Биотехнология

Биотехнологии

Биотехноло́гия (от гр. βίος — «жизнь», τέχνη — «искусство, мастерство, способность», λόγος — «слово, смысл, мысль, понятие») — применение живых организмов и биомолекул для создания новых продуктов и процессов, которые могут быть использованы в различных отраслях, таких как медицина, сельское хозяйство, пищевая промышленность и экология. Это достигается путём использования современных биологических технологий и методов, разработанных на основе фундаментальных знаний о структуре и функции живых систем.

В широком смысле биотехнология может быть определена как разработка и использование живых организмов или продуктов их жизнедеятельности для практических целей человека, набор методов и технологий, необходимых для использования живых систем или модификации природных процессов в хозяйственной деятельности человека.

Биотехнология является одной из самых быстроразвивающихся областей науки и техники, и её вклад в улучшение качества жизни людей и защиту окружающей среды продолжает увеличиваться.

История развития биотехнологии

Пивоварение было одним из первых применений биотехнологии

Эмпирический период

Эмпирический этап развития биотехнологии охватывает период времени примерно от восьми тысяч лет до нашей эры до начала XX века. Люди выводили сорта растений и породы животных, обладающих высокими хозяйственными качествами. Раннее сельское хозяйство было сосредоточено на производстве продуктов питания, таких как зерновые культуры, овощи и фрукты, а также на разведении домашних животных для получения мяса, молока и яиц. В этот период люди использовали биотехнологические процессы, не зная о существовании микроорганизмов. Они основывались на своих наблюдениях и опыте, чтобы производить продукты, такие как хлеб, пиво, спирт, уксус, кисломолочные продукты, силосованные корма и обработка кожи.

Один из самых ранних примеров использования биотехнологических процессов — это приготовление хлеба. Люди заметили, что если смешать муку с водой и оставить на некоторое время, то тесто начинает подниматься и становится мягким. Это происходит благодаря действию дрожжей, которые содержатся в воздухе и попадают в тесто. Дрожжи перерабатывают сахар, содержащийся в муке, в углекислый газ и спирт, что приводит к подъёму теста.

Приготовление пива также является примером эмпирического использования биотехнологий. Люди заметили, что зёрна, оставленные в воде, начинают бродить и превращаются в напиток с приятным вкусом. Этот процесс происходит благодаря действию микроорганизмов, которые перерабатывают сахара, содержащиеся в зёрнах, в алкоголь. Аналогично получали вино из ягод. Уксус изготавливали, оставляя вино или другой алкогольный напиток открытым на воздухе. Это приводило к образованию уксусной кислоты благодаря действию уксуснокислых бактерий.

Кисломолочные продукты получали, оставляя молоко открытым для воздуха. Молочнокислые бактерии, попадающие в молоко, перерабатывали лактозу в молочную кислоту, что приводило к скисанию молока и образованию простокваши, кефира и других кисломолочных продуктов. Силосование кормов — это процесс консервации зелёной массы растений, который позволяет сохранить питательные вещества и предотвратить их порчу. При этом процессе используются молочнокислые и другие бактерии, которые производят молочную кислоту и другие консерванты, подавляющие рост вредных микроорганизмов.

Выделка кожи — это процесс обработки шкур животных, который включает в себя удаление шерсти, жира и других веществ, а также дубление кожи. В этом процессе используются различные микроорганизмы, которые помогают разлагать белки и другие вещества, делая кожу более мягкой и прочной.

Эмпирический этап развития биотехнологии характеризуется использованием биотехнологических процессов без знания о микроорганизмах, которые их вызывают. Люди основывались на своих наблюдениях и опыте, чтобы производить продукты, которые улучшали качество жизни и способствовали развитию цивилизации.

Этиологический период

Луи Пастер (1822-1895)

Этиологический период в истории биотехнологии охватывает временной промежуток с 1856 по 1933 год и связан с именем выдающегося французского учёного Луи Пастера. В 1857 году Пастер открыл микробную природу брожения и предложил метод стерилизации, известный как пастеризация. Это открытие стало основой для развития бродильного производства органических растворителей, таких как ацетон, бутанол, этиловый спирт и другие. В этот период активно развивалась микология, создавались питательные среды для культивирования различных биообъектов, разрабатывались методы стерилизации питательных сред и были созданы простые установки для очистки сточных вод.

В 1814 году русский академик Константин Сигизмундович Кирхгоф совершил важное открытие, получив первый жидкий ферментный препарат амилазы из проросшего ячменя и описав ферментативный процесс. В 1875 году немецкий микробиолог Роберт Кох разработал метод получения чистых культур микроорганизмов, который позволил гарантировать, что в посевном материале присутствуют клетки только определённого вида. В 1891 году японский биохимик Джокичи Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях, где он предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов. В 1893 году немецкий учёный Карл Вемер обнаружил, что плесневые грибы обладают способностью синтезировать лимонную кислоту. В 1894 году японский учёный Екичи Такамине создал первый ферментный препарат, полученный из плесневого гриба, выращенного на влажном рисе.

Термин «биотехнология» был введён в научный оборот венгерским инженером и исследователем Эриком Кароли в 1917 году. В 1923 году было запущено первое микробиологическое промышленное производство лимонной кислоты, а затем и других органических кислот, таких как молочная и глюконовая.

В 1925 году русские учёные Георгий Адамович Надсон и Григорий Семёнович Филиппов провели исследования, которые показали возможность искусственного мутагенеза микроорганизмов под воздействием жёсткого излучения. Это открытие стало основой для развития генетической инженерии и создания генетически модифицированных организмов.

В 1930-е годы в Советском Союзе началось производство технических препаратов ферментов и витаминов микробиологическим способом, включая рибофлавин В2 и эргостерин, который является провитамином D2. Эти достижения способствовали развитию биотехнологии и созданию новых продуктов и технологий, которые улучшают качество жизни людей.

Биотехнологический период

Биотехнический период (1934 — 1971 годы) отмечен значительным этапом в развитии биотехнологии. В это время было внедрено крупномасштабное герметизированное оборудование для проведения процессов в стерильных условиях, что значительно улучшило эффективность и безопасность биотехнологических процессов.

Анализ эффективности действия препарата на золотистый стафилококк

В этот период также было развито производство антибиотиков. Новый антибиотик, пенициллин, был успешно выделен и очищен до приемлемого уровня в 1940 году, открывая перед учёными новые перспективы и задачи: поиск и разработка методов промышленного производства медицинских веществ, производимых микроорганизмами, а также работа над снижением стоимости и повышением уровня безопасности новых лекарственных препаратов. Антибиотики, которые являются веществами, производимыми определёнными микроорганизмами, способными подавлять рост или уничтожать другие микроорганизмы, революционизировали медицину и значительно снизили смертность от инфекционных заболеваний.

