Биотехнология
l БИОТЕХНОЛОГИЯ - производственное использование биологических агентов для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений. l В традиционном, классическом, понимании биотехнология — это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов.
Основные направления биотехнологии l l l Промышленная биотехнология Клеточная инженерия Генная инженерия
Использование достижений биотехнологии в отраслях народного хозяйства l l l l l Генная инженерия Ферментеры Пищевые продукты и напитки Переработка отходов Топливо Разработка недр Ферментные технологии Медикаменты Химические вещества Сельское хозяйство
Приоритетные направления l l Повышение безопасности производства для человека и окружающей среды Снижение энергетических затрат (энергосберегающие технологии) Создание многокомпонентных растительных систем Разработка новых медпрепаратов (целевые, индивидуальные)
Основные преимущества биотехнологических процессов l l l низкая энергоемкость; применение стандартного оборудования; экологически чистое производство; безотходное производство; проведение работ в течение всего года.
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ 4000 - 20000 до н. э. Египет и Месопотамия: первое применение б/т: закваска теста и пивоварение с использованием дрожжей. Китай, Египет: Производство сыра и вина. 500 до н. э. Китай: первый антибиотик; соевый творог используют для лечения ожогов. 100 н. э. Китай : первый инсектицид. 1322 На территории Аравии впервые использовано искусственное осеменение для селекции арабских скакунов. 1870 – 1890 Селекционеры путем скрещивания получили сотни новых сортов хлопчатника лучшего качества. Получены первые гибриды кукурузы. Фермеры впервые стали вносить на поля фиксирующие азот бактерии (для повышения урожайности). 1917 Появление термина «биотехнология» - Карл Эреки.
1928 Alexander Fleming открыл пенициллин как антибиотик. Laibach впервые использовал метод выделения эмбрионов для получения гибридов - процесс, который теперь известен как гибридизация. Karpechenko скрестил редис и капусту, впервые получил фертильное потомство от растений разных родов. 1961 USDA зарегистрировали первый биопестицид Bacillus thuringiensis or Bt. 1972 Создана первая рекомбинантная ДНК 1975 Разработана технология получения моноклональных антител 1982 Зарегистрировано первое лекарство, полученное методами б/т (FDA): человеческий инсулин, вырабатываемый бактериями. Первая генетическая трансформация растительной клетки: Petunia (расцветка цветков). 1983 Первое ГМ растение (табак).
1986 Первая ГЕ вакцина для человека (против гепатита В). Первое противораковое лекарство, полученное методами б/т (интерферон). 1987 Первое разрешение на полевые испытания ГМ растений (томаты, устойчивые к вирусу, и картофель). 1990 Начало крупномасштабного международного проекта по созданию генетической карты человека (Human Genom Project). В этом же году впервые была проведена успешная генная терапия, которая позволила спасти жизнь четырехлетней девочке, страдавшей расстройством иммунитета. Первый продукт питания из ГМО, зарегистрированный в UK (модифицированные дрожжи). 1993 Создание Биотехнологической Промышленной Организации (BIO). 1994 Первое разрешение FDA на полный ГМ пищевой продукт -помидоры FLAVRSAVR TM.
1996 -1997 Коммерциализация первых ГМ культур (RR кукуруза, RR соя, Bt хлопчатник): Аргентина, Австралия, Канада, Китай, Мексика, США. В Шотландии клонирована овечка Dolly. 1998 год Впервые создана полная генетическая карта животного (дождевой червь). 2000 Первое полное картирование генома растения: Arabidopsis thaliana. ГМО занимают 108, 9 млн акров в 13 странах. 2014 -2015 Выращивание органов для трансплантологии (печень, половые органы, уши, кости, кровеносные сосуды). Трансгенные шелкопрядовые черви (гены паука) – шелк суперпрочен, возможно использование в хирургии и изготовлении пластмасс.
Перспективы Кибермедицина, адресная доставка препаратов, биоэнергетики, биополимеры, создание биотехники (принтеры), искусственного интеллекта, Биопестициды и ГМО.
Крупнейшие биотехнологические компании мира (годовой доход, млн. USD) Amgen 13858 Genentech 7640 Novo Nordisk 6526 UCB Group 2711 Biogen Idec 2592 Gilead Sciences 2588 Serono 2498 Genzyme 2278 Med. Immune 1221 Millennium Pharmaceuticals 220
Компания «МОНСАНТО» l l Основана в 1901 году в США. До начала 90 -х годов - крупный международный химический концерн в области полимерных материалов и пластических масс. В последние 15 лет компания - один из мировых лидеров в области создания генетически модифицированных растений. С 1996 - производство посевного материала растений, устойчивых к гербицидам и насекомым. В России На территории РФ компании «Семинвест» , «Кубаньагротрейд» (Краснодарский край), и компания «Солнечная Страна» в структуре агрохолдинга «Новоаннинский» (Волгоградская область). Реализация произведённых семян осуществляется на территории Украины, Молдавии, России – компанией Монсанто и компаниями участвующими в производстве.
