Социальные аспекты биотехнологии и биоинженерии. Генная терапия.

Достижения в области физико-химической биологии и биотехнологии заложили основы новой медицины. Современная биотехнология революционизирует медицинскую науку. Она создает технологическую платформу для открытия и производства лекарств, разработки новых видов и методов лечения, вакцин и диагностических методов в медицине. Стремительно развиваются новые методы диагностики труднодиагностируемых заболеваний и устойчивых к воздействию антибиотиков микроорганизмов. По прогнозам исследователей в скором времени наиболее распространенные генетические заболевания будут диагностироваться при помощи тестов, созданных на основе биотехнологий. Ведутся биотехнологические разработки новых методов лечения на основе генной и клеточной терапии. Социальную сущность биотехнологий позволяет понять ее аксиологическое содержание, которое проявляется в ценностном осознании биотехнологии как особой социальной формы деятельности. Преобразование социальной действительности с помощью биотехнологий, вторжение в эволюцию жизни может создать угрозу существованию человека. Поэтому в самой деятельности появляются элементы должного, несущие ценносто-ориентированную нагрузку, которые должны если не предупредить полностью, то свести к минимуму неизбежные и серьезные отрицательные последствия бурного биологического прогресса. Абсолютно очевидна рискованность в части социальных аспектов развития биотехнологий - безопасности, проблем биоэтики, моральной ответственности ученых в современном мире. Актуальными становятся главные проблемы биотехнологий в медицине, связанные с вопросами биоэтики и биобезопасности, разрешение которых должно обеспечить безопасность всего биотехнологического прогресса.

Генотерапия — совокупность генноинженерных и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний. Новые подходы к генной терапии соматических клеток можно поделить на две большие категории: генная терапия ex vivo и in vivo. Разрабатываются специфические лекарственные препараты на основе нуклеиновых кислот: РНК-ферменты, модифицированные методами генной инженерии олигонуклеотиды, корректирующие генные мутации in vivo и т. д.Существует несколько способов введения новой генетической информации в клетки млекопитающих. Это позволяет разрабатывать прямые методы лечения наследственных болезней — методы генотерапии.

Используют два основных подхода, различающиеся природой клеток-мишеней:

· фетальная генотерапия, при которой чужеродную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введённый материал попадёт во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению);

· соматическая генотерапия, при которой генетический материал вводят только в соматические клетки и он не передаётся половым клеткам.

 