Кроме того, в этот период была выделена нуклеиновая кислота (ДНК). Это открытие заложило основу для области молекулярной биологии и привело к более глубокому пониманию генетического наследования и функции генов. Была также изучена и развита кинетика ферментативных реакций. Это позволило учёным лучше понять, как ферменты катализируют биохимические реакции, и как эти реакции могут контролироваться и оптимизироваться. Далее были выяснены условия, необходимые для культивирования клеток растений, животных и человека. Это открыло путь для тканевой культуры и клеточной биологии, которые имеют многочисленные применения в медицине, сельском хозяйстве и промышленности. Цикл лимонной кислоты, ключевой метаболический путь, задействованный в генерации энергии в клетках, также был открыт в этот период.

Во время Второй мировой войны (1939 — 1945 годы) возросла потребность в пищевых дрожжах как в источнике белковых веществ. Исследовалась способность дрожжей накапливать белоксодержащую биомассу на непищевом сырье (древесные опилки, гороховая и овсяная шелуха). В Москве и блокадном Ленинграде были созданы установки, на которых производили пищевые дрожжи. В военной Германии биомассу дрожжей добавляли в колбасу и супы.

В 1948 году советский биохимик Василий Николаевич Букин с помощью микроорганизмов получил витамин B12, который не способны синтезировать ни растения, ни животные. Это было значительным достижением, так как витамин B12 необходим для нормального функционирования мозга и всей нервной системы, а также для образования красных кровяных телец.

Геннотехнический период

Регуляция экспрессии генов рецептором стероидного гормона

Период генной инженерии (с 1972 года) отмечен значительным этапом в развитии биотехнологии, характеризующимся использованием техник генной инженерии для манипулирования генетическим материалом организмов. В 1970-е годы на стыке технологии рекомбинантных ДНК и традиционной промышленной микробиологии сформировалась новая область исследований, названная молекулярной биотехнологией. Её основным принципом является перенос единиц наследственности (генов) из одного организма в другой с помощью методов генной инженерии, которые основаны на технологии рекомбинантных ДНК. Этот этап ознаменовал начало новой эры в биотехнологии, когда стало возможным создавать новые формы жизни, обладающие желательными свойствами, путём манипулирования генами.

В этот период были разработаны новые методы клонирования генов, секвенирования ДНК, созданы новые векторы для трансформации клеток, что позволило значительно улучшить эффективность и точность генной инженерии. Были созданы первые генетически модифицированные организмы, такие как бактерии, дрожжи и растения, которые используются в промышленности для производства лекарств, пищевых продуктов и топлива.

В этот период была создана рекомбинантная молекула ДНК, что привело к разработке генно-инженерного инсулина. Это стало крупным прорывом в области биотехнологии, так как позволило осуществлять массовое производство инсулина для лечения диабета.

В это время также развивалась хромосомная и клеточная инженерия, позволяющая манипулировать хромосомами и клетками для создания организмов с заданными свойствами. Автоматизация и компьютеризация также были внедрены в этот период, улучшая эффективность и точность биотехнологических процессов. В этот период также появились новые направления в биотехнологии, включая медицинскую биотехнологию, иммунобиотехнологию, биогеотехнологию и инженерную энзимологию. Эти области имеют многочисленные применения в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и охране окружающей среды.

В 1972 году американский биохимик Пол Берг разработал технологию клонирования ДНК, которая позволяет создавать множество копий определённой последовательности ДНК. Эта технология оказала значительное влияние на биотехнологию, позволив производить большие количества специфических белков для использования в медицине, промышленности и сельском хозяйстве.

С появлением генной инженерии в 1975 году стало возможным создавать микроорганизмы с заданными свойствами для промышленного использования. Это привело к разработке биотехнологических процессов для производства химических веществ, топлива и других продуктов с использованием генно-модифицированных микроорганизмов. Верховный суд США принял решение о возможности патентования генетически модифицированных живых организмов. В 1980 году Верховный суд разрешил нефтяной компании Exxon получить патент на микроорганизм, способный перерабатывать нефть.

Цели и задачи биотехнологии

Факультет пищевой инженерии и биотехнологий СКФУ

Биотехнология — это междисциплинарная область знаний, которая объединяет биологию, химию, физику и инженерию для создания продуктов и технологий, которые улучшают наше окружение и качество жизни.

Цель биотехнологии заключается в использовании биообъектов и биомолекул для промышленного производства, сельского хозяйства, здравоохранения и охраны окружающей среды. Подготовка специалистов к современному уровню технологии и перспективам развития.

Задачи биотехнологии включают в себя:

1. Стимулирование обмена веществ клеток. Биотехнология использует клетки для производства запланированных продуктов, одновременно подавляя другие реакции метаболизма. Это достигается путём манипулирования условиями окружающей среды, питательными веществами и генетическим материалом клеток.
2. Получение клеток или их составных частей. Биотехнология также фокусируется на получении клеток или их составных частей, которые способны к направленному изменению других сложных биоструктур. Это может включать в себя использование ферментов, антител и других биомолекул. С другой стороны, возможность создания клонированных организмов.
3. Создание рекомбинантных ДНК. Биотехнология использует генную инженерию для создания рекомбинантных ДНК, которые способны кодировать биосинтез особо ценных соединений. Это может привести к созданию новых лекарств, улучшенных культур растений и других полезных продуктов.
4. Создание безотходных и экологически безопасных биотехнологических процессов. Биотехнология стремится создать процессы, которые минимизируют или устраняют отходы и отрицательное воздействие на окружающую среду. Это может включать в себя использование биоразлагаемых материалов, возобновляемых источников энергии и других экологически чистых технологий.
5. Совершенствование аппаратурного оформления биотехнологических процессов. Биотехнология также фокусируется на совершенствовании аппаратурного оформления биотехнологических процессов с целью получения максимального выхода продукции. Это может включать в себя оптимизацию биореакторов, сепарационного оборудования и других компонентов биотехнологических систем.
6. Повышение технико-экономических показателей биотехнологических процессов. Биотехнология стремится повысить эффективность и рентабельность биотехнологических процессов по сравнению с существующими. Это может включать в себя сокращение затрат на производство, увеличение выхода продукции и улучшение качества продуктов.

Объекты биотехнологии

Объект биотехнологии — это живые организмы или их компоненты, которые используются для создания продуктов и технологий в различных областях, таких как промышленность, сельское хозяйство, медицина и охрана окружающей среды.

В зависимости от вида используемых объектов, биотехнология делится на несколько подразделов:

Симбиотические азотфиксирующие бактерии внутри клеток клубеньковых корней бобовых

Бактерии

Микробиотехнология — это направление биотехнологии, которое использует микроорганизмы, такие как бактерии, дрожжи и грибы, в качестве объектов. Микроорганизмы легко размножаются в питательных средах и могут быть использованы для производства широкого спектра продуктов, включая лекарства, пищевые добавки, биотопливо и промышленные химикаты. Кроме того, относительная простота строения генетического аппарата и наличие плазмид у бактерий делает их идеальными объектами для генной инженерии.

