ความสำเร็จล่าสุดในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ เทคโนโลยีชีวภาพคืออะไร? ทิศทางหลักและความสำเร็จ

การแนะนำ

1.1. บทบัญญัติทั่วไป

กฎหมายของสหพันธรัฐรัสเซีย "ว่าด้วยสัตวแพทยศาสตร์" กำหนดภารกิจหลักของสัตวแพทยศาสตร์ "ในสาขาความรู้ทางวิทยาศาสตร์และกิจกรรมการปฏิบัติที่มุ่งป้องกันโรคในสัตว์และการรักษาของพวกเขาการผลิตผลิตภัณฑ์จากสัตว์ที่สมบูรณ์และปลอดภัยทางสัตวแพทย์และปกป้องประชากรจากโรคต่างๆ ร่วมกันของมนุษย์และสัตว์”

ปัญหาจำนวนหนึ่งได้รับการแก้ไขโดยใช้วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพ

คำจำกัดความของเทคโนโลยีชีวภาพได้รับค่อนข้างครบถ้วนโดยสหพันธ์เทคโนโลยีชีวภาพแห่งยุโรปซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1978 ตามคำจำกัดความนี้ เทคโนโลยีชีวภาพเป็นวิทยาศาสตร์ที่ประยุกต์ความรู้ทางจุลชีววิทยา ชีวเคมี พันธุศาสตร์ พันธุวิศวกรรม ภูมิคุ้มกันวิทยา เทคโนโลยีเคมี เครื่องมือและวิศวกรรมเครื่องกล โดยใช้วัตถุทางชีววิทยา (จุลินทรีย์ เซลล์เนื้อเยื่อของสัตว์และพืช) หรือโมเลกุล (นิวคลีอิก) กรด โปรตีน เอนไซม์) คาร์โบไฮเดรต ฯลฯ) สำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมของสารและผลิตภัณฑ์ที่เป็นประโยชน์สำหรับมนุษย์และสัตว์

จนกระทั่งคำว่า "เทคโนโลยีชีวภาพ" ที่ครอบคลุมทั้งหมดกลายเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป ชื่อต่างๆ เช่น จุลชีววิทยาประยุกต์ ชีวเคมีประยุกต์ เทคโนโลยีเอนไซม์ วิศวกรรมชีวภาพ พันธุศาสตร์ประยุกต์ และชีววิทยาประยุกต์ ถูกนำมาใช้เพื่ออ้างถึงเทคโนโลยีที่หลากหลายที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยามากที่สุด

การใช้ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ในด้านเทคโนโลยีชีวภาพนั้นดำเนินการในระดับสูงสุดของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ มีเพียงเทคโนโลยีชีวภาพเท่านั้นที่ทำให้ได้รับสารและสารประกอบที่หลากหลายจากวัสดุที่ค่อนข้างถูก เข้าถึงได้ และนำกลับมาใช้ใหม่ได้

ต่างจากสารและสารประกอบธรรมชาติ สารสังเคราะห์เทียมต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก สัตว์และสิ่งมีชีวิตของมนุษย์ดูดซึมได้ไม่ดี และมีค่าใช้จ่ายสูง

เทคโนโลยีชีวภาพใช้จุลินทรีย์และไวรัส ซึ่งในกระบวนการชีวิตของพวกมันจะผลิตสารที่เราต้องการตามธรรมชาติ เช่น วิตามิน เอนไซม์ กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ แอลกอฮอล์ ยาปฏิชีวนะ และสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่น ๆ

เซลล์ที่มีชีวิตเหนือกว่าโรงงานใดๆ ในโครงสร้างองค์กร ความสอดคล้องกันของกระบวนการ ความแม่นยำของผลลัพธ์ ประสิทธิภาพ และความมีเหตุผล

ปัจจุบันจุลินทรีย์ถูกนำมาใช้เป็นหลักในกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพสามประเภท:

สำหรับการผลิตชีวมวล

เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ทางเมตาบอลิซึม (เช่น เอธานอล ยาปฏิชีวนะ กรดอินทรีย์ ฯลฯ)

สำหรับการแปรรูปสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติและโดยมนุษย์

ภารกิจหลักของกระบวนการประเภทแรกซึ่งการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพถูกเรียกร้องให้แก้ไขในปัจจุบันคือการกำจัดการขาดโปรตีนในอาหารสัตว์ในฟาร์มและนกเพราะ ในโปรตีนจากพืชมีการขาดกรดอะมิโนและเหนือสิ่งอื่นใดโดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งที่มีคุณค่าเรียกว่าจำเป็น

ทิศทางหลักของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพกลุ่มที่สองในปัจจุบันคือการผลิตผลิตภัณฑ์สังเคราะห์จุลินทรีย์โดยใช้ของเสียจากอุตสาหกรรมต่างๆ ได้แก่ อุตสาหกรรมอาหาร น้ำมัน และอุตสาหกรรมแปรรูปไม้ เป็นต้น

การประมวลผลทางเทคโนโลยีชีวภาพของสารประกอบเคมีต่างๆ มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อให้มั่นใจถึงความสมดุลทางนิเวศวิทยาในธรรมชาติ การประมวลผลของเสียจากกิจกรรมของมนุษย์ และเพิ่มการลดผลกระทบเชิงลบต่อธรรมชาติของมนุษย์

ในระดับอุตสาหกรรม เทคโนโลยีชีวภาพถือเป็นอุตสาหกรรมที่สามารถแยกแยะภาคส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

การผลิตโพลีเมอร์และวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมสิ่งทอ

การผลิตเมทานอล เอทานอล ก๊าซชีวภาพ ไฮโดรเจน และการใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานและเคมี

การผลิตโปรตีน กรดอะมิโน วิตามิน เอนไซม์ ฯลฯ ผ่านการเพาะปลูกยีสต์ สาหร่าย แบคทีเรียในวงกว้าง

การเพิ่มผลผลิตของพืชและสัตว์ทางการเกษตร

การได้รับสารกำจัดวัชพืชและยาฆ่าแมลงทางชีวภาพ

การแนะนำวิธีการทางพันธุวิศวกรรมอย่างแพร่หลายในการได้รับสายพันธุ์สัตว์ใหม่ พันธุ์พืช และการเพาะเลี้ยงเซลล์เนื้อเยื่อจากพืชและสัตว์

การรีไซเคิลของเสียจากอุตสาหกรรมและของใช้ในครัวเรือน น้ำเสีย การผลิตปุ๋ยหมักโดยใช้จุลินทรีย์

การรีไซเคิลการปล่อยน้ำมัน สารเคมีที่เป็นอันตรายในดินและน้ำ

การผลิตยารักษาโรค ป้องกัน และวินิจฉัย (วัคซีน ซีรั่ม แอนติเจน สารก่อภูมิแพ้ อินเตอร์เฟอรอน ยาปฏิชีวนะ ฯลฯ)

กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพเกือบทั้งหมดมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมชีวิตของจุลินทรีย์กลุ่มต่าง ๆ - แบคทีเรีย, ไวรัส, ยีสต์, เชื้อราด้วยกล้องจุลทรรศน์ ฯลฯ และมีคุณสมบัติเฉพาะหลายประการ:

1. ตามกฎแล้วกระบวนการสังเคราะห์จุลินทรีย์เป็นส่วนหนึ่งของการผลิตแบบหลายขั้นตอน และผลิตภัณฑ์เป้าหมายของขั้นตอนการสังเคราะห์ทางชีวภาพมักจะไม่สามารถวางตลาดได้และอาจต้องผ่านการประมวลผลเพิ่มเติม

2. เมื่อเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ มักจะจำเป็นต้องรักษาสภาวะปลอดเชื้อ ซึ่งต้องมีการฆ่าเชื้ออุปกรณ์ การสื่อสาร วัตถุดิบ ฯลฯ

3. การเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์จะดำเนินการในระบบที่ต่างกันซึ่งคุณสมบัติทางเคมีกายภาพซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมีนัยสำคัญในระหว่างกระบวนการ

4. กระบวนการทางเทคโนโลยีมีความแปรปรวนสูงเนื่องจากมีวัตถุทางชีวภาพอยู่ในระบบเช่น ประชากรของจุลินทรีย์

5. ความซับซ้อนและกลไกหลายปัจจัยในการควบคุมการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และการสังเคราะห์ทางชีวภาพของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม

6. ความซับซ้อนและในกรณีส่วนใหญ่ ขาดข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของสารอาหารที่ใช้ในการผลิต

7. ผลิตภัณฑ์เป้าหมายที่มีความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ

8. ความสามารถของกระบวนการควบคุมตนเอง

9. สภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และการสังเคราะห์ทางชีวภาพของผลิตภัณฑ์เป้าหมายไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกันเสมอไป

จุลินทรีย์ใช้สารจากสิ่งแวดล้อม เติบโต เพิ่มจำนวน ปล่อยผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมที่เป็นของเหลวและก๊าซ ดังนั้นจึงตระหนักถึงการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นในระบบ (การสะสมของชีวมวลหรือผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม การใช้สารมลพิษ) เพื่อประโยชน์ของกระบวนการเพาะปลูก ด้วยเหตุนี้ จุลินทรีย์จึงถือได้ว่าเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบเทคโนโลยีชีวภาพ ซึ่งเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของการทำงานของมัน

1.2. ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพ

ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีชีวภาพด้วยข้อได้เปรียบเฉพาะที่เหนือกว่าวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ได้สร้างความก้าวหน้าอย่างเด็ดขาดในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาวิธีการวิจัยใหม่ ๆ และกระบวนการที่เปิดกว้างมากขึ้น โอกาสที่ไม่ทราบมาก่อนในการผลิตผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพ วิธีการแยก การจำแนก และการทำให้บริสุทธิ์ของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ

เทคโนโลยีชีวภาพก่อตัวและพัฒนาตามสังคมมนุษย์ที่ก่อตัวและพัฒนา การเกิดขึ้น การก่อตัว และการพัฒนา แบ่งได้เป็น 4 ยุค

1. ยุคเชิงประจักษ์หรือก่อนประวัติศาสตร์เป็นช่วงที่ยาวที่สุด ครอบคลุมประมาณ 8,000 ปี ซึ่งมากกว่า 6,000 ปีก่อนคริสตกาล และประมาณปี ค.ศ. 2000 คนโบราณในสมัยนั้นใช้เทคนิคและวิธีการทำขนมปัง เบียร์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ อย่างสังหรณ์ใจ ซึ่งปัจจุบันเราจัดว่าเป็นเทคโนโลยีชีวภาพ

เป็นที่ทราบกันว่าชาวสุเมเรียนซึ่งเป็นชาวเมโสโปเตเมียกลุ่มแรก (ในดินแดนของอิรักสมัยใหม่) ได้สร้างอารยธรรมที่เจริญรุ่งเรืองในสมัยนั้น พวกเขาอบขนมปังจากแป้งเปรี้ยวและเชี่ยวชาญศิลปะการต้มเบียร์ ประสบการณ์ที่ได้รับนั้นถูกส่งต่อจากรุ่นสู่รุ่น และแพร่กระจายไปในหมู่ผู้คนใกล้เคียง (ชาวอัสซีเรีย บาบิโลน อียิปต์ และชาวฮินดูโบราณ) น้ำส้มสายชูเป็นที่รู้จักกันมานานหลายพันปีและเตรียมที่บ้านมาตั้งแต่สมัยโบราณ การกลั่นครั้งแรกในการผลิตไวน์ดำเนินการในศตวรรษที่ 12; วอดก้าจากธัญพืชผลิตครั้งแรกในศตวรรษที่ 16 แชมเปญเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 18

ช่วงทดลองประกอบด้วยการผลิตผลิตภัณฑ์นมหมัก กะหล่ำปลีดอง เครื่องดื่มแอลกอฮอล์น้ำผึ้ง และอาหารสัตว์หมัก

ดังนั้นผู้คนในสมัยโบราณจึงใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพในทางปฏิบัติโดยไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับจุลินทรีย์ ประจักษ์นิยมยังเป็นลักษณะของการใช้พืชและสัตว์ที่มีประโยชน์

ในปี พ.ศ. 2339 เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดทางชีววิทยาเกิดขึ้น - อี. เจนเนอร์ทำการฉีดวัคซีนโรคฝีดาษครั้งแรกในมนุษย์ในประวัติศาสตร์

2. ช่วงเวลาสาเหตุในการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพครอบคลุมช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 และหนึ่งในสามแรกของศตวรรษที่ 20 (พ.ศ. 2399 - 2476) เขามีความเกี่ยวข้องกับการวิจัยที่โดดเด่นของนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสผู้ยิ่งใหญ่แอล. ปาสเตอร์ (1822 - 95) - ผู้ก่อตั้งจุลชีววิทยาทางวิทยาศาสตร์

ปาสเตอร์ได้กำหนดลักษณะของจุลินทรีย์ในการหมัก พิสูจน์ความเป็นไปได้ของชีวิตในสภาวะที่ปราศจากออกซิเจน สร้างพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการป้องกันวัคซีน ฯลฯ

ในช่วงเวลาเดียวกัน นักเรียน ผู้ทำงานร่วมกัน และเพื่อนร่วมงานที่โดดเด่นของเขาได้ทำงาน: E. Duclos, E. Roux, Sh.E. แชมเบอร์แลน, I.I. เมชนิคอฟ; R. Koch, D. Lister, G. Ricketts, D. Ivanovsky และคนอื่น ๆ

ในปี พ.ศ. 2402 แอล. ปาสเตอร์ได้เตรียมสารอาหารเหลว ในปี พ.ศ. 2424 อาร์. คอชได้เสนอวิธีการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียบนมันฝรั่งแผ่นที่ปลอดเชื้อและบนอาหารเลี้ยงเชื้อวุ้น และด้วยเหตุนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะพิสูจน์ความเป็นเอกเทศของจุลินทรีย์และได้มาในวัฒนธรรมที่บริสุทธิ์ นอกจากนี้ แต่ละสายพันธุ์สามารถแพร่กระจายบนอาหารเลี้ยงเชื้อและนำไปใช้ในการทำซ้ำกระบวนการที่เกี่ยวข้อง (การหมัก การออกซิเดชัน ฯลฯ)

ในบรรดาความสำเร็จของช่วงที่ 2 มีสิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษดังต่อไปนี้:

พ.ศ. 2399 (ค.ศ. 1856) พระภิกษุชาวเช็ก G. Mendel ค้นพบกฎแห่งการครอบงำลักษณะและแนะนำแนวคิดเรื่องหน่วยพันธุกรรมในรูปแบบของปัจจัยที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งถ่ายทอดจากพ่อแม่ไปยังลูกหลาน

พ.ศ. 2412 (ค.ศ. 1869) – เอฟ. มิลเลอร์ แยก “นิวเคลียส” (DNA) ออกจากเม็ดเลือดขาว

พ.ศ. 2426 (ค.ศ. 1883) – I. Mechnikov พัฒนาทฤษฎีภูมิคุ้มกันของเซลล์

1984 - F. Leffler แยกและปลูกฝังสาเหตุของโรคคอตีบ

พ.ศ. 2435 (ค.ศ. 1892) - D. Ivanovsky ค้นพบไวรัส

พ.ศ. 2436 (ค.ศ. 1893) - W. Ostwald ก่อตั้งฟังก์ชันการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์

2445 - G. Haberland แสดงให้เห็นความเป็นไปได้ในการปลูกฝังเซลล์พืชในสารละลายธาตุอาหาร

1912 - C. Neuberg ค้นพบกลไกของกระบวนการหมัก

1913 - L. Michaelis และ M. Menten พัฒนาจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาของเอนไซม์

พ.ศ. 2469 (ค.ศ. 1926) – เอช. มอร์แกน ก่อตั้งทฤษฎีโครโมโซมเกี่ยวกับการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

พ.ศ. 2471 (ค.ศ. 1928) – เอฟ. กริฟฟิธ บรรยายปรากฏการณ์ “การเปลี่ยนแปลง” ในแบคทีเรีย

1932 - M. Knoll และ E. Ruska คิดค้นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
ในช่วงนี้เริ่มมีการผลิตผลิตภัณฑ์อาหารสำเร็จรูป

ยีสต์ตลอดจนผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญ - อะซิโตน บิวทานอล กรดซิตริก และกรดแลกติก ในฝรั่งเศสเริ่มสร้างการติดตั้งทางชีวภาพสำหรับการบำบัดน้ำเสียทางจุลชีววิทยา

อย่างไรก็ตาม การสะสมของเซลล์จำนวนมากในวัยเดียวกันยังคงเป็นกระบวนการที่ต้องใช้แรงงานมาก นั่นคือเหตุผลที่ต้องใช้แนวทางที่แตกต่างโดยพื้นฐานในการแก้ปัญหามากมายในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ

3. ยุคเทคนิคชีวภาพ - เริ่มในปี พ.ศ. 2476 และคงอยู่จนถึงปี พ.ศ. 2515

ในปี 1933 A. Kluyver และ A.H. Perkin ตีพิมพ์ผลงานเรื่อง "วิธีในการศึกษาเมแทบอลิซึมในแม่พิมพ์" ซึ่งได้สรุปเทคนิคทางเทคนิคขั้นพื้นฐาน ตลอดจนแนวทางในการประเมินผลลัพธ์ที่ได้รับระหว่างการเพาะเชื้อราในเชิงลึก การแนะนำอุปกรณ์ปิดผนึกขนาดใหญ่เข้าสู่เทคโนโลยีชีวภาพได้เริ่มขึ้นแล้ว เพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการต่างๆ จะดำเนินการภายใต้สภาวะปลอดเชื้อ

แรงกระตุ้นที่ทรงพลังโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพัฒนาอุปกรณ์เทคโนโลยีชีวภาพทางอุตสาหกรรมนั้นถูกบันทึกไว้ในช่วงเวลาของการก่อตัวและการพัฒนาของการผลิตยาปฏิชีวนะ (ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง พ.ศ. 2482-2488 เมื่อมีความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับยาต้านจุลชีพเพื่อรักษาผู้ป่วยด้วย บาดแผลที่ติดเชื้อ)

ทุกสิ่งที่ก้าวหน้าในสาขาวิชาเทคโนโลยีชีวภาพและเทคนิคที่ประสบความสำเร็จในเวลานั้นสะท้อนให้เห็นในเทคโนโลยีชีวภาพ:

