6 новейших разработок ученых

Новые препараты, революционные технологии, прогрессивные методы лечения — ученые всего мира работают над тем, чтобы найти инновационные способы борьбы с неизлечимыми болезнями. То, что раньше было лишь плодом бурного воображения фантастов, совсем скоро может перейти в категорию самых заурядных вещей.

1. Изменение генома – новый метод борьбы с раком

Китайские ученые собираются массово применять метод редактирования генома людей, заболевших раком. Многие врачи опасаются такого шага, так как последствия изменения генома трудно спрогнозировать в долгосрочном периоде. Исследователи West China Hospital редактируют ДНК с названием CRISPR/cas9, чтобы безнадежно больные пациенты смогли получить шанс на выздоровление.

Ученые забирают иммунные Т-клетки крови больного, чтобы «научить» их атаковать злокачественные образования, как обычную инфекцию. Похожий метод недавно изобрели и в США, но он не настолько избирательно воздействует, как метод генного изменения CRISPR. Возможно, Китай станет первой страной, где подобную методику лечения поставят на «конвейер».

2. Биопринтер для синтеза аналога кожи человека

Испанские исследователи вместе с компанией BioDan Group разработали биопринтер с возможностью 3-D печати. Вместо картриджей с чернилами в нем находятся инжекторы с биологическими материалами. Материал, создаваемый уникальным устройством, максимально точно имитирует человеческую кожу и подходит для пересадки пациентам, получившим ожоги.

Искусственную человеческую кожу можно использовать при исследовании новых лекарств и химических соединений. Созданный итальянцами материал имеет тонкий защитный слой сверху и толстую прослойку внутри, похожую на дерму. Производимая на принтере кожа включает в себя и клетки, синтезирующие коллаген.

3. Чип-имплантат против слепоты

Новая технология под названием Second Sight может стать настоящим прорывом в лечении полностью слепых людей. Благодаря чипу-имплантату, в визуальную область коры головного мозга посылаются сигналы, позволяющие пациенту увидеть световые контуры предметов, в том числе и больших букв.

На первом этапе испытаний метода исследователи не обнаружили у вживленного в организм чипа побочных эффектов. Ученые надеются с помощью инновационной технологии вернуть зрение слепым, которые стали таковыми вследствие травмы, ретинопатии, глаукомы или рака.

4. Нановолоконное покрытие для регенерации костной ткани

Группа российских и бельгийских ученых работает над созданием нановолоконного материала, который сможет стать каркасом для регенерации клеток костной ткани. Специальные имплантаты смогут исправить дефекты костей и увеличат их прочность. Материал под названием фатерит позволяет запустить процесс роста клеток после трансплантации каркаса в организм. Спустя месяц новая костная ткань полностью замещает имплантат.

5. Новый способ борьбы с гриппом

Томские ученые разрабатывают метод защиты от вируса гриппа H1N1 без применения вакцины. Исследователи уверены, что иммунитет можно «научить» быстрее вырабатывать интерферон. Именно защитный белок иммунной системы блокирует распространение вируса внутри организма. Метод позволяет доставлять лекарство в те клетки, которые выделяют слишком мало интерферона. Для этого используют гибридные микроконтейнеры с антивирусной РНК. Вирусный геном блокируется, а экспрессия вирусного гена снижается.

6. Стенты для устранения тромбов после ишемического инсульта

Чтобы предотвратить инвалидность после приступа, кровяной сгусток в сосуде нужно ликвидировать в течение 3-6 часов. Сейчас это возможно благодаря внутривенному введению специальных лекарств, которые результативны лишь в 35% случаев. Микроскопические стенты, вводимые в кровеносную систему мозга, позволяют удалить тромб за несколько минут. Эффективность нового метода составляет почти 100%.

Как известно, самые интересные открытия совершаются на стыке областей знания.


Одним из наиболее перспективных направлений в естественнонаучных дисциплинах сегодня стала биотехнология, возможности которой пока что изучены довольно слабо. Этот важный раздел биологической науки вполне может стать основой для технологического рывка в ближайшем будущем, сыграв для XXI века ту же роль, какую для ХХ столетия сыграли химия и электроника.

