Перспективи розвитку біотехнології
У майбутньому завдяки розширенню сфери свого застосування біотехнологія зробить важливий вклад в підвищення рівня життя всього населення планети, а більш перспективними будуть такі галузі застосування методів біотехнології:
1. Прилади для аналітичної хімії
2. Процеси біосинтезу і біодеградації
3. Вуглеводнева сировина для хімічної промисловості
4. Хімічна переробка (очистка продукції)
5. Хімічні продукти в побуті: клеї, барвники, смакові добавки, драглюючі речовини і загусники, ароматичні речовини, пігменти, пластики, змазки, воски та ін.
6. Джерела енергії
7. Контроль за станом навколишнього середовища
8. Їжа і напої. Переробка і зберігання продукції сільського господарства.
9. Охорона здоров’я (діагностика, лікування)
10. Боротьба з хворобами рослин і тварин
11. Добування мінеральної сировини
Швидше всього застосування біотехнології на думку компетентних спеціалістів дасть позитивні результати в медицині, сільському господарстві і хімічній промисловості.
Медицина
Завдяки використанню технології рекомбінантних ДНК вже досягнуті великі успіхи в медицині. Крім промислового виробництва людського інтерферону (для цього гени людини були клоновані в мікроорганізми), як антивірусного і протипухлинного засобу були клоновані гени інсуліну, гормону росту та ін. білків людини, необхідних для діагностики та лікування. Все ширше в діагностиці, терапії і при трансплантації клітин і тканин використовують ферменти, в багатьох галузях - моноклональні антитіла.
|
|
|
Дуже перспективне застосування біотехнології — біоелектроніка і біоелектрохімія. Дія більшості із розроблених на сьогодні датчиків базується на реєстрації продуктів реакцій з участю певних ферментів. Для цього використовують звичайні електроди з імобілізованою на них біологічною системою, де відбувається обмін електронами між електродами і окисно-відновними центрами білків. Це датчики для визначення вмісту глюкози при діабеті, окремих компонентів крові та інших систем.
Енергетика
99,4% або 1,7·1023 кал на рік доступної нам неядерної енергії ми отримуємо від Сонця і лише 1 — 2% її акумулюємо в біомасі.
Біомаса є джерелом хімічної енергії що постійно відновлюється. Її можна спалювати або дуже простими способами перетворювати за допомогою мікроорганізмів у рідке або газоподібне паливо (метан, етиловий спирт, гідроген). Але біомаса використовується і в інших цілях, як їжа і сировина. Площі для її вирощування скорочуються. Тому прогнозувати виробництво енергії із біомаси важко. Хоч у деяких країнах (США, Бразилія) виробляють етиловий спирт шляхом ферментації, як пальне для транспорту.
|
|
|
Але біопаливні елементи можуть з часом знайти використання для отримання дешевої електроенергії шляхом переробки стоків, відходів або оксиду вуглецю. Зараз біотехнологи шукають способи підвищення ефективності конверсії сонячної енергії в біомасу.
Збільшується роль біотехнології при добуванні нафти. Бідні родовища складні в експлуатації і тут на допомогу приходять корисні мікроорганізми:
1) деякі полімери (похідні ксантану), що утворюють мікроорганізми, можуть бути компонентами для закачаних в пласти розчинів для добування решток нафти;
2) ПАР мікробного походження, що використовують в нафтовій промисловості необхідно одержувати з відходів цієї ж промисловості;
3) розробляються програми, що передбачають вводити мікроорганізми безпосередньо в нафтовий пласт щоб прискорити її відтік з пористих порід.
Харчові продукти і напої
Сьогодні важко з впевненістю говорити про те яких успіхів досягне тут біотехнологія. Але загальні тенденції відомі.
По-перше, на зміну традиційним способам виробництва їжі поступово прийдуть біореактори в яких будуть рости клітини рослин, тварин, мікроорганізмів. Вихід продукції при використанні біореакторів може бути суттєво більшим і ефективнішим ніж у сільському господарстві, процеси більш інтенсивні.
|
|
|
По-друге, ця альтернативна технологія буде ставати більш продуктивною завдяки використанню методів генної інженерії, які дозволяють отримати покращені лінії клітин і штами мікроорганізмів.
Така тенденція вже проявилась, зокрема в виробництві харчових добавок. Лимонну кислоту отримують мікробіологічним методом, а не з цитрусових. Присутнє також використання мікробних білків у харчуванні. Так, в Японії недостача виробництва яловичини і коштує вона дуже дорого. Це ринок збуту хороших замінників яловичини, виготовлених на основі інших білкових продуктів, зокрема БОО.
Хімічні сполуки
Сьогодні ще мало хімічних сполук отримують за допомогою біотехнологічних процесів. До них відносяться дешеві, що застосовуються у великих кількостях як паливо, етиловий спирт і метанол, а також ряд цінних і дорогих речовин: лимонна кислота, ітаконова кислота, амінокислоти, стероїди і антибіотики, які застосовуються у медицині і харчовій промисловості.
