Биотехнология
Биотехноло́гия (от гр. βίος — «жизнь», τέχνη — «искусство», λόγος — «слово, понятие») — это область науки, находящаяся на стыке дисциплин естественных и технических наук.
Использующая живые организмы для разработки и создания продуктов или процессов для различных применений. Она включает в себя такие методы, как генная инженерия, культура клеток и ферментация, позволяющие манипулировать биологическими системами в практических целях[1].
История
Многие методы ведения сельского хозяйства можно отнести к данной области. Выращивание растений можно рассматривать как одну из самых ранних форм биотехнологий, которое стало основным методом производства продуктов питания в эпоху неолита.
Первые фермеры использовали биотехнологии для выбора и выращивания подходящих культур, со временем обнаружив, что определённые организмы и их побочные продукты могут служить повышению урожайности. На протяжении всей истории они непреднамеренно модифицировали генетику своих культур, отбирая растения с определёнными качествами, перемещая их в другие среды и скрещивая сорта[2].
Селекция также использовалась людьми для разведения и выведения новых пород домашнего скота. Эта практика предполагает спаривание организмов, обладающих определёнными признаками, с целью создания потомства, которое унаследует и проявит их[2].
Биотехнологии затронули и кулинарию. Например, пивоварение существовало во многих древних цивилизациях, таких как Египет, Месопотамия, Китай и Индия[3]. Процесс, основные биологические методы которого остаются неизменными и сегодня: преобразование крахмала в зерне в сахар с помощью ферментов солода, а затем добавления специальных пивных дрожжей для расщепления углеводов на спирты. Молочнокислое брожение, обнаруженное позже, позволило создать ряд молочных продуктов, а также сохранять продукты путём квашения.
Биотехнологии поспособствовали развитию медицины и созданию антибиотиков. Начало положило открытие пенициллина в 1928 году Александром Флемингом. К 1940 году пенициллин стал доступен для медицинских целей и эффективно лечил бактериальные инфекции.
Отрасли
Так как биотехнологии находят применение в различных областях, для обозначения их отраслей была придумана цветовая классификация[4].
Золотая биотехнология[4] — включает в себя биоинформатику и нанобиотехнологии. Область использует вычислительные методы для решения биологических проблем и способствует эффективному анализу и организации биологических данных. Она также известна как вычислительная биология. Включает в себя концептуализацию биологии на молекулярном уровне и применение методов информатики для понимания и организации крупномасштабной молекулярной информации. Что важно в таких областях как: функциональная геномика, структурная геномика, протеомика.
Зелёная биотехнология[4] — охватывает различные сельскохозяйственные процессы, такие как микроклональное размножение растений и создание генетически модифицированных растений. Целью является разработка более чистых альтернатив традиционному сельскому хозяйству, а также создание устойчивых растений, экологически чистых удобрений и биопестицидов. Кроме того, отрасль предполагает использование микроорганизмов для сокращения отходов и их очистки.
Голубая биотехнология[4] — отрасль, ориентированная на использование водных организмов и их побочных продуктов, затрагивая моря, океаны, реки и другие водоёмы. Включает в себя такие области, как: морская геномика, аквакультура, морские биологически активные соединения и морская биоремедиация.
Коричневая биотехнология[4] — отрасль, которая связана с засушливым климатом, аридными землями и пустынями. Уделяет особое внимание достижениям в области разработки семян с повышенной устойчивостью к суровым условиям окружающей среды в засушливых регионах. Эта область также предполагает использование геомикробиологии для управления ресурсами.
Красная биотехнология[4] — относится к использованию биотехнологий в областях медицины и здравоохранения. Предполагает разработку фармацевтических препаратов, вакцин, антибиотиков, антител, гормонов, диагностических тестов. Затрагивает трансплантологию и создание искусственно выращенных органов, регенеративную терапию, использование стволовых клеток.
Жёлтая биотехнология[4] — отрасль, участвующая в производстве продуктов питания. Предполагает использование ферментации для изготовления вина, сыра и пива. Сюда также входит применение биотехнологий к насекомым, например, борьба с вредителями.