Биотехнология – значение слова

В последние десятилетия слово «биотехнология» всё чаще встречается на страницах СМИ, в телепередачах и в интернете. Впервые о биотехнологиях заговорили в середине 70-х годов ХХ столетия в связи с новыми методиками изготовления лекарственных субстанций – сырья для препаратов, выпускаемых фармакологической промышленностью. С тех пор биотехнологии существенно расширили сферу применения.

Сегодня, говоря о биотехнологии, мы подразумеваем методы производства нужных нам материалов и продуктов с использованием живых организмов, культивируемых в искусственной среде клеток и разнообразных биологических процессов. На текущий момент объектами биотехнологии чаще всего становятся микроорганизмы, а также отдельно взятые клетки животных или растений.

Простейшим примером биотехнологии является изготовление кисломолочных продуктов – кефира, творога и др. – при помощи культур кисломолочных бактерий. Можно вспомнить и о выпекании дрожжевого хлеба с использованием пекарских дрожжей. Эти биотехнологии известны человечеству на протяжении многих веков, но сегодня биологи используют намного более сложные методики, чтобы организовывать необходимые нам процессы.

Для чего нужна биотехнология?

В любой отрасли промышленности добиться нужного результата можно разными способами, но часто биотехнологическое решение поставленной перед учёными задачи оказывается наиболее эффективным, экономичным и безопасным. К примеру, для того, чтобы высечь на мраморе надпись, квалифицированный каменотёс должен трудиться несколько недель.

Однако в Древней Греции для изготовления надписей использовали один из видов улиток, слизь которых обладает повышенной кислотностью. Как известно, мрамор – это кристаллизовавшийся известняк. Проползая по поверхности камня, улитка своей слизью выжигала в нём выемку, и мастеру оставалось лишь направить моллюска в нужную сторону, чтобы быстро и без труда получить желаемую надпись.

Этот пример простейшей биотехнологии прекрасно иллюстрирует все преимущества биологических методов. Биохимические процессы не требуют высокой температуры и давления, не загрязняют окружающую среду и зачастую обходятся намного дешевле традиционных способов. Так, биотехнология сегодня активно используется для обогащения различных руд и добычи редких металлов. Функцию обогатителя выполняют микроорганизмы, которые поглощают нужный металл и накапливают его в своей ткани, а затем отмирают, образуя плотный осадок, из которого уже не составляет труда извлечь необходимый элемент.


Биотехнология позволяет перерабатывать даже очень бедные руды, извлекая из них нужные металлы с высокой точностью и без лишних затрат.

Эти же процессы используются и для эффективной очистки стоков. Если использовать фильтрацию, то очистные сооружения обойдутся очень дорого. Штаммы специально выведенных бактерий извлекают тяжёлые металлы, перерабатывают и делают безопасными нефтепродукты. Очистка стоков не требует затрат: достаточно залить сточные воды в отстойник и запустить туда нужные виды микроорганизмов, а затем подождать, пока вода не осветлится.

Но наиболее часто биотехнология используется для изготовления различных лекарственных препаратов. С её помощью производятся сотни или даже тысячи наименований и групп лекарств: антибиотики, сыворотки, различные вакцины и т.д. Отдельной группой препаратов являются кормовые добавки – аминокислоты, белки и др.

Сферы применения биотехнологии

На текущий момент наиболее активно биотехнологии работают в следующих направлениях:

— производство пищевых продуктов на качественно новой основе;

— разработка и изготовление препаратов, повышающих эффективность сельского хозяйства;

— разработка и изготовление лекарств, вакцин, биодобавок;

— биотехнологии для добывающей промышленности и бытовой сферы;

— изготовление диагностических препаратов и реактивов;

— биотехнология очистки окружающей среды от антропогенных загрязнений.

Существует ещё немало направлений, в которых использование биотехнологии возможно в ближайшей либо отдалённой перспективе.

Направления биотехнологии

Используя живые организмы в своих целях, человек уже сегодня может добывать необходимые вещества, перерабатывать отходы в полезные удобрения, лечить различные болезни и многое другое. Наиболее активно в настоящее время развиваются следующие направления биотехнологии.

