Современное состояние биотехнологии. Положение биотехнологии в системе наук

Современное состояние биотехнологии

“Если бы я не занимался компьютерами, я работал бы в сфере биотехнологии. На протяжении следующих двух десятилетий я ожидаю увидеть поразительные достижения в этом направлении …”

Билл Гейтс

БИОТЕХНОЛОГИЯ “…все виды работ, при которых те или иные продукты производятся из сырья при помощи живых организмов.” Карл Эреки

БИОТЕХНОЛОГИЯ: генетическая инженерия, физико - химия ферментов, молекулярная диагностика, селекционная генетика, микробиология, химия антибиотиков, комбинаторная химия

ПОЛОЖЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМЕ НАУК

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ: ПРОДУЦЕНТЫ

СЫРЬЕВЫЕ РЕСУРСЫ

МИРОВАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

Затраты на фундаментальные исследования

Ассигнования на биотехнологию

Россия Китай $ 35 $ 1 Млн. Млрд. На 57 науч. В год центров

$ 34 Млрд. 2004

80% США

$ 2,5 Млрд. 1980

Прогноз ООН – 2025 г – перевод 25% химической промышленности на биотехнологию

БИОТЕХНОЛОГИЯ РФ

1990 г 2004 г 2-место ферменты 6 раз в антибиотики 12 раз Мире кормовой белок 25 раз Импортозависимость Росcии: ИНСУЛИН – 100% АНТИБИОТИКИ – 90%

Мировой рынок биотехнологии (Млрд. долларов) 100 40 2004 г 2010 г Доля России – 0,25%

РЫНОК БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Пищевая промышленность 10%

Фармацевтика 58%

Оборудование 2%

Сельское хозяйство 30%

Общий объем рынка: $ 1,01 млрд. Собственное производство: $ 360 млн. Импорт: $ 650 млн.

Медицинская биотехнология

Пищевая био- технология

Агро биотехнология

Нанобио- технология

трансгенные растения биологические средства защиты растений корма и ферменты для кормо- производства

интерферон инсулин ДНК-вакцины диагностикумы витамины антибиотики

БИОТЕХНОЛОГИЯ

Биогео технология

Экобио технология

Комитет Государственной Думы по промышленности, строительству и наукоемким технологиям «О законодательном обеспечении развития биотехнологической отрасли промышленности»

1. Повышение инвестиционной привлекательности биотехнологической отрасли и содействие коммерциализации биотехнологий;
2. Стимулирование научных исследований, способствующих конкурентоспособности отечественной биотехнологии;
3. Разработка механизмов государственной поддержки инновационной деятельности в области биотехнологии
4. Модернизация существующей материально-технической базы биотехнологических предприятий и организаций;
5. Разработка системы подготовки высококвалифицированных кадров для биотехнологии

Программа «Развитие биотехнологии в РФ на 2006-2015 гг.»

• Национальные приоритетные проекты, невыполнение которых угрожает национальной безопасности страны:
• сохранение коллекций микроорганизмов, производство альтернативного моторного топлива на основе биоэтанола, биодизеля и биогаза;
• перевод химической промышленности на возобновляемое сырье;
• внедрение экологически чистой системы биоземледелия

Федеральные проекты

ДНК - ЧИПЫ

Механизм биоузнавания – гибридизация ДНК (РНК )

Au электрод

ДНК (РНК)

Люминесценция Электропроводность Масс-спектрометрия

До 0,5 нг материала

Эл. сигнал

Биологические объекты – вирусы (в т. ч. ВИЧ), онкогены, кишечная палочка, микобактерии туберкулеза Иные объекты – аллергены, наркотики, прочие БАВ

Области применения ДНК-чипов:

• Открытие и скрининг генов
• Генетическое секвенирование
• Картирование и экспрессионный анализ
• Выявление генетических заболеваний у людей, животных и растений
• Фармакогеномика и токсикогеномика
• Экологический мониторинг, криминалистика
• Мировой рынок биочипов - $ 950 млн. (2005)
• Рост до 20 %/год - ~ $ 2.1 млрд. (2008)

Нанороботы в артерии

Нанотрубки в доставке лекарств

Основные объекты генно – инженерных НИР

ГМО

ГМ-растения

ГМ-животные

ГМ-микроорганизмы

ГМ-инсулин (98% мирового производства)

К 2010 г. – общемировая доходность рынка ГМО > $1трлн. США – мировой лидер ГМО – ежегодно инвестирует > $ 100 млрд. Россия – расходы 2004 г. - $30 млн.