Благодаря большому разнообразию бактерий, обладающих широким диапазоном биохимического состава и своеобразием протекающих в них реакций, бактерии наиболее часто служат биотехнологическими объектами. Бактерии являются удобным объектом для генетических исследований, так как быстро размножаются и содержат плазмидную ДНК, способную включать в свой состав чужеродные фрагменты. Генетически модифицированные и иммобилизованные на носителях клетки бактерий используются в научно-исследовательских и промышленных целях. Наиболее изученной и широко применяемой в генно-инженерных исследованиях клеткой является кишечная палочка, обитающая в толстом кишечнике человека.

В биотехнологии бактерии используются для производства различных продуктов, таких как антибиотики, гормоны, витамины, пищевые добавки, биотопливо и промышленные химикаты. Бактерии также используются для очистки сточных вод и почв от загрязняющих веществ, а также для биологической защиты растений от болезней и вредителей. Кроме того, бактерии могут использоваться в медицине для создания вакцин и лекарств, а также для диагностики болезней.

Вирусы

Вирус Эбола (электронная микрофотография)

Вирусология — направление биотехнологии, которое использует вирусы в качестве объектов. Вирусы представляют собой неклеточные инфекционные агенты, которые могут воспроизводиться только в живых клетках. Вирусы имеют простой генетический аппарат и способны внедрять свой генетический материал в клетки хозяина, что делает их полезными инструментами для генной инженерии. Вирусы могут использоваться для доставки генов в клетки хозяина с помощью вирусных векторов. Это позволяет учёным вводить новые гены в клетки для лечения генетических заболеваний или для производства белков, которые могут быть использованы в качестве лекарств. Вирусы также могут использоваться для создания вакцин, которые стимулируют иммунную систему организма для борьбы с инфекционными заболеваниями.

Внедрение вирусного генома не является абсолютно искусственной технологией для эволюции видов. В природе остатки вирусных геномов, накопленные в геноме хозяина в результате инфекций, могут влиять на экспрессию генов, регуляцию клеточных процессов и даже приводить к возникновению новых генов. Более того, вирусы могут переносить гены между различными видами, что также может способствовать эволюции. У млекопитающих 60 % генома — это остатки вирусных геномов. Растения содержат до 90 % вирусных последовательностей.

Грибы

Колония грибка рода Candida, выращенного на агаре, в ходе эксперимента

Микобиотехнология — наибольший интерес для биотехнологии представляют микроскопические грибы, к которым относятся дрожжи, плесневые и другие микроорганизмы. Эти грибы широко используются в различных отраслях промышленности, включая хлебопечение, пивоварение и молочную промышленность, а также для получения этанола, используемого в качестве биотоплива. Кроме того, дрожжи являются важным источником пищевых добавок, таких как витамины и аминокислоты, и используются в производстве лекарств и вакцин. Плесневые грибы также широко используются в биотехнологии. Они способны продуцировать различные ферменты, которые используются в производстве пищевых продуктов, таких как сыры и соевый соус, а также в производстве лекарств и промышленных химикатов. Некоторые виды плесневых грибов используются для получения антибиотиков, таких как пенициллин и цефалоспорин.

Грибы также используются для производства биологически активных веществ, таких как гормоны и антиоксиданты. Некоторые виды грибов способны накапливать большие количества белка, который используется в качестве кормового белка для животных. В биотехнологии используются также грибные мицелий и споры. Мицелий представляет собой сеть гиф, которая может использоваться для производства биоматериалов, таких как биопластик и биокомпозиты. Споры грибов могут использоваться для производства биопестицидов и биофунгицидов.

Растения

Увеличение генетическое разнообразие американской кукурузы, проект «Улучшение зародышевой плазмы для кукурузы»

Фитобиотехнология — это направление биотехнологии, которое использует растения или их клетки в качестве объектов. Фитобиотехнология основана на культивировании каллусных тканей или клеток растений. Растительные клетки служат источниками многих лекарственных препаратов и других биологически активных веществ. В генной инженерии также используют протопласты — клетки растений, лишённые стенок. В биотехнологии растений используются различные подходы, такие как селекция, генная инженерия, тканевая культура, биореакторы и другие. Селекция позволяет вывести новые сорта растений с желаемыми характеристиками, такими как устойчивость к болезням, увеличенная урожайность, улучшенное качество продукции.

Генная инженерия позволяет внедрять в геном растений новые гены, кодирующие желаемые свойства, такие как устойчивость к вредным факторам окружающей среды, улучшенные питательные свойства, повышенное содержание полезных веществ. Тканевая культура используется для размножения растений в лабораторных условиях, а также для получения вторичных метаболитов, таких как алкалоиды, флавоноиды, терпеноиды и другие. Биореакторы используются для выращивания растительных клеток в промышленных масштабах для получения биомассы и биологически активных веществ.

Животные

Пасущийся лимузен-бык в Аммерланде

Зообиотехнология — это направление биотехнологии, которое использует клетки животных или человека в качестве объектов. Зообиотехнология является более сложным и трудоёмким направлением, чем микро- или фитобиотехнология, но она имеет большой потенциал в области медицины. Например, культивирование клеток животных используется для промышленного получения противовирусного белка интерферона и моноклональных антител. Клетки и ткани животных также являются источниками высокоэффективных иммуномодуляторов, применяющихся для коррекции нарушений иммунитета.

Предметные области биотехнологии

Генетика

В биотехнологии в соответствии со спецификой сфер её применения можно выделить несколько относительно самостоятельных разделов:

1. Промышленная микробиология — это раздел биотехнологии, который использует микроорганизмы для производства промышленных продуктов, таких как антибиотики, ферменты, органические кислоты, биотопливо и другие химические вещества.
2. Медицинская биотехнология — это раздел биотехнологии, который использует живые организмы или их компоненты для создания лекарств, вакцин, диагностикумов и других медицинских продуктов.
3. Технологическая биоэнергетика — это раздел биотехнологии, который использует живые организмы или их компоненты для производства энергии, например, биотоплива, биогаза, биоводорода и других видов возобновляемой энергии.
4. Сельскохозяйственная биотехнология — это раздел биотехнологии, который использует живые организмы или их компоненты для улучшения сельскохозяйственных культур и животных, а также для создания новых продуктов питания.
5. Биогидрометаллургия — это раздел биотехнологии, который использует микроорганизмы для извлечения металлов из руд и отходов, а также для очистки сточных вод от тяжёлых металлов.
6. Инженерная энзимология — это раздел биотехнологии, который использует ферменты для создания новых продуктов и технологий, например, в пищевой промышленности, текстильной промышленности, бумажной промышленности и других отраслях.
7. Клеточная и генетическая инженерия — это раздел биотехнологии, который использует методы генной инженерии и клеточной инженерии для создания новых продуктов и технологий, например, трансгенных животных и растений, клеточных линий для терапии стволовых клеток и других приложений.
8. Экологическая биотехнология — это раздел биотехнологии, который использует живые организмы или их компоненты для очистки окружающей среды, например, биоремедиация загрязнённых почв и вод, биодеградация отходов и другие применения.