Компания-производитель Unilever Lipton (чай) Brooke Bond (чай) Беседа (чай) Calve (майонез, кетчуп) Rama (масло) Пышка (маргарин) Делми (майонез, йогурт, маргарин) Альгида (мороженное) Knorr (приправы) Компания-производитель Nestle Nescafe (кофе и молоко) Maggi (супы, бульоны, майонез, приправы, картофельное пюре) Nestle (шоколад) Nestea (чай) Nesquik (какао) Компания-производитель Kellog's Corn Flakes (хлопья) Frosted Flakes (хлопья) Rice Krispies (хлопья) Corn Pops (хлопья) Smacks (хлопья) Smart Start (хлопья) Froot Loops (цветные хлопья-колечки) Apple Jacks (хлопья-колечки со вкусом яблока) All-bran Apple Cinnamon/ Blueberry (отруби со вкусом яблока, корицы, голубики) Chocolate Chip (шоколадные чипсы) Pop Tarts (печенье с начинкой, все вкусы) Nutri-grain (тосты с наполнителем, все виды) Crispix (печенье) Just Right Fruit & Nut (хлопья) All-Bran (хлопья) Honey Crunch Corn Flakes (хлопья) Raisin Bran Crunch (хлопья) Cracklin' Oat Bran (хлопья) Компания-производитель Hershey's Toblerone (шоколад, все виды) Mini Kisses (конфеты) Kit-Kat (шоколадный батончик) Milk Chocolate Chips (печенье) Kisses (конфеты) Semi-Sweet Baking Chips (печенье) Reese's Peanut Butter Cups (арахисовое масло) Special Dark (темный шоколад) Milk Chocolate (молочный шоколад) Chocolate Syrup (шоколадный сироп) Special Dark Chocolate Syrup (шоколадный сироп) Strawberry Syrop (клубничный сироп) Компания-производитель Mars M&M's Snickers Milk Chocolate Nestle (шоколад) Milky Way Twix Nestle Crunch (шоколадно-рисовые хлопья) Nesquik (шоколадный напиток) Cadbury (Cadbury/Hershey's) Fruit & Nut Light Mayonnaise (майонез) Компания-производитель Heinz Ketchup (regular & no salt) (кетчуп) Chili Sauce (Чили соус) Heinz 57 Steak Sauce (соус к мясу) Компания-производитель Hellman‘s Real Mayonnaise (майонез) Low-Fat Mayonnaise (майонез) Компания-производитель Coca-Cola Sprite Cherry Coca Minute Maid Orange Minute Maid Grape Компания-производитель Cadbury/ Schweppes Компания-производитель Pepsi. Co Pepsi Cherry Mountain Dew Компания-производитель Frito-Lay/ Pepsi. Co (ГМ-компоненты могут содержаться в масле и других ингредиентах) Lays Potato Chips (all) (чипсы) Cheetos (all) (чипсы) 7 -Up Dr. Pepper Компания-производитель Pringles (Procter&Gamble) Pringles (чипсы )
Биотехнология «Красная» биотехнология, связанная с обеспечением здоровья человека и потенциальной коррекцией его генома, а также с производством биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов, антител); l «Белая» направлена на разработку и создание генетически модифицированных (ГМ) растений, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам, определяет современные методы ведения сельского и лесного хозяйства; l «Серая» промышленная биотехнология, объединяющая производство биотоплива, биотехнологии в пищевой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности; l «Зеленая» связана с природоохранной деятельностью, биоремедиацией; l «Синяя» связана с использованием морских организмов и сырьевых ресурсов. l
Объем мирового рынка биоиндустрии около 270 млрд долларов США.
