Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 г. Утверждена Председателем Правительства РФ В. В. Путиным 24 апреля 2012 г. Целью программы является выход России на лидирующие позиции в области разработки биотехнологий, в том числе по отдельным направлениям биомедицины, агробиотехнологий, промышленной биотехнологии и биоэнергетики. Создание конкурентноспособного сектора биоэкономики.
Основные термины Биотехнология (технология живых систем) 1) дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии;
Основные термины 2. Производственное использование биологических структур для получения пищевых и промышленных продуктов и для осуществления целевых превращений. Биологические структуры в данном случае - это микроорганизмы, растительные и животные клетки, клеточные компоненты: мембраны клеток, рибосомы, митохондрии, хлоропласты, а также биологические макромолекулы (ДНК, РНК, белки - чаще всего ферменты).
Основные термины • Биотехнология "белая" - производство биотоплив, ферментов и биоматериалов для различных отраслей промышленности. • Биотехнология ветеринарная - часть сельскохозяйственной биотехнологии, предметной областью которой является использование биотехнологии для лечения животных. • Биотехнология "зеленая" - разработка и внедрение в агрокультуру генетически модифицированных растений. • Биотехнология "красная" - производство биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов, антител) для человека, а также коррекция генетического кода.
Рынок биотехнологий • К 2025 г. достигнет 2 трил. долларов США. • Доля России на рынке биотехнологий составляет 0, 1% (по некоторым сегментам – биоразлагаемые материалы, биотопливо равна 0 %).
Этапы реализации программы • 1 этап 2011 -2015 гг. развитие внутреннего спроса и экспорта биотехнологической продукции. • 2 этап 2016 -2020 гг. создание условий для проведения глубокой модернизации технологической базы соответствующих отраслей промышленности за счет массового внедрения в производство методов и продуктов биотехнологии.
Инструменты поддержки развития биотехнологий • Стимулирование спроса на биотехнологическую продукцию. • Содействие повышению конкурентоспособности биотехнологических предприятий. • Развитие образования в сфере биотехнологий. • Развитие науки в сфере биотехнологий. • Развитие экспериментальной производственной базы. • Международное сотрудничество. • Поддержка биотехнологий в регионах. • Взаимодействие бизнеса науки и образования
Приоритетные направления развития биотехнологий Биофармацевтика Биомедицина Промышленная биотехнология Биоэнергетика Сельскохозяйственная биотехнология Пищевая биотехнология Лесная биотехнология Природоохранная (экологическая) биотехнология • Морская биотехнология • •
Направления экологической биотехнологии 1. Биоремедиация - комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов - микроорганизмов, растений, грибов, насекомых, червей и других организмов. Комплекс мероприятий в данной сфере формирует условия для активного применения биотехнологических методов при ликвидации последствий вредного воздействия на окружающую среду.
. 2 «Экологически чистое жилье» Комплекс мероприятий направлен на создание широкого класса биотехнологических продуктов, применяемых в производстве строительные материалов, внедрение экологически чистых технологий строительства, использование биоматериалов в инженерных системах и в процессе обслуживания зданий, сооружений и территорий застройки.
3. «Биологические коллекции и биоресурсные центры» • В Российской Федерации зарегистрировано около 100 коллекций культур, состав которых охватывает практически все известные группы микроорганизмов. Комплекс мероприятий по развитию биоколлекций направлен на обеспечение эффективной системы регистрации, хранения и использования зарегистрированных микроорганизмов, обеспечения централизации, стандартизации и доступности генетических ресурсов биотехнологического назначения.
• Ответственный за разработку и реализацию комплекса мер по направлению «Биоремедиация» - Минприроды России. • Ответственный за разработку и реализацию комплекса мер по направлению «Экологически чистое жилье» - Минрегион России. • Ответственный за разработку и реализацию комплекса мер по направлению «Биологические коллекции и биоресурсные центры» - Минобрнауки России.