42. Экологическая биотехнология и её задачи. Специф применение биотехнолог мет-в для решения проблем окружающей среды, таких, как переработка от­ходов, очистка воды, устранение загрязнений, составляет пред­мет экологической биотехнологии. Эко биот — это новейший подход к охране и сохранению окружающей среды при совместном использовании достижений биохимии, микро­биологии, генетической инженерии и химических технологий. Круг проблем, решаемых экобиотехнологией, - от разработки и совершенствования методологии комп­лексного химико-биологического исследования экосистем вбли­зи источников техногенных воздействий до разработки техноло­гий и рекомендаций по рекультивации почвы, биологической очистке воды и воздуха и биосинтезу препаратов, компенсирую­щих вредное влияние изменения окружающей среды на людей и животных. В процессе круговорота загрязняющих веществ в экоси­стемах огромную роль играют м/о. Помимо исполь­зования деятельности микроорганизмов в пищевой, фармацевти­ческой, химической промышленности и в генной инженерии появилась возможность их применения для переработки отходов жизнедеятельности человека. В связи с ростом городов и развитием промышленности возникли серьезные экологические проблемы загрязнение водоемов, накопление ядовитых веществ, в том числе канцерогенных, бытового мусора и отходов, загрязнение воздуха. Однако многие из созданных человеком низкомолекулярных соединений (ядохимикаты, детергенты) и высокомолекулярных полимеров оказались устойчивыми и не разлагаются микроорганизмами, т. е. требуется разработка более усовершенствованных технологий. Обычно для утилизации отходов применяют комплексы м/о и спец. приборные устройства. Многие созданные хим. вещ-ва обладают мутогенными, канцерогенными, тератогенными св-вами, нарушают структуру клетки. Некоторые загрязняющие вещ-ва явл. природными соединениями. (Компонент древисины - лигнин образуется как отход целлюлозно-бумажной промышленности - опасный поллютант).
43. БТ очистки сточных вод. Сточные воды, прошедшие механическую и физико-химическую очистку, содержат еще достаточно большое количество растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов, а также других органических загрязнений и не могут быть выпущены в водоем без дальнейшей очистки. Наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений биологический метод. Он основан на способности м/о использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - H2O, CO2, NO3-, SO42- и др. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении. Биохимическая очистка производственных сточных вод нефтеперерабатывающих заводов производится в аэрофильтрах (биофильтры), аэротенках и биологических прудах. Биофильтры - железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом, к-рый укладывается на дырчатое днище и орошается сточными водами. Для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, пластмассу и др. Очистка сточных вод в биофильтрах происходит под воздействием м/о, заселяющих поверхность загрузки и образующих биологическую пленку. При контакте сточной жидкости с этой пленкой м/о извлекают из воды органические вещества, в рез-те чего сточная вода очищается. Аэротенки - железобетонные резервуары длиной 30-100 м и более, шириной 3-10 м и глубиной 3-5 м. Очистка сточных вод в аэротенках происходит под воздействием скоплений микроорганизмов (активного ила). Для нормальной их жизнедеятельности в аэротенки подают воздух и питательные вещества. Преимущества биологического метода очистки - возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей. В биотехнологии используются биоферментные препараты, регулярное профилактическое применение которых позволяет удалять жировые пробки и органические отложения, образовавшиеся в сливных коммуникациях и канализационных колодцах, а также предотвращают их образование. Такие действия снижают количество загрязняющих веществ в сточных водах. Для данной технологии не надо больших материальных затрат, так как для нее не требуется специальное оборудование и дополнительный обслуживающий персонал. При биохимическом методе очистки не происходит коррозия труб и сооружений, так как канализация загородного дома, например, промываются водным раствором биопрепаратов. Технология этого метода заключается в том, что специальные бактерии и ферменты, содержащиеся в биопрепаратах, воздействуют на жиросодержащие стоки до их попадания в жироуловитель. Образовавшаяся биоферментная пленка в трубах не позволяет жиру откладываться на их стенках и препятствует образованию жировых пленок. Жироуловители улавливают жир, но не утилизируют его, поэтому для этих целей используются специальные биомешки. Они изготавливаются из проницаемой ткани и содержат бактериально-ферментную композицию, разлагающую жиры. Подвешивают биомешки на капроновом шнуре у входа стока в жироуловитель. Благодаря волокнистой фактуре мешка происходит легкий доступ воды и в тоже время бактериальные культуры долго не вымываются из него. Один биомешок объемом 1м³ перерабатывает до 80-100 кг жира, превращая его в рыхлую, легкоудаляемую массу без запаха. Переработанная жировая масса удаляется из жироуловителя один раз в 4-6 месяцев в зависимости от объема стока. При использовании биопрепаратов, уменьшается и количество загрязняющих веществ в сточных водах: нитратов, фосфатов, нефтепродуктов и многих других. Необходимо знать, что применение биопрепаратов для очистки стоков на предприятиях не может заменить так необходимые на нынешний день очистные сооружения. Каждое предприятие в зависимости от специфики применяемых на нем технологических процессов имеет свой индивидуальный подход к существующей системе очистки стоков.

 

44. Получение промышленно важных стероидов. К стероидам относится большая группа биологически важных соединений, среди которых – половые гормоны, сердечные гликозиды, желчные кислоты, витамины, алкалоиды, регуляторы роста растений. В основе стероидов лежит скелет пергидроциклопентанофенантрена.

Процессами биотрансформации называют реакции превращения исходных органических соединений (предшественников) в целевой продукт с помощью клеток живых организмов или ферментов, выделенных из них. Способность клеток микроорганизмов к высокоспецифичной биотрансформации используется в производстве стероидов. Использование абсолютной стереоспецифичности и субстратной специфичности ферментов клеток позволило разработать условия осуществления множества химических реакций для структурных перестроек стероидов. В результате были получены новые соединения с лучшими фармакологическими свойствами. Биотрансформация стероидов обычно заключается в селективном воздействии на одно из положений стероидного скелета.

Значимость разработанной микробной трансформации определяется тем, что процессы гидроксилирования прогестерона и его производных лежат в основе промышленного синтеза многих ценных продуктов: противовоспалительных и противоопухолевых препаратов, транквилизаторов, анестезирующих средств, половых гормонов и др.

Кроме биотрансформации, стероидные гормоны можно получать с помощью культур клеток растений. Например, культура клеток корня растения диоскореи дельтовидной (Dioscorea deltoidea) продуцирует фитостерин, диосгенин и его гликозидные производные (сапонины). Существенно, что способность к сверхсинтезу фуростаноловых гликозидов ряда штаммов диоскореи, например, штамма ДМ-ОГ, стабильно поддерживалась в течение 27 лет. Таким образом, культивирование клеток растений in vitro представляет собой новое решение проблемы промышленного получения вторичных метаболитов.

В дальнейшем для производства стероидных гормонов прогнозируется применение иммобилизованных клеток, использование оптимального сочетания биологических и химических превращений, а также совершенствование технологии очистки получаемых соединений.