พ.ศ. 2479 (ค.ศ. 1936) - งานหลักของการออกแบบ การสร้าง และการใช้งานอุปกรณ์ที่จำเป็นได้รับการแก้ไข รวมถึงงานหลัก - เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ (ถังหมัก ผู้เพาะปลูก)

1942 - M. Delbrück และ T. Anderson มองเห็นไวรัสเป็นครั้งแรกโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

พ.ศ. 2486 (ค.ศ. 1943) - ผลิตเพนิซิลลินในระดับอุตสาหกรรม

พ.ศ. 2492 (ค.ศ. 1949) – เจ. เลเดอร์เบิร์ก ค้นพบกระบวนการผันคำกริยาใน อี.คอลลี่;

พ.ศ. 2493 (ค.ศ. 1950) - J. Monod พัฒนารากฐานทางทฤษฎีของการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์แบบควบคุมอย่างต่อเนื่อง ซึ่งได้รับการพัฒนาในการวิจัยโดย M. Stephenson, I. Molek, M. Ierusalimsky
I. Rabotnova, I. Pomozova, I. Basnakyan, V. Biryukov;

พ.ศ. 2494 (ค.ศ. 1951) – เอ็ม. เทเลอร์ พัฒนาวัคซีนป้องกันไข้เหลือง

1952 - W. Hayes อธิบายว่าพลาสมิดเป็นปัจจัยนอกโครโมโซมของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

พ.ศ. 2496 (ค.ศ. 1953) – F. Crick และ J. Watson ถอดรหัสโครงสร้างของ DNA นี่เป็นแรงผลักดันสำหรับการพัฒนาวิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์ขนาดใหญ่จากต้นกำเนิดต่างๆ เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์จากเซลล์และตัวเซลล์เอง

พ.ศ. 2502 (ค.ศ. 1959) นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นค้นพบพลาสมิดต้านทานยาปฏิชีวนะ (K-factor) ในแบคทีเรียบิด

1960 - S. Ochoa และ A. Kornberg แยกโปรตีนที่สามารถ "เชื่อมโยงข้าม" หรือ "ติดกาว" นิวคลีโอไทด์เข้ากับสายโซ่โพลีเมอร์ ดังนั้นจึงสังเคราะห์โมเลกุลขนาดใหญ่ของ DNA เอนไซม์หนึ่งดังกล่าวถูกแยกได้จาก Escherichia coli และตั้งชื่อ DNA polymerase;

1961 - M. Nirenberg อ่านอักษรสามตัวแรกเกี่ยวกับพันธุกรรม
รหัสของกรดอะมิโนฟีนิลอะลานีน

1962 - X. Korana สังเคราะห์ยีนเชิงฟังก์ชันทางเคมี

1969 - M. Beckwith และ S. Shapiro แยกยีนโอเปอเรเตอร์ 1ac ออกมา อี.คอลลี่;

- 1970 - แยกเอนไซม์จำกัด (endonuclease ที่จำกัด) ได้

4. ยุคพันธุวิศวกรรมเริ่มต้นในปี 1972 เมื่อพี. เบิร์กสร้างการรวมตัวกันอีกครั้งของโมเลกุลดีเอ็นเอ ดังนั้นจึงแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการยักย้ายสารพันธุกรรมของแบคทีเรียแบบกำหนดเป้าหมาย

โดยธรรมชาติแล้ว หากปราศจากงานพื้นฐานของ F. Crick และ J. Watson ในการสร้างโครงสร้างของ DNA ก็เป็นไปไม่ได้เลยที่จะบรรลุผลลัพธ์ที่ทันสมัยในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ การอธิบายกลไกการทำงานและการจำลอง DNA การแยกและการศึกษาเอนไซม์จำเพาะทำให้เกิดแนวทางทางวิทยาศาสตร์ที่เข้มงวดในการพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพบนพื้นฐานของการยักย้ายทางพันธุวิศวกรรม

การสร้างวิธีการวิจัยใหม่ถือเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพในช่วงที่ 4:

1977 - M. Maxam และ W. Gilbert พัฒนาวิธีการวิเคราะห์โครงสร้างปฐมภูมิของ DNA โดยการย่อยสลายทางเคมี และ J. Sanger
- โดยการคัดลอกโพลีเมอเรสโดยใช้การยกเลิกแอนะล็อกนิวคลีโอไทด์

พ.ศ. 2524 - ชุดวินิจฉัยโมโนโคลนอลแอนติบอดีชุดแรกได้รับการอนุมัติให้ใช้ในสหรัฐอเมริกา

พ.ศ. 2525 - อินซูลินของมนุษย์ที่ผลิตโดยเซลล์ Escherichia coli วางจำหน่าย วัคซีนสำหรับสัตว์ที่ได้รับโดยใช้เทคโนโลยีได้รับการอนุมัติให้ใช้ในประเทศแถบยุโรป
ดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ อินเตอร์เฟอรอนที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม, ปัจจัยการตายของเนื้องอก, อินเตอร์ลิวคิน-2, ฮอร์โมนโซมาโตโทรปิกของมนุษย์ ฯลฯ ได้รับการพัฒนา

1986 - K. Mullis พัฒนาวิธีปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR)

พ.ศ. 2531 - เริ่มการผลิตอุปกรณ์และชุดวินิจฉัย PCR ขนาดใหญ่

พ.ศ. 2540 (ค.ศ. 1997) สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมตัวแรก (แกะดอลลี่) ถูกโคลนจากเซลล์ร่างกายที่แตกต่าง

นักวิทยาศาสตร์ในประเทศที่โดดเด่นเช่น L.S. Tsenkovsky, S.N. วิเชเลสสกี, M.V. Likhachev, N.N. กินซ์เบิร์ก, เอส.จี. Kolesov, Y.R. Kolyakov, R.V. เปตรอฟ, วี.วี. Kafarov และคนอื่นๆ มีส่วนสนับสนุนอันล้ำค่าในการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพ

ความสำเร็จที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยีชีวภาพในช่วงที่ 4:

1. การพัฒนากระบวนการที่เข้มข้น (แทนที่จะเป็นกระบวนการที่กว้างขวาง) โดยอิงจากการวิจัยพื้นฐานที่ตรงเป้าหมาย (ร่วมกับผู้ผลิตยาปฏิชีวนะ เอนไซม์ กรดอะมิโน วิตามิน)

2. การได้รับซูเปอร์โปรดิวเซอร์

3. การสร้างผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่จำเป็นสำหรับมนุษย์โดยอาศัยเทคโนโลยีทางพันธุวิศวกรรม

4. การสร้างสิ่งมีชีวิตที่ผิดปกติซึ่งไม่เคยมีอยู่ในธรรมชาติมาก่อน

5. การพัฒนาและการใช้งานอุปกรณ์พิเศษสำหรับระบบเทคโนโลยีชีวภาพ

6. ระบบอัตโนมัติและคอมพิวเตอร์ของกระบวนการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพโดยใช้วัตถุดิบให้เกิดประโยชน์สูงสุดและใช้พลังงานน้อยที่สุด

ความสำเร็จของเทคโนโลยีชีวภาพข้างต้นกำลังถูกนำไปใช้ในระบบเศรษฐกิจของประเทศและจะนำไปปฏิบัติในอีก 10-15 ปีข้างหน้า ในอนาคตอันใกล้นี้ เสาหลักใหม่ของเทคโนโลยีชีวภาพจะถูกกำหนด การค้นพบและความก้าวหน้าใหม่ๆ รอเราอยู่

1.3. ระบบชีวภาพ วัตถุ และวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพ

คำศัพท์หนึ่งในเทคโนโลยีชีวภาพคือแนวคิดของ "ระบบชีวภาพ" ลักษณะทั่วไปของระบบชีวภาพ (สิ่งมีชีวิต) สามารถลดลงเหลือคุณสมบัติหลักสามประการที่มีอยู่ในตัว:

1. ระบบสิ่งมีชีวิตเป็นระบบเปิดที่ต่างกันซึ่งแลกเปลี่ยนสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม

2. ระบบเหล่านี้ควบคุมตนเอง ควบคุมตนเอง โต้ตอบ เช่น สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกับสิ่งแวดล้อมเพื่อรักษาโครงสร้างและควบคุมกระบวนการเผาผลาญ

3. ระบบสิ่งมีชีวิตกำลังสืบพันธุ์ได้เอง (เซลล์ สิ่งมีชีวิต)

ตามโครงสร้างของพวกเขา ระบบชีวภาพถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบ (ระบบย่อย) ที่เชื่อมโยงถึงกันและโดดเด่นด้วยองค์กรที่ซับซ้อน (อะตอม, โมเลกุล, ออร์แกเนลล์, เซลล์, สิ่งมีชีวิต, ประชากร, ชุมชน)

การควบคุมในเซลล์เป็นการผสมผสานระหว่างกระบวนการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนและเอนไซม์ที่จำเป็นในการทำหน้าที่เฉพาะ และกระบวนการต่อเนื่องของการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมระหว่างการทำงานร่วมกันของรหัส DNA แฝดในนิวเคลียสและโมเลกุลขนาดใหญ่ในไรโบโซม การเสริมสร้างและการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับปริมาณของผลิตภัณฑ์เริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกี่ยวข้อง ต้องขอบคุณองค์กรที่ซับซ้อนนี้ ระบบชีวภาพจึงแตกต่างจากวัตถุไม่มีชีวิตทั้งหมด

พฤติกรรมของระบบชีวภาพคือปฏิกิริยาทั้งหมดในการตอบสนองต่ออิทธิพลภายนอกเช่น งานทั่วไปที่สุดของระบบควบคุมสิ่งมีชีวิตคือการรักษาพื้นฐานพลังงานภายใต้สภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไป

น.เอ็ม. Amosov แบ่งระบบชีวภาพทั้งหมดออกเป็นห้าระดับของความซับซ้อนตามลำดับชั้น: สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ ประชากร biogeocenosis และชีวมณฑล

สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ได้แก่ ไวรัส แบคทีเรีย และโปรโตซัว หน้าที่ของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวคือการแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม การเจริญเติบโตและการแบ่งตัว ปฏิกิริยาต่อสิ่งเร้าภายนอกในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงการเผาผลาญและรูปแบบการเคลื่อนไหว ฟังก์ชั่นทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวได้รับการสนับสนุนผ่านกระบวนการทางชีวเคมีในลักษณะของเอนไซม์และผ่านการเผาผลาญพลังงานตั้งแต่วิธีการรับพลังงานไปจนถึงการสังเคราะห์โครงสร้างใหม่หรือการสลายโครงสร้างที่มีอยู่ กลไกเดียวของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่รับประกันการปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมคือกลไกของการเปลี่ยนแปลงในยีน DNA แต่ละตัวและผลที่ตามมาคือการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนของเอนไซม์และการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาทางชีวเคมี

พื้นฐานของแนวทางที่เป็นระบบในการวิเคราะห์โครงสร้างของระบบชีวภาพคือการเป็นตัวแทนในรูปแบบของสององค์ประกอบ - พลังงานและการควบคุม

ในรูป 1. แสดงแผนผังทั่วไปของพลังงานและการไหลของข้อมูลในระบบชีวภาพใดๆ องค์ประกอบหลักคือองค์ประกอบพลังงานที่กำหนดโดย MS (ระบบเมตาบอลิซึม) และส่วนประกอบควบคุมที่กำหนดโดย P (การควบคุมทางพันธุกรรมและสรีรวิทยา) และการส่งสัญญาณควบคุมไปยังเอฟเฟกต์ (E) หน้าที่หลักของระบบเมตาบอลิซึมคือการจัดหาพลังงานให้กับระบบชีวภาพ

ข้าว. 1. การไหลของพลังงานและข้อมูลในระบบชีวภาพ

โครงสร้างของระบบชีวภาพได้รับการดูแลโดยกลไกการควบคุมทางพันธุกรรม การรับพลังงานและข้อมูลจากระบบอื่น ๆ ในรูปแบบของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม (เมตาโบไลต์) และในช่วงระยะเวลาของการก่อตัว - ในรูปของฮอร์โมน ระบบพันธุกรรมจะควบคุมกระบวนการสังเคราะห์สารที่จำเป็นและสนับสนุนกิจกรรมที่สำคัญของระบบอื่น ๆ ของร่างกาย และกระบวนการในระบบนี้ดำเนินไปค่อนข้างช้า

แม้ว่าระบบชีวภาพจะมีความหลากหลาย แต่ความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติทางชีวภาพของระบบชีวภาพก็ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ในระบบที่ซับซ้อน ความเป็นไปได้ในการปรับตัวมีมากกว่าระบบธรรมดามาก ในระบบที่เรียบง่าย ฟังก์ชันเหล่านี้มีให้โดยกลไกจำนวนเล็กน้อย และมีความอ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมภายนอกมากกว่า

ระบบชีวภาพมีลักษณะเฉพาะด้วยความหลากหลายเชิงคุณภาพ ซึ่งแสดงให้เห็นความจริงที่ว่าภายในระบบชีวภาพการทำงานเดียวกัน ระบบย่อยที่มีสัญญาณควบคุมที่เหมาะสมในเชิงคุณภาพที่แตกต่างกัน (เคมี กายภาพ ข้อมูล) ทำงานร่วมกันและกลมกลืนกัน

ลำดับชั้นของระบบชีวภาพแสดงออกมาในความซับซ้อนอย่างค่อยเป็นค่อยไปของฟังก์ชันในระดับหนึ่งของลำดับชั้นและการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันไปยังฟังก์ชันที่แตกต่างกันในเชิงคุณภาพในระดับถัดไปของลำดับชั้นตลอดจนในการสร้างเฉพาะของระบบชีวภาพต่างๆ การวิเคราะห์และ ควบคุมในลำดับที่ฟังก์ชันเอาต์พุตสุดท้ายของระดับลำดับชั้นพื้นฐานถูกรวมเป็นองค์ประกอบในระดับที่สูงกว่า

การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมและวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องนั้นเป็นไปไม่ได้หากปราศจากเอกภาพของคุณสมบัติที่ขัดแย้งกันสองประการ ได้แก่ โครงสร้าง-หน้าที่และความน่าจะเป็นของโครงสร้าง-หน้าที่ ความสุ่ม และความแปรปรวน

โครงสร้างและโครงสร้างการทำงานปรากฏให้เห็นในทุกระดับของระบบชีวภาพ และมีลักษณะเฉพาะคือความเสถียรสูงของชนิดพันธุ์ทางชีววิทยาและรูปแบบของมัน ในระดับโมเลกุลขนาดใหญ่ คุณสมบัตินี้ได้รับการรับรองโดยการจำลองแบบของโมเลกุลขนาดใหญ่ ในระดับเซลล์ - โดยการแบ่ง ในระดับบุคคลและประชากร - โดยการสืบพันธุ์ของแต่ละบุคคลผ่านการสืบพันธุ์

เนื่องจากวัตถุหรือระบบทางชีวภาพที่เทคโนโลยีชีวภาพใช้ อันดับแรกจำเป็นต้องตั้งชื่อจุลินทรีย์ที่มีเซลล์เดียว รวมถึงเซลล์สัตว์และพืช การเลือกวัตถุเหล่านี้จะถูกกำหนดโดยประเด็นต่อไปนี้:

1. เซลล์เป็น “โรงงานชีวภาพ” ประเภทหนึ่งที่ผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าต่างๆ ในช่วงชีวิต เช่น โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต วิตามิน กรดนิวคลีอิก กรดอะมิโน ยาปฏิชีวนะ ฮอร์โมน แอนติบอดี แอนติเจน เอนไซม์ แอลกอฮอล์ เป็นต้น หลายๆ เซลล์เหล่านี้ ผลิตภัณฑ์ที่มีความจำเป็นอย่างยิ่งในชีวิตมนุษย์ ยังไม่มีการผลิตด้วยวิธี "ที่ไม่ใช่เทคโนโลยีชีวภาพ" เนื่องจากวัตถุดิบขาดแคลนหรือมีต้นทุนสูง
หรือความซับซ้อนของกระบวนการทางเทคโนโลยี

2. เซลล์สืบพันธุ์ได้เร็วมาก ดังนั้นเซลล์แบคทีเรียจะแบ่งทุกๆ 20 - 60 นาที เซลล์ยีสต์จะแบ่งทุกๆ 1.5 - 2 ชั่วโมง เซลล์สัตว์จะแบ่งทุกๆ 24 ชั่วโมง ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มชีวมวลจำนวนมหาศาลในระดับอุตสาหกรรมได้ในเวลาอันสั้น ในเซลล์จุลินทรีย์ สัตว์ หรือพืชที่มีสารอาหารค่อนข้างถูกและไม่ไม่เพียงพอ ตัวอย่างเช่น ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่มีความจุ 100 ม. 3 เซลล์จุลินทรีย์ 10" 6 - 10 18 สามารถเจริญเติบโตได้ใน 2 - 3 วัน ในช่วงชีวิตของเซลล์ เมื่อเซลล์เติบโต ผลิตภัณฑ์อันทรงคุณค่าจำนวนมากจะเข้ามา สิ่งแวดล้อมและเซลล์เองก็เป็นคลังของผลิตภัณฑ์เหล่านี้

3. การสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารที่ซับซ้อน เช่น โปรตีน ยาปฏิชีวนะ แอนติเจน แอนติบอดี ฯลฯ มีความประหยัดและเข้าถึงได้ทางเทคโนโลยีมากกว่าการสังเคราะห์ทางเคมี ในเวลาเดียวกัน ตามกฎแล้ววัตถุดิบเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพนั้นง่ายกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่าวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์อื่น ๆ
ประเภทของการสังเคราะห์ สำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพ จะใช้ของเสียจากการเกษตร การประมง อุตสาหกรรมอาหาร วัตถุดิบจากพืช (เวย์ ยีสต์ ไม้ กากน้ำตาล ฯลฯ)

4. ความเป็นไปได้ในการดำเนินกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพในระดับอุตสาหกรรมเช่น ความพร้อมของอุปกรณ์เทคโนโลยีที่เหมาะสม ความพร้อมของวัตถุดิบ เทคโนโลยีการประมวลผล ฯลฯ

ดังนั้นธรรมชาติจึงให้ระบบสิ่งมีชีวิตแก่นักวิจัยซึ่งประกอบด้วยและสังเคราะห์ส่วนประกอบที่เป็นเอกลักษณ์และประการแรกคือกรดนิวคลีอิกด้วยการค้นพบว่าเทคโนโลยีชีวภาพและวิทยาศาสตร์โลกโดยรวมเริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็ว