Каждый из этих разделов имеет свои специфические методы и технологии, а также области применения. Однако области могут пересекаться, решая общие хозяйственные задачи. Вместе они составляют современную биотехнологию, которая играет всё более важную роль в решении глобальных проблем, таких как изменение климата, устойчивое развитие и сохранение окружающей среды.

Методы биотехнологии

Бактерии кишечной палочки

Биотехнология использует различные методы для достижения своих целей. Некоторые из этих методов включают использование биореакторов, слияние клеток, доставку на основе липосом, культуру клеток или тканей, генную инженерию, ДНК-дактилоскопию, клонирование, искусственное оплодотворение и технологии ET, а также использование стволовых клеток.

• Биореакторы — это контейнеры или ёмкости, которые позволяют протекать биологическим процессам в оптимальных условиях, что приводит к получению полезного вещества в больших количествах.
• Слияние клеток — это метод, при котором две клетки сливаются для получения единой клетки, содержащей весь генетический материал исходных клеток. Этот метод используется для создания новых растений путём слияния клеток видов, которые естественным образом не гибридизуются.
• Доставка на основе липосом — это метод, в котором липосомы используются для доставки другого вещества, такого как лекарственное средство, к определённым частям тела через биологические мембраны.
• Культура клеток или тканей — это метод, позволяющий выращивать и делить отдельные клетки в сосуде со стерильной питательной жидкостью. Этот метод широко используется в биологических лабораториях для исследования рака, селекции растений и анализа хромосом.
• Генная инженерия — это метод, основанный на изменении генетического материала организма для придания ему различных черт. Этот метод используется в сельском хозяйстве для получения благоприятных комбинаций генов, и повышения продуктивности организмов.
• ДНК-дактилоскопия — это метод, используемый для идентификации компонентов ДНК, уникальных для конкретного человека. Этот метод используется, например, в криминалистике для идентификации преступников.
• Клонирование — это метод получения идентичных животных, растений или микроорганизмов от одной особи.
• Искусственное оплодотворение — это метод, который позволяет искусственно вводить сперму в репродуктивный тракт самки животного, либо внедрение в организм самки оплодотворённой яйцеклетки (зиготы). Этот метод используется при разведении животных и для помощи женщинам, которые хотят забеременеть.
• Технология стволовых клеток — это метод, при котором используются недифференцированные стволовые клетки, способные митотически делиться и дифференцироваться в специализированные клетки. Стволовые клетки используются в медицине для лечения различных заболеваний.

Цветная маркировка отраслей биотехнологии

В XXI веке биотехнологии стали рассматриваться как наиболее перспективное направление развития различных отраслей экономики, что привело к появлению термина «биоэкономика» и мощному развитию соответствующих областей науки, прежде всего биологии и химии. Существует множество типологий биотехнологий, однако одна из наиболее распространённых и признанных в мировом научном сообществе основана на цветах. Эта идея была предложена директором Национального американского фонда Ритой Колвел на американо-европейской встрече по биотехнологиям в 2003 году. Первоначально типология включала три цвета: красный — биомедицина, зелёный — сельскохозяйственная биотехнология и белый — промышленная биотехнология. С развитием биотехнологий типология была расширена.

Типология биотехнологий на основе цветов является удобным инструментом для классификации и понимания различных направлений и применений биотехнологий, которые играют всё более важную роль в современном мире. Необходимо отметить, что есть незначительные отличия в цветовых обозначениях отраслей биотехнологии в России в отличие от западных стран. В данной статье приведена классификация принятая в Российской Федерации.

Схематическое изображение структуры паутинной сети от макро до наномасштаба. Представлены: ферментативный белок бактериофага; белок шелка паука с повторяющимися доменами и N- и С-концами; система экспрессии Chlamydomonas reinhardtii в организме хозяина и химерный белок, предусмотренный в этом проекте; и конечный продукт — биопатч, полученный из рекомбинантных белков шелка и химерных белков.

Красная — медицина и биофармацевтика

• Диагностика заболеваний.
• Анализ ДНК для диагностики и генотерапии.
• Иммунология.
• Биосовместимые материалы.
• Персонализированная медицина.
• Иммунорегуляторы.
• Гематотропные препараты (для свертывания крови).
• Инсулин и другие гормональные препараты.
• Кровезаменители.
• Моноклональные антитела.
• Вакцины.
• Антибиотики, противовирусные, противораковые препараты и другие.
• Питательные среды.
• Терапевтические ферменты.
• Дженерики.
• Аминокислоты.

Цепочки из целлюлозы

Белая — промышленность

• Биополимеры для медицины.
• Медицинское оборудование.
• Натуральные природные экстракты трав для фармацевтики и косметики.
• Промышленные ферменты.
• Биополимеры (для автомобильной отрасли и других).
• Технический белок.
• Мономеры для химии полимеров.

Жёлтая — пища

• Органические кислоты и производные.
• Глубокая переработка пшеницы.
• Детское питание.
• Функциональные пищевые ингредиенты.
• Продукты с заданными свойствами.
• Пищевой белок.
• Аминокислоты.
• Высококонцентрированные закваски.

Синяя — аквакультуры

• Хитиновые биополимеры.
• Микробиологические питательные среды из гидробионтов.
• Гидролизат.
• Биологически активные соединения.
• Технический рыбий жир.
• Рыбий жир.
• Функциональные пищевые продукты.
• Пищевой гидролизат.

Образец биодизельного топлива

Зелёная — сельское и лесное хозяйство, биоэнергетика

• Лечебные грязи.
• Белковые изоляты и текстураты.
• Пищевые волокна.
• Генетически модифицированные организмы.

• Биорефайнинг (полный цикл).
• Домостроение.
• Экоупаковка.

• Биотопливо и присадки.
• Методы повышения коэффициента использования топлива.
• Торф.
• Энергосбережение.
• Альтернативная энергетика.
• Методы снижения воздействия на окружающую среду.

Серая — экология

Клипарт с изображением биотоплива из отходов

• Переработка отходов жилищно-коммунального хозяйства, твёрдых бытовых и промышленных.
• «Экологически чистое жилье».
• Переработка пищевых отходов.
• Утилизация парниковых газов.
• Биоремедиация.
• Технологии оценки состояния среды.