— Микробиологический синтез – производство необходимых веществ и субстанций с использованием микроорганизмов. Уже сегодня этот способ используется при производстве спирта, иммобилизованных ферментов и ряда других веществ.

— Генная инженерия – своеобразное «конструирование» генома живого существа с целью получения организма с заданными свойствами. Методы генной инженерии в последние десятилетия произвели буквально революцию в сельском хозяйстве, создав новые, чрезвычайно устойчивые к неблагоприятным внешним явлениям культурные растения.

— Космическая биотехнология – направление, находящееся сегодня в стадии начального развития. Ведутся исследования по применению биотехнологии в космосе, исследуются перспективы получения кристаллических белков и других материалов.

— Биогидрометаллургия – извлечение металла из руды при помощи микроорганизмов. В результате деятельности бактерий образуются растворимые соли металла, которые переходят в раствор, а затем извлекаются и перерабатываются обычным способом.


В недалёком будущем биотехнологические процессы смогут заменить многие грязные производства, сделав окружающий нас мир более привлекательным, безопасным и удобным для жизни.

Впервые термин «биотехнология» применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году. Отдельные элементы биотехнологии появились достаточно давно. По сути, это были попытки использовать в промышленном производстве отдельные клетки (микроорганизмы) и некоторые ферменты, способствующие протеканию ряда химических процессов.

Так, в 1814 году петербургский академик К. С. Кирхгоф открыл явление биологического катализа и пытался биокаталитическим путём получить сахар из доступного отечественного сырья (до середины XIX века сахар получали только из сахарного тростника). В 1891 году в США японский биохимик Дз. Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов.

В начале XX века активно развивалась бродильная и микробиологическая промышленность. В эти же годы были предприняты первые попытки использовать ферменты в текстильной промышленности.

В 1916–1917 годах русский биохимик А. М. Коленев пытался разработать способ, который позволил бы управлять действием ферментов в природном сырье при производстве табака.

Огромный вклад в дело практического использования достижений биохимии внёс академик А. Н. Бах, создавший важное прикладное направление биохимии – техническую биохимию. А. Н. Бах и его ученики разработали множество рекомендаций по улучшению технологий обработки самого различного биохимического сырья, совершенствованию технологий хлебопечения, пивоварения, виноделия, производства чая и табака и т. п., а также рекомендации по повышению урожая культурных растений путём управления протекающими в них биохимическими процессами.

Все эти исследования, а также прогресс химической и микробиологической промышленности и создание новых промышленных биохимических производств (чая, табака и т. п.) были важнейшими предпосылками возникновения современной биотехнологии.

В производственном отношении основой биотехнологии в процессе её формирования стала микробиологическая промышленность. За послевоенные годы микробиологическая промышленность приобрела принципиально новые черты: микроорганизмы стали использовать не только как средство повышения интенсивности биохимических процессов, но и как миниатюрные синтетические фабрики, способные синтезировать внутри своих клеток ценнейшие и сложнейшие химические соединения. Перелом был связан с открытием и началом производства антибиотиков.

Первый антибиотик – пенициллин – был выделен в 1940 году. Вслед за пенициллином были открыты и другие антибиотики (эта работа продолжается и поныне). С открытием антибиотиков сразу же появились новые задачи: налаживание производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня доступности новых лекарств, получением их в очень больших количествах, необходимых медицине.

Синтезировать антибиотики химически было очень дорого или вообще невероятно трудно, почти невозможно (недаром химический синтез тетрациклина советским учёным академиком М. М. Шемякиным считается одним из крупнейших достижений органического синтеза). И тогда решили для промышленного производства лекарственных препаратов использовать микроорганизмы, синтезирующие пенициллин и другие антибиотики. Так возникло важнейшее направление биотехнологии, основанное на использовании процессов микробиологического синтеза.

Виды биотехнологии

Биоинженерия

Биоинженерия или биомедицинская инженерия – это дисциплина, направленная на углубление знаний в области инженерии, биологии и медицины и укрепление здоровья человечества за счёт междисциплинарных разработок, которые объединяют в себе инженерные подходы с достижениями биомедицинской науки и клинической практики. Биоинженерия/биомедицинская инженерия – это применение технических подходов для решения медицинских проблем в целях улучшения охраны здоровья. Эта инженерная дисциплина направлена на использование знаний и опыта для нахождения и решения проблем биологии и медицины.

