Биотехнология - объекты, методы и перспективы развития

История возникновения

С древнейших времен знания в области биотехнологии применялись человеком в сыроварении, для изготовления вина и других продуктов. Впервые брожение, а это классический пример биотехнологии, использовалось для производства пива в Древнем Вавилоне несколько тысяч лет назад. Однако в последующем на протяжении многих столетий уникальные разработки, знания и технологии были утеряны. Лишь в XIX веке начали целенаправленно изучать этот раздел науки.

Считается, что основоположником биотехнологии является Луи Пастер, в 1867 году изучавший процессы брожения и сквашивания, которые возникали при жизнедеятельности различных микроорганизмов. Исследования продолжил Эдуард Бухнер, занимающийся научной работой в области информатизации и химических реакций бесклеточных экстрактов. В конце XIX — начале XX вв. были сделаны многочисленные сенсационные открытия, сформировавшие биотехнологию в её современном понимании:

1. Монах из Австрии Грегор Мендель в 1865 году описал передачу наследственности, изучая растительные гибриды.
2. Уолтер Саттон и Теодор Бовери в 1902 году выдвинули предположение, что наследственность всех биологических видов связана напрямую с хромосомами.

Термин биотехнология появился в 1919 году, когда венгерский экономист Карл Эреки опубликовал свой манифест, в котором под этим разделом науки понималось использование микроорганизмов для процедуры ферментации продуктов. Во второй половине XX века после объединения нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности был сделан существенный скачок в исследовании этой дисциплины. Ученые научились синтезировать белок из продуктов нефтепереработки, используя в последующем такие синтетические компоненты в качестве заменителей органики.

Основные виды и термины

Биотехнология — это наука создания различных веществ путем использования биологически естественных компонентов. Фактически это манипулирование животными и растительными клетками для получения нужных результатов.

Сегодня, в век компьютерных технологий, биотехнология сделала существенный шаг вперёд. На различных факультетах в университетах и в лабораторных условиях проводятся многочисленные изыскания, основная цель которых заключается в том, чтобы создать действенные лекарства и существенно упростить жизнь человека. Основными направлениями, задачами и темами этой науки являются:

• биомедицина;
• биоинженерия;
• гибридизация.

В биоинженерии изучают различные области медицины, а также влияние клеток и наследственных факторов с генами на развитие заболеваний. Это направление позволяет не только разработать суперсовременные технологии лечения различных патологий, но и предупреждает возникновение тяжелых болезней, которых можно было избежать путем редактирования ДНК.

Специализация биомедицина — это узкоспециализированный раздел медицинских знаний, объектом которого являются патологические состояния, строение тела человека и возможности коррекции различных болезней. В эту дисциплину также включается наномедицина, в которой жизнедеятельность биологических видов изучается на молекулярном уровне.

В гибридизации исследуют возможность создания гибридов животных и растений, получая устойчивые к различным условиям клетки. Этот раздел науки позволяет замедлить процессы старения, продлевая жизнь с помощью нано- и биотехнологий.

Высшим достижением биотехнологии считается генная инженерия, под которой понимают совокупность технологий и знаний получения ДНК и РНК. Это управление генами живых существ и растений, что позволяет получать заданные свойства у клеток. Например, ученые со специальностью биология планируют с помощью технологии исправления генома человека решать проблемы с различными онкологическими заболеваниями.

Также к этому разделу науки относится клонирование, что позволяет за счет использования специальных технологий получать идентичные генетические организмы, выведенные вегетативным бесполым размножением. На сегодняшний день клонированы были не только растения, но и десятки видов животных, в том числе лошади, кошки, собаки и овцы. Технологически возможно даже копирование человека, однако нормативная база и нравственные аспекты не позволяют людям этой профессии заниматься такой работой.

Возможные сферы применения

В далеком прошлом биотехнология казалась еще одной наукой, которая навсегда поселится в лабораторных кабинетах и никогда не будет иметь практического применения. Однако сегодня биотехнология, ее направления, технологии и знания активно присутствуют и применяются в повседневной жизни. Методы биотехнологии внедряются в следующих отраслях:

• в фармацевтике и химической сфере;
• в пищевой промышленности;
• в утилизации и переработке отходов;
• в сельском хозяйстве.

В фармацевтике эту сферу науки часто называют красной биотехнологией. Специалисты разрабатывают различные эффективные сыворотки, вакцины и усовершенствованные лекарственные препараты, которые позволяют бороться с болезнями, в прошлом считавшимися неизлечимыми. На западе активно используются возможности биотехнологии в диагностике заболеваний с помощью чипов ДНК и биосенсоров. С помощью таких маркеров можно сдавать анализы на онкологию и наследственные патологии.