Засушливая земля сухая грязь

Коричневая — засушливые земли

• Управление засушливыми землями и пустынями.
• Создание улучшенных семян, устойчивых к экстремальным экологическим условиям засушливых регионов.
• Инновации методов ведения сельского хозяйства и управлением ресурсами.

Логотип генной инженерии

Фиолетовая — философские и этические вопросы

• Юридические, этические и философские вопросы, связанными с биотехнологией.
• Решение вопросов, связанных с использованием биотехнологий, таких как клонирование, генная инженерия и использование стволовых клеток.

Чёрная — оборона и терроризм

• 

  Символ биологической опасности
  Биотерроризм и биологическое оружие.
• Биологическая война, которая использует микроорганизмы и токсины, чтобы вызывать болезни и смерть у людей, домашнего скота и сельскохозяйственных культур.
• Разработка средств защиты от биологических угроз, таких как вакцины, лекарства и системы обнаружения биологических агентов.

Без цвета — наука

• Прочтение геномов организмов.
• Банки биологических образцов.
• Биоинформатика и системная персонализированная медицина.

Значение биотехнологии

Биотехнологии представляют собой междисциплинарную область знаний и практики, которая объединяет достижения биологии, химии, физики, информатики, инженерии и других наук для создания новых продуктов и технологий на основе живых организмов или их компонентов. Биотехнологии имеют огромное значение для человечества, так как они способствуют решению многих глобальных проблем в области здравоохранения, сельского хозяйства, пищевой промышленности, экологии, энергетики, добычи ресурсов и других сфер.

Традиционная биотехнология уже давно используется человеком для получения продуктов питания, напитков, лекарств и других полезных веществ. Например, брожение дрожжами использовалось для приготовления хлеба, пива и вина ещё в древние времена. Однако современные биотехнологии значительно расширили возможности человека в этой области.

Медицина

В медицине биотехнологии используются для создания новых лекарств и вакцин, а также для улучшения существующих. Биотехнологии позволяют производить такие важные препараты, как антибиотики, гормоны, ферменты, вакцины, иммуномодуляторы, антитела и многие другие. Благодаря биотехнологиям стало возможным создавать лекарства, направленные на конкретные молекулы-мишени, что позволяет повысить их эффективность и снизить побочные эффекты. По оценкам экспертов, в настоящее время (данные 2013 года) около 25 % всех лекарств в мире производятся с использованием генных биотехнологий.

Кристаллы инсулина

Биотехнология также используется для лечения и предотвращения генетических заболеваний. Одним из методов является генная терапия, которая заключается в замене дефектного гена на здоровый. Для этого используются вирусы в качестве векторов для доставки здорового гена в клетки организма. Например, генная терапия успешно применяется для лечения тяжёлой комбинированной иммунной недостаточности, некоторых форм гемофилии и рака. Однако безопасность использования вирусов в качестве векторов не до конца изучена, и генная терапия обычно применяется только в случае жизненной необходимости.

Другим перспективным методом является РНК-интерференция, которая основана на подавлении генетического материала, необходимого вирусу для размножения. На этой методологической базе с 2002 года разрабатывается ряд лекарств.

Кроме того, биотехнология используется для создания вакцин нового поколения — ДНК-вакцин. В отличие от традиционных вакцин, которые содержат убитые или ослабленные вирусы, ДНК-вакцины содержат только определённый ген, кодирующий вирусный белок. После введения в организм этот ген экспрессирует вирусный белок, который вызывает иммунный ответ. Этот метод позволяет модулировать иммунный ответ организма и может быть использован для лечения различных заболеваний, включая рак и ВИЧ-инфекцию.

Биотехнология также играет важную роль в диагностике заболеваний. Одним из методов является иммуноферментный анализ, основанный на использовании моноклональных антител. Другим методом является ДНК-диагностика, основанная на гибридизации. Эти методы позволяют быстро и точно диагностировать инфекционные и системные заболевания человека и сельскохозяйственных животных.

Биотехнология используется для создания клеточных гибридов. Это клетки, полученные при слиянии нормальной клетки, образующей антитела, и опухолевой клетки, способной к неограниченному делению. Это позволяет получать в больших количествах антитела с необходимой специфичностью — моноклональные антитела. На их основе разрабатываются десятки лекарственных средств, некоторые из которых уже доступны в продаже.

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве биотехнологии используются для создания новых сортов растений, устойчивых к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям окружающей среды. Благодаря биотехнологиям стало возможным создавать генетически модифицированные растения, способные производить более высокие урожаи при меньшем использовании удобрений и пестицидов. Биотехнологии также используются для создания новых ветеринарных препаратов и биоудобрений.

Животноводство

Биотехнология в животноводстве достигла значительных результатов, одним из которых является использование стимуляторов, полученных трансгенными микробами-продуцентами. Например, технология производства бычьего и свиного соматотропинов.

Важнейшим направлением биотехнологии в сельском хозяйстве является конструирование генов и их интеграция в геном. Одно из направлений исследований в этой области — получение трансгенных животных. Учёные создали трансгенных мышей, которые могут служить модельными системами для изучения болезней человека и тест-системами для исследования возможности синтеза продуктов, представляющих интерес для медицины. Трансгенных мышей использовали в качестве модельных систем для изучения экспрессии генов, кодирующих трансгенные продукты, которые секретируются в молоко.

Были получены трансгенные крупный рогатый скот, овцы и козы. Цель трансгеноза крупного рогатого скота — изменение содержания в молоке различных компонентов и создание устойчивых к заболеваниям животных. Опыты по трансгенозу овец и коз направлены на превращение молочных желёз этих животных в своеобразные биореакторы для получения белковых продуктов, использующихся в медицине. Созданы трансгенные овцы и козы, в молоко которых секретировались белки человека. Были созданы трансгенные овцы с повышенной скоростью роста шерсти.

Получены положительные результаты в ходе экспериментов с трансгенными свиньями. Например, были созданы трансгенные свиньи, в геноме которых присутствовала следующая генетическая конструкция: регуляторная область гена β-глобина человека, два гена α1-глобина человека и один ген βА-глобина человека. В результате её экспрессии в клетках крови свиней синтезировался человеческий гемоглобин, обладающий такими же химическими свойствами, что и природный человеческий.

Получены трансгенные цыплята, которых можно использовать для улучшения генотипа уже существующих пород — для придания им устойчивости к вирусным инфекциям и заболеваниям, вызываемым кокцидиями, повышения эффективности усвоения пищи, снижения уровня жира и холестерола в яйцах, повышения качества мяса.

С развитием биотехнологии всё большую роль будет приобретать разведение рыбы в искусственных условиях. Основная цель исследований в этой области — создание рекомбинантных рыб путём трансгеноза. Получены трансгенные виды рыб: карпа, лосося, зубатки, форели и других. Трансгенные лососи крупнее и быстрее прибавляют в весе.