Биоинженеры работают на благо человечества, имеют дело с живыми системами и применяют передовые технологии для решения медицинских проблем. Специалисты по биомедицинской инженерии могут участвовать в создании приборов и оборудования, в разработке новых процедур на основе междисциплинарных знаний, в исследованиях, направленных на получение новой информации для решения новых задач.

Среди важных достижений биоинженерии можно упомянуть разработку искусственных суставов, магниторезонансной томографии, кардиостимуляторов, артроскопии, ангиопластики, биоинженерных протезов кожи, почечного диализа, аппаратов искусственного кровообращения. Также одним из основных направлений биоинженерных исследований является применение методов компьютерного моделирования для создания белков с новыми свойствами, а также моделирования взаимодействия различных соединений с клеточными рецепторами в целях разработки новых фармацевтических препаратов («drug design»).

Биомедицина

Раздел медицины, изучающий с теоретических позиций организм человека, его строение и функцию в норме и патологии, патологические состояния, методы их диагностики, коррекции и лечения. Биомедицина включает накопленные сведения и исследования, в большей или меньшей степени общие медицине, ветеринарии, стоматологии и фундаментальным биологическим наукам, таким, как химия, биологическая химия, биология, гистология, генетика, эмбриология, анатомия, физиология, патология, биомедицинский инжиниринг, зоология, ботаника и микробиология.

Слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя наноустройства и наноструктуры. В мире уже созданы ряд технологий для наномедицинской отрасли. К ним относятся адресная доставка лекарств к больным клеткам, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства.

Биофармакология

Раздел фармакологии, который изучает физиологические эффекты, производимые веществами биологического и биотехнологического происхождения. Фактически, биофармакология – это плод конвергенции двух традиционных наук – биотехнологии, а именно, той её ветви, которую именуют «красной», медицинской биотехнологией, и фармакологии, ранее интересовавшейся лишь низкомолекулярными химическими веществами, в результате взаимного интереса.

Объекты биофармакологических исследований – изучение биофармацевтических препаратов, планирование их получения, организация производства. Биофармакологические лечебные средства и средства для профилактики заболеваний получают с использованием живых биологических систем, тканей организмов и их производных, с использованием средств биотехнологии, то есть лекарственные вещества биологического и биотехнологического происхождения.

Биоинформатика

Совокупность методов и подходов, включающих в себя:

1. математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномная биоинформатика);
2. разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика);
3. исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем.

В биоинформатике используются методы прикладной математики, статистики и информатики. Биоинформатика используется в биохимии, биофизике, экологии и в других областях.

Бионика

Прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика – это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.

Различают :

• биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах;
• теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов;
• техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.

Биоремедиация

Комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов – растений, грибов, насекомых, червей и других организмов.

Клонирование

Появление естественным путём или получение нескольких генетически идентичных организмов путём бесполого (в том числе вегетативного) размножения. Термин «клонирование» в том же смысле нередко применяют и по отношению к клеткам многоклеточных организмов. Клонированием называют также получение нескольких идентичных копий наследственных молекул (молекулярное клонирование). Наконец, клонированием также часто называют биотехнологические методы, используемые для искусственного получения клонов организмов, клеток или молекул. Группа генетически идентичных организмов или клеток – клон.

Генетическая инженерия

Суть генетической инженерии заключается в искусственном создании генов с нужными свойствами и введение их в соответствующую клетку. Перенос гена осуществляет вектор (рекомбинантная ДНК) – специальная молекула ДНК, сконструированная на основе ДНК вирусов или плазмид, которая содержит нужный ген, транспортирует его в клетку и обеспечивает его встраивание в генетический аппарат клетки.

Для маркировки определенных клеток организмов в молекулярно-генетических исследованиях используют ген GFP, выделенный из медузы. Он обеспечивает синтез флуоресцентного белка, который светится в темноте.

Генетическая инженерия широко используется как в научных исследованиях, так и в новейших методах селекции.

