Principalele tendințe în dezvoltarea biotehnologiei moderne
Tehnologia este o combinație de metode, tehnici de obținere dintr-un material sursă (materie primă), un produs practic valoroasă.
BIOTECHNOLOGIA (din biosul grecesc, tehnica, indemanarea și logos - cuvânt, predare), utilizarea organismelor vii și a proceselor biologice în producție. Biotehnologia este un domeniu interdisciplinar care a apărut la intersecția științelor biologice, chimice și tehnice. Odată cu dezvoltarea biotehnologiei, soluționarea problemelor globale ale omenirii este legată de eliminarea deficitului de alimente, energie, resurse minerale, îmbunătățirea stării de sănătate și a calității mediului.
În ultimele decenii, nevoia de a studia și de a aplica în practică procesele microbiologice este în continuă creștere, multe dintre ele fiind utilizate mult timp în producția la scară largă. (producția de proteine furajere, etanol, antibiotice, vitamine, aminoacizi și acizi organici).
Nevoile oamenilor din proteine animale este satisfăcută numai 40% proteine vegetale continuă sinteză la o eficiență relativ scăzută, astfel încât o unitate de suprafață este păstrat nivelul scăzut al productivității în agricultură și în lume - doar 10% din teren este tratată pentru culturi. Restul sunt munți inconfortabili, deșert, tundră, soluri pietroase. probleme evidente în agricultură sunt conectate, de asemenea, necesitatea ca temperatura apei la un anumit nivel, nevoia de protecție a plantelor împotriva insectelor dăunătoare, bolilor, introducerea de îngrășăminte cu azot și alte specii, cum plantele iau aceste elemente din sol.
Pentru cultivarea microorganismelor nu sunt necesare suprafețe mari și condițiile de mai sus. Costul preparatelor microbiene de proteine nu depinde de vreme. Rata de creștere a microorganismelor depășește în mod semnificativ creșterea altor organisme vii în crearea condițiilor favorabile pentru acestea. În același timp, microorganismele au sisteme enzimatice mobile care le permit să utilizeze aproape orice substraturi organice și multe substanțe anorganice pentru a produce energie și propria lor creștere, formând în același timp produse dificile sau imposibil de obținut cu ajutorul tehnologiilor convenționale.
În lume există o dispariție a combustibililor tradiționali - petrol și gaze naturale, iar cu ajutorul microorganismelor este posibil să se primească surse suplimentare de energie sub formă de biogaz, etanol, hidrogen datorită utilizării deșeurilor industriale și agricole, precum și a energiei solare.
Utilizarea progreselor științifice și progresele practice ale biotehnologiei sunt furnizate cu cercetarea de bază și puse în aplicare la cel mai înalt nivel al științei moderne. În acest sens, ar trebui să menționăm diversitatea uimitoare a biotehnologiei științifice: dezvoltarea și realizările sale sunt strâns legate și dependente de cunoștințe, nu numai că știința de biologie, dar, de asemenea, multe altele. Biotehnologia este legat de biologie moleculara, genetica, ingineria genetică, biochimice, microbiologice, fizice, chimice, electrochimice, inginerie chimica, biochimie, microbiologie, chimie fizica, electrochimie. Aceste tehnologii sunt bazate pe utilizarea potențialului catalitic al diferiților agenți biologici și sisteme - microorganisme, virusuri, celule și țesuturi de plante și animale, precum și substanțe extracelulare și componente celulare.
Dezvoltarea și transformarea biotehnologiei se datorează schimbărilor profunde care au avut loc în biologie în ultimii 25-30 de ani. Bazele acestor evenimente au fost ideile noi în domeniul eredității și îmbunătățirilor metodologice care au adus umanitatea mai aproape de cunoașterea transformărilor substratului său material și au pregătit calea pentru cele mai noi procese industriale.
Ingineria genetică a existat timp de peste 20 de ani. Ea și-a dezvăluit strălucite abilitățile în domeniul organismelor procariote. Cu toate acestea, noile tehnologii aplicate plantelor și animalelor superioare nu sunt încă atât de semnificative. Încercările de a aplica tehnici de inginerie genetică la plantele și animalele superioare se confruntă cu dificultăți enorme, cauzate atât de imperfecțiunea cunoștințelor noastre în genetica eucariotelor, cât și de complexitatea organizării organismelor superioare.