วัตถุประสงค์ของเทคโนโลยีชีวภาพ ได้แก่ ไวรัส แบคทีเรีย เชื้อรา สิ่งมีชีวิตโปรโตซัว เซลล์ (เนื้อเยื่อ) ของพืช สัตว์ และมนุษย์ สารที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพ (เช่น เอนไซม์ พรอสตาแกลนดิน เลคติน กรดนิวคลีอิก) โมเลกุล

ในเรื่องนี้เราสามารถพูดได้ว่าวัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพเกี่ยวข้องกับจุลินทรีย์หรือเซลล์พืชและสัตว์ ในทางกลับกัน ร่างกายสามารถมีลักษณะเป็นระบบของการสังเคราะห์ที่ประหยัด ซับซ้อน กะทัดรัด ตรงเป้าหมาย ดำเนินการอย่างต่อเนื่องและกระตือรือร้นด้วยการบำรุงรักษาพารามิเตอร์ที่จำเป็นทั้งหมดอย่างเหมาะสมที่สุด

วิธีการที่ใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพถูกกำหนดไว้ในสองระดับ: เซลล์และโมเลกุล ทั้งสองถูกกำหนดโดยวัตถุคู่

ในกรณีแรก พวกมันเกี่ยวข้องกับเซลล์แบคทีเรีย (สำหรับการผลิตการเตรียมวัคซีน), แอกติโนไมซีต (สำหรับการผลิตยาปฏิชีวนะ), ไมโครไมซีต (สำหรับการผลิตกรดซิตริก), เซลล์สัตว์ (สำหรับการผลิตวัคซีนต้านไวรัส), มนุษย์ เซลล์ (สำหรับการผลิตอินเตอร์เฟอรอน) เป็นต้น

ในกรณีที่สอง พวกมันเกี่ยวข้องกับโมเลกุล เช่น กรดนิวคลีอิก อย่างไรก็ตามในขั้นตอนสุดท้ายระดับโมเลกุลจะเปลี่ยนเป็นระดับเซลล์ เซลล์สัตว์และพืช เซลล์จุลินทรีย์ในกระบวนการดำเนินชีวิต (การดูดซึมและการสลายตัว) ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ใหม่และหลั่งสารเมตาโบไลต์ขององค์ประกอบทางกายภาพและเคมีต่างๆ และผลกระทบทางชีวภาพ

เมื่อเซลล์เติบโตขึ้น ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์จำนวนมากจะเกิดขึ้นภายในเซลล์ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของสารประกอบระดับกลาง ซึ่งในทางกลับกันจะถูกแปลงเป็นโครงสร้างของเซลล์ สารประกอบขั้นกลางที่เป็นส่วนประกอบ ได้แก่ กรดอะมิโน 20 ตัว ไรโบนิวคลีโอไทด์ 4 ตัว ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ 4 ตัว วิตามิน 10 ชนิด โมโนแซ็กคาไรด์ กรดไขมัน และเฮกโซซามีน จาก "อิฐ" "บล็อก" เหล่านี้ถูกสร้างขึ้น: โปรตีนประมาณ 2,000, DNA, RNA สามประเภท, โพลีแซ็กคาไรด์, ไขมัน, เอนไซม์ “บล็อก” ที่ได้นั้นใช้สำหรับการสร้างโครงสร้างเซลล์: นิวเคลียส, ไรโบโซม, เยื่อหุ้มเซลล์, ผนังเซลล์, ไมโตคอนเดรีย, แฟลเจลลา ฯลฯ ซึ่งประกอบเป็นเซลล์

ในแต่ละขั้นตอนของ "การสังเคราะห์ทางชีววิทยา" ของเซลล์ มีความเป็นไปได้ที่จะระบุผลิตภัณฑ์เหล่านั้นที่สามารถนำไปใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพได้

โดยทั่วไปผลิตภัณฑ์เซลล์เดียวจะแบ่งออกเป็น 4 ประเภท:

ก) เซลล์เองเป็นแหล่งของผลิตภัณฑ์เป้าหมาย ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียหรือไวรัสที่โตแล้วถูกนำมาใช้เพื่อผลิตวัคซีนคอร์ปัสคัสที่มีชีวิตหรือถูกฆ่า ยีสต์เป็นโปรตีนอาหารสัตว์หรือเป็นพื้นฐานในการได้รับไฮโดรไลเสตของสารอาหาร ฯลฯ

b) โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ถูกสังเคราะห์โดยเซลล์ในระหว่างกระบวนการเติบโต: เอนไซม์, สารพิษ, แอนติเจน, แอนติบอดี, เพปทิโดไกลแคน ฯลฯ

c) สารเมตาโบไลต์ปฐมภูมิ - สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (น้อยกว่า 1,500 ดาลตัน) ที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ เช่น กรดอะมิโน วิตามิน นิวคลีโอไทด์ กรดอินทรีย์

d) สารทุติยภูมิ (idiolites) - สารประกอบน้ำหนักโมเลกุลต่ำซึ่งไม่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์: ยาปฏิชีวนะ, อัลคาลอยด์, สารพิษ, ฮอร์โมน

วัตถุขนาดเล็กทั้งหมดที่ใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพจัดอยู่ในประเภทอะคาริโอต โปรหรือยูคาริโอต ตัวอย่างเช่น จากกลุ่มยูคาริโอต มันทำงานเป็นวัตถุทางชีวภาพที่มีเซลล์ของโปรโตซัว สาหร่าย และเชื้อรา จากกลุ่มของโปรคาริโอตที่มีเซลล์ของสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียวและแบคทีเรีย และอะคาริโอตที่มีไวรัส

วัตถุทางชีวภาพจากพิภพเล็กมีขนาดตั้งแต่นาโนเมตร (ไวรัส แบคทีเรีย) จนถึงมิลลิเมตรและเซนติเมตร (สาหร่ายยักษ์) และมีลักษณะเฉพาะด้วยอัตราการแพร่พันธุ์ที่ค่อนข้างรวดเร็ว ในอุตสาหกรรมยาสมัยใหม่มีการใช้วัตถุทางชีวภาพจำนวนมหาศาล การจัดกลุ่มที่ซับซ้อนมากและสามารถทำได้ดีที่สุดบนพื้นฐานของหลักการของสัดส่วน

วัตถุชีวภาพชุดใหญ่ไม่ได้ทำให้ฐานธาตุทั้งหมดที่เทคโนโลยีชีวภาพทำงานหมดไป ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านชีววิทยาและพันธุวิศวกรรมได้นำไปสู่การเกิดขึ้นของวัตถุทางชีวภาพใหม่ทั้งหมด เช่น แบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรม (ดัดแปลงพันธุกรรม) ไวรัส เชื้อรา พืช สัตว์ เซลล์มนุษย์ และไคเมรา

แม้ว่าสมาชิกของอาณาจักรมหาอำนาจทั้งหมดจะมีสารพันธุกรรม แต่อะคาริโอตที่แตกต่างกันก็ขาดกรดนิวคลีอิกประเภทใดประเภทหนึ่ง (RNA หรือ DNA) พวกมันไม่สามารถทำงานได้ (รวมถึงการทำซ้ำ) นอกเซลล์ที่มีชีวิต ดังนั้นจึงเป็นเรื่องถูกต้องตามกฎหมายที่จะเรียกพวกมันว่าไม่มีนิวเคลียร์ ปรสิตของไวรัสพัฒนาในระดับพันธุกรรม

ด้วยการตรวจสอบแบบกำหนดเป้าหมายของระบบนิเวศน์วิทยาต่างๆ ทำให้มีการระบุกลุ่มจุลินทรีย์ใหม่ที่ผลิตสารที่มีประโยชน์มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพได้ จำนวนจุลินทรีย์ที่ใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง

เมื่อเลือกวัตถุทางชีวภาพ ในทุกกรณีจะต้องปฏิบัติตามหลักการของความสามารถในการผลิต ดังนั้น หากในระหว่างรอบการเพาะปลูกจำนวนมาก คุณสมบัติของวัตถุทางชีวภาพไม่ได้รับการเก็บรักษาหรือมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ วัตถุทางชีวภาพนี้ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นเทคโนโลยีต่ำ เช่น ไม่สามารถยอมรับได้สำหรับการพัฒนาทางเทคโนโลยีหลังขั้นตอนการวิจัยในห้องปฏิบัติการ

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีชีวภาพ ธนาคารเฉพาะของวัตถุทางชีววิทยามีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะสมของจุลินทรีย์ที่มีคุณสมบัติที่ศึกษา เช่นเดียวกับธนาคารความเย็นของเซลล์สัตว์และพืช ซึ่งขณะนี้สามารถนำไปใช้เพื่อสร้างใหม่ได้สำเร็จโดยใช้วิธีการพิเศษ สิ่งมีชีวิตที่เป็นประโยชน์ต่อเทคโนโลยีชีวภาพ ในความเป็นจริง ธนาคารพืชผลเฉพาะทางดังกล่าวมีหน้าที่รับผิดชอบในการรักษาแหล่งรวมยีนที่มีคุณค่าอย่างยิ่ง

การรวบรวมวัฒนธรรมมีบทบาทสำคัญในการคุ้มครองพืชผลใหม่ตามกฎหมายและในการสร้างมาตรฐานของกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพ คอลเลกชันเหล่านี้ดำเนินการเก็บรักษา บำรุงรักษา และจัดเตรียมจุลินทรีย์ที่มีสายพันธุ์ พลาสมิด ฟาจ ไลน์เซลล์ สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และประยุกต์ และสำหรับการผลิตที่เกี่ยวข้อง นอกเหนือจากภารกิจหลักแล้ว การรวบรวมวัฒนธรรม - การรับรองความมีชีวิตและการรักษาคุณสมบัติทางพันธุกรรมของสายพันธุ์ - มีส่วนช่วยในการพัฒนาการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ (ในสาขาอนุกรมวิธาน เซลล์วิทยา สรีรวิทยา) และยังมีวัตถุประสงค์ทางการศึกษาอีกด้วย พวกเขาทำหน้าที่ที่ขาดไม่ได้ในฐานะแหล่งสะสมสายพันธุ์ที่ได้รับสิทธิบัตร ตามกฎสากล ไม่เพียงแต่ผู้ผลิตที่มีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังสามารถจดสิทธิบัตรและฝากพืชผลที่ใช้ในพันธุวิศวกรรมได้อีกด้วย

นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจอย่างมากต่อการสร้างวัตถุทางชีวภาพใหม่ๆ ที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติอย่างมีจุดมุ่งหมาย ประการแรกควรสังเกตการสร้างเซลล์ใหม่ของจุลินทรีย์ พืช สัตว์ โดยใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม แน่นอนว่าการสร้างวัตถุทางชีวภาพใหม่ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการปรับปรุงการคุ้มครองทางกฎหมายของสิ่งประดิษฐ์ในสาขาพันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพโดยทั่วไป มีการกำหนดทิศทางที่เกี่ยวข้องกับการสร้างเซลล์เทียม ปัจจุบันมีวิธีการต่างๆ ที่ทำให้ได้เซลล์เทียมโดยใช้วัสดุสังเคราะห์และชีวภาพหลายชนิด เช่น เยื่อหุ้มเซลล์เทียมที่มีคุณสมบัติการซึมผ่านและพื้นผิวที่กำหนด วัสดุบางชนิดสามารถบรรจุอยู่ภายในเซลล์ดังกล่าวได้ เช่น ระบบเอนไซม์ สารสกัดจากเซลล์ เซลล์ชีวภาพ วัสดุแม่เหล็ก ไอโซโทป แอนติบอดี แอนติเจน ฮอร์โมน ฯลฯ การใช้เซลล์เทียมให้ผลลัพธ์เชิงบวกในการผลิตอินเตอร์เฟอรอนและโมโนโคลนอลแอนติบอดีใน การสร้างสารอิมมูโนซอร์เบนท์ เป็นต้น

กำลังพัฒนาแนวทางการสร้างเอนไซม์เทียมและอะนาลอกของเอนไซม์ที่มีเสถียรภาพและกิจกรรมเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ของโครงแบบสเตอริโอที่ต้องการถูกดำเนินการ และวิธีการของการกลายพันธุ์ที่เป็นเป้าหมายกำลังถูกค้นหาเพื่อแทนที่กรดอะมิโนหนึ่งตัวด้วยอีกตัวหนึ่งในโมเลกุลของเอนไซม์ มีการพยายามสร้างแบบจำลองตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่มีเอนไซม์

ควรระบุกลุ่มของวัตถุทางชีวภาพต่อไปนี้ว่ามีแนวโน้มมากที่สุด:

รีคอมบิแนนท์ กล่าวคือ สิ่งมีชีวิตที่ได้จากพันธุวิศวกรรม

เซลล์เนื้อเยื่อพืชและสัตว์

จุลินทรีย์และเอนไซม์ทนความร้อน

สิ่งมีชีวิตไร้ออกซิเจน

การเชื่อมโยงสำหรับการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นที่ซับซ้อน

วัตถุทางชีวภาพที่ถูกตรึงไว้

กระบวนการสร้างวัตถุทางชีวภาพ (จุลินทรีย์หรือเซลล์เนื้อเยื่อ) เทียมประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงข้อมูลทางพันธุกรรมเพื่อกำจัดสิ่งที่ไม่พึงประสงค์และปรับปรุงคุณสมบัติที่ต้องการหรือให้คุณสมบัติใหม่ทั้งหมด การเปลี่ยนแปลงที่ตรงเป้าหมายที่สุดสามารถทำได้โดยการรวมตัวกันใหม่ - การกระจายยีนหรือส่วนของยีนใหม่และการรวมข้อมูลทางพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตตั้งแต่สองตัวขึ้นไปในสิ่งมีชีวิตเดียว โดยเฉพาะอย่างยิ่งการผลิตสิ่งมีชีวิตรีคอมบิแนนท์สามารถทำได้โดยโปรโตพลาสต์ฟิวชั่น โดยการถ่ายโอนพลาสมิดตามธรรมชาติ และโดยวิธีพันธุวิศวกรรม

ในขั้นตอนของการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพนี้ สารชีวภาพที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมรวมถึงเซลล์เนื้อเยื่อพืชและสัตว์ รวมถึงไฮบริโดมาและการปลูกถ่าย การเพาะเลี้ยงเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกำลังผลิตวัคซีนอินเตอร์เฟอรอนและไวรัสอยู่แล้ว ในอนาคตอันใกล้นี้ จะมีการผลิตโมโนโคลนอลแอนติบอดีในวงกว้าง แอนติเจนที่พื้นผิวของเซลล์มนุษย์ และปัจจัยที่สร้างเส้นเลือดใหม่

ด้วยการพัฒนาวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพ จะให้ความสำคัญกับการใช้จุลินทรีย์ที่ชอบความร้อนและเอนไซม์ของพวกมันเพิ่มมากขึ้น

เอนไซม์ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ที่ชอบความร้อนนั้นมีความคงตัวทางความร้อนและมีความต้านทานต่อการสูญเสียสภาพธรรมชาติได้สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเอนไซม์จากมีโซฟิล การดำเนินการกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพที่อุณหภูมิสูงโดยใช้เอนไซม์จากจุลินทรีย์ที่ชอบความร้อนมีข้อดีหลายประการ:

1) ความเร็วของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น

2) ความสามารถในการละลายของรีเอเจนต์เพิ่มขึ้นและด้วยเหตุนี้ผลผลิตของกระบวนการจึงเพิ่มขึ้น

3) ความเป็นไปได้ของการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในตัวกลางปฏิกิริยาจะลดลง

มีการฟื้นตัวในกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพโดยใช้จุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งมักจะเป็นเทอร์โมฟิลิกเช่นกัน กระบวนการไร้ออกซิเจนดึงดูดความสนใจของนักวิจัยเนื่องจากขาดพลังงานและความเป็นไปได้ในการผลิตก๊าซชีวภาพ เนื่องจากการเพาะปลูกแบบไม่ใช้ออกซิเจนไม่ต้องการการเติมอากาศจากสิ่งแวดล้อม และกระบวนการทางชีวเคมีก็มีความเข้มข้นน้อยกว่า ระบบกำจัดความร้อนจึงง่ายขึ้น กระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนจึงถือเป็นการประหยัดพลังงาน

จุลินทรีย์ไร้อากาศถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการแปรรูปของเสีย (ชีวมวลของพืช ของเสียจากอุตสาหกรรมอาหาร ของเสียในครัวเรือน ฯลฯ) และน้ำเสีย (น้ำเสียในครัวเรือนและอุตสาหกรรม ปุ๋ยคอก) ให้เป็นก๊าซชีวภาพ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การใช้วัฒนธรรมผสมของจุลินทรีย์และความสัมพันธ์ตามธรรมชาติของจุลินทรีย์ได้ขยายตัวมากขึ้น ในสถานการณ์ทางชีววิทยาที่แท้จริงในธรรมชาติ จุลินทรีย์มีอยู่ในรูปแบบของชุมชนที่มีประชากรต่างกัน เชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิดและทำให้เกิดการหมุนเวียนของสารในธรรมชาติ

ข้อได้เปรียบหลักของพืชผสมเมื่อเปรียบเทียบกับการปลูกเชิงเดี่ยวมีดังนี้:

ความสามารถในการใช้พื้นผิวที่ซับซ้อนและต่างกัน ซึ่งมักไม่เหมาะสมสำหรับการปลูกพืชเชิงเดี่ยว

ความสามารถในการทำให้แร่สารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อน

เพิ่มความสามารถในการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพของสารอินทรีย์

เพิ่มความต้านทานต่อสารพิษรวมถึงโลหะหนัก

เพิ่มความต้านทานต่ออิทธิพลของสิ่งแวดล้อม

ผลผลิตเพิ่มขึ้น

การแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรมที่เป็นไปได้ระหว่างแต่ละสายพันธุ์ในชุมชน

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับกลุ่มของวัตถุทางชีววิทยาเช่นเอนไซม์ - ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพซึ่งการศึกษาในด้านที่ประยุกต์นั้นดำเนินการโดยเอนไซม์ทางวิศวกรรม หน้าที่หลักคือการพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพที่ใช้การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ซึ่งมักจะแยกได้จากระบบทางชีววิทยาหรืออยู่ภายในเซลล์ซึ่งปราศจากความสามารถในการเติบโตโดยเทียม ต้องขอบคุณเอนไซม์ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่อเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นหากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้จะเพิ่มขึ้น 10 b - 10 12 เท่า