Биотехнология – это совокупность промышленных методов, которые применяют для производства различных веществ с использованием живых организмов, биологических процессов или явлений. Традиционная биотехнология основана на явлении ферментации – использовании в производственных процессах ферментов микроорганизмов. Клеточная инженерия – это отрасль биотехнологии, которая разрабатывает и использует технологии культивирования клеток и тканей вне организма в искусственных условиях. Генетическая инженерия – это отрасль биотехнологии, которая разрабатывает и использует технологии выделения генов из организмов и отдельных клеток, их видоизменение и введение в другие клетки или организмы.

Некоторые этические и правовые аспекты применения биотехнологических методов

Этика – учение о нравственности, согласно которому главной добродетелью считается умение найти середину между двух крайностей. Данная наука основана Аристотелем.

Биоэтика – часть этики, изучающая нравственную сторону деятельности человека в медицине, биологии. Термин предложен В.Р. Поттером в 1969 г.

В узком смысле биоэтика обозначает круг этических проблем в сфере медицины. В широком смысле биоэтика относится к исследованию социальных, экологических, медицинских и социально-правовых проблем, касающихся не только человека, но и любых живых организмов, включенных в экосистемы. То есть она имеет философскую направленность, оценивает результаты развития новых технологий и идей в медицине, биотехнологии и биологии в целом.

Современные биотехнологические методы обладают настолько мощным и не до конца изученным потенциалом, что их широкое применение возможно только при строгом соблюдении этических норм. Существующие в обществе моральные принципы обязывают искать компромисс между интересами общества и индивида. Более того, интересы личности ставятся в настоящее время выше интересов общества. Поэтому соблюдение и дальнейшее развитие этических норм в этой сфере должно быть направлено, прежде всего, на всемерную защиту интересов человека.

Массовое внедрение в медицинскую практику и коммерциализация принципиально новых технологий в области генной инженерии и клонирования, привело также к необходимости создания соответствующей правовой базы, регулирующей все юридические аспекты деятельности в этих направлениях.

Остановимся на тех направлениях в биотехнологических исследованиях, которые напрямую связаны с высоким риском нарушения прав личности и вызывают наиболее острую дискуссию по поводу их широкого применения: пересадка органов и клеток в терапевтических целях и клонирование.

В последние годы резко возрос интерес к изучению и применению в биомедицине эмбриональных стволовых клеток человека и техники клонирования с целью их получения. Как известно, эмбриональные стволовые клетки способны трансформироваться в разные типы клеток и тканей (кроветворные, половые, мышечные, нервные и др.). Они оказались перспективными для применения в генной терапии, трансплантологии, гематологии, ветеринарии, фармакотоксикологии, при тестировании лекарств и пр.

Выделение этих клеток производят из эмбрионов и плодов человека 5-8 недель развития, полученных при медицинском прерывании беременности (в результате аборта), что порождает многочисленные вопросы относительно этической и юридической правомерности проведения исследований на эмбрионах человека, в том числе такие:

• насколько необходимы и оправданы научные исследования на эмбриональных стволовых клетках человека?
• допустимо ли ради прогресса медицины разрушать человеческую жизнь и насколько это морально?
• достаточно ли проработана правовая база для применения этих технологий?

В ряде стран запрещены любые исследования на эмбрионах (например, в Австрии, Германии). Во Франции права эмбриона защищаются с момента его зачатия. В Великобритании, Канаде и Австралии, хотя создание эмбрионов для исследовательских целей не запрещено, но разработана система законодательных актов, регулирующая и контролирующая подобные исследования.

В России ситуация в этой области более чем неопределенная: деятельность по изучению и использованию стволовых клеток недостаточно отрегулирована, остаются существенные пробелы в законодательстве, мешающие развитию этого направления. В отношении же клонирования в 2002 г. федеральным законом был введен временный (на 5 лет) запрет на клонирование человека, но срок его действия истек в 2007 г., и вопрос остается открытым.

Рынок биотехнологий

Параллелей с современным биотехом у ИТ гораздо больше, чем может показаться на первый взгляд. Информационные технологии не появились сами по себе, их расцвету предшествовали фундаментальные открытия в физике, физике материалов, вычислительной математике и кибернетике. В результате сегодня ИТ – это область «легких стартапов», от возникновения идеи до принесения прибыли в которых проходит совсем немного времени, и мало кто задумывается о той работе, которая была проделана до сегодняшнего дня.