Современный рынок ГМО

ГМ-лекарства

ГМ-продукты питания

ГМ- микроорганизмы

ГМ-корма для животных

Потери агрокомплекса РФ от сорняков и вредителей: Злаковые - ~34,6%; сахарная свекла – 42% Подсолнечник – 37%, картофель – 46,2% Рынок картофеля РФ - ~35 млн. тонн - ~$7 млн. Потери – $3,5 млн.

ГМ – лекарства

Хорошая репутация в научных кругах, устойчивый спрос у потребителей

Синтетический инсулин

Рекомбинантных интерферон

Генно-инженерные вакцины

ГМ-продукты питания

ГМ – микроорганизмы: производство йогуртов, сыров, пива

ГМ-растения

Период культивирования ГМ-растений – 10 лет, 18 стран К маю 2005 г. засеяно 1 биллион акров I поколение ГМ-растений – облегчение труда фермеров и увеличение урожая без нанесения вреда окружающей среде II поколение ГМ-растений – создание культур, обладающих улучшенными питательными и возможно лекарственными свойствами

• Разработки 2005 г. в области ГМ-растений
• США «Kellogg» - объявила о начале использования масла соевых бобов с низким содержанием линоленовой кислоты (ГМ-продукт II поколения)
• Австралия – создан сорт кресс-салата, семена которого содержат полиненасыщенные ω-3-жирные кислоты, снижающие риск развития заболеваний сердца
• Япония – объявила о создании риса, содержащего вакцину, блокирующую развитие иммунного ответа, запускающего аллергические реакции типа сенной лихорадки
• До 38% мирового производства- ГМ-соя : США - 62%,Аргентина – 80%

• Разработки 2005г. в области ГМ-животных
• США – министерство с/х объявило о создании породы коров, в организме которых происходит синтез белка лизостафина, что делает животных устойчивыми к возбудителю мастита.
• Шотландия – исследователи сообщили о разработке метода синтеза в белке куриных яиц антител против злокачественных заболеваний кожи. Эта методика позволит выпускать препараты для лечения широкого спектра онкологических заболеваний.
• Аргентина – молоко клонированных коров содержит человеческий гормон роста. Ученые полагают, что 15 таких особей могут удовлетворить мировую потребность в этом препарате
• Южная Корея – в результате работ по ксенотрансплантации (пересадке органов от животного к человеку) были созданы поросята, геном которых содержит ген HLA-G, повышающий вероятность приживления их органов в человеческом организме.
• Впервые осуществлено клонирование особей вымирающих видов животных – монгольская газель, азиатский буйвол, арабская скаковая лошадь.

«Пчела - суперработник» (Apis mellifera) Такая пчела с модифицированной ДНК обладает повышенной сопротивляемостью к инсекти-цидам и заболеваниям, а значит более эффективно опыляет растения. Разработка медицинского колледжа Бейлора, США.

«Комар - доктор» (Anopheles gambiae) Модифицированные кровососы вырабатывают антибактериальные токсины, в будущем их укусы обретут свойства лекарств от малярии. Разработка пяти независимых исследовательских групп в США и трех в Европе.

«Цикада – убийца микробов» (Homalodisca coagulata) Ученым удалось значительно усилить иммунную систему насекомого и повысить сопротивляемость к часто переносимому ею возбудителю сонной болезни, смертельной для человека. Разработка Йельского университета, США.

«Клоп – врач» (Triatoma protracta) Специально выведенная бактерия, будучи заселенной в этого клопа, уничтожает микроорганизмы, выделяющиеся обычно вместе с экскрементами клопа и приводящие к развитию у человека болезни Чагаса. Разработка Университете Валле, Гватемала

• Решения по ГМО, принятые международными
• организациями
• Исследования, проведенные ВОЗ, указывают на то, что
• использование ГМ-растений приводит к повышению урожайности