Liderii biotehnologiei sunt astăzi Statele Unite și Japonia, care au acumulat mulți ani de experiență în biotehnologie pentru agricultură, industria farmaceutică, alimentară și chimică. Țările din Europa de Vest (Germania, Franța, Marea Britanie) și, de asemenea, Rusia ocupă o poziție puternică în producția de preparate enzimatice, aminoacizi, proteine și medicamente. Aceste țări sunt caracterizate de potențialul puternic al noilor tehnologii și tehnologii, de cercetare intensivă fundamentală și aplicată în diferite domenii ale biotehnologiei. Interesul pentru această știință și ritmul dezvoltării sale în ultimii ani se dezvoltă foarte rapid.
Omul a folosit biotehnologia de mai multe mii de ani: oamenii s-au angajat în fabricarea berii, pâine coaptă, produse lactate acide, fermentații utilizate pentru substanțele medicinale și prelucrarea deșeurilor. Dar numai cele mai noi metode de biotehnologie, inclusiv metodele de inginerie genetică bazate pe lucrul cu ADN recombinant, au dus la "boom-ul biotehnologic" pe care îl asistăm în acest moment. Cele mai noi tehnologii ale ingineriei genetice permit, în esență, îmbunătățirea proceselor biotehnologice tradiționale și, de asemenea, recepționarea în mod esențial a unor noi metode inovatoare, inaccesibile, a unor produse valoroase.
Stadiul actual al progresului științific și tehnologic se caracterizează prin schimbări revoluționare în biologie, care devin liderul științei naturale. Biologie a intrat la nivel molecular și subcelular, folosit intensiv metode de științe conexe (fizica, chimie, matematică, cibernetică etc.), abordări sistemice. Un rol important în soluționarea unui complex al acestor probleme este atribuit biotehnologiei, în cadrul căreia se realizează utilizarea specifică a sistemelor și proceselor biologice în diferite sfere ale activității umane. În biotehnologia modernă, în conformitate cu specificul aplicațiilor sale, se recomandă separarea ca secțiuni independente a următoarelor:
- Celule și inginerie genetică.
aplicarea promițătoare și eficientă a proceselor biotehnologice în diverse sfere ale activității umane, de la obtinerea de produse alimentare și băuturi la reproducerea non-poluante surse de energie și materiale noi, datorită dimensiunii lor compacte și, în același timp, scara mare, nivelul ridicat de mecanizare și a productivității muncii. Aceste procese sunt dincolo de controlul, reglarea și automatizare.
biotehnologică, spre deosebire de produsele chimice, implementate în condițiile „blânde“, sub presiune normală, reacția temperaturilor active și scăzute; acestea sunt mai puțin poluează mediul și deșeurile de produse secundare, există puține în funcție de condițiile climatice și meteorologice, nu necesită suprafețe mari de teren nu necesită utilizarea pesticidelor, erbicidelor și alți agenți străini pentru mediu. Prin urmare, biotehnologia ca întreg și capitolele sale individuale sunt printre cele mai direcțiile prioritare ale progresului științific și tehnologic, și sunt un exemplu clar de „high-tech“, care este asociat cu perspective de dezvoltare a multor industrii.
Toate țările foarte dezvoltate ale lumii consideră biotehnologia ca fiind una dintre cele mai importante industrii moderne, considerând-o o metodă-cheie de reconstruire a industriei în conformitate cu nevoile timpului și să ia măsuri pentru stimularea dezvoltării acesteia.
Producția microbiologică poate funcționa ca un non-deșeu, păstrează mediul curat și, de asemenea, transformă și detoxifiază deșeurile toxice din alte industrii, este necesar doar selectarea condițiilor și a soluțiilor tehnologice pentru cazuri specifice.
Utilizarea microorganismelor cu enzime lignicole tselyulozoliticheskimi și, eventual, de conversie a acestor substanțe în produse proteice, etanol, metan și simultan curățarea mediului, ca forme de celuloză partea principală a deșeurilor industriale și menajere.
Activitatea desfășurată în direcția biodegradarea petrol și produse petroliere ca natura contaminant cea mai frecventă de comunitățile create în mod artificial (cenozelor) microorganisme capabile să degradeze in ulei in vivo la substanțe cu greutate moleculară mai mică și de a dispune de includerea acestora în cifra de afaceri naturală a substanțelor.