Ситуация с биотехнологиями аналогична, просто мы сейчас находимся на более раннем этапе, когда ещё идет разработка инструментов, программ. Биотехнологии ждут появления своего «персонального компьютера»”, только в нашем случае он не будет понятным массовым устройством – речь идёт скорее о наборе эффективных и недорогих инструментов.

Можно сказать, что сейчас ситуация подобна той, что была в 1990-е в ИТ. Технологии все еще развиваются и стоят достаточно дорого. Например, полное секвенирование человека стоит $1000. Это намного дешевле, чем цена в $3,3 млрд. у Human Genome Project, но она все еще невероятно высока для обывателя, а её применение для клинической диагностики на широком уровне пока еще невозможно. Для этого нужно, чтобы технология подешевела ещё раз в 10 и улучшила технические свойства настолько, чтобы ошибки секвенирования были нивелированы. В биотехе пока нет таких мощных проектов, как Facebook, но Illumina, Oxford Nanopore, Roche – всё это крайне успешные компании, чья деятельность часто напоминает Google, скупающий интересные стартапы. А Nanopore, например, стали миллиардерами, еще не выйдя на рынок, благодаря сочетанию хорошей исходной идеи, менеджмента и успехов в привлечении финансирования.

Сегодня биотехнологии – это ещё и рынок больших данных, и это продолжает параллели с ИТ, который в данном случае служит уже своего рода инструментом для более крупного и сложного биотеха. Такие компании как Editas Medicine (одни из создателей нашумевшей технологии редактирования генома CRISPR/Cas9) сделали свой IP на результатах секвенирования геномных данных бактерий из открытых источников. Они далеко не первыми стали пожинать плоды от накопленной информации, они даже не были первыми, кто открыл принцип действия кластера CRISPR, однако именно Editas Medicine создали биотехнологический продукт. Сегодня это компания стоимостью более $1 млрд.

И это не единственный бизнес, который возникнет благодаря анализу уже существующих данных. Более того, нельзя сказать, что за такими данными стоит очередь – их уже гораздо больше, чем можно проанализировать, а будет ещё больше, ведь учёные не перестают секвенировать. К сожалению, методы анализа еще несовершенны, поэтому не всем удается превратить данные в многомиллиардный продукт. Но если мы прикинем скорость развития инструментов анализа (подсказка: она очень высокая), несложно понять, что в будущем компаний, заметивших в больших данных генома что-то интересное, станет гораздо больше.

Может ли Россия стать биотехнологической страной?

Основная проблема биотехнологий в России – это не запрет ГМО, как многим кажется, а большое количество всевозможных бюрократических барьеров. Этот факт отмечают и в правительстве. Но даже к барьерам можно приспособиться. Последние 26 лет мы развиваемся под прессом реформ, постоянной смены правил игры, а бизнесу нужна стабильность и уверенность в том, что не будет происходить никаких потрясений.

Если российским биотехнологиям не мешать, они начнут развиваться. Также хочется отметить, что необдуманное желание помогать, те самые непродуманные госинвестиции, на самом деле, приводят к противоположному результату – субсидирование приучает компании к тому, что они будут поддерживаться государством постоянно. Как показывает практика, компании на госинвестициях становятся не эффективными. Везде нужна здоровая конкуренция, поэтому первоначальные вклады должны идти даже не от государства, а от бизнеса, который должен чувствовать уверенность в завтрашнем дня, с чем у нас пока проблемы.

Самое правильное для государства – это инвестировать в создания оптимальной среды для биотеха. У нас есть и умы, и люди с энергией и желанием созидать – важно не дать этому желанию пропасть.

Сегодня биотехнологии находятся в фазе интенсивного роста, но уже можно представить вектор их развития. Ведь сам смысл технологий не изменится, как он не изменился после появления компьютера: его идея в 1951 году не особо отличалась от той, что стоит за современными компьютерами. Существенно отличается только функционал и производительность. То же самое произойдёт и с биотехнологиями, а драйвер их развития даже понятнее – это вечное желание людей быть здоровыми и жить долго, не соблюдая при этом всех сложных правил здорового образа жизни. Поэтому в самом ближайшем будущем нас ждёт расцвет биотехнологий, и в конечном счёте это прекрасные новости для всего человечества.

