Биотехнологии, несмотря на весь пафос и инновационность названия – одна из наиболее древних отраслей, появившаяся тогда, когда само понятие науки еще не было устоявшимся. При этом, безо всяких сомнений, сегодня биотехнологии в широком смысле данного понятия, являются одним из наиболее перспективных и многообещающих направлений изучения возможностей использования живых организмов.
Фактически же человечество впервые столкнулось в биотехнологиями (в самом простом и широком понимании) в тот же момент, когда они столкнулись с “биотой” – то есть биологически активным населением самых разнообразных сущностей на нашей планете: при выпечке хлеба, пивоварении (в обоих случаях это дрожжевые культуры) и при самых первых, робких, шагах в селекции тех растений, которые помогали прокормиться.
Конечно, осознанное и планомерное развитие биотехнологий началось позже, фактически – не так давно по меркам науки, в конце XVII века, когда было открыто существование микроорганизмов. Огромную роль в этом открытии сыграл петербургский академик К. С. Кирхгов, который открыл явление биологического катализа и пытался биокаталитическим путем получить сахар из доступного отечественного сырья (в первую очередь – свеклы). А термину “биотехнологии” мы обязаны венгерскому инженеру Карлу Эреки, которые впервые использовал его в своих работах в 1917 году. Большая заслуга в первоначальном становлении биотехнологий, как направлению науки биологии, также отдается и одному из самых известнейших микробиологов – Луи Пастеру, благодаря открытиям которого никто более не сомневался в том, что биотехнологии являются самостоятельным научным направлением.
Первый же патент в области биотехнологий был выдан в 1891 году в США – японский биохимик Дз. Такамине открыл методику использования ферментных препаратов в промышленных целях: применять диастазу для осахаривания растительных отходов.
В XX веке развитие биотехнологий обрело новый вид и множество направлений – в частности, они начали оказывать влияние на другие отрасли и области хозяйственно-экономической деятельности человека. Стоит сказать лишь, что активное развитие бродильной и микробиологической промышленности дало нам сотни, если не тысячи, методик и препаратов, существенно улучшающих жизнь каждого человека: стало возможным производство антибиотиков, пищевых концентратов, а также осуществление контроля за ферментацией продуктов растительного и животного происхождения, что безумно важно для обеспечения продовольствием.
Выделение и очищение до приемлемого уровня первого антибиотика – пенициллина, стало возможным лишь в 1940 году, одновременно выведя всю отрасль биотехнологий на совершенно новый уровень и ставя новые задачи, такие как: поиск и отработка технологий производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня безопасности при приеме лекарственных препаратов пациентом и так далее.
В сегодняшнем мире биотехнологии уже фактически неразрывно связаны с инжинерией (в том числе и генной), энергетикой, медициной, сельским хозяйством, экологией и многими другими отраслями и научными направлениями мысли.
За последние 100 лет, благодаря безудержному прогрессу во всех направлениях, спектр задач и методики их решения в биотехнологиях значительно поменялись. В основе т.н. “новой” биотехнологии лежат уже очень продвинутые и высокотехнологичные методы генной и клеточной инжинерии, с помощью которых проводится множество сложных операций, в том числе – воссоздание из отдельных фрагментов клеток их жизнеспособных копий.
На стыке биотехнологии и других научных областей могут рождаться самые интересные и неожиданные решений, позволяющие глубже узнавать и использовать потенциал самых разнообразных живых организмов. Как следствие, мы больше узнаем о тех процессах, с помощью которых мы получаем:
– Материалы и композиты
– Топливо и способы синтеза
– Лекарственные препараты и вакцины
– Методы диагностики и профилактики заболеваний, в том числе генетически обусловленных
– Не говоря о процессах старения, являющихся в некотором смысле “философским камнем” мира биотехнологий, есть множество абсолютно приземленных и, простите, “простых” перспектив применения в реальной жизни с её практикой.
