftlicher Kulturpflanzen erheblich beschleunigen: Der Zeitraum für ihre Produktion wird auf 3-4 Jahre verkürzt (anstatt 10-12 Jahre, die bei herkömmlichen Züchtungsmethoden erforderlich sind). Auch ein vielversprechender Weg zur Züchtung neuer Sorten wertvoller Nutzpflanzen wird von Wissenschaftlern grundlegend entwickelt. neue Methode Verschmelzung von Zellen. Diese Methode ermöglicht es Ihnen, Hybriden zu erhalten, die aufgrund der Barriere der interspezifischen Inkompatibilität nicht durch die übliche Kreuzungsmethode hergestellt werden können. Durch das Verfahren der Zellfusion erhält man beispielsweise Hybriden verschiedener Kartoffel-, Tomaten-, Tabaksorten; Tabak und Kartoffeln, Raps und Rüben, Tabak und Belladonna. Auf Basis einer Hybride aus Kultur- und Wildkartoffeln, die gegen Viren und andere Krankheiten resistent sind, entstehen neue Sorten. Auf ähnliche Weise wird wertvolles Zuchtmaterial von Tomaten und anderen Kulturpflanzen gewonnen. Zukünftig der komplexe Einsatz gentechnischer und zelltechnischer Methoden, um neue Pflanzensorten mit vorgegebenen Eigenschaften zu schaffen, zum Beispiel Wespen, die in ihnen zur Fixierung von atmosphärischem Stickstoff bestimmt sind. Große Fortschritte hat das Zell-Engineering auf dem Gebiet der Immunologie erzielt: Es wurden Methoden entwickelt, um spezielle Hybridzellen zu gewinnen, die einzelne oder monoklonale Antikörper produzieren. Dadurch konnten hochsensible Diagnosewerkzeuge für eine Reihe schwerwiegender Erkrankungen von Mensch, Tier und Pflanze geschaffen werden. Die moderne Biotechnologie leistet einen wesentlichen Beitrag zur Lösung eines so wichtigen Problems wie der Bekämpfung von Viruserkrankungen landwirtschaftlicher Nutzpflanzen, die der Volkswirtschaft großen Schaden zufügen. Wissenschaftler haben hochspezifische Seren entwickelt, um mehr als 20 Viren nachzuweisen, die bei verschiedenen Nutzpflanzen Krankheiten verursachen. Es wurde ein System von Geräten und Geräten zur automatischen Massen-Express-Diagnostik viraler Pflanzenkrankheiten in der landwirtschaftlichen Produktion entwickelt und hergestellt. Neue diagnostische Verfahren ermöglichen die Selektion von virusfreiem Ausgangsmaterial (Samen, Knollen etc.), was zu einer deutlichen Ertragssteigerung beiträgt. Von großer praktischer Bedeutung sind Arbeiten zur Ingenieurenzymologie. Sein erster wichtiger Erfolg war die Immobilisierung von Enzymen - die Fixierung von Enzymmolekülen mit Hilfe starker chemischer Bindungen an synthetische Polymere, Polysaccharide und andere Matrixträger. Verankerte Enzyme sind stabiler und können wiederverwendet werden. Die Immobilisierung ermöglicht es, kontinuierliche katalytische Prozesse durchzuführen, Produkte zu erhalten, die nicht mit einem Enzym verunreinigt sind (was in einer Reihe von Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrien besonders wichtig ist) und deren Kosten erheblich zu senken. Diese Methode wird beispielsweise zur Gewinnung von Antibiotika verwendet. Wissenschaftler haben daher eine Technologie zur Herstellung von Antibiotika auf Basis des immobilisierten Enzyms Penicillin-Amidase entwickelt und in die industrielle Produktion eingeführt. Durch die Anwendung dieser Technologie hat sich der Rohstoffverbrauch verfünffacht, die Kosten des Endprodukts fast halbiert, das Produktionsvolumen