«Биотехнологии станут ключевой отраслью XXI века», — убеждена основательница новой компании «Twist Bioscience» (Сан-Франциско, США). Недавно учреждению выделили почти 31 млн. долларов на создание высокоэффективного автоматизированного устройства производить синтетическую ДНК. Оборудование по показателям эффективности должно превзойти современные аналоги в сто раз. В воплощении в жизнь задекларированного проекта особенно заинтересованы химическая промышленность, сельское хозяйство и фармацевтика.

Биотехнологии

Биологический материал, гены в частности, становятся коммерческим продуктом, который заказывают у специальных поставщиков. Несколько имеющихся высокотехнологичных компаний могут синтезировать практически любую комбинацию генов для удовлетворения любых потребностей клиента. Однако нынешнее состояние индустрии могут в корне изменить инновационные разработки калифорнийского стартапа «Twist Bioscience».

На прошлой неделе вновь компания рассказала об успешном привлечении 26 млн. долларов венчурных инвестиций для внедрения технологии генного синтеза. «Twist Bioscience» поддержало американское правительственное Агентство передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA), заключив контракт, стоимостью почти 5 млн. долларов.

«Только за 10 месяцев мы собрали исследовательскую и управленческую команду высокого класса и создали прототип силиконовой пластины с 10 тыс. «гнезд», она необходима для производства синтетической ДНК, — сообщила Эмили Лепрус, генеральный директор учреждения. — Первые продукты и услуги мы предложим уже к концу 2015 года».

Будущий генный синтезатор будет величиной 1,8х1,8 м. Ключевой деталью, «сердцем» аппарата станет силиконовая пластина. Сначала на каждую машину будет приходиться по одной такой детали. Сегодня их изготавливают в основном из пластмассы в формате 8х12 см., на каждой из них — по 96 конусообразных гнезд. «Twist Bioscience» будут производить их из силикона и уменьшат до размеров почтовой марки. Более того, на каждом из так называемых ячеек разместят еще 96 аналогичных микроскопических деталей, то есть всего на одной плате будет насчитывать более 9 тыс. звеньев.

Читателю на заметку: Если вам нужен питомник деревьев и кустарников , то обращайтесь к специалистам на сайте zm-plants.ru. Уверен, вы останетесь довольны взаимовыгодным сотрудничеством!

По сравнению с современными образцами, оборудование «Twist Bioscience» будет производить генные материалы в сто раз эффективнее — причем, со значительно меньшей себестоимостью. «То, чем мы занимаемся, заключается в налаживании производственного процесса, с помощью которого можно быстро и дешево синтезировать большое количество генов очень высокого качества, — рассказала Эмили Лепрус. — Мы не стремимся к гламуру, нам нужна надежность».

Решение начать проект исследовательница приняла совместно с коллегами по цеху: Биллом Баньяи и Биллом Пеком. «Образовать 10 тыс. различных генов — одному не под силу. Времени на производство понадобится много. На создание полноценной ДНК уйдут недели или даже месяцы», — пояснила Лепруст.

Учитывая такие обстоятельства необходимым признали расширить возможности одновременного синтезирования генов; изготовить аппарат, управлявший бы перекачкой жидкости и другими технологическими процессами. Силиконовые пластины будут производить на том же оборудовании, что применяют в электронной промышленности; оно уже есть на рынке и стоит относительно недорого.

В планах на будущее: привлечь к работе 80 работников, в том числе специалистов по информатике, программной инженерии, химии, биохимии, маркетингу и т.п. Впереди работа над созданием генного синтезатора и программного обеспечения — они позволят полностью автоматизировать процесс генного производства.

В случае успеха «Twist Bioscience» может рассчитывать на клиентов из различных отраслей: химической, сельскохозяйственной, а также из сферы диагностики. Оборудование компании позволит получать генномодифицированных микробов, способных образовывать аммоний из азота, что находится в воздухе. Благодаря такой технологии отпадает необходимость удобрять поля. Новый генный синтезатор мог бы ускорить появление технологии изготовления пластмассы из биомассы, что существенно уменьшило бы потребность в нефти. И, кроме того, «Twist Bioscience» может упростить и удешевить вакцины и персонализированные медицинские препараты.