Растениеводство

Биотехнология в растениеводстве включает в себя различные методы, такие как генная инженерия, клеточная инженерия и микробиология. Генная инженерия позволяет вносить изменения в генетический код растений, добавляя или удаляя определённые гены. Это может помочь создать растения, которые лучше противостоят болезням, вредителям или неблагоприятным условиям среды.

Клеточная инженерия включает в себя культивирование клеток и тканей растений в лаборатории. Это позволяет размножать растения без семян, что может быть полезно для сохранения редких видов или для быстрого размножения коммерчески важных растений.

Микробиология играет важную роль в изучении взаимодействия между растениями и микроорганизмами. Это научная дисциплина, которая изучает микроскопические организмы, такие как бактерии, грибы, вирусы и простейшие, их роль в окружающей среде. Растения и микроорганизмы взаимодействуют друг с другом на многих уровнях. Например, бактерии и грибы могут помогать растениям поглощать питательные вещества из почвы, а растения, в свою очередь, могут предоставлять микроорганизмам углерод и другие питательные вещества. Это взаимодействие может быть выгодным для обеих сторон и называется симбиозом.

Изучение взаимодействия между растениями и микроорганизмами может помочь в разработке новых методов борьбы с болезнями растений. Например, некоторые бактерии и грибы могут выступать в качестве естественных антагонистов патогенных микроорганизмов, вызывающих болезни растений. Использование этих полезных микроорганизмов в качестве биологических средств защиты растений может быть более экологически безопасным и эффективным, чем использование химических пестицидов.

Кроме того, изучение взаимодействия между растениями и микроорганизмами может помочь в создании новых удобрений. Например, некоторые бактерии могут фиксировать азот из воздуха и превращать его в форму, доступную для растений. Использование таких бактерий в качестве биологических удобрений может улучшить рост и урожайность растений, а также снизить зависимость от химических удобрений..

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности биотехнологии используются для создания новых продуктов питания и напитков, а также для улучшения существующих. Биотехнологии позволяют производить аминокислоты, подсластители, ферменты и другие полезные вещества, используемые в пищевой промышленности. Благодаря биотехнологиям стало возможным создавать продукты питания с повышенным содержанием питательных веществ и улучшенными вкусовыми качествами.

Микробный белок является экономически эффективным источником питательных веществ, так как микроорганизмы, используемые для его производства, способны расти на дешёвых питательных средах, в качестве которых часто используются промышленные отходы. Содержание белка в микроорганизмах может достигать от 19 до 90 %, что значительно выше, чем у сельскохозяйственных животных. Так, на 1000 г корма можно получить 68 г говядины (содержащей 14 г белка), 200 г свинины (41 г белка) или 240 г куриного мяса (49 г белка), в то время как из F. graminearum на 1000 г углеводов с добавкой неорганического азота получают более 1 кг сырой клеточной массы (136 г белка).

Кроме того, микробная биомасса содержит незаменимые аминокислоты и высокие концентрации витаминов, что повышает её кормовую ценность. Это делает микробный белок перспективным источником питательных веществ для животноводства и рыбоводства, а также для производства пищевых продуктов для человека.

Экология

В экологии биотехнологии используются для очистки промышленных и бытовых стоков, а также для утилизации трудноразлагаемых загрязнений. Биотехнологии позволяют использовать микроорганизмы и другие биологические агенты для очистки природных вод и почвы от загрязнений. Стало возможным создавать более экологически чистые технологии производства и утилизации отходов. Организмы способны очищать окружающую среду от многих опасных веществ. Бактерии и грибы могут обработать токсичные химические вещества, разлагая их на более простые соединения. Например, бактерии могут полностью уничтожить ДДТ, стойкий пестицид, используя различные микроорганизмы в процессе сопряжённого метаболизма.

Ферменты, производимые бактериями, также помогают в борьбе с пестицидами. Например, паратионгидролаза, производимая бактериями Pseudomonas, может удалить остатки паратиона из контейнеров и почвы. Хотя биотехнологические методы очистки более экологичны и могут быть более эффективными и дешёвыми, они также имеют свои ограничения. Например, они могут быть менее эффективны при высокой концентрации загрязнений или при наличии нескольких различных пестицидов. Они также могут быть менее эффективны при низких температурах или при недостатке питательных веществ для микроорганизмов.

Энергетика

Биотехнология играет важную роль в развитии энергетики, предоставляя новые способы получения возобновляемой энергии из биомассы. Биомасса — это органический материал, полученный из растений, животных или микроорганизмов, который может быть использован для производства биотоплива, такого как биоэтанол, биодизель и биогаз. Штамм Chlorella vulgaris рода Хлорелла является наиболее доминирующим для производства биодизельного топлива. Выращивание микроводорослей может осуществляться в фотобиореакторах, где они получают необходимые питательные вещества и свет для фотосинтеза. После выращивания микроводоросли подвергаются экстракции для извлечения липидов, которые затем преобразуются в биодизель.

Одним из способов получения биотоплива является ферментация растительных отходов, таких как солома, стебли кукурузы или сахарного тростника, с помощью микроорганизмов для производства биоэтанола. Биодизель может быть произведён из растительных масел или жиров с помощью химического процесса, называемого трансэстерификацией. Биогаз может быть получен путём анаэробного разложения органических отходов, таких как навоз, сточные воды или пищевые отходы, с помощью микроорганизмов в специальных реакторах.

Биотопливо имеет ряд преимуществ перед традиционными видами топлива. Во-первых, оно является возобновляемым ресурсом, что означает, что его можно производить неограниченное количество раз, не исчерпав природные ресурсы. Во-вторых, биотопливо может быть произведено из отходов, что помогает решить проблему утилизации отходов. В-третьих, биотопливо может быть более экологически чистым, чем традиционные виды топлива, так как при его сгорании выделяется меньше парниковых газов.

Однако биотопливо также имеет ряд недостатков. Во-первых, его производство может конкурировать с производством продуктов питания, что может привести к повышению цен на продукты питания и усугублению проблемы голода в некоторых странах. Во-вторых, производство биотоплива может требовать большого количества воды и энергии, что может отрицательно сказаться на окружающей среде. В-третьих, некоторые виды биотоплива могут быть менее эффективными, чем традиционные виды топлива, и требовать большего количества топлива для достижения той же мощности.

Добыча ресурсов и утилизация отходов

В добыче ресурсов биотехнологии используются для улучшения процессов добычи полезных ископаемых и утилизации отходов. Биотехнологии позволяют использовать микроорганизмы и другие биологические агенты для извлечения металлов из руд и отходов, а также для очистки воды и почвы от загрязнений. Благодаря биотехнологиям стало возможным создавать более экологически чистые и эффективные технологии добычи ресурсов.