Biotehnologia are mai multe avantaje față de tehnologia chimică:
posibilitatea de a obține substanțe care nu sunt sintetizate chimic (enzime, proteine, hormoni, ADN, anumiți aminoacizi);
toate procesele biotehnologice cauzează mai puține daune mediului, deoarece sunt aproape de procesele naturale;
microorganismele au o rată ridicată de creștere și acumulare a masei celulare, în comparație cu alte organisme;
Ca materie primă pentru producție, pot fi utilizate deșeuri agricole sau industriale ieftine;
tehnologia și echipamentele pentru producția biologică sunt mai simple.
Cu toate acestea, procesele biotehnologice au o diferență semnificativă față de cea chimică datorită faptului că biotehnologia folosește o organizație mai complexă a materiei - biologice. Fiecare obiect biologic (celulă, enzimă etc.) este un sistem autonom autoreglabil.
Natura proceselor biologice este complexă și este departe de a fi clară. Pentru populațiile microbiene, de exemplu, există o eterogenitate semnificativă într-o serie de caracteristici - vârsta, activitatea fiziologică, rezistența la efectele factorilor de mediu adversi. Ele sunt, de asemenea, susceptibile la mutații aleatorii, a căror frecvență variază de la 10 -4 la 10-8. Heterogenitatea se poate datora, de asemenea, prezenței suprafețelor de separare a fazelor și neomogenității condițiilor de mediu.
Diferența fundamentală dintre procesele biotehnologice și cele pur chimice este următoarea:
- sensibilitatea agenților biologici la efectele fizice și mecanice;
- prezența transportului interfazic al substanțelor (prin tipul de "celule lichide", "gaz-lichid-celule");
- cerințele de condiții aseptice;
- debite mici ale multor procese în general;
- instabilitatea produselor țintă;
- complexitatea mecanismelor de reglare a creșterii și biosintezei.
Diversitatea biotehnologiei, în general, și secțiunea sa, care își propune să abordeze preocupările legate de mediu, este uimitor: se folosește pentru a realiza ciclul biologic al științelor care studiază nivelul supraorganismal (ecologie), organisme biologice (Microbiology, Micologie) structura suborganizmennye (biologie moleculară, genetică). Prin biologie la biotehnologie afecta chimie, fizica, matematica, cibernetica, mecanic.
Biotehnologiile moderne au, de asemenea, nevoie de studiul științific bazat pe tehnologie și design hardware. Prin urmare, este necesară o legătură organică cu științele tehnice - inginerie mecanică, electronică, automatizare.
Cea mai importantă sarcină a oricărui proces biotehnologic este dezvoltarea și optimizarea tehnologiilor și echipamentelor științifice bazate pe acesta. La organizarea producțiilor biotehnologice, experiența tehnologiei chimice dezvoltată în acea perioadă a fost parțial împrumutată.
Principalele componente ale procesului biologic sunt: agentul biologic, substratul, produsul țintă, echipamentul și compatibilitatea metodelor de control al procesului.
Substrat → Echipament de proces ← Produs
În prezent, biotehnologia este considerată o direcție prioritară, determinând progresul tehnic, dezvoltarea societății.
Biotehnologia este utilizată pe scară largă în industria alimentară, agricultură, sănătate, petrochimie.
Cu ajutorul a trei tipuri de enzime, este posibil să se oxideze etilenă și propilena la temperatură și presiune normale.
Perspectiva unei recuperare a elementelor din minereuri prin acțiunea microorganismelor - industria se numește microbiologie hidrometalurgia.
Tehnici Biotehnologie utilizate în industria celulozei și hârtiei în timpul eliberării de compuși înrudiți ai celulozei, procesul de albire, crescând astfel calitatea hârtiei.
Prin intermediul metodelor biotehnologice pentru a obține cantități mari de substanțe biologic active, hormoni, proteine din sânge, immunoregulators - interferoni, vaccinuri. Dezvoltarea biotehnologiei imune, producția de antibiotice, sa dezvoltat.
Creșterea impactului antropic asupra mediului necesită crearea unor metode de neutralizare a deșeurilor.
Trimiteți-le prietenilor: