Сферы применения биотехнологий
Сферы применения биотехнологии ныне очерчены уже достаточно определенно. Выделяется шесть главных областей ее применения.
Первое место в современной биотехнологии принадлежит генной инженерии. Она предоставила исследователям новую, исключительно ценную возможность – изменять генетическую программу бактериальных, растительных и животных клеток. Внедрение методов генной инженерии в растениеводство и животноводство позволяет добиться повышения продуктивности сельскохозяйственного производства и защитить культурные растения и домашних животных от болезней и вредителей.
Большое значение имеет также другое направление биотехнологии – защита культурных растений от болезней и вредителей. Уже разработаны новые виды биопестицидов, биофунгицидов и биоинсектицидов, безопасные для человека и окружающей среды и избирательно действующие на сельскохозяйственные культуры. То же относится и к биоудобрениям, созданным, например, с помощью бактерий, улавливающих и усваивающих азот из воздуха. Благодаря их применению усиливается сопротивление сельскохозяйственных культур болезням и вредителям, что позволяет уменьшить потребности в химических пестицидах. Одновременно ведутся работы, направленные на увеличение почвенного плодородия и повышение степени усвоения растениями питательных веществ.
В-третьих, это увеличение энергетических ресурсов. Имеется в виду использование микроорганизмов для получения энергии из биомассы, причем как в газообразном (биогаз), так и в жидком (этиловый спирт) виде. Развитие этого направления позволяет использовать огромные и все время возобновляющиеся ресурсы биомассы, а также обеспечить дополнительные меры по охране окружающей среды. Использование соответствующей техники (биогенераторы) можно считать уже вполне освоенным делом.
В-четвертых, это разработка биотехнологическими методами полезных ископаемых. Здесь имеется в виду подземное выщелачивание, уже применяемое при разработке залежей меди и некоторых редких металлов. Считается также, что с помощью микроорганизмов можно повысить пластовое давление и тем самым увеличить отдачу нефтяных пластов.
В-пятых, это получение новых лекарственных средств для нужд медицины и ветеринарии. Современной биотехнологией уже накоплен опыт в производстве разного рода вакцин, антибиотиков, гормонов и т. п.
В-шестых, это защита окружающей среды биотехнологическими методами. В данном случае имеются в виду промышленная бактериальная очистка сточных вод, утилизация промышленных и коммунальных отходов, в том числе отходов органической химии и мест утечки нефти и нефтепродуктов при помощи более дешевых и эффективных, чем традиционные, методов.
Области применения биотехнологий. Примеры
1.Медицина, здравоохранение, фармакология:
Антибиотики, ферменты, аминокислоты, кровезаменители, алкалоиды, нуклеотиды, иммунорегуляторы, противораковые и противовирусные препараты, новые вакцины, гормональные препараты (инсулин, гормон роста и др.), моноклональные антитела для диагностики и лечения, пробы ДНК для диагностики и генотерапии, продукты диетического питания
2.Получение химических веществ:
Этилен, пропилен, бутилен, окисленные углеводороды, органические кислоты, терпены, фенолы, акрилаты, полимеры, ферменты, продукты тонкого органического синтеза, полисахариды
3.Животноводство:
Усовершенствование кормовых рационов (производство белка, аминокислот, витаминов, кормовых антибиотиков, ферментов, заквасок для силосования), ветеринарных препаратов (антибиотики, вакцины и т.д.), гормонов роста, создание высокопродуктивных пород, пересадка оплодотворённых клеток, эмбрионов, манипуляции с чужеродными генами
4.Растениеводство:
Биорациональные пестициды, бактериальные удобрения, гибберелины, производство безвирусного посадочного материала, создание высокопродуктивных гибридов, введение генов устойчивости к болезням, засухе, заморозкам, засоленности почв
5.Рыбное хозяйство:
Кормовой белок, ферменты, антибиотики, создание генетически модифицированных пород с усиленным ростом, устойчивых к заболеваниям
6.Пищевая промышленность:
Белок, аминокислоты, заменители сахара (аспартам, глюкозно-фруктозный сироп), полисахариды, органические кислоты, нуклеотиды, липиды, переработка пищевых продуктов
7.Энергетика и добыча полезных ископаемых:
Спирты, биогаз, жирные кислоты, алифатические углеводороды, водород, уран, интенсификация добычи нефти, газа, угля, искусственный фотосинтез, биометаллургия, добыча серы
8.Тяжелая промышленность:
Улучшение технических характеристик каучука, бетонных, цементных, гипсовых растворов, моторных топлив; антикоррозийные присадки, смазки для проката чёрных и цветных металлов, технический белок и липиды
9.Легкая промышленность:
Улучшение технологии переработки кож, производства текстильного сырья, шерсти, бумаги, парфюмерно-косметических изделий, получение биополимеров, искусственных кожи и шерсти и т.д.
10.Биоэлектроника:
Биосенсоры, биочипы
11.Космонавтика:
Создание замкнутых систем жизнеобеспечения в космосе
12.Экология:
Утилизация сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, биодеградация трудноразлагаемых и токсических веществ (пестицидов, гербицидов, нефти), создание замкнутых технологических циклов, производство безвредных пестицидов, легкоразрушаемых полимеров
13.Научные исследования:
Генно-инженерные и молекулярно-биологические исследования (ферменты рестрикции ДНК, ДНК- и РНК-полимеразы, ДНК- и РНК-лигазы, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды и т.д.), медицинские исследования (средства диагностики, реактивы и пр.), химия (реактивы, сенсоры)