Белая биотехнология[4] — также называемая промышленной, предполагает применение биотехнологии в промышленных процессах, таких как разработка организмов для химического производства или использование ферментов в качестве катализаторов для производства химических веществ или устранения вредных побочных продуктов. Обычно для этого требуется меньше ресурсов по сравнению с традиционными методами, используемыми в промышленном производстве.
Серая биотехнология[4] — отрасль ориентирована на экологические цели, уделяя особое внимание сохранению биоразнообразия и устранению загрязняющих выбросов.
Фиолетовая биотехнология[4] — охватывает этические и юридические аспекты, связанные с биотехнологиями, включая патенты на открытия и разработки и прочую интеллектуальную собственность.
Чёрная биотехнология[4] — иногда также называется «тёмной биотехнологией», включает в себя использование микроорганизмов в агрессивных целях, включая биотерроризм и разработку биологических агентов и оружия, которые могут вызвать заболевания и гибель людей, скота и сельскохозяйственных культур.
Виды
Биоинженерия
Междисциплинарная область, которая сочетает в себе принципы биологии, инженерии и других наук для разработки инновационных решений и технологий с различным применением. Она включает в себя проектирование и манипулирование биологическими системами, организмами или молекулами для создания новых продуктов, улучшения существующих процессов или решения биологических проблем. Примеры биоинженерии включают тканевую инженерию, генную инженерию, разработку биоматериалов и биотехнологическую инженерию.
Биоинформатика
Область, сочетающая в себе биологию, информатику и статистику для анализа и интерпретации биологических данных, особенно связанных с геномикой и протеомикой. Она включает в себя разработку и применение вычислительных инструментов и алгоритмов для понимания биологических процессов, создание алгоритмов предсказывания структур биологических единиц, например, белковых молекул.
Биомедицина
Отрасль медицинской науки, которая объединяет биологию, физиологию, генетику и другие дисциплины для изучения причин, диагностики и лечения заболеваний и расстройств. Она фокусируется на понимании основных механизмов заболеваний на молекулярном и клеточном уровне и использует эти знания для разработки новых методов лечения, лекарств и медицинских технологий.
Наномедицина
Область, которая объединяет нанотехнологии и медицину для разработки диагностических и терапевтических подходов на наноуровне. Она предполагает использование наночастиц, наносенсоров и других наноразмерных материалов и устройств для воздействия на определённые области тела для улучшения диагностики заболеваний, доставки лекарств и тканевой инженерии. Эта новая область имеет большой потенциал для точной доставки лекарств, таргетной терапии, визуализации и регенеративной медицины.
Биофармакология
Раздел фармакологии, который занимается изучением лекарств, полученных из биологических источников, таких как белки, пептиды, нуклеиновые кислоты. Это предполагает понимание того, как эти лекарства взаимодействуют с биологическими системами, включая механизмы их действия, терапевтические эффекты и потенциальные побочные эффекты. Биофармакология играет решающую роль в разработке и оценке биофармацевтических препаратов и подходов персонализированной медицины.
Методы
Искусственный отбор
Процесс, в котором намеренно выбираются и разводятся определённые организмы с желаемыми характеристиками, чтобы закрепить их.
Гибридизация
Процесс создания организмов путём скрещивания особей из разных популяций или сортов. Этот метод обычно используется в программах селекции растений и животных для объединения желаемых признаков разных родительских линий, что приводит к получению гибридного потомства с улучшенными характеристиками, такими как повышенная урожайность, устойчивость к болезням или адаптивность.
Генная инженерия
Преднамеренное манипулирование генетическим материалом организма с целью изменения его характеристик или свойств. Он включает в себя такие методы, как сплайсинг генов, редактирование генов и перенос генов для введения или модификации определённых генов в ДНК организма.
Клонирование
Это процесс создания идентичной копии организма, а также клетки, молекулы или фрагмента ДНК. Этого можно достичь с помощью различных методов, таких как репродуктивное клонирование или перенос ядра соматической клетки.
Репродуктивное клонирование включает перенос генетического материала организма в яйцеклетку, которая затем имплантируется суррогатной матери для развития клонированного организма.
Перенос ядра предполагает замену ядра яйцеклетки ядром соматической клетки, в результате чего развивается эмбрион, генетически идентичный организму-донору. Клонирование может иметь различные применения в исследованиях, сельском хозяйстве и медицине.
Моральный аспект
Многие современные религиозные деятели и некоторые учёные предостерегают научное сообщество от излишнего увлечения такими биотехнологиями (в частности, биомедицинскими технологиями) как генная инженерия, клонирование, и различные методы искусственного размножения (такие, как ЭКО).
Человек перед лицом новейших биомедицинских технологий, статья старшего научного сотрудника РИСИ В. Н. Филяновой:
Проблема биотехнологий — лишь часть проблемы научных технологий, которая коренится в ориентации европейского человека на преобразование мира, покорение природы, начавшееся в эпоху Нового времени. Биотехнологии, стремительно развивающиеся в последние десятилетия, на первый взгляд приближают человека к реализации давней мечты о преодолении болезней, устранению физических проблем, достижению земного бессмертия посредством человеческого опыта. Но с другой стороны они порождают совершенно новые и неожиданные проблемы, которые не сводятся только к последствиям долговременного употребления генетически изменённых продуктов, ухудшению человеческого генофонда в связи с появлением на свет массы людей, рождённых лишь благодаря вмешательству врачей и новейших технологий. В перспективе встаёт проблема трансформации социальных структур, воскресает призрак «медицинского фашизма» и евгеники, осуждённых на Нюрнбергском процессе.
См. также
Примечание
- ↑ Biotechnology (англ.).
- ↑ 1 2 William J. Thieman, Michael Angelo Palladino. Introduction to Biotechnology. — 2009. — ISBN 978-0-321-49145-9.
- ↑ John Paul Arnold. Origin and History of Beer and Brewing: From Prehistoric Times to the Beginning of Brewing Science and Technology. — 2005. — ISBN 978-0-9662084-1-2.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Rainbow code of biotechnology (англ.).
Литература
- Биотехнология. Научные основы инженерного оформления биотехнологий / А. К. Никифоров, А. В. Комиссаров, Е. Г. Абрамова [и др.]. — Саратов : Общество с ограниченной ответственностью Издательство «КУБиК», 2024. — 266 с.
- Гиренок, Ф. И. Теоретическая биология и биотехнология / Ф. И. Гиренок // Вопросы философии. — 1987. — № 3. — С. 53-66.
- Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. — М.: Мир, 2002. — 589 с. — (Лучший зарубежный учебник).
- Егорова Т. А., Клунова С. М., Живу хин Е. А. Основы биотехнологии. — М.: Академия, 2003. — 207 с. — (Высшее образование).
- Общая биотехнология : учебное пособие для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 19.03.01 Биотехнология / Фауст Е. А., Никифоров А. К., Комиссаров А. В. [и др.] ; Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова [и др.]. — Саратов : КУБиК, 2020—. — 20 см.
- Патрушев Л. И. Экспрессия генов. — М.: Наука, 2000. — 526, [1] с. — ISBN 5-02-001890-2.
- Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. — М.: Мир, 1987. — 410,[1] с. — 60 000 экз.
- Шевелуха, В. С., Калашникова, Е. А., Дегтярев, С. В. и др. Сельскохозяйственная биотехнология. — М., 1998. — 416 с. — ISBN 5-06-003535-2.
- Rifkin, J. The Biotech Century: Harnessing the Gene and Remaking the World. — N. Y.: Jeremy P. Tarcher Inc., 1998. — XVI, 271 p. — ISBN 0-87477-909-X.
Ссылки
- Биотехнология, учебное пособие — ресурс, целиком посвящённый биотехнологии.
 | ||||
|---|---|---|---|---|