วัตถุทางชีวภาพที่ถูกตรึงควรแยกออกเป็นสาขาแยกต่างหากของการสร้างและการใช้วัตถุทางชีวภาพ วัตถุที่ถูกตรึงคือระบบที่กลมกลืนกัน โดยทั่วไปการกระทำจะถูกกำหนดโดยการเลือกองค์ประกอบหลักสามอย่างที่ถูกต้อง: วัตถุทางชีววิทยา ตัวพา และวิธีการผูกวัตถุเข้ากับตัวพา

ส่วนใหญ่จะใช้กลุ่มวิธีการต่อไปนี้ในการระดมวัตถุทางชีวภาพ:

รวมอยู่ในเจล, ไมโครแคปซูล;

การดูดซับบนตัวพาที่ไม่ละลายน้ำ

การจับโควาเลนต์กับตัวพา;

การเชื่อมขวางกับรีเอเจนต์แบบสองฟังก์ชันโดยไม่ต้องใช้ตัวพา

- “การรวมตัวในตัวเอง” ในกรณีที่เซลล์ไม่เสียหาย

ข้อได้เปรียบหลักของการใช้วัตถุทางชีวภาพที่ถูกตรึงคือ:

กิจกรรมสูง

ความสามารถในการควบคุมสภาพแวดล้อมจุลภาคของตัวแทน

ความสามารถในการแยกผลิตภัณฑ์เป้าหมายอย่างสมบูรณ์และรวดเร็ว

ความเป็นไปได้ของการจัดกระบวนการต่อเนื่องโดยการใช้วัตถุซ้ำๆ

ดังต่อไปนี้จากที่กล่าวมาข้างต้นในกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพคุณสามารถใช้วัตถุทางชีววิทยาจำนวนหนึ่งซึ่งมีระดับความซับซ้อนของการควบคุมทางชีววิทยาที่แตกต่างกันเช่นเซลล์เซลล์ย่อยโมเลกุล วิธีการสร้างระบบเทคโนโลยีชีวภาพทั้งหมดโดยตรงขึ้นอยู่กับลักษณะของวัตถุทางชีววิทยาโดยเฉพาะ

จากผลการวิจัยทางชีววิทยาขั้นพื้นฐาน ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติและความเป็นไปได้ของการใช้ระบบทางชีววิทยาเฉพาะอย่างประยุกต์ในฐานะหลักการเชิงรุกของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพจึงมีความลึกและขยายมากขึ้น ชุดของวัตถุทางชีวภาพได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

1.4. ทิศทางหลักของการพัฒนาวิธีการเทคโนโลยีชีวภาพทางสัตวแพทยศาสตร์

ในช่วง 40 - 50 ปีที่ผ่านมา วิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด ซึ่งนำไปสู่การปฏิวัติครั้งใหญ่ในการผลิตผลิตภัณฑ์ชีวภาพด้านสัตวแพทย์และทางการแพทย์ การสร้างพืชและสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมที่มีคุณสมบัติเฉพาะเฉพาะเจาะจง การวิจัยดังกล่าวถือเป็นประเด็นสำคัญของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในศตวรรษที่ 21 จะเป็นผู้นำในบรรดาวิทยาศาสตร์ทั้งหมด

แม้แต่การลงรายการผลิตภัณฑ์ชีวภาพในรูปแบบเชิงพาณิชย์อย่างง่าย ๆ ก็บ่งชี้ถึงความเป็นไปได้อันไร้ขีดจำกัดของเทคโนโลยีชีวภาพ อย่างไรก็ตาม ปัญหาสำคัญนี้สมควรได้รับรายละเอียดบางประการ

ในมุมมองของเรา ความสามารถของเทคโนโลยีชีวภาพมีความน่าประทับใจเป็นพิเศษในสามประเด็นหลัก

ประการแรกคือการผลิตโปรตีนจากจุลินทรีย์จำนวนมากเพื่อใช้เป็นอาหาร (เริ่มแรกใช้ไฮโดรไลเสตจากไม้ และจากนั้นก็ใช้ปิโตรเลียมไฮโดรคาร์บอน)

มีบทบาทสำคัญในการผลิตกรดอะมิโนที่จำเป็นซึ่งจำเป็นต่อองค์ประกอบของกรดอะมิโนที่สมดุลของสารเติมแต่งอาหารสัตว์

นอกเหนือจากโปรตีนในอาหารสัตว์ กรดอะมิโน วิตามิน และสารปรุงแต่งอาหารสัตว์อื่นๆ ที่เพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของอาหารสัตว์แล้ว ความเป็นไปได้ในการผลิตจำนวนมากและการใช้การเตรียมไวรัสและแบคทีเรียเพื่อป้องกันโรคของนกและสัตว์ในฟาร์ม เพื่อการควบคุมที่มีประสิทธิภาพ ศัตรูพืชทางการเกษตรมีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว การเตรียมทางจุลชีววิทยาแตกต่างจากสารเคมีหลายชนิด มีผลเฉพาะเจาะจงสูงต่อแมลงที่เป็นอันตรายและจุลินทรีย์ก่อโรคพืช ไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์และสัตว์ นก และแมลงที่เป็นประโยชน์ นอกเหนือจากการทำลายศัตรูพืชโดยตรงในช่วงระยะเวลาการรักษาแล้ว พวกมันยังทำหน้าที่กับลูกหลาน ลดอัตราการเจริญพันธุ์ และไม่ก่อให้เกิดการก่อตัวของสิ่งมีชีวิตที่เป็นอันตรายในรูปแบบที่ต้านทานได้

ศักยภาพของเทคโนโลยีชีวภาพในการผลิตการเตรียมเอนไซม์สำหรับการแปรรูปวัตถุดิบทางการเกษตรและการสร้างอาหารสัตว์ใหม่สำหรับปศุสัตว์นั้นมีมหาศาล

ทิศทางที่สองคือการพัฒนาเพื่อประโยชน์ของการพัฒนาวิทยาศาสตร์ชีวภาพ การดูแลสุขภาพ และสัตวแพทยศาสตร์ จากความสำเร็จของพันธุวิศวกรรมและอณูชีววิทยา เทคโนโลยีชีวภาพสามารถให้บริการดูแลสุขภาพด้วยวัคซีนและยาปฏิชีวนะที่มีประสิทธิภาพสูง โมโนโคลนอลแอนติบอดี อินเตอร์เฟอรอน วิตามิน กรดอะมิโน ตลอดจนเอนไซม์และผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพอื่นๆ เพื่อการวิจัยและการรักษา ยาเหล่านี้บางชนิดถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จไม่เพียง แต่ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงยาเชิงปฏิบัติและสัตวแพทยศาสตร์ด้วย

สุดท้าย ทิศทางที่สามคือการพัฒนาอุตสาหกรรม ในปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์จากการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพมีการบริโภคหรือใช้โดยอุตสาหกรรมอาหารและเบา (เอนไซม์) โลหะวิทยา (การใช้สารบางชนิดในกระบวนการลอยอยู่ในน้ำ การหล่อแบบแม่นยำ การรีดด้วยความแม่นยำ) อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ (การใช้ ของการเตรียมการจำนวนมากสำหรับการแปรรูปพืชและชีวมวลจุลินทรีย์ที่ซับซ้อนเมื่อเจาะบ่อ ระหว่างการทำความสะอาดแบบเลือกสรร ฯลฯ) อุตสาหกรรมยางและสีและสารเคลือบเงา (การปรับปรุงคุณภาพของยางสังเคราะห์ผ่านสารเติมแต่งโปรตีนบางชนิด) รวมถึงจำนวนหนึ่ง ของอุตสาหกรรมอื่นๆ

สาขาวิชาเทคโนโลยีชีวภาพที่มีการพัฒนาอย่างแข็งขัน ได้แก่ ไบโออิเล็กทรอนิกส์และชีวไฟฟ้าเคมี ไบโอนิก และนาโนเทคโนโลยี ซึ่งใช้ระบบชีวภาพหรือหลักการทำงานของระบบดังกล่าว

เซ็นเซอร์ที่มีเอนไซม์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ อุปกรณ์จำนวนหนึ่งได้รับการพัฒนาตามอุปกรณ์เหล่านี้ เช่น เครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์ราคาถูก แม่นยำ และเชื่อถือได้ อิมมูโนเซนเซอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพก็ปรากฏขึ้นเช่นกัน และบางตัวใช้เอฟเฟกต์สนามของทรานซิสเตอร์ ตามนั้นมีการวางแผนที่จะสร้างอุปกรณ์ที่ค่อนข้างถูกซึ่งสามารถระบุและรักษาความเข้มข้นของสารหลากหลายชนิดในของเหลวในร่างกายในระดับที่กำหนดซึ่งอาจทำให้เกิดการปฏิวัติในการวินิจฉัยทางชีววิทยา

ความสำเร็จของเทคโนโลยีชีวภาพทางสัตวแพทย์ในรัสเซีย เทคโนโลยีชีวภาพในฐานะวิทยาศาสตร์เริ่มพัฒนาในปี พ.ศ. 2439 แรงผลักดันคือความจำเป็นในการสร้างสารป้องกันและรักษาโรค เช่น โรคแอนแทรกซ์ โรคไรเดอร์เปสต์ โรคพิษสุนัขบ้า โรคปากและเท้าเปื่อย และโรคไตรชิโนซิส ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ทุกปีมีสัตว์มากกว่า 50,000 ตัวและผู้คน 20,000 คนเสียชีวิตจากโรคแอนแทรกซ์ สำหรับ พ.ศ. 2424 - 2449 วัว 3.5 ล้านตัวเสียชีวิตจากโรคระบาด ความเสียหายที่สำคัญเกิดจากคนเลี้ยงสัตว์ซึ่งฆ่าม้าและผู้คน

ความสำเร็จของสัตวแพทยศาสตร์ในประเทศและการปฏิบัติในการป้องกันโรคติดเชื้อโดยเฉพาะนั้นเกี่ยวข้องกับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่เกิดขึ้นในปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการแนะนำการปฏิบัติงานด้านสัตวแพทย์เกี่ยวกับยาป้องกันและวินิจฉัยโรคสำหรับกักกันและโรคสัตว์อันตรายโดยเฉพาะ (วัคซีนป้องกันโรคแอนแทรกซ์ โรคระบาด โรคพิษสุนัขบ้า สารก่อภูมิแพ้สำหรับการวินิจฉัยวัณโรค โรคต่อมไร้ท่อ ฯลฯ) ความเป็นไปได้ในการเตรียมเซรั่มภูมิต้านทานสูงเพื่อการรักษาและการวินิจฉัยได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้ว

ช่วงเวลานี้ถือเป็นองค์กรที่แท้จริงของอุตสาหกรรมชีวภาพอิสระในรัสเซีย

ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2473 ห้องปฏิบัติการและสถาบันแบคทีเรียวิทยาทางสัตวแพทย์ที่มีอยู่ในรัสเซียเริ่มขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญและบนพื้นฐานของการก่อสร้างโรงงานชีวภาพขนาดใหญ่และโรงงานแปรรูปทางชีวภาพเพื่อการผลิตวัคซีน เซรั่มและการวินิจฉัยเพื่อวัตถุประสงค์ทางสัตวแพทย์ได้เริ่มขึ้น ในช่วงเวลานี้มีการพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีเอกสารทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีตลอดจนวิธีการ (มาตรฐาน) เดียวกันสำหรับการผลิตการควบคุมและการใช้ยาในการเลี้ยงสัตว์และสัตวแพทยศาสตร์

ในช่วงทศวรรษที่ 30 โรงงานแห่งแรกถูกสร้างขึ้นเพื่อผลิตยีสต์อาหารสัตว์จากไฮโดรไลเสตจากไม้ ขยะทางการเกษตร และสุราซัลไฟต์ ภายใต้การนำของ V.N. เทคโนโลยีการผลิตอะซิโตนและบิวทานอลทางจุลชีววิทยาได้ประสบความสำเร็จแล้ว (รูปที่ 2)

การสอนของเขาเกี่ยวกับธรรมชาติของการหมักแบบสองเฟสมีบทบาทสำคัญในการสร้างรากฐานของเทคโนโลยีชีวภาพในประเทศ ในปีพ. ศ. 2469 ได้มีการศึกษารูปแบบพลังงานชีวภาพของการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรคาร์บอนโดยจุลินทรีย์ในสหภาพโซเวียต ในปีต่อๆ มา การพัฒนาด้านเทคโนโลยีชีวภาพถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศของเราเพื่อขยาย “กลุ่ม” ของยาปฏิชีวนะสำหรับยาและการเลี้ยงสัตว์ เอนไซม์ วิตามิน สารเจริญเติบโต และยาฆ่าแมลง

นับตั้งแต่ก่อตั้งสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์ All-Union เพื่อการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารโปรตีนในปี 1963 การผลิตชีวมวลจุลินทรีย์ที่อุดมด้วยโปรตีนขนาดใหญ่เป็นอาหารสัตว์ได้ก่อตั้งขึ้นในประเทศของเรา

ในปีพ. ศ. 2509 อุตสาหกรรมจุลชีววิทยาถูกแยกออกเป็นอุตสาหกรรมที่แยกจากกันและได้มีการจัดตั้งคณะกรรมการหลักของอุตสาหกรรมจุลชีววิทยาภายใต้สภารัฐมนตรีของสหภาพโซเวียต - Glavmicrobioprom

ตั้งแต่ปี 1970 ในประเทศของเรามีการวิจัยอย่างเข้มข้นเกี่ยวกับการคัดเลือกจุลินทรีย์เพื่อการเพาะปลูกอย่างต่อเนื่องเพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม

นักวิจัยโซเวียตมีส่วนร่วมในการพัฒนาวิธีการทางพันธุวิศวกรรมในปี พ.ศ. 2515 ควรสังเกตว่าโครงการ "Revertase" ประสบความสำเร็จในการดำเนินการในสหภาพโซเวียต - การผลิตเอนไซม์ "reverse transcriptase" ในระดับอุตสาหกรรม

การพัฒนาวิธีการศึกษาโครงสร้างของโปรตีน การอธิบายกลไกการทำงานและการควบคุมการทำงานของเอนไซม์เปิดทางไปสู่การปรับเปลี่ยนโปรตีนตามเป้าหมาย และนำไปสู่การกำเนิดของเอนไซม์วิทยาทางวิศวกรรม เอนไซม์ตรึงที่มีความเสถียรสูงกำลังกลายเป็นเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมต่างๆ

ความสำเร็จทั้งหมดนี้ได้นำเทคโนโลยีชีวภาพไปสู่อีกระดับหนึ่งซึ่งแตกต่างในเชิงคุณภาพจากครั้งก่อนด้วยความสามารถในการควบคุมกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพของเซลล์อย่างมีสติ

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาของการก่อตัวของการผลิตยาชีวภาพทางอุตสาหกรรมในประเทศของเรามีการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพที่สำคัญเกิดขึ้นในวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพสำหรับการผลิต:

การวิจัยได้ดำเนินการเพื่อให้ได้จุลินทรีย์สายพันธุ์ที่มีปริมาณคงที่และคงที่ทางพันธุกรรมเพื่อใช้ในการเตรียมวัคซีนที่มีชีวิต

สารอาหารชนิดใหม่ได้รับการพัฒนาสำหรับการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ รวมถึงสารอาหารที่ใช้ไฮโดรไลเสตและสารสกัดจากวัตถุดิบที่ไม่ใช่อาหาร

ได้รับสารอาหารจากเวย์คุณภาพสูงสำหรับเลปโตสไปราและจุลินทรีย์ที่ปลูกยากอื่นๆ

วิธีการเพาะเลี้ยงแบคทีเรีย เชื้อรา และไวรัสบางชนิดได้รับการพัฒนาวิธีการปฏิกรณ์แบบลึก

มีสายพันธุ์และเซลล์ใหม่ๆ ที่ไวต่อไวรัสหลายชนิด ซึ่งช่วยให้สามารถเตรียมและผลิตวัคซีนต้านไวรัสที่ได้มาตรฐานและมีฤทธิ์มากขึ้น

กระบวนการผลิตทั้งหมดใช้เครื่องจักรและเป็นอัตโนมัติ

วิธีการสมัยใหม่ในการรวมความเข้มข้นของการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์และผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพที่ทำแห้งแบบเยือกแข็งได้รับการพัฒนาและนำเข้าสู่การผลิต

ต้นทุนพลังงานต่อหน่วยการผลิตลดลง คุณภาพของผลิตภัณฑ์ชีวภาพได้รับมาตรฐานและปรับปรุง

วัฒนธรรมการผลิตผลิตภัณฑ์ชีวภาพได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น

ด้วยความสนใจอย่างยิ่งต่อการพัฒนาผลิตภัณฑ์ชีวภาพทางสัตวแพทย์สำหรับการป้องกัน การวินิจฉัยโรคติดเชื้อ และการรักษาสัตว์ป่วย ประเทศของเราจึงทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีอุตสาหกรรม และควบคุมการผลิตยาที่มีประสิทธิภาพ ราคาถูกกว่า และได้มาตรฐานมากขึ้น ข้อกำหนดหลักคือ:

ใช้ประสบการณ์ระดับโลก

ประหยัดทรัพยากร

การอนุรักษ์พื้นที่การผลิต

การจัดซื้อและติดตั้งอุปกรณ์และสายเทคโนโลยีที่ทันสมัย

ดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการพัฒนาและการค้นพบผลิตภัณฑ์ชีวภาพประเภทใหม่ สูตรใหม่และราคาถูกสำหรับการเตรียมสารอาหาร

ค้นหาสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ที่ออกฤทธิ์มากขึ้นโดยสัมพันธ์กับคุณสมบัติด้านแอนติเจน ภูมิคุ้มกัน และความสามารถในการผลิต

สถาบันการศึกษาของรัฐแห่งสหพันธรัฐด้านการศึกษาวิชาชีพระดับสูง "สถาบันสัตวแพทยศาสตร์และเทคโนโลยีชีวภาพแห่งรัฐมอสโกตั้งชื่อตาม เคไอ สเครเบียน"

บทคัดย่อเกี่ยวกับเทคโนโลยีชีวภาพ

"การบรรยายครั้งที่ 1"