"Красные" биотехнологии Российский рынок - наиболее емким в денежном выражении. Объем от 60 до 90 млрд. руб. Только 5% биотехнологических субстанций, используемых при производстве конечных лекарственных форм, производится в России. Развитие сектора в России идет по пути создания новых высокотехнологичных производств по выпуску биотехнологических дженериков для обеспечения импортозамещения лекарственной продукции. В настоящее время в России реализуются следующие крупные проекты в сфере биофармацевтики:
l l ЗАО "Генериум" (Владимирская область) – исследования, производство и продвижение оригинальных биотехнологических препаратов в области лечения гемофилии, туберкулеза, рассеянного склероза, онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний. . Центр по разработке инновационных и импортозамещающих лекарственных препаратов "ХИМРАР" (Московская область) – бизнес-инкубатор для инновационных компаний по разработке и выведению на рынок инновационных лекарств для лечения сердечно -сосудистых, онкологических, инфекционных заболеваний, заболеваний эндокринной и центральной нервной системы. ЗАО "Биокад" (Московская область) – научно-производственная компания, занимающаяся разработкой оригинальных и дженериковых биопрепаратов для лечения урологических, гинекологических, онкологических и неврологических заболеваний. Группа компаний "Биопроцесс" (Москва) – научнопроизводственная компания, занимающаяся производством биотехнологических субстанций и конечных лекарственных форм.
"Белые" биотехнологии Биотехнологии в химии и нефтехимии пока не получили широкого распространения в мире. В России отсутствуют промышленные образцы примеров использования биотехнологии в химической промышленности. l В настоящий момент существует благоприятная мировая конъюнктура для возрождения гидролизной промышленности в России уже с учетом имеющихся новейших биотехнологий. l Производство биотоплива, в России в промышленных масштабах не осуществляется. l Продукция пищевой биотехнологии относится в основном к категории пищевых добавок. l Доля российских производителей на рынке ферментов не превышает 20%. В России зарегистрировано около 8 000 наименований БАД, из них не менее 60% - отечественные препараты. По данным "Фармэкспорт", в России около 900 компаний занимаются производством БАД. Крупнейшие производители в отрасли – ЗАО "Эвалар" (Алтайский край), ОАО "Диод" (Москва), ООО "Фора-Фарм" (Москва). l
"Зеленые" биотехнологии l l Выращивание генно-модифицированных культур в России законодательно не запрещено. При этом российское законодательство в сфере производства и реализации продуктов питания, содержащих генномодифицированные организмы, близко к европейским нормам. В настоящее время в РФ разрешены для использования в питании 15 линий генно-модифицированных культур: 8 линий кукурузы, 3 линии сои, 2 сорта картофеля, 1 линия сахарной свеклы, 1 линия риса. На текущий момент заявлен единственный проект, связанный с развитием трансгенных лесов: российско-шведское предприятие ООО "Байкал-Нордик" в Республике Бурятия Проект включает в себя создание лесопитомника с генно-модифицированными породами.
"Серые" биотехнологии l l l В России применение биодеструкторов сводится к ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. Препараты "Путидойл", "Олеоворин", "Нафтокс", "Uni-rem", "Родер", "Центрин", "Псевдомин", "Дестройл", "Микромицет", "Лидер", "Валентис", "Деворойл", "Родобел", "Родобел-Т", "Эконадин", "Десна", "Консорциум микроорганизмов" и "Simbinal". В России существуют научные разработки в сфере биоремедиации нефтяных загрязнений, слабо проработана научная база по созданию штаммовдеструкторов отходов химической и нефтехимической промышленности. Отсутствуют промышленные технологии по использованию биодеструкторов для биодеградации токсичных веществ, содержащихся в природных ландшафтах, местах техногенных загрязнений.
Биотехнологии в России l l Европейская биоэкономика имеет годовой оборот свыше 1730 миллиардов евро, с занятостью более 22 миллионов человек. В России − 101, 8 миллиард евро и 9, 2 миллиона человек. В мире уже более 3 тысяч биотехкомпаниий, в России не более 50 (на 2010 год). Доля РФ на рынке биотехнологий 0, 1 % (на 2013 год).
Нанотехнологии – совокупность научных знаний, способов и средств, направленных на регулируемую сборку (синтез) из атомов и молекул различных веществ, материалов с линейными размерами структурных элементв до 1 нм. Это и методы управления наночастицами. Основные направления развития нанобиотехнологии - Подход «сверху вниз» - «Мокрая нанотехнология» - Наномеханизмы - Нанороботы
Современные достижения • • • Углеродные нанотрубки Фуллерены —выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Графен — монослой атомов углерода. Нанокристаллы Аэрогель Наноаккумуляторы — с Li 4 Ti 5 O 12 электродами имеют время зарядки 10 -15 минут. Сканирующая зондовая микроскопия. Центральные процессоры — наименьший структурный элемент размерами примерно 45 нм. Жёсткие диски с атомарной плотностью информации. Молекулярные роторы Нанороботы
Скачать презентацию Биотехнология l БИОТЕХНОЛОГИЯ — производственное использование биологических
введение.ppt