Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Марта 2015 в 23:29, реферат
Биотехнология как наука и, особенно, её центральная часть – биоинженерия развивается быстрыми темпами во всём мире. Её достижения в больших масштабах используются во многих отраслях народного хозяйства. Вместе с тем, вмешательство учёных в структуру генома, молекул ДНК и генов вызывает серьёзное беспокойство в обществе. Проблемы безопасности биотехнологических исследований при получении генетически модифицированных организмов сегодня привлекают внимание всё более широких слоёв как научной, так и гражданской общественности.
Генная инженерия дает возможность обеспечить многих нуждающихся самыми различными ферментами. Например, при лечении заболеваний пищеварительных органов применяются протеолитические ферменты. Эти же ферменты используют при лечении ожоговых поражений и различных ран для удаления некротических тканей. При лечении патологии обмена веществ применяют также липазы, расщепляющие жиры. Протеиназы с фибринолитическим действием используют для растворения тромбов, а антикоагулянты, например плазмин, эффективны при лечении инфаркта миокарда. С помощью таких препаратов, как стрептокиназа и урокиназа, лечат тромбоз коронарных сосудов сердца, легких, конечностей. Подобное перечисление можно продолжать бесконечно, практически для каждой болезни сейчас найдется лекарство, полученное с применением генно-инженерных методик.
Важный вклад микробной биотехнологии в медицину состоит в получении профилактических препаратов, причем этот вид продукции не имеет дублера в химической промышленности. В первую очередь это производство вакцин против различных инфекций. Необходимый антиген можно получить с помощью непатогенного (аттенуированного) микроорганизма, полученного генно-инженерными методами, и таким образом избежать опасностей, связанных с применением обычных вакцин. Только в США в результате массовой вакцинации за последние 45 лет заболеваемость полиомиелитом снизилась в 4000 раз. Также быстро снизилась заболеваемость корью, краснухой, дифтерией после введения соответствующих вакцин в практику. К числу важных практических достижений генной инженерии необходимо отнести и получение диагностических препаратов. Сегодня уже более 200 новых диагностикумов введены в медицинскую практику, разработаны способы диагностики такого опасного заболевания, как СПИД. Широко применяются методы генной диагностики, то есть выявления дефектных генов, включая пренатальную диагностику. [2]
Согласно прогнозам, к 2050 году население Земли возрастет до 10 млрд человек и для обеспечения его потребности в продукции сельского хозяйства нужно будет увеличить объем производства на 75%. При этом человеку недостает в первую очередь белка животного происхождения, который по аминокислотному составу более богат, чем растительный белок.
Промышленная микробиология поставляет животноводству, по крайней мере, три вида важных веществ: кормовой белок и белково-витаминные концентраты (БВК), незаменимые аминокислоты и кормовые антибиотики. Добавление 1 т БВК в корма обеспечивает экономию 7 т фуражного зерна и дополнительное производство 0,8 т свинины или 5 т мяса птицы. Включение 1 т ГМ кормовых дрожжей в рацион телят и поросят позволяет экономить 6 т цельного молока. Эти ценные продукты получаются путем переработки ГМ микроорганизмами подсолнечной лузги, кукурузных кочерыжек, соломы и других отходов сельского хозяйства, которые содержат клетчатку.
Второй вид сельскохозяйственной биотехнологической продукции – незаменимые аминокислоты, производство которых для медицины и пищевой промышленности интенсивно развивается во всем мире. Среди них такие, как лизин и метионин, обязательно должны содержаться в готовом виде в пище человека и кормах животных. Метионин производят с помощью химической технологии, а лизин – в основном биотехнологически за счет ГМ микроорганизмов. Добавление лизина в корм скоту резко увеличивает объем мясной продукции: на 1 т лизина высвобождается 40–50 т фуражного зерна и получается дополнительно более 10 т мяса.
Помимо этого, в последнее время в животноводстве и растениеводстве используется около 100 биопрепаратов, таких как стимуляторы роста животных и растений, энтомопатогены и бактериальные удобрения. Применение таких средств позволяет отказаться от использования или снизить дозы применяемых химических средств защиты и минеральных удобрений, что приводит к повышению качества продукции и созданию экологически чистых технологий. [2]
Известно, что потребление природных энергетических ресурсов во всем мире намного превосходит процессы восстановления запасов полезных горючих ископаемых. Понятно, что необходимы поиски новых нетрадиционных решений. Одним из наиболее перспективных направлений является использование биомассы зеленых растений, которые являются консервантами солнечной энергии. Всего 2% биомассы растений используется для пищи человека и на корм животных, остальное количество в 20 раз превышает годовое потребление энергии полезных ископаемых. Иными словами, конверсия растительной биомассы в энергию может помочь решить энергетические проблемы. Традиционный способ применения растений для получения тепла – сжигание – крайне малоэффективен, реализуется только 10% энергозапасов, при этом окружающая среда загрязняется дымом, а в атмосфере накапливается СО2. Альтернативой является конверсия биомассы в биогаз и биоэтанол с помощью генномодифицированных микроорганизмов. При этом реализуется 50–80% потенциальной энергии, без загрязнения атмосферы, без вредных отходов. Отходы такого производства служат высококачественным удобрением. Основным продуцентом здесь являются метаногенные бактерии из царства Архей, подцарства Эвриархеот. Принцип действия установки по получению биогаза, или метантенка, следующий: при высокой температуре и отсутствии молекулярного кислорода происходит сбраживание органических веществ разнообразной микрофлорой, в результате чего образуется водород и углекислота. Далее за дело берутся метанообразующие археи, которые используют эти газы для «карбонатного дыхания», получая необходимую для жизни энергию и выделяя метан:
4Н2 + СО2 →СН4 + Н2О.