งานเสร็จแล้ว

นักเรียนเอฟวีเอ็ม

4 คอร์ส 11 กลุ่ม

กอร์ดอน มาเรีย

วินัยที่ศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตถูกนำมาใช้ในการแก้ปัญหาทางเทคโนโลยีอย่างไรคือเทคโนโลยีชีวภาพ พูดง่ายๆ ก็คือเป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสิ่งมีชีวิตเพื่อค้นหาวิธีการใหม่ๆ ในการตอบสนองความต้องการของมนุษย์ ตัวอย่างเช่น พันธุวิศวกรรมหรือการโคลนนิ่งเป็นสาขาวิชาใหม่ที่ใช้ทั้งสิ่งมีชีวิตและเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ล่าสุดที่มีกิจกรรมเท่าเทียมกัน

เทคโนโลยีชีวภาพ: โดยย่อ

บ่อยครั้งที่แนวคิดเรื่อง "เทคโนโลยีชีวภาพ" สับสนกับพันธุวิศวกรรมซึ่งเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 20-21 แต่เทคโนโลยีชีวภาพหมายถึงงานที่มีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น เทคโนโลยีชีวภาพเชี่ยวชาญในการปรับเปลี่ยนพืชและสัตว์ผ่านการผสมพันธุ์และการคัดเลือกโดยมนุษย์ตามความต้องการของมนุษย์

วินัยนี้เปิดโอกาสให้มนุษยชาติปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหาร เพิ่มอายุขัยและผลผลิตของสิ่งมีชีวิต - นั่นคือสิ่งที่เทคโนโลยีชีวภาพเป็น

จนถึงทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา คำนี้ใช้เฉพาะในอุตสาหกรรมอาหารและการเกษตรเท่านั้น จนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1970 นักวิทยาศาสตร์เริ่มใช้คำว่า "เทคโนโลยีชีวภาพ" ในการวิจัยในห้องปฏิบัติการ เช่น การปลูกสิ่งมีชีวิตในหลอดทดลอง หรือการสร้างดีเอ็นเอรีคอมบิแนนต์ สาขาวิชานี้ตั้งอยู่บนพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ เช่น พันธุศาสตร์ ชีววิทยา ชีวเคมี คัพภวิทยา รวมถึงวิทยาการหุ่นยนต์ เคมี และเทคโนโลยีสารสนเทศ

จากแนวทางทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีใหม่ วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพได้รับการพัฒนาซึ่งประกอบด้วยสองตำแหน่งหลัก:

• การฝึกฝนวัตถุทางชีวภาพขนาดใหญ่และลึกในโหมดต่อเนื่องเป็นระยะ
• การเจริญเติบโตของเซลล์และเนื้อเยื่อภายใต้สภาวะพิเศษ

วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพใหม่ทำให้สามารถจัดการยีน สร้างสิ่งมีชีวิตใหม่ หรือเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเซลล์ที่มีชีวิตได้ ทำให้สามารถใช้ศักยภาพของสิ่งมีชีวิตได้อย่างกว้างขวางยิ่งขึ้น และเอื้อต่อกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์

ประวัติความเป็นมาของเทคโนโลยีชีวภาพ

ไม่ว่ามันจะฟังดูแปลกแค่ไหน เทคโนโลยีชีวภาพก็มีต้นกำเนิดมาจากอดีตอันไกลโพ้น เมื่อผู้คนเพิ่งเริ่มมีส่วนร่วมในการผลิตไวน์ การอบ และวิธีการปรุงอาหารอื่นๆ ตัวอย่างเช่น กระบวนการหมักทางเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งมีจุลินทรีย์มีส่วนร่วมอย่างแข็งขัน เป็นที่รู้จักในบาบิโลนโบราณซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

เทคโนโลยีชีวภาพเริ่มถือเป็นวิทยาศาสตร์เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้น ผู้ก่อตั้งคือนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส นักจุลชีววิทยา หลุยส์ ปาสเตอร์ และคำนี้ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดยวิศวกรชาวฮังการี คาร์ล เอเรกี (พ.ศ. 2460) ศตวรรษที่ 20 โดดเด่นด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์ โดยมีการใช้ความสำเร็จด้านเคมีและฟิสิกส์อย่างแข็งขัน ขั้นตอนสำคัญของการวิจัยคือการพัฒนาวิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์ที่มีชีวิต ในตอนแรก มีเพียงเชื้อราและแบคทีเรียเท่านั้นที่ปลูกเพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม แต่หลังจากผ่านไปหลายทศวรรษ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถสร้างเซลล์ใดๆ ก็ได้เพื่อควบคุมการพัฒนาของมันอย่างสมบูรณ์

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 อุตสาหกรรมการหมักและจุลชีววิทยามีการพัฒนาอย่างแข็งขัน ในเวลานี้มีความพยายามครั้งแรกในการสร้างการผลิตยาปฏิชีวนะ อาหารเข้มข้นชนิดแรกกำลังได้รับการพัฒนาและมีการตรวจสอบระดับของเอนไซม์ในผลิตภัณฑ์จากสัตว์และพืช ในปี พ.ศ. 2483 นักวิทยาศาสตร์ได้รับยาปฏิชีวนะตัวแรก - เพนิซิลิน สิ่งนี้กลายเป็นแรงผลักดันในการพัฒนาการผลิตยาทางอุตสาหกรรมสาขาอุตสาหกรรมยาทั้งหมดเกิดขึ้นซึ่งเป็นตัวแทนของหนึ่งในเซลล์ของเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่

ปัจจุบัน เทคโนโลยีชีวภาพถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ยา เกษตรกรรม และกิจกรรมของมนุษย์ในด้านอื่นๆ อีกมากมาย ดังนั้นจึงมีคำแนะนำทางวิทยาศาสตร์ใหม่ ๆ มากมายที่มีคำนำหน้าว่า "ชีวภาพ"

วิศวกรรมชีวภาพ

เมื่อถูกถามว่าเทคโนโลยีชีวภาพคืออะไร ประชากรส่วนใหญ่จะตอบอย่างไม่ต้องสงสัยว่านี่เป็นเพียงพันธุวิศวกรรมเท่านั้น นี่เป็นเรื่องจริงบางส่วน แต่วิศวกรรมเป็นเพียงส่วนหนึ่งของสาขาวิชาเทคโนโลยีชีวภาพในวงกว้างเท่านั้น

วิศวกรรมชีวภาพเป็นสาขาวิชาที่มีกิจกรรมหลักเพื่อปรับปรุงสุขภาพของมนุษย์โดยการรวมความรู้จากสาขาวิศวกรรมศาสตร์ การแพทย์ ชีววิทยา และนำไปใช้ในทางปฏิบัติ ชื่อเต็มของสาขาวิชานี้คือวิศวกรรมชีวการแพทย์ ความเชี่ยวชาญหลักของเธอคือการแก้ปัญหาทางการแพทย์ การใช้เทคโนโลยีชีวภาพในการแพทย์ทำให้สามารถสร้างแบบจำลอง พัฒนาและศึกษาสารใหม่ๆ พัฒนาเภสัชภัณฑ์ และแม้กระทั่งช่วยชีวิตบุคคลจากโรคประจำตัวที่ถ่ายทอดผ่านทาง DNA ผู้เชี่ยวชาญในสาขานี้สามารถสร้างอุปกรณ์และอุปกรณ์เพื่อดำเนินการตามขั้นตอนใหม่ได้ ด้วยการใช้เทคโนโลยีชีวภาพในทางการแพทย์ ข้อต่อเทียม เครื่องกระตุ้นหัวใจ ผิวหนังเทียม และเครื่องปอดและหัวใจจึงได้รับการพัฒนา ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ใหม่ วิศวกรชีวภาพสามารถสร้างโปรตีนที่มีคุณสมบัติใหม่โดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์

ชีวการแพทย์และเภสัชวิทยา

การพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพทำให้สามารถมองการแพทย์ในรูปแบบใหม่ได้ ด้วยการพัฒนาพื้นฐานทางทฤษฎีเกี่ยวกับร่างกายมนุษย์ ผู้เชี่ยวชาญในสาขานี้มีโอกาสที่จะใช้นาโนเทคโนโลยีเพื่อเปลี่ยนแปลงระบบทางชีววิทยา การพัฒนาชีวการแพทย์ทำให้เกิดแรงผลักดันให้เกิดนาโนการแพทย์ขึ้นมา โดยมีกิจกรรมหลักคือการตรวจสอบ แก้ไข และออกแบบระบบสิ่งมีชีวิตในระดับโมเลกุล เช่น การส่งมอบยาตามเป้าหมาย นี่ไม่ใช่การส่งสินค้าจากร้านขายยาไปที่บ้านของคุณ แต่เป็นการส่งยาไปยังเซลล์ที่เป็นโรคของร่างกายโดยตรง

ชีวเภสัชวิทยาก็กำลังพัฒนาเช่นกัน เป็นการศึกษาผลกระทบที่สารที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพหรือเทคโนโลยีชีวภาพมีต่อร่างกาย การวิจัยในสาขาความรู้นี้มุ่งเน้นไปที่การศึกษาชีวเภสัชภัณฑ์และการพัฒนาวิธีการสร้าง ในชีวเภสัชวิทยา สารรักษาโรคได้มาจากระบบชีวภาพที่มีชีวิตหรือเนื้อเยื่อของร่างกาย

ชีวสารสนเทศศาสตร์และไบโอนิค

แต่เทคโนโลยีชีวภาพไม่เพียงแต่เป็นการศึกษาโมเลกุลของเนื้อเยื่อและเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น แต่ยังเป็นการประยุกต์เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อีกด้วย ดังนั้นชีวสารสนเทศจึงเกิดขึ้น ประกอบด้วยชุดแนวทางต่างๆ เช่น:

• ชีวสารสนเทศศาสตร์จีโนมนั่นคือวิธีการวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการเปรียบเทียบจีโนม
• ชีวสารสนเทศเชิงโครงสร้างการพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ทำนายโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน
• การคำนวณการสร้างวิธีการคำนวณที่สามารถควบคุมระบบทางชีววิทยาได้

ในสาขาวิชานี้ จะใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ คอมพิวเตอร์เชิงสถิติ และวิทยาการคอมพิวเตอร์ร่วมกับวิธีการทางชีววิทยา เช่นเดียวกับในชีววิทยาเทคนิคของวิทยาการคอมพิวเตอร์และคณิตศาสตร์ถูกนำมาใช้ ดังนั้นในวิทยาศาสตร์ที่แน่นอนในปัจจุบันพวกเขาจึงสามารถใช้หลักคำสอนของการจัดระเบียบของสิ่งมีชีวิตได้ เหมือนในไบโอนิค นี่คือวิทยาศาสตร์ประยุกต์ที่ใช้หลักการและโครงสร้างของธรรมชาติที่มีชีวิตในอุปกรณ์ทางเทคนิค เราสามารถพูดได้ว่านี่เป็นการพึ่งพาอาศัยกันของชีววิทยาและเทคโนโลยี แนวทางทางวินัยในด้านไบโอนิคจะพิจารณาทั้งชีววิทยาและเทคโนโลยีจากมุมมองใหม่ ไบโอนิคส์พิจารณาความเหมือนและความแตกต่างระหว่างสาขาวิชาเหล่านี้ วินัยนี้มีสามประเภทย่อย - ชีววิทยา ทฤษฎี และเทคนิค ไบโอนิคชีวภาพศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบชีวภาพ ไบโอนิคทางทฤษฎีสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบชีวภาพ และเทคนิคไบโอนิคใช้การพัฒนาไบโอนิคเชิงทฤษฎีเพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ

อย่างที่คุณเห็น ความสำเร็จของเทคโนโลยีชีวภาพแพร่หลายในวงการแพทย์สมัยใหม่และการดูแลสุขภาพ แต่นี่เป็นเพียงส่วนเล็กเท่านั้น ดังที่ได้กล่าวไปแล้วเทคโนโลยีชีวภาพเริ่มพัฒนาตั้งแต่วินาทีที่คนเริ่มเตรียมอาหารของตัวเองและหลังจากนั้นก็มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเกษตรเพื่อปลูกพืชพันธุ์ใหม่และเพาะพันธุ์สัตว์เลี้ยงสายพันธุ์ใหม่

วิศวกรรมเซลล์

เทคนิคที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพคือพันธุศาสตร์และวิศวกรรมเซลล์ซึ่งเน้นไปที่การสร้างเซลล์ใหม่ ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือเหล่านี้ มนุษยชาติสามารถสร้างเซลล์ที่มีชีวิตจากองค์ประกอบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงของสายพันธุ์ต่างๆ ดังนั้นยีนชุดใหม่ที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติจึงถูกสร้างขึ้น พันธุวิศวกรรมทำให้บุคคลได้รับคุณสมบัติที่ต้องการจากเซลล์พืชหรือสัตว์ดัดแปลง

ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรมในด้านการเกษตรมีคุณค่าอย่างยิ่ง ทำให้สามารถปลูกพืช (หรือสัตว์) ที่มีคุณภาพดีขึ้นได้ ซึ่งเรียกว่าพันธุ์คัดสรร กิจกรรมการผสมพันธุ์ขึ้นอยู่กับการคัดเลือกสัตว์หรือพืชที่มีลักษณะเด่นเด่นชัด จากนั้นสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะถูกผสมข้ามกันและได้รับลูกผสมโดยมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ร่วมกันตามที่ต้องการ แน่นอนว่าทุกอย่างฟังดูง่ายในคำพูด แต่การได้ลูกผสมที่ต้องการนั้นค่อนข้างยาก ในความเป็นจริง เป็นไปได้ที่จะได้รับสิ่งมีชีวิตที่มียีนที่เป็นประโยชน์เพียงหนึ่งหรือสองสามยีนเท่านั้น นั่นคือมีการเพิ่มคุณสมบัติเพิ่มเติมเพียงไม่กี่อย่างลงในแหล่งข้อมูล แต่ถึงกระนั้นก็ทำให้สามารถก้าวสำคัญในการพัฒนาการเกษตรได้

การคัดเลือกและเทคโนโลยีชีวภาพช่วยให้เกษตรกรสามารถเพิ่มผลผลิต ทำให้ผลไม้มีขนาดใหญ่ขึ้น มีรสชาติดีขึ้น และที่สำคัญที่สุดคือทนต่อความเย็นจัด การคัดเลือกไม่ได้ข้ามภาคปศุสัตว์ ทุกปีจะมีสัตว์เลี้ยงสายพันธุ์ใหม่ๆ ปรากฏขึ้น ซึ่งสามารถให้ปศุสัตว์และอาหารได้มากขึ้น

ความสำเร็จ

นักวิทยาศาสตร์แยกแยะความแตกต่างสามคลื่นในการสร้างพันธุ์พืช:

1. ช่วงปลายยุค 80นั่นคือช่วงที่นักวิทยาศาสตร์เริ่มเพาะพันธุ์พืชที่ต้านทานไวรัสได้เป็นครั้งแรก ในการทำเช่นนี้ พวกเขานำยีนหนึ่งตัวจากสายพันธุ์ที่สามารถต้านทานโรคได้ “ปลูกถ่าย” ยีนดังกล่าวไปไว้ในโครงสร้างดีเอ็นเอของพืชชนิดอื่น และทำให้มัน “ได้ผล”
2. ต้นยุค 2000ในช่วงเวลานี้ เริ่มมีการสร้างพืชที่มีคุณสมบัติใหม่สำหรับผู้บริโภค เช่น มีน้ำมัน วิตามิน ฯลฯ ในปริมาณสูง
3. วันของเรา.ในอีก 10 ปีข้างหน้า นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะนำโรงงานผลิตวัคซีน โรงงานผลิตยา และโรงงานฟื้นฟูทางชีวภาพออกสู่ตลาด เพื่อใช้ผลิตส่วนประกอบสำหรับพลาสติก สีย้อม ฯลฯ

แม้แต่ในการเลี้ยงสัตว์ คำมั่นสัญญาของเทคโนโลยีชีวภาพก็ยังน่าตื่นเต้น สัตว์ถูกสร้างขึ้นมานานแล้วโดยมียีนดัดแปลงพันธุกรรม กล่าวคือ พวกมันมีฮอร์โมนที่ทำหน้าที่บางอย่าง เช่น ฮอร์โมนการเจริญเติบโต แต่นี่เป็นเพียงการทดลองเบื้องต้นเท่านั้น การวิจัยส่งผลให้แพะดัดแปรพันธุกรรมสามารถผลิตโปรตีนที่หยุดเลือดได้ในผู้ป่วยที่เลือดแข็งตัวไม่ดี

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 90 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันเริ่มทำงานอย่างใกล้ชิดกับการโคลนเซลล์ตัวอ่อนของสัตว์ ซึ่งจะทำให้สามารถเลี้ยงปศุสัตว์ในหลอดทดลองได้ แต่สำหรับตอนนี้วิธีการนี้ยังต้องได้รับการปรับปรุง แต่ในการปลูกถ่ายซีโนทรานส์ (การปลูกถ่ายอวัยวะจากสปีชีส์หนึ่งไปยังอีกสปีชีส์หนึ่ง) นักวิทยาศาสตร์ในสาขาเทคโนโลยีชีวภาพประยุกต์มีความก้าวหน้าที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น สุกรที่มีจีโนมมนุษย์สามารถใช้เป็นผู้บริจาคได้ จึงมีความเสี่ยงที่จะถูกปฏิเสธน้อยที่สุด

เทคโนโลยีชีวภาพด้านอาหาร

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว วิธีการวิจัยทางเทคโนโลยีชีวภาพถูกนำมาใช้ครั้งแรกในการผลิตอาหาร โยเกิร์ต ครีมเปรี้ยว เบียร์ ไวน์ ผลิตภัณฑ์เบเกอรี่เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากเทคโนโลยีชีวภาพด้านอาหาร การวิจัยในส่วนนี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่มุ่งเปลี่ยนแปลง ปรับปรุง หรือสร้างลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะแบคทีเรีย ผู้เชี่ยวชาญในสาขาความรู้นี้กำลังพัฒนาเทคนิคใหม่ในการผลิตผลิตภัณฑ์อาหารต่างๆ พวกเขากำลังมองหาและปรับปรุงกลไกและวิธีการในการเตรียมการ

อาหารที่คนกินทุกวันควรอุดมไปด้วยวิตามิน แร่ธาตุ และกรดอะมิโน อย่างไรก็ตาม ณ วันนี้ ตามที่องค์การสหประชาชาติระบุว่า มีปัญหาในการจัดหาอาหารให้กับผู้คน ประชากรเกือบครึ่งหนึ่งมีอาหารไม่เพียงพอ 500 ล้านคนหิวโหย และหนึ่งในสี่ของประชากรโลกกินอาหารที่มีคุณภาพไม่เพียงพอ