Микробиологическая трансформация как основа биотехнологий Токсичные ксенобиотики биообезвреживаются в окружающей среде различными путями: 1. полная деградация (минерализация, полная деструкция); 2. неполная деградация ( трансформация, частичная минерализация, частичная деструкция); 3. связывание поллютантов или их метаболитов с другим веществом – матрицей (полимеризация, конъюгация, конденсация).
Полная деградация • соединения используются микроорганизмами как источник углерода и энергии, участники метаболизма; • полное разрушение ксенобиотиков происходит в результате совместных действий организма и абиотических факторов; • наиболее эффективный способ – микробная минерализация.
Особенности процесса деградации В процессе деградации (минерализации) различают 2 ступени: • 1. первичное биоразложение, при этом образуются вещества, которые не проявляют свойств трансформируемого вещества; • 2. полное биоразложение, когда молекула ксенобиотика превращается в минеральные вещества и продукты, связанные с нормальными метаболическими процессами микроорганизмов.
Неполная деградация (трансформация) • Трансформация – превращения, которые существенно изменяют, главным образом упрощают, структуру органического вещества, но не приводят к его полной деструкции. • Трансформация (микробиология) – изменение органических соединений под действием одного или нескольких ферментов микроорганизмов, сопровождающихся накоплением в среде продуктов трансформации, при этом не происходит синтеза веществ de novo
• Обезвреживание токсичного ксенобиотика приводит к детоксикации. Однако иногда в процессе биотрансформации нетоксичный или малотоксичный ксенобиотик становится токсичным и накапливается в окружающей среде (например, при трансформации отдельных пестицидов). Этот процесс называется токсификация.
Неполная деградация • Трансформация – превращения, которые существенно изменяют. Главным образом упрощают структуру органического вещества, но не приводят к его полной деструкции • Трансформация (микробиология) – изменение органических соединений под действием одного или нескольких ферментов микроорганизмов, сопровождающихся накоплением в среде продуктов трансформации, при этом не происходит синтеза веществ de novo
• Биодоступность – способность различных соединений подвергаться биотрансформации. Она определяется генетическими свойствами организмов, осуществляющих трансформацию и условиями окружающей среды.
Полимеризация (конъюгация) • Сохраняется основная структура органического соединения и происходит его связывание с другим соединением с образованием продукта с большей молекулярной массой.
Организмы, осуществляющие деструкцию • гетеротрофные бактерии • дрожжи • плесневые грибы • некоторые автотрофные бактерии • цианобактерии
Факторы, повышающие эффективность селекции микроорганизмов-деструкторов • Использование монокультуры или сообщества микроорганизмов, выделенных из сред, загрязненных ксенобиотиками (изоляты). • Использование биологического агента, изолированного из той же загрязненной природной или техногенной среды, для очистки которой он предназначен.
Факторы, повышающие эффективность селекции микроорганизмовдеструкторов • Использование микроорганизмов, выделенных из мест с застарелыми загрязнениями или с неоднократным поступлением ксенобиотиков (велика вероятность, что число микроорганизмов, деградирующих ксенобиотик, увеличилось под действием естественного отбора. Для выделения таких изолятов используется метод накопительных культур. • Накопление биологического материала для деградации вещества – загрязнителя на этом же субстрате или на его легко утилизируемых аналогах.
Варианты биоочистки и биоремедиации • 1 вариант: для участков с застарелыми загрязнениями (обитает дикая, аборигенная микрофлора, способная их трансформировать) применяется удаление загрязнения in situ (по месту) без внесения биопрепаратов. В этом случае биодеградация лимитируется факторами окружающей среды и свойствами самого загрязнителя (содержание кислорода в среде, растворимость загрязнителя и т. д. )
• 2 вариант: Предварительное получение биологически активного штамма и накопление жизнеспособных клеток, а затем их внесение в виде биопрепарата в загрязненную среду. Этот вариант целесообразно применять в северных регионах и при обработке мест с не застарелыми загрязнениями.
Скачать презентацию Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на
Микробиологическая трансформация как основа биотехнологий.ppt