Виробництво хімічних речовин на основі біокаталізу має наступні переваги: легкість контролю, робота при низьких температурах, сумісність з навколишнім середовищем, простота, специфічність. Але ряд таких причин, як використання нетрадиційних технологій, в деяких випадках невелика швидкість реакції, нестабільність каталізаторів зумовили недостатню кількість досліджень у цьому напрямі.
|
|
|
Поява генної інженерії відновила зацікавленість вчених, оскільки з’явилася можливість покращити робочі характеристики біокаталізаторів, особливо інтактних мікроорганізмів. З іншого боку, на розробку таких нових процесів піде 10 — 20 років, що також впливає на їх вартість.
Існує три основні способи синтезу хімічних сполук на основі біокаталізу:
1) шляхом використання культур рослин і тварин, що утворюють цінні речовини;
2) шляхом використання мікроорганізмів, при необхідності змінених методами генної інженерії, для біосинтезу або модифікації хімічних речовин;
3) шляхом використання генетично змінених мікроорганізмів в якості «пристроїв» для експресії генів рослин і тварин, що дозволить синтезувати у великих кількостях особливі, властиві тільки вищим організмам хімічні сполуки.
Зроблені перші спроби об’єднати хімічну, біологічну і електронну технології. Це специфічні датчики для регулювання процесів хімічної, харчової промисловості, медичної діагностики, моніторингу і контролю навколишнього середовища.
Матеріали
Біотехнологія впливає на одержання і використання різних матеріалів трьома способами:
1) вона сприяє добуванню промислової сировини, наприклад, нафти та інших корисних копалин;
2) широко використовуються продукти мікробного походження, наприклад, для виробництва емульгаторів, загусників, пластмас, які також розкладаються за допомогою мікроорганізмів.
Найбільш обіцяючою сировиною для виробництва біопластмас є одна з резервних речовин клітин — полі-β-гідроксибутират (ПГБ).
Ведуться активні дослідження, які допоможуть створити нові методи боротьби з біопошкодженнями, завдяки глибокому розумінню процесів, що лежать в їх основі. Прикладом є використання ферментів в харчовій промисловості. Будуть створюватись нові типи датчиків для контролю забруднення сировини.
Навколишнє середовище
Завдання біотехнології — створення нових і удосконалення існуючих способів переробки відходів.
Нові процеси переробки незвичайних відходів базуються на використанні мікроорганізмів з новими, штучно створеними катаболічними властивостями.
Навколишнє середовище є без сумніву спільним знаменником для всіх видів діяльності про які йде мова. Так використання біотехнології в хімічній промисловості створює галузі, що краще сумісні з навколишнім середовищем. Біодатчики (біоінженерія) допоможуть здійснювати моніторинг і контроль. Також продукти біотехнології, що застосовуються у сільському господарстві більш безпечні ніж хімічні.
Сільське господарство
Продукція сільського господарства використовується в харчовій та хімічній промисловості. Це виробництво етилового спирту з низькоякісного вина а також спеціальне вирощування сільськогосподарських культур для виробництва спирту. Як сировину для цього можуть використовувати і відходи сільського господарства.
Велику увагу приділяють можливості одержання біогазу з гною із збереженням його цінності як органічного добрива. Для цього необхідно мати чіткі уявлення про швидкість розкладу різних компонентів і роль мікроорганізмів які супроводжують ці процеси.
У ветеринарії біотехнологічні процеси використовують для отримання вакцин і сироваток. Якщо, як передбачають, вакцини будуть отримувати за допомогою мікроорганізмів, модифікованих шляхом генної інженерії ми станемо свідками викорінення таких хвороб як ящур, сонна хвороба та ін.
Використовуються у тваринництві гормони росту, білково-вітамінний концентрат (БВК). Біотехнологія допомагає розробляти нові способи покращення сільськогосподарських культур як по врожайності так і по якості.
Можливим буде використання замінників дорогих хімічних добрив, пестицидів або біодобавок до них. Так, потреби в азоті задовольнятимуться шляхом біологічної фіксації, заснованої на симбіозі. А в майбутньому – шляхом введення в сільськогосподарські культури гена нітрогенази, при цьому рослини набудуть здатність синтезувати фермент, який каталізує реакцію фіксації азоту з повітря.
Замість пестицидів можливий біологічний контроль. використання мікроорганізмів та антибіотиків у боротьбі з хворобами і шкідниками. Це принесе користь не лише сільському господарству а й екологічному стану навколишнього середовища.
Найбільший вклад біотехнології в сільське господарство слід чекати за рахунок покращення властивостей рослин шляхом використання методів рекомбінантних ДНК і злиття протопластів рослин. Застосовуючи цю технологію планується отримати білки зернових культур, які будуть мати у збалансованій кількості незамінні амінокислоти, яких зараз не вистачає.
Але існують стандарти безпеки нових видів продукції біотехнології. Найбільш суворі з них стосуються медицини, продуктів харчування, продуктів тваринництва.
Можливість використання генної інженерії викликала ще в 70-х рр. стурбованість людства і стала предметом обговорення. У різних країнах стосовно такої продукції розроблені різні методи контролю і різні стандарти.
В основному, створюються підпорядковані суспільству, керівництву державні організації, що контролюють, розробляють правила проведення генетичних маніпуляцій та досліджень.
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 279; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!