versiebenfacht und der wirtschaftliche Gesamteffekt beträgt etwa 100 Millionen Rubel. Der nächste Schritt in der technischen Enzymologie war die Entwicklung von Methoden zur Immobilisierung von Zellen von Mikroorganismen und dann von Zellen von Pflanzen und Tieren. Immobilisierte Zellen sind die wirtschaftlichsten Biokatalysatoren, da sie eine hohe Aktivität und Stabilität aufweisen und vor allem ihre Verwendung die Kosten für die Isolierung und Reinigung von Enzymen vollständig eliminiert. Derzeit werden auf Basis immobilisierter Zellen Verfahren zur Herstellung von organischen Säuren, Aminosäuren, Antibiotika, Steroiden, Alkoholen und anderen wertvollen Produkten entwickelt. Immobilisierte Zellen von Mikroorganismen werden auch zur Abwasserbehandlung, Verarbeitung von landwirtschaftlichen und industriellen Abfällen verwendet. Die Biotechnologie findet in vielen Bereichen der industriellen Produktion immer breitere Anwendung: Es wurden Methoden entwickelt, um mit Mikroorganismen NE-Edelmetalle aus Erzen und Industrieabfällen zu gewinnen, die Erdölförderung zu verbessern, Methan in Kohlebergwerken zu bekämpfen. Um Minen von Methan zu befreien, schlugen Wissenschaftler vor, Brunnen in Kohleflöze zu bohren und sie mit einer Suspension methanoxidierender Bakterien zu füttern. So ist es möglich, bereits vor Produktionsbeginn ca. 60 % des Methans zu entfernen. Und vor kurzem fanden sie ein einfacheres und effektive Methode: Eine Bakteriensuspension wird auf das Gestein des Ziegenbocks gesprüht, von wo aus das Gas am stärksten freigesetzt wird. Das Aufsprühen der Suspension kann mit speziellen Düsen erfolgen, die an den Trägern installiert sind. Tests, die in den Minen des Donbass durchgeführt wurden, zeigten, dass mikroskopisch kleine „Arbeiter“ schnell 50 bis 80 % des gefährlichen Gases in Minen zerstören. Aber mit Hilfe anderer Bakterien, die selbst Methan abgeben, ist es möglich, den Druck in Öllagerstätten zu erhöhen und eine vollständigere Ölgewinnung zu gewährleisten. Auch die Biotechnologie muss einen wesentlichen Beitrag zur Lösung des Energieproblems leisten. Die begrenzten Reserven an Öl und Gas machen es notwendig, nach Wegen zur Nutzung unkonventioneller Energieträger zu suchen. Einer dieser Wege ist die Biokonversion pflanzlicher Rohstoffe, also die enzymatische Aufbereitung von zellulosehaltigen Industrie- und Agrarabfällen. Als Ergebnis der Biokonversion können Sie Glukose und daraus Alkohol gewinnen, der als Kraftstoff dient. Die Forschung zur Gewinnung von Biogas (hauptsächlich Methan) durch die Verarbeitung von Vieh-, Industrie- und Siedlungsabfällen mit Hilfe von Mikroorganismen wird zunehmend entwickelt. Gleichzeitig sind die Rückstände nach der Verarbeitung ein hochwirksamer organischer Dünger. Auf diese Weise werden mehrere Probleme auf einmal gelöst: Schutz der Umwelt vor Verschmutzung, Energiegewinnung und Düngemittelproduktion. Biogasanlagen sind bereits in verschiedenen Ländern in Betrieb. Die Möglichkeiten der Biotechnologie sind nahezu endlos. Es dringt kühn in die verschiedensten Bereiche der Volkswirtschaft ein. Und zweifellos wird die praktische Bedeutung der Biotechnologie in naher Zukunft bei der Lösung der wichtigsten Probleme der Züchtung, Medizin, Energie und des Umweltschutzes vor Umweltverschmutzung noch zunehmen.

Transgene Pflanzen

Transgene Pflanzen sind Pflanzen, denen Gene verpflanzt wurden.

• 1. Kartoffel, die gegen den Kartoffelkäfer resistent ist, wurde durch Einbringen eines aus der DNA einer Zelle des Thüringer Bodenbazillus isolierten Gens geschaffen, das ein für den Kartoffelkäfer giftiges Protein produziert (Gift wird im Magen des Käfers produziert , aber nicht beim Menschen). Als Mediator wurde Escherichia coli-Zellen verwendet. Kartoffelblätter begannen ein Protein zu produzieren, das für Käfer giftig ist.
• 2. Verwendet Produkte aus transgenen Sojabohnen, Mais, Kartoffeln und Sonnenblumenkernen.
• 3. In Amerika beschlossen sie, eine frostbeständige Tomate anzubauen. Sie nahmen das Flunder-Gen, das für die Thermoregulation verantwortlich ist, und transplantierten es in Tomatenzellen. Aber die Tomate hat diese Informationen auf ihre eigene Weise verstanden, sie hat nicht aufgehört, Angst vor Frost zu haben, aber sie hat aufgehört, sich während der Lagerung zu verschlechtern. Er kann sechs Monate im Zimmer liegen und nicht verrotten.

Transgene Tiere

Transgene Tiere, experimentell gewonnene Tiere, die in allen Zellen ihres Körpers zusätzlich eine mit Chromosomen integrierte und exprimierte Fremd-DNA (Transgen) enthalten, die nach den Mendelschen Gesetzen vererbt wird.

Selten kann ein Transgen replizieren und als extrachromosomales, autonom replizierendes DNA-Fragment vererbt werden. Der Begriff "Transgenese" wurde 1973 vorgeschlagen, um die Übertragung von Genen einiger Organismen in die Zellen von Organismen anderer Arten zu bezeichnen, einschließlich solcher, die evolutionär weit entfernt sind. Transgene Tiere werden erhalten, indem klonierte Gene (DNA) in den Kern von befruchteten Eiern (Zygoten) oder embryonalen Stammzellen (pluripotente Zellen) übertragen werden. Anschließend werden modifizierte Zygoten oder Eier in die Fortpflanzungsorgane des Empfängerweibchens transplantiert, in denen der eigene Kern durch einen modifizierten Kern embryonaler Stammzellen oder Blastozysten (Embryonen) mit fremder DNA embryonaler Stammzellen ersetzt wird. Es gibt vereinzelte Berichte über die Verwendung von Spermien zur Erzeugung transgener Tiere, aber diese Technik hat sich noch nicht durchgesetzt.

Die ersten transgenen Tiere wurden 1974 in Cambridge (USA) von Rudolf Jaenisch durch Injektion der SV40-Affenvirus-DNA in den Mausembryo gewonnen. 1980 schlugen der amerikanische Wissenschaftler Georges Gordon et al. vor, DNA-Mikroinjektionen in den Zygotenvorkern zu verwenden, um transgene Tiere zu erzeugen. Es war dieser Ansatz, der den weit verbreiteten Einsatz der Technologie zur Gewinnung transgener Tiere initiierte. Die ersten transgenen Tiere erschienen 1982 in Russland. Durch Mikroinjektionen in den Vorkern der Zygote wurden 1985 die ersten transgenen Nutztiere (Kaninchen, Schaf, Schwein) in den USA gewonnen. Derzeit werden zur Herstellung transgener Tiere neben Mikroinjektionen andere experimentelle Methoden verwendet: Infektion von Zellen mit rekombinanten Viren, Elektroporation, „Bombardierung“ von Zellen mit Metallpartikeln, auf deren Oberfläche rekombinante DNA abgelagert ist.

In den letzten Jahren haben sich durch das Aufkommen der Technologie zum Klonen von Tieren zusätzliche Möglichkeiten für die Erzeugung transgener Tiere ergeben. Es gibt bereits transgene Tiere, die durch Mikroinjektion von Genen in den Zellkern differenzierter Zellen gewonnen werden.

Alle verfügbaren Gentransfermethoden sind noch nicht sehr effektiv. Um ein transgenes Tier zu erhalten, sind im Durchschnitt DNA-Mikroinjektionen in 40 Mauszygoten, 90 Ziegenzygoten, 100 Schweinezygoten, 110 Schafzygoten und 1600 Kuhzygoten erforderlich. Die Mechanismen der Integration exogener DNA oder der Bildung autonomer Replikons (andere Replikationseinheiten als Chromosomen) während der Transgenose sind nicht bekannt. Die Insertion von Transgenen in jedes neu erhaltene transgene Tier erfolgt in zufälligen Regionen der Chromosomen, und es können sowohl eine einzelne Kopie des Transgens als auch mehrere Kopien eingefügt werden, die sich normalerweise hintereinander an einem einzigen Ort eines der Chromosomen befinden. In der Regel besteht keine Homologie zwischen dem Ort (Ort) der Integration des Transgens und dem Transgen selbst. Bei der Verwendung von embryonalen Stammzellen zur Transgenese ist eine Vorselektion möglich, die es ermöglicht, transgene Tiere mit einem integrierten Transgen durch homologe Rekombination mit einer bestimmten Region des Wirtsgenoms zu erhalten. Mit Hilfe dieses Ansatzes erfolgt insbesondere die gezielte Beendigung der Expression eines bestimmten Gens (dies wird als „Gen-Knockout“ bezeichnet).

Die Technologie zur Erzeugung transgener Tiere ist eine der sich am schnellsten entwickelnden Biotechnologien der letzten 10 Jahre. Transgene Tiere werden sowohl zur Lösung einer Vielzahl theoretischer Probleme als auch für praktische Zwecke in der Biomedizin und Landwirtschaft weit verbreitet eingesetzt. Einige wissenschaftliche Probleme hätten ohne die Schaffung transgener Tiere nicht gelöst werden können. Am Modell transgener Versuchstiere werden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um die Funktion verschiedener Gene, die Regulation ihrer Expression, phänotypische Expression von Genen, Insertionsmutagenese usw. zu untersuchen. Transgene Tiere sind für verschiedene biomedizinische Forschungen wichtig. Es gibt viele transgene Tiere, die verschiedene menschliche Krankheiten simulieren (Krebs, Arteriosklerose, Fettleibigkeit usw.). Die Gewinnung von transgenen Schweinen mit veränderter Expression von Genen, die die Organabstoßung bestimmen, wird es somit ermöglichen, diese Tiere für die Xenotransplantation (Transplantation von Schweineorganen auf den Menschen) zu verwenden. In der Praxis werden transgene Tiere von verschiedenen ausländischen Firmen als kommerzielle Bioreaktoren eingesetzt, die die Herstellung verschiedener medizinischer Präparate (Antibiotika, Blutgerinnungsfaktoren etc.) gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht der Transfer neuer Gene die Gewinnung transgener Tiere, die sich durch erhöhte produktive Eigenschaften (z Viren und andere Krankheitserreger. Derzeit nutzt die Menschheit bereits viele Produkte, die mit Hilfe transgener Tiere gewonnen wurden: Medikamente, Organe, Lebensmittel.

Dieser Begriff hat andere Bedeutungen, siehe Vektor. Bundesland Wissenschaftszentrum Virologie und Biotechnologie "Vector" (SSC VB "Vector") Internationaler Name eng. Landesforschungszentrum für Virologie und Biotechnologie VECTOR ... Wikipedia

SSC VB "Vector" ist eines der größten wissenschaftlichen virologischen und biotechnologischen Zentren in Russland und befindet sich in der Wissenschaftsstadt Koltsovo der Region Nowosibirsk, nur wenige Kilometer von Nowosibirsk entfernt. Der vollständige Name des Zentrums lautet Federal ... ... Wikipedia

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Moskauer Staatliche Akademie für Veterinärmedizin und Biotechnologie. K. I. Skryabin (MGAVMiB) Internationaler Name Moskauer Staatliche Akademie für Veterinärmedizin und Biotechnologie namens K.I. Skrjabin gegründet ... Wikipedia

Luftventil (in der Biotechnologie)- Einlass (in der Biotechnologie) - Themen der Biotechnologie Synonyme Einlass (in der Biotechnologie) EN vent ...

Knockdown (in der Biotechnologie)- Bezieht sich in der Biotechnologie auf Gene oder Organismen, bei denen die Aktivität einzelner Gene durch molekulare Methoden verändert wird Themen der Biotechnologie EN Knockdown ... Leitfaden für technische Übersetzer

1995 von der Moskauer Veterinärakademie umgewandelt. K.I.Skryabin (gegründet 1919). Ausbildung in Veterinärmedizin, Tierhaltung, biologischen und anderen Fachgebieten. 1998 gab es über 3000 Studenten. * * * AKADEMIE MOSKAU ... ... enzyklopädisches Wörterbuch

Bundeshaushaltsanstalt für Wissenschaft Das Staatliche Wissenschaftliche Zentrum für Angewandte Mikrobiologie und Biotechnologie (FBSI SSC PMB) ist ein wissenschaftliches Zentrum, das Forschung in Bereichen wie Epidemiologie, Bakteriologie und Biotechnologie betreibt, um ... ... Wikipedia

In den letzten zehn Jahren hat der Begriff „Biotechnologie“ Schlagzeilen in den Nachrichten gemacht, und Entdeckungen auf diesem Gebiet haben hitzige Debatten ausgelöst. Tatsächlich hat die Wissenschaft in den letzten Jahren ihre größte Entwicklung erfahren, und diese wurde maßgeblich gefördert durch technischer Fortschritt, aber im Alltag wird die Biotechnologie seit vielen Jahrhunderten eingesetzt.

Die Geschichte der Entwicklung der Biotechnologie

Seit der Antike wird die Biotechnologie von Menschen zur Herstellung von Wein, Käse und anderen Arten der Lebensmittelzubereitung verwendet. Ein biotechnologisches Verfahren, die Fermentation, wurde bereits im alten Babylon zur Herstellung von Bier verwendet. Dies belegen die Aufzeichnungen, die bei Ausgrabungen auf Tafeln gefunden wurden. Aber trotz des aktiven Einsatzes dieser Methoden blieben die Prozesse, die diesen Industrien zugrunde liegen, ein Rätsel.

Louis Pasteur sagte 1867, dass Prozesse wie Fermentation und Fermentation nichts anderes als das Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität von Mikroorganismen sind. Eduard Buchner erweiterte diese Annahmen, indem er nachwies, dass der Katalysator ein zellfreier Extrakt ist, der Enzyme enthält, die eine chemische Reaktion auslösen.

Später wurden damals sensationelle Entdeckungen gemacht, die dazu beigetragen haben, diese Wissenschaft in ihrem modernen Verständnis zu formen:

• 1865 legte der österreichische Monarch Gregor Mendel seinen Bericht "Experimente on Pflanzenhybriden», wo die Übertragungsmuster der Vererbung beschrieben wurden;
• 1902 schlugen Theodore Boveri und Walter Sutton vor, dass die Vererbung in direktem Zusammenhang mit den Chromosomen steht.

Der Begriff erschien 1919 nach der Veröffentlichung des Manifests des ungarischen Agrarökonomen Karl Ereki. Nach den damals verfügbaren Daten bezeichnete der Begriff Biotechnologie die Verwendung von Mikroorganismen zur Fermentation von Lebensmitteln.

Aber wie Sie wissen, die meisten interessante Entdeckungen an der Schnittstelle des Wissens engagiert sind, im Fall der Biotechnologie sind die Lebensmittel- und die Ölraffinerieindustrie zusammengewachsen. 1970 wurde die Technologie der Proteinherstellung aus Abfällen der Erdölindustrie in der Praxis erprobt.

Was ist Biotechnologie: Begriff und Haupttypen

Biotechnologie ist die Wissenschaft davon, wie aus natürlichen biologischen Bestandteilen verschiedene Substanzen hergestellt werden können, seien es Mikroorganismen, tierische oder pflanzliche Zellen. Im Wesentlichen ist es die Manipulation lebender Zellen, um bestimmte Ergebnisse zu erzielen.

Die Hauptrichtungen der Entwicklung der Wissenschaft sind:

Bioengineering ist eine Disziplin, die darauf abzielt, Wissen im Bereich der Medizin (Behandlung, Gesundheitsförderung) und des Ingenieurwesens zu erweitern

Die Biomedizin ist ein hochspezialisierter Zweig der Medizin, der sich aus theoretischer Sicht mit dem Aufbau des menschlichen Körpers, der Diagnostik pathologischer Zustände und der Möglichkeit ihrer Korrektur befasst. Der Teilbereich der Medizin, der sich mit der Kontrolle und Behandlung biologischer Systeme lebender Organismen auf molekularer Ebene beschäftigt, wird als Nanomedizin bezeichnet.

Hybridisierung ist der Prozess der Gewinnung von Hybriden (Pflanzen, Tiere). Es basiert auf dem Prinzip, eine Zelle (resistent gegen bestimmte Bedingungen) zu erhalten, indem andere Zellen kombiniert werden.

Jetzt verfügen wir bereits über die notwendigen Mittel, um lange genug zu leben, bis wir unsterblich werden. Vorhandenes Wissen kann aggressiv angewendet werden, um den Alterungsprozess drastisch zu verlangsamen und tragfähig zu bleiben, bis völlig radikale lebensverlängernde Therapien mit Bio- und Nanotechnologie verfügbar werden.

Ray Kurzweil (Erfinder, Zukunftsforscher)

Die höchste Errungenschaft der Biotechnologie ist die Gentechnik. Gentechnik ist ein Fundus an Wissen und Technologien, um RNA und DNA zu gewinnen, Gene aus Zellen zu isolieren, Gene zu manipulieren und in andere Organismen einzuführen. Dies ist die „Kontrolle“ des Genoms eines Lebewesens oder einer Pflanze, um die angegebenen Eigenschaften zu erhalten. Geleitet von Erkenntnissen auf dem Gebiet der Gentechnik planen chinesische Wissenschaftler beispielsweise, die Methode der "Fixierung" des Genoms von Menschen mit Krebs massiv anzuwenden. Allerdings hat es noch niemand eilig, Projekte im großen Maßstab zu starten, denn die Folgen für den Körper sind heute langfristig nicht absehbar.

Das Klonen verdient besondere Aufmerksamkeit. Unter diesem Prozess versteht man die Entstehung mehrerer genetisch identischer Organismen durch asexuelle (auch vegetative) Fortpflanzung. Bis heute wurden nicht nur Pflanzen geklont, sondern auch mehrere Dutzend Tierarten (Schafe, Hunde, Katzen, Pferde). Es gibt noch keine Daten zu den Fakten des Klonens von Menschen, obwohl laut Wissenschaftlern aus technischer Sicht alles für den Prozess bereit ist. Es sind diese Entwicklungen, die zu den umstrittensten und von der Weltgemeinschaft diskutierten geworden sind. Es geht nicht nur um die Wahrscheinlichkeit, minderwertige Menschen zu bekommen, sondern auch um die ethische und religiöse Seite des Problems.

Geltungsbereich

Die Prinzipien biotechnologischer Verfahren werden in die Produktion aller Industrien eingeführt:

• Lebensmittelindustrie. Die umweltfreundliche Herstellung von Alkohol, Aminosäuren, Enzymen nennt man weiße Biotechnologie.
• chemisch oder pharmazeutisch. Dieser Bereich wird auch Rote Biotechnologie genannt. Biotechnologen entwickeln verbesserte Medikamente, Impfstoffe und Seren für Krankheiten, die bisher als unheilbar galten. In westlichen Ländern und insbesondere in Österreich erfreut sich die Wissenschaft großer Beliebtheit und wird aktiv zur Diagnose verschiedener Krankheiten (Biosensoren, DNA-Chips) eingesetzt.
• Aufbereitung und Entsorgung von Abfällen (Bioremediation). Methoden der grauen Biotechnologie werden zur Bodensanierung, Abwasser- und Abluftreinigung eingesetzt.
• Landwirtschaft. Die Grüne Biotechnologie ermöglicht es Wissenschaftlern, Pflanzenproben zu erzeugen, die Krankheiten und Pilzen widerstehen, mit hohen Erträgen unabhängig von klimatischen Bedingungen (während einer Dürre). Darüber hinaus haben Wissenschaftler gelernt, bestimmte Enzyme zu verwenden, die landwirtschaftliche Zelluloseabfälle in Glukose und dann in Kraftstoff umwandeln.

Das Hauptziel des Zell-Engineerings ist die Kultivierung von tierischen und pflanzlichen Zellen. Die Entdeckungen auf dem Gebiet der Zelltechnik ermöglichten es, die Produktivität, Qualität und Krankheitsresistenz neuer Formen und Linien von Tieren und Pflanzen zu kontrollieren und zu regulieren.

Investition und Entwicklung

Obwohl die Biotechnologie kaum als "junge" Wissenschaft bezeichnet werden kann, steht sie heute am Anfang ihrer Entwicklung. Die Richtungen und Möglichkeiten, die die Entwicklung dieses Wissens bietet, können endlos sein. Sie können dies, wenn sie eine angemessene Finanzierung und Unterstützung erhalten. Die Hauptinvestoren in der Richtung sind Ingenieure und Biotechnologie selbst, und das ist verständlich. Heute wird nicht das Produkt selbst angeboten, sondern die Idee und mögliche Umsetzungsmethoden.

Und um diese Idee umzusetzen, braucht es Dutzende und Hunderte von Experimenten, Experimenten und teuren Geräten. Nicht jeder Investor ist bereit, nur einer Idee zu folgen und seine Investitionen zu riskieren. Aber schließlich glaubten nicht alle an die mobile Kommunikation, und heute ist sie überall.

Derzeit ist die Zahl der großen Biotech-Entwicklungsunternehmen gering. Diese beinhalten:

• Illumina (Genforschung, Analyse, DNA-Microarray-Technologie),
• Oxford Nanopore (Entwicklung und Vertrieb von Produkten zur Interaktion mit DNA),
• Roche (pharmazeutisches Unternehmen),
• Editas Medicine (Anpassung von Labor-Gen-Editing-Techniken für den großtechnischen Einsatz in Krankenhäusern),
• Counsyl (bietet eine kostengünstige Methode zur automatisierten DNA-Analyse zur späteren Verwendung in der Behandlung).

Die attraktivste Richtung für Investitionen in die Biotechnologie ist laut Experten die Sequenzierung von Unternehmen. Dies ist der allgemeine Name für Methoden, mit denen Sie die Sequenz von Nukleotiden in einem DNA-Molekül bestimmen können. Die Entschlüsselung von DNA-Daten (Sequenzierung) ermöglicht es, die für Erbkrankheiten verantwortlichen Bereiche zu identifizieren und zu eliminieren. Sobald der Prozess perfektioniert ist, können die Menschen die Symptome nicht behandeln, sondern die Krankheit loswerden. Dies wird unser Verständnis von Diagnostik verändern und bringt große Vorteile für diejenigen, die das Potenzial des Unternehmens bereits in der Ideenphase berücksichtigen können.

Biotechnologie: Gut oder Böse?

Die Weltbevölkerung ist schon heute mit dem Problem der Nahrungsmittelknappheit konfrontiert, und wenn die Zahl der Menschen weiter wächst, kann die Situation in naher Zukunft kritisch werden. Wenn Sie wissen, was Biotechnologie ist und wie man sie anwendet, können Sie unabhängig von externen Faktoren das Beste aus Ihrem Ernteertrag herausholen. Und diese Errungenschaften können nicht abgezinst werden. Darüber hinaus ist die Erfindung von Antibiotika, die es ermöglichten, Hunderte von Krankheiten zu kontrollieren und in einigen Fällen vollständig auszurotten, ein unbestreitbarer Beweis für den Nutzen der Wissenschaft.

Aber nicht alle beurteilen die Wissenschaft eindeutig. Es gibt Befürchtungen, dass die fehlende Kontrolle zu irreversiblen Folgen führen könnte. So verursachen beispielsweise biotechnologische Produkte wie Steroide für Sportler bereits heute vorzeitige Herzerkrankungen. Auf der Suche nach einem Übermenschen, der Alter und Krankheit besiegt, riskiert die Gesellschaft, ihre Essenz zu verlieren.

Wir blieben nicht, um in Höhlen zu leben. Wir bleiben nicht auf unserem Planeten. Bei der Biotechnologie, der genetischen Sequenzierung, werden wir uns nicht einmal auf die Biologie selbst beschränken.
Jason Silva (Sprecher, Philosoph, TV-Star).

Die Entwicklung der Biotechnologie hat sich so rasant entwickelt, dass die Staaten der Welt mit dem Problem mangelnder Kontrolle auf rechtlicher Ebene konfrontiert sind. Dies wurde der Grund für die Einstellung vieler Projekte, so dass es noch verfrüht ist, über das Klonen von Menschen und den Sieg über den Tod zu sprechen, und die beiden konfrontativen Lager können sich frei philosophischen Reflexionen hingeben.

Biotechnologie-Konzept

Definition 1

Biotechnologie ist eine Wissenschaft, die die Möglichkeit untersucht, lebende Organismen oder deren Stoffwechselprodukte zur Lösung technologischer Probleme zu verwenden.

Mit Hilfe der Biotechnologie werden bestimmte Bedürfnisse befriedigt, wie beispielsweise die Entwicklung von Medikamenten, die Schaffung neuer Tier- und Pflanzenarten oder deren Modifikation, die es ermöglicht, die Qualität von Nahrungsmitteln zu steigern.

Als Wissenschaft wurde die Biotechnologie in den frühen 70er Jahren des 20. Jahrhunderts geboren. Ausgangspunkt war die Gentechnik, als es den Wissenschaftlern gelang, Genmaterial von einem Organismus zum anderen ohne sexuelle Prozesse mit rekombinanter DNA oder RNA. Diese Methode wird verwendet, um einen bestimmten Organismus zu verbessern oder zu verändern.

Biotechnologie in der modernen Medizin

Die in der Medizin verwendeten Biotechnologien werden in zwei Gruppen unterteilt:

• diagnostisch, die chemisch und physikalisch sind
• medizinisch

Herstellungsverfahren, bei denen biologische Gegenstände oder medizinische Stoffe entstehen, werden auch als medizinische bezeichnet. Das können Vitamine sein. Enzyme, Antibiotika, Polysaccharide, Aminosäuren.

In der Medizin wird die Biotechnologie zur Herstellung von Insulin aus gentechnisch veränderten Bakterien eingesetzt. Auch die Biotechnologie in der Medizin wird zur Herstellung von Erythropoietin eingesetzt.

Anmerkung 1

Erythropoietin ist ein Hormon, das die Produktion von roten Blutkörperchen im Knochenmark anregt.

Biotechnologie in der modernen Wissenschaft

Anwendung der Biotechnologie in moderne Wissenschaft spielt eine entscheidende Rolle und bringt enorme Vorteile. Durch die Entdeckung der Gentechnik wurde es möglich, neue Pflanzensorten und Tierrassen zu entwickeln, die für die Landwirtschaft von großem Nutzen sein würden.

Das Studium der Biotechnologie bezieht sich nicht ausschließlich auf die biologischen Wissenschaften. Die Biotechnologie wird beispielsweise in der Mikroelektronik eingesetzt, wo ionenselektive Transistoren auf Feldeffektbasis entwickelt wurden. Biotechnologie wird auch verwendet, um die Ölgewinnung aus Öllagerstätten zu verbessern. Ein besonders entwickeltes Anwendungsgebiet der Biotechnologie ist ihre Anwendung zur Behandlung von Haus- und Abwasser. Neben den aufgeführten trugen weitere zur Entwicklung der Biotechnologie bei. wissenschaftliche Disziplinen... Somit wird die Biotechnologie als komplexe Wissenschaft eingestuft.