Одним из способов является биогидрометаллургия, которая включает использование микроорганизмов для извлечения металлов из руд и концентратов. Этот процесс включает в себя бактериальное выщелачивание, при котором микроорганизмы окисляют сульфидные минералы, содержащие металлы, и высвобождают их из соединений. Этот метод используется для извлечения золота, серебра, меди и урана из руд в месте их залегания или из бедных руд.

Другим способом является биотехнология повышения нефтеотдачи пластов. Этот процесс включает в себя использование микроорганизмов для увеличения количества нефти, извлекаемой из нефтяных месторождений. Он состоит из двух последовательных стадий: активации аэробных микроорганизмов в призабойной зоне нагнетательной скважины путём закачки аэрированной воды с добавкой минеральных солей и заводнения нефтесодержащего пласта. Выработанный аэробными микроорганизмами на первом этапе комплекс нефтевытесняющих агентов (жирные кислоты, спирты, биополимеры, СО₂ и другие) продвигается к добывающим скважинам. По мере уменьшения концентрации кислорода в пласте часть этих веществ утилизируется анаэробными метаногенными бактериями с образованием нефтевытесняющего газа — метана. Благодаря этой технологии только на нефтяных месторождениях Татарии было дополнительно получено более 500 тыс. тонн нефти.

Биотехнология в добыче полезных ископаемых является экологически безопасной и экономически выгодной альтернативой традиционным методам добычи. Она позволяет извлекать большее количество полезных ископаемых, сокращать затраты и снижать негативное воздействие на окружающую среду.

Вооружённые силы

В вооружённых силах биотехнологические усовершенствования и технические вмешательства в организм военнослужащих, с одной стороны, снижают индивидуальный риск во время боевых действий. Они позволяют значительно улучшить функциональные показатели организма и поддерживать стабильное психическое состояние солдат. С другой стороны, биологическое оружие, которое создаётся с использованием биотехнологий является оружием массового поражения, сила которого сопоставима с ядерным или даже превосходит его.

Биологическое оружие представляет серьёзную угрозу безопасности во всем мире. Несмотря на то, что его использование запрещено международными соглашениями, существует риск, что террористические группы или отдельные лица могут использовать его для нанесения вреда людям или окружающей среде. Биотехнологии могут быть использованы для создания биологического оружия, которое трудно обнаружить и остановить. В отличие от традиционного оружия, смертоносные клетки могут продолжать распространяться ещё долго после их «запуска». Кроме того, новые технологии изменения генов увеличивают вероятность того, что гипотетическое биологическое оружие, нацеленное на определённую этническую принадлежность или даже на одного человека, может стать реальностью.

Хотя создание биологического оружия может показаться невозможным без большого количества дорогостоящих материалов и научных знаний, последние достижения в области биотехнологии могут облегчить его производство за пределами специализированной исследовательской лаборатории. Стоимость химического производства нитей ДНК быстро падает, это означает, что смертельно опасные белки и клетки могут стать доступными для «печати» в домашних условиях. Кроме того, открытость научных публикаций, имеющая решающее значение для быстрых научно-исследовательских достижений, также означает, что каждый может свободно «погуглить» химические составляющие смертельных нейротоксинов.

Однако научные достижения также могут помочь исследователям быстро находить решения для таких угроз по мере их возникновения. Рекомбинантные ДНК и биотехнологические инструменты позволяют быстро изобрести новые вакцины, которые могли бы защитить от новых вспышек, естественных или антропогенных.

Правительства по всему миру должны принимать меры для предотвращения использования биологического оружия. Это включает в себя усиление контроля за биологическими материалами и оборудованием, улучшение систем обнаружения и реагирования на биологические угрозы, а также сотрудничество с другими странами для борьбы с этой глобальной проблемой. Кроме того, необходимо усилить меры безопасности в исследовательских лабораториях, чтобы предотвратить кражу или несанкционированное использование биологических материалов.

Общество также должно быть проинформировано о рисках, связанных с биологическим оружием, и о необходимости соблюдения мер безопасности для предотвращения его использования. Это включает в себя образование и просвещение населения о биологических угрозах, а также сотрудничество между правительствами, научным сообществом и общественностью для борьбы с этой проблемой. В целом биологическое оружие представляет серьёзную угрозу безопасности во всем мире, и требуются совместные усилия сообщества правительств и научного сообщества для предотвращения его использования. Биотехнологии имеют огромное значение для человечества, так как они способствуют решению многих глобальных проблем в различных сферах. Биотехнологии позволяют создавать новые продукты и технологии, которые улучшают качество жизни людей и способствуют устойчивому развитию общества.

Риски биотехнологии

Акции протеста против Монсанто и ГМО

Использование биотехнологий и генной инженерии создаёт ряд проблем и рисков, которые необходимо решать и минимизировать. Одними из ключевых можно назвать: уменьшение биоразнообразия, влияние продуктов на здоровье, отсутствие регулирования и другие.

Уменьшение биоразнообразия

Использование биотехнологий и генной инженерии может оказывать значительное воздействие на окружающую среду, включая потенциальные риски внедрения генетически модифицированных организмов в окружающую среду или потенциальное воздействие этих технологий на биоразнообразие. Использование ГМО в сельском хозяйстве может привести к вытеснению традиционных методов ведения сельского хозяйства и концентрации производства продуктов питания в руках нескольких крупных компаний. В результате снижения конкуренции с рынка будут вытеснены менее рентабельные культуры, что снизит биоразнообразие сельскохозяйственных организмов.

Влияние продуктов на здоровье

Некоторые исследования указывают на то, что генетически модифицированные растения могут быть токсичными для человека и животных. Например, исследования Арпада Пуштаи из Абердинского университета показали, что кормление крыс генномодифицированным картофелем с геном лектина подснежника приводило к угнетению иммунной системы и нарушению деятельности внутренних органов. Некоторые исследования показали, что ГМО могут снижать репродуктивность животных. Например, по данным ветеринарно-санитарных служб Голландии, Швейцарии и Дании, употребление нового вида кукурузного зерна, в котором повышено содержание белка, может снижать репродуктивность животных.

Стоит отметить, что результаты работ по влиянию ГМО на здоровье организмов часто подвергаются критике в научном сообществе.

Отсутствие регулирования

В некоторых странах отсутствует чёткое регулирование ГМО, что может привести к неконтролируемому распространению трансгенных организмов и потенциальным рискам для здоровья человека и окружающей среды. Одним из главных рисков ГМО является отсутствие долгосрочных исследований их безопасности. Большинство исследований, проведённых на ГМО, были краткосрочными, и нет достаточных данных о долгосрочных эффектах употребления ГМО в пищу или влиянии этих организмов на природные экосистемы.

Изменение генофонда экосистем

Генетически модифицированные организмы могут представлять экологические риски, такие как угроза распространения трансгенных генов в дикую природу и развитие устойчивости к антибиотикам. Формирование новых видов организмов с непредсказуемыми свойствами.