По мнению Эмили Лепрус, биотехнологии станут ключевой индустрией ХХ в., ведь с их помощью мир можно накормить, обеспечить энергией и оздоравливать. «Растения и микробы спасут мир. Именно от них мы будем получать еду и здоровье».

Вначале «Twist Bioscience» сосредоточит производство в Сан-Франциско, однако впоследствии планируют выйти на глобальный уровень и создать производственные центры в Европе и Азии.

»

Развитые страны особо заинтересованы в сохранении окружающей среды. Там хорошо знают, насколько природа уже пострадала от деятельности человека, и понимают: если увеличить посевные пло­щади, нарушения будут еще больше. Не исключено, что эти страны

могли бы удвоить производство пищи на тех же площадях и без ген­ной инженерии, используя широкий спектр агрохимических пре­паратов и наиболее прогрессивные методы селекции.

Развивающиеся страны и страны с переходной экономикой стремятся к продовольственной независимости. Они хотят произ­водить пищу сами, а не зависеть от других, ибо продовольствие - это, пожалуй, самое грозное политическое оружие в современном мире. Чтобы удвоить производство продовольствия в этих странах, не обойтись без новых технологий и знаний о генах, определяющих урожайность и другие важные потребительские свойства основных сельскохозяйственных культур, предстоит также серьезно потру­диться над совершенствованием их свойств. Иными словами, при­ходится «опираться» на трансгенные, или генно-модифицирован­ные (ГМ) сорта.

Геном растений имеет большой потенциал, в том числе для роста урожайности. Это важный аспект, не принимаемый в расчет «зелеными». Они полагают, что продуктивность сельского хозяй­ства развивающихся стран и стран с переходной экономикой зави­сит от социальных и экономических условий, с чем трудно не со­гласиться, но не учитывают, что сегодня для повышения произво­дительности этого уже недостаточно и нужны новые технологии. Лишь они позволят приблизиться к устойчивому сельскому хозяй­ству, устойчиво функционирующей промышленности и, соответ­ственно, к устойчивой (самовосстанавливающейся) окружающей среде.

Как известно, в XIX в. даже в самых развитых странах происхо­дили выступления против использования детского труда, низкой заработной платы, 12-часового рабочего дня. Но мы сегодня пре­красно понимаем, что реальные изменения произошли не столько из-за этих выступлений, сколько благодаря применению в про­мышленности новых, более эффективных, технологий. Итак, если мы хотим перемен, придется призвать на помощь науку.

Совершенно неприметный сорняк с громким латинским назва­нием Arabidopsis thaliana вошел в историю, став первым растением, генетический код которого расшифрован. А в конце 2001 г. обнародо­ван геном риса. Обращают на себя внимание некоторые интересные особенности этих результатов:

обилие генов - их почти столько же, сколько в геномах млеко­питающих;

необычная регуляция активности генов - число влияющих на нее факторов достигает 1800 (гораздо больше, чем у нематод, дрож­жей, дрозофилы);

в некоторых случаях отдельные функции генов выражены го­раздо сильнее, чем в других (не исключено, что именно так расте­ния приспосабливаются к стрессам, заметно меняя метаболизм);

Arabidopsis не был известен как растение, синтезирующее алка­лоиды или терпеноиды, но в его геноме обнаружено много мета­болических путей, связанных с подобными вторичными метабо­литами (для химической и фармацевтической промышленности такие знания о метаболических путях трудно переоценить, более того, похоже, это приведет к созданию новой отрасли промышлен­ности);

вновь пришлось столкнуться с фундаментальной проблемой высокой консервативности генов в эволюции - удивительно, на­сколько, например, схожи гены растений и млекопитающих.

Помимо всего остального это позволяет судить о путях эво­люции, сравнивая геномы различных организмов. Видя, как похожи гены, и размышляя над консерватизмом эволюции, по­нимаешь, что есть лишь одна концепция организации живого - философия жизни вообще, так что не может быть ничего противо­естественного в перемещении генов из одного организма в другой.