Der Mangel an sozioökonomischen Bedürfnissen ist ein weiterer Grund für das aktive Studium der Biotechnologie. Wissenschaftlern zufolge kann die Biotechnologie dabei helfen, Probleme zu lösen wie:

• Mangel an frischem oder gereinigtem Wasser in einigen Regionen
• Umweltverschmutzung durch Chemikalien
• Mangel an Energieressourcen
• der Bedarf an neuen umweltfreundlichen Materialien
• Anhebung des medizinischen Niveaus usw.

Moderne Biotechnologie: Anwendung in der Praxis, ethische Fragen

Biotechnologie ist nicht nur eine Wissenschaft, sondern auch ein Bereich der menschlichen Praxis, der sich mit der Produktion beschäftigt andere Art Produkte mit lebenden Zellen oder Organismen.

Genetik ist theoretische Basis Biotechnologie. Die praktische Grundlage der Biotechnologie ist die mikrobiologische Industrie. Sie wiederum wurde nach der Entdeckung von Antibiotika aktiv weiterentwickelt.

Die Objekte der Biotechnologie sind Bakterien, Viren, Pilze sowie isolierte Zellen und Organellen.

Die Hauptgebiete der modernen Biotechnologie sind Gen- und Zelltechnik in Kombination mit Biochemie.

Cellular Engineering ist der Prozess, Zellen verschiedener lebender Organismen unter speziell geschaffenen Bedingungen zu züchten und zu erforschen.

Das Pflanzenzell-Engineering ist der erfolgreichste Bereich, es ermöglichte die Beschleunigung von Züchtungsprozessen, wodurch die Zeit für die Züchtung einer neuen Sorte von 11 auf 3 Jahre verkürzt wurde.

Definition 2

Gentechnik ist das Gebiet der Molekularbiologie, das Gene in lebenden Organismen untersucht, Gene aus Zellen isoliert und diese manipuliert. Enzyme und Vektoren sind die wichtigsten Werkzeuge der Gentechnik.

Klonen ist der Prozess, um Nachkommen zu erhalten, die mit dem Prototyp vollständig identisch sind. Die ersten Versuche wurden an Pflanzen durchgeführt, das Klonen erfolgte vegetativ.

Das Klonen von Bakterien ist ein vom Menschen kontrollierter Prozess der künstlichen Vermehrung von Pflanzen.

Ende des 20. Jahrhunderts begannen Wissenschaftler aktiv über die Möglichkeit des Klonens von Menschen zu diskutieren.

Die Gentechnik betreibt Forschung an Mikroorganismen und am Menschen. Sie untersucht auch Krankheiten im Zusammenhang mit Krebs und dem Immunsystem.

Das Potenzial der Biotechnologie ist nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für andere Tätigkeitsfelder enorm. Der Einsatz biotechnologischer Methoden hat die Massenproduktion aller Proteine ​​ermöglicht.

In Zukunft soll die Biotechnologie Pflanzen und Tiere verbessern. Mit Hilfe der Gentechnik werden sie Erbkrankheiten bekämpfen.

Die Gentechnik als Hauptrichtung der Biotechnologie beschleunigt die Lösung des Problems der Agrar-, Energie- und Nahrungsmittelkrise.

Anmerkung 2

Den größten Einfluss hat die Biotechnologie auf Medizin und Pharmazie. Es wird erwartet, dass in Zukunft unheilbare Krankheiten behandelt werden können.

In der modernen Biotechnologie entwickelt sich der Zweig der mikrobiellen Synthese von für den Menschen wertvollen Stoffen aktiv weiter. Ein weiterer wichtiger Bereich der modernen Biotechnologie ist die Erzeugung sauberer Energie.

Es gibt jedoch eine Reihe von Problemen, die mit der ethischen Seite der biotechnologischen Forschung verbunden sind. Nachdem die Informationen über die Durchführung von Experimenten an menschlichen Embryonen und Klonversuche an die Öffentlichkeit gelangt waren, gab es hitzige Diskussionen zu diesem Thema unter Wissenschaftlern und einfachen Leuten. Daher unterliegt diese Forschung strengen Vorschriften. die Einhaltung dieser Regelung ist für alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verpflichtend. Ob es sich lohnt, einen Menschen zu klonen, ist eine schwierige Frage. Dies eröffnet einerseits neue Möglichkeiten, andererseits kann kein Wissenschaftler die möglichen Folgen mit absoluter Sicherheit vorhersagen.