ปัจจุบันมีผู้คนจำนวน 7.5 พันล้านคนบนโลกนี้ และหากไม่ดำเนินการใดๆ เพื่อปรับปรุงคุณภาพและปริมาณของอาหาร หากไม่ดำเนินการ ผู้คนในประเทศกำลังพัฒนาจะได้รับผลกระทบร้ายแรง และหากเป็นไปได้ที่จะแทนที่ไขมัน แร่ธาตุ วิตามิน สารต้านอนุมูลอิสระด้วยผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีชีวภาพด้านอาหาร ก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทดแทนโปรตีน โปรตีนมากกว่า 14 ล้านตันในแต่ละปีไม่เพียงพอที่จะสนองความต้องการของมนุษยชาติ แต่นี่คือจุดที่เทคโนโลยีชีวภาพเข้ามาช่วยเหลือ การผลิตโปรตีนสมัยใหม่ขึ้นอยู่กับการสร้างเส้นใยโปรตีนเทียม เคลือบด้วยสารที่จำเป็น รูปร่าง สี และกลิ่นที่เหมาะสม วิธีนี้ทำให้สามารถทดแทนโปรตีนได้เกือบทุกชนิด และรสชาติและรูปลักษณ์ก็ไม่แตกต่างจากผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ

การโคลนนิ่ง

ความรู้ที่สำคัญในเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่คือการโคลนนิ่ง เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่นักวิทยาศาสตร์พยายามสร้างลูกหลานที่เหมือนกันโดยไม่ต้องอาศัยการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ กระบวนการโคลนนิ่งควรส่งผลให้สิ่งมีชีวิตมีความคล้ายคลึงกับพ่อแม่ ไม่เพียงแต่รูปลักษณ์ภายนอกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงข้อมูลทางพันธุกรรมด้วย

โดยธรรมชาติแล้ว กระบวนการโคลนนิ่งเป็นเรื่องปกติในสิ่งมีชีวิตบางชนิด หากบุคคลใดให้กำเนิดฝาแฝดที่เหมือนกัน ก็ถือเป็นโคลนธรรมชาติได้

การโคลนนิ่งดำเนินการครั้งแรกในปี 1997 เมื่อแกะดอลลี่ถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์ และเมื่อปลายศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์เริ่มพูดคุยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการโคลนนิ่งมนุษย์ นอกจากนี้ยังได้สำรวจแนวคิดของการโคลนนิ่งบางส่วนด้วย นั่นคือมันเป็นไปได้ที่จะสร้างไม่ใช่สิ่งมีชีวิตทั้งหมดขึ้นมาใหม่ แต่เป็นแต่ละส่วนหรือเนื้อเยื่อ หากคุณปรับปรุงวิธีนี้ คุณจะได้รับ “ผู้บริจาคในอุดมคติ” นอกจากนี้ การโคลนนิ่งจะช่วยรักษาพันธุ์สัตว์หายากหรือฟื้นฟูจำนวนประชากรที่สูญพันธุ์ไปแล้ว

ด้านคุณธรรม

แม้ว่าพื้นฐานของเทคโนโลยีชีวภาพอาจส่งผลกระทบชี้ขาดต่อการพัฒนาของมนุษยชาติทั้งมวล แต่แนวทางทางวิทยาศาสตร์นี้ไม่ได้รับการตอบรับจากสาธารณชนอย่างไม่ดีนัก ผู้นำศาสนาสมัยใหม่ส่วนใหญ่อย่างล้นหลาม (และนักวิทยาศาสตร์บางคน) กำลังพยายามเตือนนักเทคโนโลยีชีวภาพไม่ให้ทำวิจัยจนเกินไป นี่เป็นเรื่องที่รุนแรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงปัญหาด้านพันธุวิศวกรรม การโคลนนิ่ง และการสืบพันธุ์แบบประดิษฐ์

ในด้านหนึ่ง เทคโนโลยีชีวภาพดูเหมือนจะเป็นดาวที่สว่างไสว เป็นความฝันและความหวังที่จะกลายเป็นความจริงในโลกใหม่ ในอนาคต วิทยาศาสตร์นี้จะมอบโอกาสใหม่ๆ มากมายให้กับมนุษยชาติ มันจะเป็นไปได้ที่จะเอาชนะโรคร้ายแรงปัญหาทางกายภาพจะถูกกำจัดและไม่ช้าก็เร็วบุคคลจะสามารถบรรลุความเป็นอมตะทางโลกได้ แม้ว่าในทางกลับกัน กลุ่มยีนอาจได้รับผลกระทบจากการบริโภคผลิตภัณฑ์ดัดแปลงพันธุกรรมอย่างต่อเนื่องหรือรูปลักษณ์ของบุคคลที่ถูกสร้างขึ้นมาอย่างเทียม ปัญหาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางสังคมก็จะเกิดขึ้น และมีแนวโน้มว่าเราจะต้องเผชิญกับโศกนาฏกรรมของลัทธิฟาสซิสต์ทางการแพทย์

นั่นคือสิ่งที่เทคโนโลยีชีวภาพเป็น วิทยาศาสตร์ที่สามารถนำโอกาสอันยอดเยี่ยมมาสู่มนุษยชาติโดยการสร้าง เปลี่ยนแปลง หรือปรับปรุงเซลล์ สิ่งมีชีวิต และระบบต่างๆ เธอจะสามารถมอบร่างกายใหม่ให้กับบุคคลได้ และความฝันแห่งชีวิตนิรันดร์จะกลายเป็นความจริง แต่คุณจะต้องจ่ายราคามากสำหรับสิ่งนี้

ความสำเร็จหลักและโอกาสในการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพทางการเกษตร

วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพช่วยให้นักปรับปรุงพันธุ์พืชสมัยใหม่สามารถแยกยีนแต่ละตัวที่รับผิดชอบต่อลักษณะที่ต้องการ และย้ายพวกมันจากจีโนมของพืชหนึ่งไปยังจีโนมของพืชอีกชนิดหนึ่ง - การดัดแปลงพันธุกรรม

ต้องขอบคุณเทคโนโลยีชีวภาพที่ทำให้พืชได้รับการผลิตโดยมีคุณสมบัติทางโภชนาการที่ดีขึ้น ต้านทานสารกำจัดวัชพืช และมีการป้องกันไวรัสและแมลงศัตรูพืชในตัว (ถั่วเหลือง มะเขือเทศ ฝ้าย มะละกอ) พืชดัดแปลงพันธุกรรมที่ใช้ในการผลิตปศุสัตว์ ได้แก่ ข้าวโพด ถั่วเหลือง คาโนลา และฝ้าย

ด้วยการใช้วิธีการทางพันธุกรรม ทำให้ได้รับสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ (Ashbya gossypii, Pseudomonas denitrificans ฯลฯ ) ที่ผลิตวิตามิน (C, B 3, B 13 เป็นต้น) มากกว่ารูปแบบดั้งเดิมหลายหมื่นเท่า

อนาคต:

1. ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีชีวภาพกำลังพัฒนาวิธีการเพิ่มปริมาณโปรตีนในพืช ซึ่งจะทำให้สามารถเลิกเนื้อสัตว์ได้ในอนาคต

2. สำหรับพื้นที่เกษตรกรรม กำลังมีการพัฒนาเพื่อปรับปรุงฟังก์ชันการป้องกันตนเองของพืชจากแมลงศัตรูพืช โดยการปล่อยสารพิษ

3. หนึ่งในสาขาเทคโนโลยีชีวภาพที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วคือเทคโนโลยีการสังเคราะห์สารจุลินทรีย์ที่มีคุณค่าต่อมนุษย์ การพัฒนาเพิ่มเติมของอุตสาหกรรมนี้จะนำมาซึ่งการกระจายบทบาทของการผลิตพืชผลและการเลี้ยงสัตว์ในด้านหนึ่ง และการสังเคราะห์จุลินทรีย์ในอีกด้านหนึ่ง ในการสร้างฐานอาหารของมนุษยชาติ

4. ความสำเร็จในการใช้เทคโนโลยีชีวภาพทางอุตสาหกรรมนั้นมีพื้นฐานมาจากเทคนิคการสร้างโมเลกุลดีเอ็นเอลูกผสม การออกแบบยีนที่จำเป็นทำให้สามารถควบคุมพันธุกรรมและกิจกรรมที่สำคัญของสัตว์ พืช และจุลินทรีย์ได้ และสร้างสิ่งมีชีวิตที่มีคุณสมบัติใหม่ได้

5. ในฐานะแหล่งที่มาของวัตถุดิบสำหรับเทคโนโลยีชีวภาพ ทรัพยากรหมุนเวียนของวัสดุจากพืชที่ไม่สามารถบริโภคได้และของเสียทางการเกษตร ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งเพิ่มเติมของทั้งอาหารสัตว์และเชื้อเพลิงสำรอง (ก๊าซชีวภาพ) และปุ๋ยอินทรีย์ มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

6. การย่อยสลายทางชีวภาพ (รีไซเคิล) ของเซลลูโลส การสลายเซลลูโลสให้เป็นกลูโคสโดยสมบูรณ์สามารถแก้ปัญหาได้หลายอย่าง เช่น การได้รับคาร์โบไฮเดรตจำนวนมาก และการทำความสะอาดสิ่งแวดล้อมจากของเสียจากป่าไม้และผลผลิตทางการเกษตร ปัจจุบันยีนของเอนไซม์เซลลูโลไลติกได้ถูกแยกออกจากจุลินทรีย์บางชนิดแล้ว กำลังพัฒนาวิธีการถ่ายโอนพวกมันไปเป็นยีสต์ ซึ่งสามารถไฮโดรไลซ์เซลลูโลสเป็นกลูโคสก่อนแล้วจึงแปลงเป็นแอลกอฮอล์

ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีชีวภาพทางการแพทย์

ในสาขาเทคโนโลยีชีวภาพทางการแพทย์ ได้มีการพัฒนาอินเตอร์เฟอรอนซึ่งเป็นโปรตีนที่สามารถยับยั้งการแพร่พันธุ์ของไวรัสได้

การผลิตอินซูลินของมนุษย์โดยใช้แบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรม การผลิตอีริโธรโพอิติน (ฮอร์โมนที่กระตุ้นการสร้างเซลล์เม็ดเลือดแดงในไขกระดูก

มีความเป็นไปได้ที่จะผลิตโพลีเมอร์ที่ใช้แทนอวัยวะและเนื้อเยื่อของมนุษย์ (ไต หลอดเลือด ลิ้นหัวใจ อุปกรณ์หัวใจและปอด ฯลฯ)

การสร้างภูมิคุ้มกันโรค (การฉีดวัคซีน) กลายเป็นวิธีที่เข้าถึงได้และคุ้มค่าที่สุดในการป้องกันโรคติดเชื้อ ดังนั้น กว่า 30 ปีของการฉีดวัคซีนป้องกันโรคหัดให้กับเด็กชาวรัสเซีย อุบัติการณ์ของโรคหัดจึงลดลง 620 เท่า

มีการพัฒนาวิธีการผลิตยาปฏิชีวนะ การค้นพบยาปฏิชีวนะได้ปฏิวัติการรักษาโรคติดเชื้อ หมดความคิดเกี่ยวกับการติดเชื้อแบคทีเรียหลายชนิดที่รักษาไม่หาย (โรคระบาด วัณโรค ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือด ซิฟิลิส ฯลฯ)

หนึ่งในความสำเร็จล่าสุดในการวินิจฉัยทางเทคโนโลยีชีวภาพคือวิธีการของไบโอเซนเซอร์ ซึ่ง "จับ" โมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับโรคและส่งสัญญาณไปยังเซ็นเซอร์ การวินิจฉัยด้วยไบโอเซนเซอร์ใช้ในการตรวจวัดระดับน้ำตาลในเลือดของผู้ป่วยโรคเบาหวาน หวังว่าเมื่อเวลาผ่านไป จะเป็นไปได้ที่จะฝังไบโอเซนเซอร์เข้าไปในหลอดเลือดของผู้ป่วย เพื่อตรวจสอบความต้องการอินซูลินได้แม่นยำยิ่งขึ้น

มันเป็นไปได้ที่ไม่เพียงแต่จะสร้าง "เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ" สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม พืชดัดแปลงพันธุกรรม แต่ยังดำเนินการรับรองทางพันธุกรรมด้วย (การศึกษาและการวิเคราะห์จีโนไทป์ของบุคคลที่สมบูรณ์ซึ่งมักจะดำเนินการทันทีหลังคลอดเพื่อกำหนดความโน้มเอียงต่อสิ่งต่าง ๆ โรคต่างๆ อาจไม่เพียงพอ ( แพ้) ปฏิกิริยาต่อยาบางชนิด รวมถึงแนวโน้มของกิจกรรมบางประเภท) การรับรองทางพันธุกรรมทำให้สามารถคาดการณ์และลดความเสี่ยงของโรคหัวใจและหลอดเลือดและมะเร็ง ศึกษาและป้องกันโรคความเสื่อมของระบบประสาทและกระบวนการชรา ฯลฯ

นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุยีนที่รับผิดชอบต่อการปรากฏตัวของโรคต่างๆและมีส่วนทำให้อายุขัยเพิ่มขึ้น

มีโอกาสได้รับการวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรมตั้งแต่เนิ่นๆ และการป้องกันพยาธิสภาพทางพันธุกรรมอย่างทันท่วงที

พื้นที่ที่สำคัญที่สุดสำหรับเทคโนโลยีชีวภาพทางการแพทย์ได้กลายเป็นวิศวกรรมเซลล์โดยเฉพาะเทคโนโลยีสำหรับการผลิตโมโนโคลนอลแอนติบอดีซึ่งผลิตในวัฒนธรรมหรือในร่างกายของสัตว์โดยเซลล์น้ำเหลืองลูกผสม - ไฮบริโดมา เทคโนโลยีโมโนโคลนอลแอนติบอดีมีผลกระทบสำคัญต่อการวิจัยทางการแพทย์ขั้นพื้นฐานและประยุกต์และการปฏิบัติทางการแพทย์ จากข้อมูลดังกล่าว ระบบการวิเคราะห์ทางภูมิคุ้มกันแบบใหม่ได้รับการพัฒนาและใช้งาน - radioimmunoassay และ enzyme immunoassay ทำให้สามารถตรวจสอบความเข้มข้นของแอนติเจนและแอนติบอดีจำเพาะในร่างกายที่มีความเข้มข้นเพียงเล็กน้อย

ปัจจุบันไมโครชิปถือเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุดในการวินิจฉัยโรค ใช้สำหรับการวินิจฉัยโรคติดเชื้อ เนื้องอก และพันธุกรรม สารก่อภูมิแพ้ รวมถึงในการศึกษายาใหม่ ๆ

ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง.

- 20.37 กิโลไบต์

ความสำเร็จสมัยใหม่ของเทคโนโลยีชีวภาพ

สมบูรณ์:

ตรวจสอบแล้ว:

2554

เทคโนโลยีชีวภาพเป็นสาขาหนึ่งของกิจกรรมของมนุษย์ที่โดดเด่นด้วยการใช้ระบบชีวภาพอย่างแพร่หลายในทุกระดับในสาขาวิทยาศาสตร์ การผลิตทางอุตสาหกรรม การแพทย์ การเกษตร และสาขาอื่น ๆ ที่หลากหลาย

ขั้นตอนการปฏิวัติในการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพคือการใช้ยีนและเทคโนโลยีชีวภาพระดับเซลล์ ซึ่งมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา และได้ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อชีวิตมนุษย์ในด้านต่างๆ แล้ว: สุขภาพ การแพทย์ โภชนาการ ประชากรศาสตร์ และนิเวศวิทยา

ผลิตภัณฑ์แรกของเทคโนโลยีชีวภาพทางพันธุกรรมคือโปรตีนที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ในปัจจุบันเป็นยา ก่อนหน้านี้ ผ่านเทคโนโลยีชีวภาพแบบดั้งเดิม สารประกอบทางชีวภาพหลายชนิดถูกผลิตขึ้นโดยการแปรรูปวัสดุจุลินทรีย์ สัตว์ หรือพืชในปริมาณมาก โดยใช้ความสามารถตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตในการสังเคราะห์สารประกอบเหล่านี้ ดังนั้นอินซูลินซึ่งแยกได้จากตับอ่อนของสุกรจึงถูกนำมาใช้ในการรักษาโรคเบาหวานมาก่อน อินซูลินดังกล่าวมีราคาแพงและยิ่งไปกว่านั้นไม่ได้ผล สถานการณ์เปลี่ยนไปอย่างมากนับตั้งแต่อินซูลินของมนุษย์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมครั้งแรกซึ่งสังเคราะห์โดยเซลล์ Escherichia coli ได้รับในปี 1982 ในสหรัฐอเมริกา

ปัจจุบันชีวเภสัชภัณฑ์จำนวนมากที่ได้รับโดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพเซลล์ยีนถูกนำมาใช้ในการแพทย์ภาคปฏิบัติ นอกจากอินซูลินแล้ว ยังมีการผลิตอินเตอร์เฟียรอน อินเตอร์ลิวกิน ยารักษาโรคฮีโมฟีเลีย ยาต้านมะเร็งและยาแก้ปวด กรดอะมิโนที่จำเป็น ฮอร์โมนการเจริญเติบโต โมโนโคลนอลแอนติบอดี และอื่นๆ อีกมากมาย นอกเหนือจากอินซูลินแล้ว และรายการนี้ก็เต็มไปด้วยรายการต่างๆ มากมายทุกปี ในห้องปฏิบัติการและคลินิกทั่วโลก มีการค้นหาและทดสอบยาใหม่อย่างเข้มข้นอย่างต่อเนื่อง รวมถึงโรคที่เป็นอันตราย เช่น โรคหัวใจ มะเร็งรูปแบบต่างๆ โรคเอดส์ และการติดเชื้อไวรัสต่างๆ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า ปัจจุบันประมาณ 25% ของยาทั้งหมดในโลกผลิตโดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพทางพันธุกรรม

ขั้นตอนสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพเซลล์ยีนสมัยใหม่คือการพัฒนาวิธีการผลิตสัตว์และพืชดัดแปรพันธุกรรม (เรียกอีกอย่างว่าสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมหรือย่อว่า GMO) สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมเป็นสิ่งมีชีวิตทุกประการที่คล้ายกับสิ่งมีชีวิตที่ไม่ดัดแปลงพันธุกรรมปกติ แต่มีอยู่ในเซลล์ทั้งหมดในบรรดายีนของมันเองนับหมื่นยีน 1 (ไม่ค่อยมี 2) ยีนเพิ่มเติม (เรียกว่าทรานส์ยีน) ซึ่ง เป็นเรื่องผิดปกติในธรรมชาติ

เทคโนโลยีในการสร้างพืชดัดแปรพันธุกรรมได้นำไปสู่การปฏิวัติในการผลิตพืชผล ทำให้สามารถได้รับพืชที่ทนทานต่อไวรัสที่ทำให้เกิดโรคได้สูง การติดเชื้อราและแบคทีเรีย แมลงศัตรูพืช เพื่อสร้างพืชที่มีวิตามินเอสูงซึ่งทนทานต่อความเย็น ความเค็มของดิน ความแห้งแล้ง พืชที่ได้รับการปรับปรุง ปริมาณโปรตีนและองค์ประกอบ ฯลฯ ดังนั้นโดยการแทรกแซงโปรแกรมทางพันธุกรรมของพืชจึงเป็นไปได้ที่จะทำให้พวกเขามีฟังก์ชั่นการต้านทานต่อปัจจัยความเครียดจากสิ่งแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยต่างๆ การใช้ GMO ได้เพิ่มประสิทธิภาพของการเกษตรอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นเทคโนโลยีนี้จึงเป็นที่ต้องการในตลาดที่ความเป็นไปได้อื่นๆ ในการเพิ่มผลผลิต (ปุ๋ย ยาฆ่าแมลง ฯลฯ) ได้หมดไปอย่างมากแล้ว

ในปี 1994 หลังจากการทดสอบภาคสนามอย่างครอบคลุมอย่างรอบคอบ การขายเชิงพาณิชย์ของโรงงานอาหารดัดแปลงพันธุกรรมแห่งแรก ซึ่งเป็นมะเขือเทศที่มีคุณสมบัติพิเศษ ได้รับการอนุมัติในสหรัฐอเมริกา: มันสามารถอยู่ได้ไม่สุกเป็นเวลาหลายเดือนที่อุณหภูมิ 12 ° C แต่ทันที เมื่อได้รับความอบอุ่น ก็จะสุกภายในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา มีการปล่อยพืชดัดแปรพันธุกรรมหลายชนิดออกสู่ตลาด เป็นไปได้ที่จะได้รับถั่วเหลือง มันฝรั่ง มะเขือเทศ ยาสูบ และเรพซีดหลากหลายรูปแบบซึ่งทนทานต่อศัตรูพืชทางการเกษตรหลายชนิด ตัวอย่างเช่น ได้รับมันฝรั่งดัดแปรพันธุกรรมซึ่งด้วงมันฝรั่งโคโลราโดไม่สามารถเข้าถึงได้ ในมันฝรั่งนี้มีการสังเคราะห์โปรตีนชนิดหนึ่งของแบคทีเรียในดินซึ่งเป็นพิษต่อด้วง แต่ไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์โดยสิ้นเชิง มีพืชดัดแปรพันธุกรรมที่สามารถตรึงไนโตรเจน ข้าวโซดา "ทอง" ที่มีวิตามินเอสูงได้อย่างอิสระโดยไม่ต้องอาศัยความช่วยเหลือจากจุลินทรีย์ ฯลฯ

มีฝูงแพะและวัวดัดแปรพันธุกรรมอยู่แล้วในโลกซึ่งมีการสังเคราะห์สารที่มีประโยชน์ทางการแพทย์ในต่อมน้ำนมซึ่งจะถูกขับออกมาในนมของสัตว์เหล่านี้ ปัจจุบันยาคือนมของสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมซึ่งมีโปรตีน เช่น อินซูลิน ฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์ แอนติทรอมบิน อินเตอร์เฟอรอน ตัวอย่างเช่น ในรัสเซีย นักเทคโนโลยีทางพันธุกรรมได้สร้างแกะสายพันธุ์หนึ่งที่ผลิตเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการผลิตชีสควบคู่ไปกับนม นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียร่วมกับเพื่อนร่วมงานจากบราซิลกำลังทำงานอย่างประสบความสำเร็จในการสร้างแพะดัดแปรพันธุกรรมซึ่งนมจะมีผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรมที่เรียกว่าปัจจัยกระตุ้นแกรนูโลไซต์ - โคโลนีซึ่งจำเป็นสำหรับการรักษาโรคเลือดต่าง ๆ ซึ่งจำเป็นต้องมี มหาศาลในโลก

ศูนย์วิจัยหลายแห่งกำลังทำงานเพื่อสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมที่ใช้เป็นแบบจำลองสำหรับโรคทางพันธุกรรมต่างๆ ในมนุษย์ สัตว์ทดลองดัดแปลงพันธุกรรมที่มีอุบัติการณ์ของเนื้องอกเพิ่มขึ้นได้รับการอบรมมาแล้ว สายพันธุ์สัตว์ได้รับการเพาะพันธุ์ในร่างกายซึ่งมีโรคของมนุษย์ เช่น โรคโลหิตจางชนิดรูปเคียว เบาหวาน โรคทางระบบประสาท โรคข้ออักเสบ โรคดีซ่าน หลอดเลือดหัวใจ และโรคทางพันธุกรรมจำนวนหนึ่งมีการแพร่พันธุ์ แบบจำลองสัตว์ดังกล่าวช่วยให้เราเข้าใจธรรมชาติของโรคต่างๆ ของมนุษย์ได้ดีขึ้น และใช้เพื่อค้นหายาที่มีประสิทธิภาพ

ในอนาคต เทคโนโลยีการถ่ายยีนยังสามารถใช้เพื่อสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมที่สามารถใช้เป็นแหล่งที่มาของอวัยวะและเนื้อเยื่อสำหรับการปลูกถ่ายได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันมีแอนติเจนที่ไม่ทำงานซึ่งรับผิดชอบต่อความเข้ากันได้ของเนื้อเยื่อ) การวิจัยในพื้นที่นี้ได้เริ่มต้นขึ้นแล้วกับสุกร ซึ่งถือเป็นตัวเลือกที่เป็นไปได้ในการปลูกถ่ายอวัยวะให้กับมนุษย์ พืชดัดแปรพันธุกรรมยังได้รับการวางแผนเพื่อใช้เพื่อการรักษาโรคด้วย ตัวอย่างเช่น มีการพัฒนาวัคซีนบนพื้นฐานที่เรียกว่า "กินได้" ในการทำเช่นนี้จะมีการนำยีนของไวรัสอย่างน้อยหนึ่งยีนเข้าไปในพืชซึ่งช่วยให้มั่นใจในการสังเคราะห์โปรตีนที่เกี่ยวข้องซึ่งมีคุณสมบัติของแอนติเจน การกินพืชชนิดนี้ช่วยให้บุคคลค่อยๆได้รับภูมิคุ้มกันต่อไวรัสชนิดใดชนิดหนึ่ง อีกตัวอย่างหนึ่ง: ในญี่ปุ่น ข้าวหลายชนิดถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ผู้ป่วยโรคเบาหวานสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ยา เนื่องจากการบริโภคข้าวจะกระตุ้นให้ตับอ่อนสังเคราะห์อินซูลินของตัวเอง

อาจเป็นความสำเร็จที่โดดเด่นในด้านการสร้าง GMOs ซึ่งทำหน้าที่เป็นแรงผลักดันให้เกิดการเกิดขึ้นในปี 1990 ของเทคโนโลยีชีวภาพเซลล์ยีนที่สำคัญอีกด้าน - การบำบัดด้วยยีน ด้วยความช่วยเหลือของยีนบำบัด ยีน "ดี" สามารถถูกส่งไปยังเซลล์ที่มีความผิดปกติของยีน ซึ่งสามารถชดเชยยีน "ไม่ดี" ได้ จริงอยู่ที่บางครั้งโรคนี้เกิดจากการทำงานมากเกินไปของยีนแต่ละตัวซึ่งผิดปกติสำหรับเซลล์ปกติ (เช่น ระหว่างการติดเชื้อไวรัส) ในกรณีเช่นนี้ ตรงกันข้าม ควรระงับการทำงานของยีน "ที่เป็นอันตราย" หนึ่งในแนวทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือการรบกวน RNA - กระบวนการระงับการทำงานของยีนโดยใช้ชิ้นส่วนของโมเลกุล RNA ซึ่งเป็นกลไกที่ค้นพบโดย A. Fire และ K. Mello (และรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาอีกครั้งหรือ แพทยศาสตร์ พ.ศ. 2549) ทั้งหมดนี้คือสิ่งที่พวกเขากำลังพยายามทำในวันนี้ด้วยความช่วยเหลือของยีนบำบัด เป้าหมายของยีนบำบัดอาจเป็นได้ทั้งเซลล์ร่างกาย (โซมาติกเซลล์) และเซลล์สืบพันธุ์ (ไข่ อสุจิ) ในกรณีของโรคทางพันธุกรรม เซลล์สืบพันธุ์อาจเหมาะสมกว่าสำหรับการบำบัดด้วยยีน ซึ่งการแก้ไขจะยังคงอยู่ในลูกหลาน อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติแล้ว การบำบัดทางร่างกายเป็นที่สนใจมากขึ้น และการบำบัดด้วยยีนของเซลล์สืบพันธุ์ก็เป็นปัญหาในอนาคตอันใกล้ แม้ว่าในความเป็นจริงแล้ว โรคทางพันธุกรรมสามารถรักษาให้หายขาดได้ทันทีโดยออกฤทธิ์เฉพาะกับเซลล์สืบพันธุ์หรือเซลล์ตัวอ่อนใน ระยะเริ่มต้นของการพัฒนา ยีนที่แนะนำซึ่งเข้ามาเป็นผลมาจากการถ่ายโอนเทียมไปยังเซลล์ที่มีการแบ่งตัวอย่างเข้มข้นจำนวนมากของเอ็มบริโอสามารถป้องกันการพัฒนาของโรคได้ แต่การบำบัดด้วยยีนประเภทนี้เกี่ยวข้องกับปัญหาหลายประการ ทั้งด้านเทคนิคและหลักจริยธรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีความกังวลว่าแนวทางนี้สามารถนำไปใช้ในการผลิต “ทารกสั่งทำพิเศษ” รุ่นใหม่ได้

ในปัจจุบัน มีเพียงการบำบัดด้วยยีนที่มุ่งเป้าไปที่เซลล์ร่างกายของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยเท่านั้นที่ดูเหมือนจะเป็นจริง จากจำนวนโรคในมนุษย์ที่ทราบทั้งหมด ประมาณ 30-40% เรียกว่าโรคทางพันธุกรรมหรือทางพันธุกรรม โรคเหล่านี้หลายอย่างเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของยีนตัวเดียว การบำบัดด้วยยีนใช้ได้กับโรคดังกล่าวเป็นหลัก เนื่องจากในกรณีเหล่านี้ กระบวนการบำบัดจะได้รับการอำนวยความสะดวกอย่างมาก ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์กำลังค้นหาวิธีการรักษาในวงกว้างสำหรับหลายๆ โรคที่เชื่อกันว่าเป็นอันตรายถึงชีวิตและโรคที่ได้มาในมนุษย์ โดยใช้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของจีโนมมนุษย์และยีนแต่ละตัว ซึ่งถือเป็นยีนที่ "ไม่ดี" และ/หรือ สินค้าเป็นที่รู้จัก ประการแรกคือโรคต่างๆเช่นฮีโมฟีเลีย, โรคปอดเรื้อรัง, การขาดอะดีโนซีนดีอะมิเนส, กล้ามเนื้อเสื่อม Duchenne, โรคพาร์กินสัน, โรคอัลไซเมอร์, โรคหลอดเลือดหัวใจต่างๆ ฯลฯ ดังนั้นในสหรัฐอเมริกาและบริเตนใหญ่จึงมีการทดสอบกับผู้ป่วยที่มี ข้อบกพร่องในยีนที่เข้ารหัสโปรตีน ซึ่งจำเป็นต่อการทำงานของจอประสาทตาตามปกติ ในระหว่างการผ่าตัด ผู้ป่วยเหล่านี้ได้รับการฉีดสำเนาของยีนที่เสียหายที่ “ดีต่อสุขภาพ” เข้าไปในด้านหลังของตาข้างหนึ่ง หลังจากผ่านไปหกเดือน ผู้ป่วยที่ก่อนการบำบัดด้วยยีนสามารถแยกแยะการเคลื่อนไหวของมือได้เท่านั้น จะสามารถเห็นเส้นทั้งหมดบนแผนภูมิทดสอบการมองเห็น มีความสำเร็จในการใช้ยีนบำบัดในการรักษาโรคที่ไม่ใช่ทางพันธุกรรมจำนวนหนึ่ง (มะเร็งบางรูปแบบ ภาวะขาดเลือดขาดเลือด) และโรคติดเชื้อ (เอดส์ ตับอักเสบ) ปัจจุบัน โปรโตคอลการทดลองทางคลินิกมากกว่า 600 รายการที่ใช้ยีนและการบำบัดด้วยเซลล์ยีนได้รับการอนุมัติแล้วในประเทศต่างๆ ทั่วโลก

เทคโนโลยียีนบำบัดมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ในช่วงแรกๆ ในการถ่ายโอนยีนเข้าสู่ร่างกาย พวกมันอาศัยความสามารถตามธรรมชาติของไวรัสที่มียีนบำบัดในการเจาะและเพิ่มจำนวนในเซลล์เป็นหลัก ตอนนี้ถึงเวลาแล้วที่นาโนเทคโนโลยีชีวภาพจะมีส่วนร่วมในเรื่องนี้ การพัฒนาแนวทางการถ่ายโอนยีนเป้าหมายไปยังเซลล์บางประเภทโดยใช้อนุภาคนาโนที่มีแอนติบอดีต่อแอนติเจนจำเพาะของเซลล์เหล่านี้บนพื้นผิวได้เริ่มขึ้นแล้ว อนุภาคนาโนดังกล่าว "เต็มไปด้วย" ยีนและแอนติบอดี โดยจงใจเคลื่อนเข้าสู่ร่างกายไปยังบริเวณที่ได้รับผลกระทบ และมีผลการรักษาที่ตรงเป้าหมาย อย่างไรก็ตามแม้จะมีผลลัพธ์เชิงบวกทั้งหมดที่ได้รับจากการบำบัดด้วยยีน แต่ก็ยังไม่ได้ผล ปัญหาสำคัญ เช่น การส่งมอบยีนเป้าหมายและการทำงานในระยะยาวและมีประสิทธิภาพในเนื้อเยื่อที่ได้รับผลกระทบยังคงไม่ได้รับการแก้ไข อนาคตของการบำบัดด้วยยีนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการแก้ปัญหาเหล่านี้

ความสำเร็จของเทคโนโลยีชีวภาพของยีนได้รับการอำนวยความสะดวกอย่างมากจากการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพระดับเซลล์แบบคู่ขนาน ความสำเร็จที่สำคัญประการหนึ่งคือการผลิตและการเพาะเลี้ยงสเต็มเซลล์ ในช่วงปลายทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา ได้รับข้อมูลที่น่าเชื่อถือเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการใช้การปลูกถ่ายเซลล์ต้นกำเนิดจากไขกระดูกในการรักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวเฉียบพลัน ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ยุคใหม่ของการแพทย์ก็เริ่มต้นขึ้น ประการแรก สิ่งที่เรียกว่าเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนนั้นได้มาจากตัวอ่อนของเมาส์ และจากตัวอ่อนของมนุษย์ เหตุการณ์หลังนี้ได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในสามความสำเร็จที่สำคัญที่สุดในด้านชีววิทยาในศตวรรษที่ 20 (พร้อมกับการค้นพบเกลียวคู่ของ DNA และการถอดรหัสจีโนมมนุษย์โดยสมบูรณ์)

ความก้าวหน้าที่สำคัญของเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่เกิดขึ้นจากการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการโคลนการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตในสัตว์ เช่น การได้รับสำเนาของสิ่งมีชีวิตที่เหมือนกันโดยไม่ได้ตั้งใจ ประมาณ 10 ปีที่แล้ว เกิดเรื่องวุ่นวายอย่างไม่น่าเชื่อเกี่ยวกับการกำเนิดของแกะดอลลี่ ซึ่งทุกคนรู้ดีอยู่แล้ว

เทคโนโลยีชีวภาพ (เทคโนโลยีชีวภาพ) ให้การควบคุมการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์สำหรับกิจกรรมของมนุษย์ในด้านต่างๆ โดยอาศัยการใช้ศักยภาพในการเร่งปฏิกิริยาของสารชีวภาพและระบบในระดับองค์กรและความซับซ้อนที่แตกต่างกัน - จุลินทรีย์, ไวรัส, เซลล์พืชและสัตว์และเนื้อเยื่อ เช่นเดียวกับสารนอกเซลล์และส่วนประกอบของเซลล์

การพัฒนาและการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีชีวภาพได้รับแรงผลักดันจากการเปลี่ยนแปลงอันลึกซึ้งที่เกิดขึ้นทางชีววิทยาในช่วง 25-30 ปีที่ผ่านมา เหตุการณ์เหล่านี้มีพื้นฐานมาจากแนวคิดใหม่ในด้านอณูชีววิทยาและอณูพันธุศาสตร์ ในเวลาเดียวกันควรสังเกตว่าการพัฒนาและความสำเร็จของเทคโนโลยีชีวภาพมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับองค์ความรู้ไม่เพียง แต่วิทยาศาสตร์ชีวภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความรู้อื่น ๆ อีกมากมายด้วย

การขยายตัวของขอบเขตการปฏิบัติของเทคโนโลยีชีวภาพก็เนื่องมาจากความต้องการทางเศรษฐกิจและสังคมของสังคมด้วย ปัญหาเร่งด่วนดังกล่าวที่มนุษยชาติเผชิญบนธรณีประตูของศตวรรษที่ 21 เช่น การขาดแคลนน้ำสะอาดและสารอาหาร (โดยเฉพาะโปรตีน) มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม การขาดวัตถุดิบและทรัพยากรพลังงาน ความจำเป็นในการได้รับวัสดุใหม่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม พัฒนาใหม่ เครื่องมือวินิจฉัยและรักษาไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการแบบเดิมๆ ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจว่าชีวิตมนุษย์จะพยุง ปรับปรุงคุณภาพชีวิตและระยะเวลาของมันได้ จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเชี่ยวชาญวิธีการและเทคโนโลยีพื้นฐานใหม่ ๆ มากขึ้น

การพัฒนาความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของอัตราทรัพยากรวัสดุและพลังงาน นำไปสู่ความไม่สมดุลในกระบวนการชีวมณฑล แอ่งน้ำและอากาศของเมืองมีมลพิษ ฟังก์ชั่นการสืบพันธุ์ของชีวมณฑลลดลง และเนื่องจากการสะสมของผลิตภัณฑ์ทางตันของเทคโนสเฟียร์ วงจรการไหลเวียนทั่วโลกของชีวมณฑลจึงหยุดชะงัก

ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ของมนุษยชาติได้รับการอธิบายโดยวิศวกรและนักปรัชญาชาวสวิส Eichelberg ว่า "เชื่อกันว่าอายุของมนุษยชาติคือ 600,000 ปี ลองจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวของมนุษยชาติในรูปแบบของการวิ่งมาราธอน 60 กม. ซึ่งเริ่มต้นที่ไหนสักแห่งมุ่งสู่ใจกลางเมืองแห่งหนึ่งของเราราวกับไปสู่เส้นชัย... ระยะทางส่วนใหญ่วิ่งไปตามเส้นทางที่ยากมาก - ผ่าน ป่าบริสุทธิ์และเราไม่รู้อะไรเลยเพราะในตอนท้ายสุดของการวิ่ง 58-59 กม. เราพบว่าพร้อมกับเครื่องมือดึกดำบรรพ์ภาพวาดถ้ำเป็นสัญญาณแรกของวัฒนธรรมและเฉพาะที่ กิโลเมตรสุดท้ายมีสัญญาณเกษตรกรรมปรากฏขึ้น

ก่อนถึงเส้นชัย 200 ม. ถนนที่ปูด้วยแผ่นหินทอดผ่านป้อมปราการโรมัน ห่างออกไป 100 เมตร นักวิ่งรายล้อมไปด้วยอาคารเมืองในยุคกลาง เหลืออีก 50 เมตรก่อนถึงเส้นชัย ซึ่งมีชายคนหนึ่งยืนมองนักวิ่งด้วยสายตาที่ชาญฉลาดและเข้าใจ - นี่คือเลโอนาร์โด ดาวินชี เหลือเวลาอีก 10 เมตร เริ่มต้นท่ามกลางแสงคบเพลิงและตะเกียงน้ำมันที่ส่องสว่างไม่ดี แต่เมื่อขว้างในระยะ 5 เมตรสุดท้าย ปาฏิหาริย์อันน่าทึ่งก็เกิดขึ้น: แสงสว่างท่วมถนนกลางคืน, เกวียนที่ไม่มีสัตว์ลากวิ่งผ่านไป, รถยนต์ส่งเสียงดังในอากาศ และนักวิ่งที่ประหลาดใจก็ตาบอดด้วยแสงสปอตไลท์ของภาพถ่ายและโทรทัศน์ กล้อง...” เช่น ในระยะ 1 เมตร อัจฉริยะของมนุษย์จะก้าวกระโดดอย่างน่าทึ่งในด้านความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จากภาพนี้ต่อไป เราสามารถกล่าวเสริมได้ว่าในขณะที่นักวิ่งเข้าใกล้เส้นชัย เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชั่นจะถูกฝึกให้เชื่อง ยานอวกาศถูกปล่อย และรหัสพันธุกรรมถูกถอดรหัส

เทคโนโลยีชีวภาพเป็นพื้นฐานของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและปรับปรุงคุณภาพชีวิตของมนุษย์

เทคโนโลยีชีวภาพเป็นสาขาความรู้และภาคอุตสาหกรรมที่มีการพัฒนาแบบไดนามิกได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาสำคัญหลายประการในยุคของเราในขณะเดียวกันก็รักษาสมดุลในระบบความสัมพันธ์ "มนุษย์ - ธรรมชาติ - สังคม" เนื่องจากเทคโนโลยีชีวภาพ (เทคโนโลยีชีวภาพ) เกี่ยวกับการใช้ศักยภาพของสิ่งมีชีวิต โดยความหมายมุ่งเป้าไปที่ความเป็นมิตรและความสามัคคีของบุคคลกับโลกรอบตัว ปัจจุบันเทคโนโลยีชีวภาพแบ่งออกเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดหลายส่วน ได้แก่ เทคโนโลยีชีวภาพ "สีขาว" "สีเขียว" "สีแดง" "สีเทา" และ "สีน้ำเงิน"

เทคโนโลยีชีวภาพ "สีขาว" รวมถึงเทคโนโลยีชีวภาพทางอุตสาหกรรมที่เน้นการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ก่อนหน้านี้ผลิตโดยอุตสาหกรรมเคมี - แอลกอฮอล์ วิตามิน กรดอะมิโน ฯลฯ (โดยคำนึงถึงข้อกำหนดของการอนุรักษ์ทรัพยากรและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม)

เทคโนโลยีชีวภาพสีเขียวครอบคลุมพื้นที่ที่เกี่ยวข้องกับการเกษตร เป็นการวิจัยและเทคโนโลยีที่มุ่งสร้างวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพและการเตรียมการสำหรับการควบคุมศัตรูพืชและเชื้อโรคของพืชที่ปลูกและสัตว์เลี้ยง การสร้างปุ๋ยชีวภาพ การเพิ่มผลผลิตของพืช รวมถึงการใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม

เทคโนโลยีชีวภาพสีแดง (ทางการแพทย์) เป็นสาขาที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ นี่คือการผลิตการวินิจฉัยและยาโดยใช้วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพโดยใช้เทคโนโลยีเซลล์และพันธุวิศวกรรม (วัคซีนสีเขียว การวินิจฉัยยีน โมโนโคลนอลแอนติบอดี การออกแบบและผลิตภัณฑ์ทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ฯลฯ)

เทคโนโลยีชีวภาพสีเทาพัฒนาเทคโนโลยีและยาเพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อม สิ่งเหล่านี้ ได้แก่ การถมดิน การบำบัดน้ำเสียและการปล่อยก๊าซ การกำจัดของเสียทางอุตสาหกรรม และการย่อยสลายสารพิษโดยใช้สารชีวภาพและกระบวนการทางชีวภาพ

เทคโนโลยีชีวภาพสีน้ำเงินมุ่งเน้นไปที่การใช้ทรัพยากรมหาสมุทรอย่างมีประสิทธิภาพเป็นหลัก ประการแรก นี่คือการใช้สิ่งมีชีวิตในทะเลเพื่อให้ได้มาซึ่งอาหาร เทคนิค สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ และยา

เทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ถือเป็นประเด็นสำคัญประการหนึ่งของเศรษฐกิจของประเทศที่พัฒนาแล้วทั้งหมด วิธีการเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีชีวภาพในตลาดการขายเป็นหนึ่งในกลยุทธ์หลักในกลยุทธ์โดยรวมสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพในประเทศอุตสาหกรรม ปัจจัยกระตุ้นคือโครงการของรัฐบาลที่นำมาใช้เป็นพิเศษเพื่อเร่งการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพด้านใหม่

โปรแกรมของรัฐจัดให้มีการออกสินเชื่อให้เปล่าแก่นักลงทุน เงินกู้ยืมระยะยาว และการยกเว้นภาษี เนื่องจากการวิจัยขั้นพื้นฐานและแบบกำหนดเป้าหมายมีค่าใช้จ่ายเพิ่มมากขึ้น หลายประเทศจึงพยายามผลักดันการวิจัยที่สำคัญให้เกินขอบเขตของประเทศ

ดังที่ทราบกันดีว่าความน่าจะเป็นของความสำเร็จของโครงการ R&D โดยทั่วไปจะไม่เกิน 12-20% ประมาณ 60% ของโครงการถึงขั้นเสร็จสิ้นด้านเทคนิค 30% - การพัฒนาเชิงพาณิชย์และมีเพียง 12% เท่านั้นที่ทำกำไรได้

คุณสมบัติของการพัฒนาการวิจัยและการจำหน่ายเทคโนโลยีชีวภาพในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น ประเทศในสหภาพยุโรป และรัสเซีย

สหรัฐอเมริกา. ตำแหน่งผู้นำในด้านเทคโนโลยีชีวภาพในแง่ของการผลิตทางอุตสาหกรรมของผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีชีวภาพ ปริมาณการขาย มูลค่าการค้าต่างประเทศ การจัดสรร และขนาดของการวิจัยและพัฒนา ถูกครอบครองโดยสหรัฐอเมริกา ซึ่งให้ความสนใจอย่างมากต่อการพัฒนาในพื้นที่นี้ ภายในปี 2546 มีการจ้างงานมากกว่า 198,300 คนในภาคนี้

การจัดสรรให้กับภาควิทยาศาสตร์และเศรษฐศาสตร์ในสหรัฐอเมริกามีความสำคัญและมีมูลค่ามากกว่า 20 พันล้านดอลลาร์ สหรัฐอเมริกาเป็นประจำทุกปี รายได้ของอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพของสหรัฐอเมริกาเพิ่มขึ้นจาก 8 พันล้านดอลลาร์ ในปี 1992 เป็น 39 พันล้านดอลลาร์ ในปี 2546

อุตสาหกรรมนี้อยู่ภายใต้ความสนใจของรัฐบาลอย่างใกล้ชิด ดังนั้นในช่วงเวลาของการก่อตัวของเทคโนโลยีชีวภาพล่าสุดและการเกิดขึ้นของทิศทางที่เกี่ยวข้องกับการจัดการของสารพันธุกรรมในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 ศตวรรษที่ผ่านมา รัฐสภาคองเกรสแห่งสหรัฐอเมริกาให้ความสนใจอย่างมากต่อความปลอดภัยของการวิจัยทางพันธุกรรม เฉพาะในปี พ.ศ. 2520 เพียงปีเดียว มีการพิจารณาคดีพิเศษ 25 ครั้ง และร่างกฎหมาย 16 ฉบับผ่านการอนุมัติ

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 90 จุดเน้นได้เปลี่ยนไปเป็นการพัฒนามาตรการเพื่อส่งเสริมการนำเทคโนโลยีชีวภาพไปใช้จริงในการผลิตผลิตภัณฑ์ใหม่ การพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพในสหรัฐอเมริกามีความเกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาสำคัญหลายประการ: ปัญหาด้านพลังงาน วัตถุดิบ อาหาร และสิ่งแวดล้อม

ในบรรดาสาขาเทคโนโลยีชีวภาพที่ใกล้เคียงกับการปฏิบัติจริงหรืออยู่ในขั้นตอนของการพัฒนาอุตสาหกรรมมีดังนี้:
- การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ทางชีวภาพ
- การใช้จุลินทรีย์เพื่อเพิ่มผลผลิตน้ำมันและการชะล้างของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและโลหะหายาก
- การออกแบบสายพันธุ์ที่สามารถทดแทนตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์ที่มีราคาแพง และเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการสังเคราะห์เพื่อให้ได้สารประกอบใหม่ที่เป็นพื้นฐาน
- การใช้สารกระตุ้นการเจริญเติบโตของพืชแบคทีเรีย การเปลี่ยนจีโนไทป์ของธัญพืช และการปรับตัวให้สุกในสภาวะที่รุนแรง (โดยไม่ต้องไถ รดน้ำ และใส่ปุ๋ย)
- การสังเคราะห์ทางชีวภาพโดยตรงเพื่อการผลิตผลิตภัณฑ์เป้าหมายอย่างมีประสิทธิภาพ (กรดอะมิโน, เอนไซม์, วิตามิน, ยาปฏิชีวนะ, วัตถุเจือปนอาหาร, ยาทางเภสัชวิทยา;
- การได้รับยาวินิจฉัยและการรักษาใหม่โดยใช้วิธีทางเซลล์และพันธุวิศวกรรม

บทบาทของผู้นำสหรัฐฯ เกิดจากการจัดสรรเงินทุนของรัฐบาลและเอกชนในระดับสูงสำหรับการวิจัยขั้นพื้นฐานและประยุกต์ มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) กระทรวงสาธารณสุขและบริการมนุษย์ การเกษตร พลังงาน เคมีภัณฑ์ อาหาร กลาโหม การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) และกระทรวงมหาดไทยมีบทบาทสำคัญในการระดมทุนด้านเทคโนโลยีชีวภาพ การจัดสรรจะถูกจัดสรรตามเป้าหมายของโปรแกรม เช่น โครงการวิจัยได้รับการอุดหนุนและทำสัญญา

ในเวลาเดียวกัน บริษัทอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ได้สร้างความสัมพันธ์ทางธุรกิจกับมหาวิทยาลัยและศูนย์วิจัย สิ่งนี้มีส่วนทำให้เกิดความซับซ้อนในด้านใดด้านหนึ่ง ตั้งแต่การวิจัยพื้นฐานไปจนถึงการผลิตต่อเนื่องของผลิตภัณฑ์และการส่งมอบสู่ตลาด “ระบบการมีส่วนร่วม” นี้จัดให้มีการจัดตั้งกองทุนเฉพาะทางพร้อมกับสภาผู้เชี่ยวชาญที่เหมาะสมและการดึงดูดบุคลากรที่มีคุณสมบัติเหมาะสมที่สุด

เมื่อเลือกโครงการที่มีผลกระทบเชิงพาณิชย์สูง การใช้สิ่งที่เรียกว่า "การวิเคราะห์ข้อจำกัด" จะเป็นประโยชน์ สิ่งนี้ช่วยให้คุณลดเวลาดำเนินโครงการได้อย่างมาก (โดยเฉลี่ยจาก 7-10 เป็น 2-4 ปี) และเพิ่มความน่าจะเป็นของความสำเร็จเป็น 80% แนวคิดของ "ข้อจำกัดที่ระบุ" รวมถึงศักยภาพในการขายผลิตภัณฑ์ให้ประสบความสำเร็จและการทำกำไร การเพิ่มการผลิตต่อปี ความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์ ความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นจากมุมมองของการขาย ความเป็นไปได้ในการปรับโครงสร้างการผลิตโดยคำนึงถึงความสำเร็จใหม่ๆ เป็นต้น

การใช้จ่ายรวมประจำปีของรัฐบาลสหรัฐฯ ในด้านการวิจัยพันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพมีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ การลงทุนจากบริษัทเอกชนเกินตัวเลขเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ มีการจัดสรรเงินหลายพันล้านดอลลาร์ต่อปีเพื่อการผลิตยาวินิจฉัยและยาต้านมะเร็งเพียงอย่างเดียว โดยหลักแล้วจะครอบคลุมหัวข้อต่อไปนี้: วิธีการรวมตัวของ DNA การผลิตลูกผสม การผลิตและการใช้โมโนโคลนอลแอนติบอดี การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อและเซลล์

ในสหรัฐอเมริกา กลายเป็นเรื่องปกติสำหรับบริษัทที่ไม่เคยเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีชีวภาพมาก่อนที่จะเริ่มเข้าถือหุ้นในบริษัทที่มีอยู่และสร้างกิจการด้านเทคโนโลยีชีวภาพของตนเอง (ตาราง 1.1) ตัวอย่างเช่น นี่คือแนวทางปฏิบัติของยักษ์ใหญ่ด้านเคมีเช่น Philips Petrolium, Monsanto, Dow Chemical ปัจจุบันมีบริษัทเคมีภัณฑ์ประมาณ 250 แห่งที่มีความสนใจในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ ดังนั้นยักษ์ใหญ่ของอุตสาหกรรมเคมีของสหรัฐอเมริกาคือ บริษัท De Pont จึงมีคอมเพล็กซ์เทคโนโลยีชีวภาพหลายแห่งมูลค่า 85-150,000 ดอลลาร์ ด้วยจำนวนพนักงาน 700-1,000 คน

คอมเพล็กซ์ที่คล้ายกันได้ถูกสร้างขึ้นภายในโครงสร้างของมอนซานโต ยิ่งกว่านั้น ปัจจุบันมากถึง 75% ของงบประมาณ (มากกว่า 750 ล้านดอลลาร์) ได้รับการจัดสรรให้กับสาขาเทคโนโลยีชีวภาพ จุดมุ่งเน้นของบริษัทเหล่านี้คือการผลิตฮอร์โมนการเจริญเติบโตที่ดัดแปลงพันธุกรรม เช่นเดียวกับยาดัดแปลงพันธุกรรมจำนวนหนึ่งสำหรับสัตวแพทยศาสตร์และเภสัชวิทยา นอกจากนี้ บริษัทต่างๆ ร่วมกับศูนย์วิจัยของมหาวิทยาลัย ลงนามในสัญญาสำหรับการวิจัยและพัฒนาร่วมกัน

ตารางที่ 1.1. ข้อกังวลที่ใหญ่ที่สุดของสหรัฐอเมริกาและบริษัทยาที่ผลิตยาเทคโนโลยีชีวภาพทางการแพทย์

มีความเห็นว่าธุรกิจร่วมทุนได้เตรียมเงื่อนไขที่จำเป็นทั้งหมดสำหรับการก่อตั้งและพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพในสหรัฐอเมริกาแล้ว สำหรับบริษัทขนาดใหญ่และบริษัทต่างๆ การร่วมลงทุนเป็นเทคนิคที่ได้รับการยอมรับอย่างดีซึ่งช่วยให้พวกเขาได้รับการพัฒนาใหม่ๆ ในระยะเวลาอันสั้นลง โดยดึงดูดบริษัทขนาดเล็กและทีมขนาดเล็กให้มาทำเช่นนี้ แทนที่จะทำด้วยตัวเอง

ตัวอย่างเช่นในยุค 80 General Electric ด้วยความช่วยเหลือจากบริษัทขนาดเล็ก เริ่มเชี่ยวชาญการผลิตสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เพียงในปี 1981 เพียงปีเดียว การจัดสรรความเสี่ยงในด้านเทคโนโลยีชีวภาพมีมูลค่าถึง 3 ล้านเหรียญสหรัฐ การรับความเสี่ยงของบริษัทขนาดเล็กทำให้บริษัทและองค์กรขนาดใหญ่มีกลไกในการเลือกนวัตกรรมที่มีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจและมีแนวโน้มทางการค้าที่แข็งแกร่ง

บน. วอยนอฟ, ที.จี. โวโลวา