Ярким отражение рисков биотехнологии является мысль, высказанная Джоржем Раманном:

Нам приходилось быть ужасно осторожными, ибо этого «джина» нельзя вернуть обратно в бутылку. Может случиться так, что будет создан новый инфекционный агент, более смертоносный, чем оспа или стрептококк, особенно если всё это будет скомбинировано в вирусном организме.

— Джордж Ратманн, первый директор биотехнологической компании «Амджен» (Саузенд Оукс, шт. Калифорния)

Несмотря на эти риски, ГМО также имеют и положительные стороны, такие как увеличение урожайности, улучшение питательной ценности и сохранение витаминов. Каждый потребитель должен самостоятельно решать, как относиться к ГМО, и быть осведомлённым о потенциальных рисках и преимуществах их употребления.

Биоэтика

Биоэтика

Биоэтика — это междисциплинарная область знаний, которая изучает моральные и этические вопросы, связанные с использованием биологических наук и технологий, в частности в медицине, сельском хозяйстве, охране окружающей среды и других областях. Биоэтика тесно связана с моральными потрясениями, пережитыми европейскими нациями после раскрытия подробностей биомедицинских экспериментов над людьми, проводившихся в нацистских и японских концентрационных лагерях. Результат Нюрнбергского процесса над нацистскими врачами можно рассматривать как переосмысление ролей врача и пациента, которое эволюционировало в направлении ослабления медицинского патернализма.

Биоэтика как дисциплина берёт своё начало в 1973 году в статье Джона Кэлахана «Биоэтика как дисциплина», в которой он указывает на две её особенности — дисциплинарную неполноту и необходимость выработки подходов для разрешения конфликтных ситуаций, возникающих в научной и медицинской сферах. Биоэтика сегодня является не столько формальной дисциплиной, сколько слиянием многих дисциплин, входящих в более широкий общественный дискурс, связанный с развитием биотехнологий.

Биоэтика формирует и разрабатывает идею рисков, имеющих существенное социогуманитарное содержание. Это включает проекцию общих биоэтических правил на новые этические риски и расширение концептуального арсенала биоэтики за счёт обогащения подходами и идеями, возникающими в связи с описаниями и оценкой специфических ситуаций в конкретных областях знаний. Гуманитарные биотехнологические проблемы интегрируют различные методологические подходы в междисциплинарные исследовательские направления, а также возникают новые темы для биоэтических исследований. Перед биоэтикой ставится проблема риска и непредсказуемости в развитии биотехнологий, особенно в контексте конвергенции с информационными технологиями и нанотехнологиями.

Концепции биоэтики

Для биоэтики большое значение имеют такие концепции как «достоинство человека», «информированное согласие», «автономия», «благодеяние», «справедливость» и «ненанесение вреда». Факт информированного согласия при проведении биомедицинских интервенций с точки зрения достоинства человека является не столько защитой от возможных рисков, сколько актом уважения персональной автономии человека. Классическая функциональная концепция, часто используемая в биоэтике, — принципализм, предложенный американскими учёными Томом Бошаном и Джеймсом Чайлдресом. Он представляет собой пример сжатого структурирования биоэтической аргументации, определения должного поведения и принятия решений, для иллюстрации которых используются кейсы — практические ситуации, возникающие в биомедицинской практике.

Основные принципы и правила для достижения социального согласия в конфликтных ситуациях в области биомедицины: уважение автономии личности, благотворительность, непричинение вреда и справедливость, а также правдивость, конфиденциальность, уважение неприкосновенности частной жизни и информированное согласие. Этот перечень принципов и правил получил название «джорджтаунская мантра», поскольку авторы начали активно тиражироваться в образовательных программах для врачей, философов и других специалистов в Университете Джорджтауна в Вашингтоне, округ Колумбия.

Принципы автономии, благодеяния, справедливости и ненанесения вреда были разработаны по преимуществу для этической экспертизы проведения биомедицинских исследований с участием человека. Позже, в 1979 году, в Бельмонтском докладе был предложен вариант принципализма, состоящий из трёх оснований — уважения автономии, благодеяния и справедливости. Теория получила широкое распространение, поскольку в ней реализовался функциональный алгоритм принятия решений, в котором сглаживаются системные противоречия, проистекающие из различия философского представления о благе и личностной автономии.

Этические риски биотехнологии

Биотехнология вызывает серьёзные этические дилеммы, связанные с модификацией генов человека, неравным доступом к биотехнологическим инструментам и созданием жизни из искусственных компонентов.

Непредсказуемость вмешательства

Одна из ключевых этических проблем заключается в том, является ли изменение человеческих генов актом «игры в Бога» и следует ли вообще проводить такие манипуляции. Если исправление генетических дефектов с помощью генной инженерии является приемлемым для лечения болезней, то где провести границу между заболеваниями, которые несут реальную угрозу преждевременной смерти, и теми, которые повышают риск заболевания, но не гарантируют его развития? Кроме того, как определить строгие рамки для проведения генной хирургии и при каких обстоятельствах её проводить, учитывая риск причинения вреда генам?

Социальное неравенство

Другая важная этическая проблема заключается в том, как биотехнология может способствовать социальному неравенству. Первые шаги в области генной хирургии, несомненно, будут дорогостоящими, и это может привести к тому, что менее обеспеченные слои населения не смогут позволить себе генетическое улучшение. Так как технология находится на стадии становления, то значительную часть её стоимости составляет доля научных исследований. Кроме того, некоторые центры обладают естественной монополией на биологические технологии. В результате цена на биологические вмешательства на данный момент (2019 год) может составлять порядка полумиллиона долларов.

Вмешательство в природу человека

Ещё одна этическая дилемма связана с созданием жизни из искусственных компонентов. Например, инициатива GP-Write ставит целью синтезировать весь геном человека из химических строительных блоков к 2030 году. Это может привести к созданию детей без биологических родителей или воссозданию генома другого человека, что вызывает серьёзные этические опасения.

В ответ на эти вопросы многие страны и международные организации разработали рекомендации и нормативные документы, такие как Всеобщая декларация Организации Объединённых Наций о геноме человека и правах человека. Однако, несмотря на эти усилия, этические вопросы, связанные с биотехнологией, остаются актуальными и требуют дальнейшего обсуждения и решения.

Биотехнология имеет огромный потенциал для улучшения здоровья и благополучия человека, но её использование должно осуществляться ответственно и с учётом этических соображений, чтобы избежать негативных последствий и обеспечить справедливый доступ к её преимуществам для всех людей.

Ссылки

• Биотехнология, учебное пособие — ресурс, целиком посвящённый биотехнологии.
• Биотехнологии. Рубрика «Наука» (неопр.). ТАСС. — Читать все последние новости на тему. Дата обращения: 7 августа 2023.