В получении биогаза (СН4/СО2 = 2/1) из отходов сельского хозяйства пионером является Индия, где в настоящее время функционирует около 1 млн установок для получения газа, который используется для бытовых нужд. В Китае функционирует более 70 млн малых метантенков, которые служат основным источником энергии в сельской местности и удовлетворяют нужды 70% крестьянских семей, где биогаз используется для отопления домов и приготовления пищи.
Из растительного сырья можно получать не только горючие газы, но и спирт этанол. Здесь в основе лежит процесс брожения, а главный продуцент – пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae:
С6Н12О6 →2С2Н5ОН + 2 СО2
Впервые идея применения биоэтанола для энергетических целей возникла в 1975 году в Бразилии, а к 1997 году было сэкономлено 35,6 млрд долларов на уменьшении экспорта нефти. Затем подобные программы были разработаны в 1978 году в США и в 1998 году в Канаде. Биоэтанол используется в качестве моторного топлива либо в чистом виде, либо с добавлением бензина. Различные виды топлива могут содержать от 10 до 24% биоэтанола. Масштабы производства этанола в качестве топлива с каждым годом увеличиваются. В ближайшие годы биосистемы смогут обеспечить 10–15% производства энергии в таких странах, как США и Канада, и составят основу энергетики в Бразилии, Китае, Индии, на Филиппинах.
Следующая серия биотехнологий природоохранительного плана направлена на очистку земель и водоемов. Известно, что основной вред окружающей среде наносят стоки химических предприятий, содержащие различные синтетические органические соединения, разложение которых в природе происходит крайне медленно. Многие из таких отходов являются ксенобиотиками – токсичными веществами, не включающимися в метаболизм живых организмов. Эти вещества созданы фантазией человека, и природа их не знает. Микробиологи изучают пути катоболизма ксенобиотиков, возможности их разложения и детоксикации.
Среди огромного разнообразия бактерий можно найти отдельные организмы, использующие самые уникальные варианты путей метаболизма, включающие необычные химические соединения. Опираясь на глубокие знания физиологии бактерий, ученые создают организмы с такой комбинацией метаболических путей, что становится возможна переработка или разложение самых необычных, в том числе токсичных, соединений. На основе этих исследований создают биотехнологические способы очистки воды от неприродных соединений, а также методы, позволяющие контролировать загрязнения окружающей среды. В настоящее время ежегодный объем продаж таких препаратов для контроля и мониторинга загрязнений составляет около 10 млн долларов, а в ближайшей перспективе эта цифра может достичь 200 млн долларов.
Еще одна беда, стоящая перед человечеством – загрязнения земель и водоемов нефтью и нефтепродуктами. Подобные загрязнения занимаютогромные площади вокруг мест добычи нефти, нефтеперерабатывающих предприятий и портов. Нередко причинами экологических бедствий становятся аварии на судах, особенно танкерах, когда нефтью загрязняются акватории и берега рек и морей. Методы генной инженерии активно используются для разработки штаммов-деструкторов, способных быстро разлагать массивные скопления нефтепродуктов.[2]
Во многих государствах мира разработаны и применяются различные методы контроля за технологическими процессами и качеством вновь вовлечённых в сферу использования человеком новых биологических объектов и веществ, их токсичностью, аллергенностью и общей безопасностью для здоровья людей и состояния окружающей среды.
Важным этапом оценки биобезопасности ГМО и полученных из них пищевых и других продуктов является санитарно-гигиеническая экспертиза по ряду показателей: химическому составу исходных и трансгенных растений; биологической ценности и усвояемости приготовленных из ГМО продуктов; выявлению токсичных, канцерогенных, мутагенных и аллергенных веществ в продуктах, полученных на основе использования ГМО; оценке влияния ГМО на репродуктивные функции животных и человека; проверке генов, интегрированных в геном растений, на способность наследования в потомстве и их переносу в другие организмы; оценке влияния новых генов на устойчивость растений к болезням и вредителям; выявлению и анализу характера изменчивости почвенной микрофлоры и других составляющих биоценоза под влиянием трансгенных растений.
Обязательной и крайне важной является медико-биологическая оценка пищевой продукции, полученной из ГМО. Во многих государствах с развитой генноинженерной инфраструктурой в науке и производстве в настоящее время приняты законы и другие государственные акты, создающие нормативно-правовую базу для современной биотехнологии и биоинженерии.
В декабре 2003 года В. В. Путин, в то время Президент РФ, подписал документ «Основы государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», в котором сформулированы основные задачи государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности.
В документе говорится о необходимости внедрения современных методик (экспресс-методов) и оборудования для оснащения контрольных и надзорных органов средствами индикации и контроля за содержанием экопатогенов в продуктах питания, обеспечения безопасности продуктов питания, производимых из генетически изменённых материалов, безопасности экологической системы от проникновения чужеродных биологических видов организмов, прогнозирования генетических аспектов биологической безопасности, создания системы государственного контроля за оборотом генетически модифицированных материалов.
Наиболее острой и экономически важной для России проблемой является проблема вывода из глубокого экономического кризиса продовольственного цеха страны – сельского хозяйства, без чего практическое использование достижений биотехнологии невозможно. Решение проблемы биобезопастности может и должно строиться на основе углублённых научных исследований и высокой ответственности учёных и специалистов, а также практиков, работающих в области биотехнологии и биоинженерии.
В решении этих задач очень важным является развитие международного сотрудничества на уровне государств, научных организаций и учёных. Выполнение совместных международных проектов позволит нашей стране преодолеть отставание и стать в этой области науки и производства в ряд с высокоразвитыми государствами мира. [1]
Информация о работе Трансгенные животные и микроорганизмы. Проблемы биобезопасности