В пищевой промышленности биотехнология активно используется при производстве аминокислот, алкоголя, различных безвредных ферментов. Этот раздел науки часто называют белой биотехнологией, что объясняет ее экологичность и натуральность происхождения.

В сельском хозяйстве зелёные биотехнологии позволяют селекционерам получать различные гибридные культурные растения, отличающиеся высокой урожайностью, способные противостоять грибкам и болезням. Также ученые научились эффективно перерабатывать отходы сельского хозяйства, в том числе жмых и зелёную массу, в эффективное топливо.

Под серой биотехнологией, которая изучает утилизацию и переработку отходов, понимают очистку стоков, санацию почв и улучшение качества воздуха. Сегодня, когда экология в больших городах оставляет желать лучшего, именно с помощью таких современных знаний и высокотехнологичного оборудования удается решить проблемы с парниковыми газами, тяжёлыми металлами и другими отравляющими соединениями.

Развитие и инвестиции

Биотехнологию сложно назвать молодой дисциплиной, но эта наука сегодня находится лишь в начале своего развития. Учёные считают, что возможности и направления, которые открываются благодаря новым знаниям, являются бесконечными. Загвоздка лишь в поддержке и должном финансировании. Любое исследование — это многие годы изысканий, использование мощности суперсовременных компьютеров и существенные финансовые затраты, а перспективы конкретных разработок могут быть туманны.

Основными инвестиционными участниками этого направления являются сами биотехнологи и инженеры, которые занимаются изыскания в этой области. Ученые предлагают не конечный продукт, а идею с возможными методами её реализации. Для претворения в жизнь таких задумок нужны сотни экспериментов, дорогостоящее оборудование и постоянные опыты.

Неудивительно, что многие инвесторы просто не рискуют вкладываться в идею, опасаясь потерять миллионы долларов. К тому же официальная зарплата у биологов крайне высока, особенно на западе. В настоящее время на рынке биотехнологических разработок работают около десятка по-настоящему крупных компаний:

1. Illumina специализируется на технологии ДНК-чипов, исследует генетические анализы и тесты на различные заболевания.
2. Oxford Nanopore исследует продукцию и занимается разработкой взаимодействия с ДНК.
3. Roche — это крупная фармацевтическая компания, которая ежегодно инвестирует в биотехнологии сотни миллионов долларов.
4. Counsyl является держателем патента автоматизированного анализа ДНК, который используется для диагностики различных патологий.
5. Editas Medicine исследует проблемы адаптации методик лабораторного редактирования геномов и использования полученных результатов в медицинской практике.

Перспективной технологией в медицине является так называемое секвенирование, то есть изучение последовательности нуклеотидов, находящихся в ДНК. Полностью расшифровав такие данные, можно определить участки молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, которые отвечают за наследственные заболевания. В последующем на основании имеющейся информации медики могли бы предотвращать развитие опасных неизлечимых патологий. Как только такой процесс дойдёт до совершенства, появится возможность полностью избавиться от болезней, которые даже ещё не появились у конкретного человека.

Добро и зло

Единого мнения о том, что же такое биотехнология — добро или зло, на сегодняшний день нет. Кто-то утверждает, что это попытка вмешаться в естественный процесс и повлиять на природу, тогда как другие уверяют, что будущее человечества именно за такими знаниями. В последние десятки лет население Земли неизменно увеличивается, поэтому без применения биотехнологии в промышленном сельском хозяйстве появилась бы проблема тотального голода.

Также с помощью биотехнологии удаётся найти лекарство от различных тяжелых заболеваний, которые в прошлом считались неизлечимыми. Неоспоримым доказательством пользы этой науки является изобретение антибиотиков, с помощью которых удается излечивать сотни различных болезней. Общеизвестно, что проще предупредить различные тяжёлые недуги, чем в последующем пытаться лечить их с помощью операций и лекарств. Биомедицина создаёт эффективные способы диагностики, которые позволяют определить склонность к тем или иным заболеваниям еще до их возникновения в организме человека.

И всё же необходимо понимать, что потребуется качественный контроль за подобными исследованиями в области биотехнологии и их внедрением в повседневную жизнь. В первую очередь это касается моральных аспектов клонирования, возможности выращивать донорские органы или же изменять геномы и клетки ДНК, нарушая естественный ход природы и создавая тем самым суперчеловека.

В последние годы биотехнология развивается стремительно, при этом многие государства сталкиваются с проблемой отсутствия или недостаточного контроля за такими исследованиями на правовом уровне. В итоге было приостановлено множество проектов, поэтому говорить о победе над смертью или успехах в клонировании человека в настоящее время преждевременно.