В первую очередь здесь, конечно, неоправданно нелюбимые необразованным читателем/зрителем/слушателем “генно-модифицированные организмы”, пресловутый “ГМО”. На самом деле человечество, с того самого мгновения, как оно сменило кочевничество на оседлый образ жизни и начало обрабатывать землю и разводить скот, занималось созданием “генно-модифицированных” культур в сельском хозяйстве. Без этого у нас бы не было урожая в принципе, так как условия биоценоза (то есть устойчивого развития организмов) просто не позволили бы вырастить ни корову, ни пшеницу. И именно поэтому биотехнологии в области растительных культур могут решить множество проблем, от голода и обеспечения продуктами, до улучшения качества жизни всех людей вследствие гармонизации уровней питательности самых разнообразных продуктов растительного происхождения.
Не нужно думать, что биотехнологии сегодня достигли пика собственного развития – такое мнение было бы в корне неверно. Происходит дальнейшая фрагментация “биотехнологий” на емкие направления, занимающиеся собственными прикладными задачами. К примеру, в России была принята “Комплексная программа развития биотехнологий”, в рамках которой планируется создание глобально конкурентноспособного секта биоэкономики и предприятий, работающих в этой области. При этом ожидается, что к 2020 году объем этого сектора составил не менее 1% ВВП, а к 2030 – не менее 3% ВВП Российской Федерации. Это не просто амбициозные планы, это суровая реальность, которой необходимо соответствовать.
На какие отрасли могут оказать влияние биотехнологии в самом ближайшем будущем? Почти на все, ведь мы видим дальнейшую интеграцию различных научных и прикладных областей друг с другом.
Возьмем для примера космическую отрасль, которая уже сегодня активно работает с микроорганизмами, применяя настоящие биотехнологические методы. К примеру, благодаря отправке различных видов микроорганизмов на МКС, мы знаем, что огромное число бактерий устойчиво к жесткому космическому излучению самых разнообразных спектров и волн. Более того, мы обнаружили на Земле микроорганизмы, находящиеся в состоянии анабиоза (грубо говоря: “спячки”), которые вышли из него только будучи облучены космическими лучами. Они микроорганизмы просто не могли образоваться на нашей планете, они были занесены к нам в процессе формирования Солнечной системы с других космических объектов нашей галактики.
Как еще биотехнологии могут повлиять на освоение людьми ближайшего к нам космоса? Представьте себе даже простую исследовательскую экспедицию к другим планетам в пределах нашей локальной группы – например, к Марсу. Помимо психологической устойчивости экипажа такой экспедиции (а полет будет длится минимально год при текущем уровне развития ракетных и других видов двигателей, пригодных для межпланетного сообщения), ей понадобится приличный запас продовольствия и топлива. Даже сейчас на МКС невозможно доставить годовой запас продовольствия для группы из 3-5 космонавтов – это слишком тяжело и потребуется несколько ракет-носителей. Что уж говорить о долгосрочной космической миссии, в рамках которой возможности пополнения запасов “по-дороге” просто не будет.
Поэтому и потребуется наладить бесперебойное выращивание пищи на месте – только такая схема обеспечит безопасность и миссии полета, и колонизации. С этим согласны и ученые “Национальной лаборатории им. Беркли” в США, которые и предлагают, как-раз, прибегнуть к использованию последних достижений в области синтетической биологии. Что это значит?
Исследователи подсчитали, что для экспедиции на Марс продолжительностью примерно около двух с половиной лет, использование современных методов, применяемых в биотехнологиях, позволит в два с половиной раза сократить потребность в горючем топливе и на ⅓ – в продовольствии. В докладе исследователи отметили, что последние разработки на стыке биологии и нанотехнологий также помогут в строительстве жилых модулей. Непосредственно на другой планете, будь то Марс или какая-то другая. Все необходимые для этого материалы можно синтезировать прямо на месте, а строительные блоки получат по технологии многослойной 3D-печати.
Естественно, есть у биотехнологий и многочисленные “противовесы” и сдерживающие факторы, первыми из которых идут социально-этические и религиозные предпосылки. Человек может, фактически, использовать возможности живых организмов для решения самых разнообразных задач в бесконечном цикле, но, на практике, лишь до определенного момента – некоторой черты, переходить которую “нельзя”. В первую очередь это касается полного клонирования живых организмов (вспомним овечку “Долли” и все то, что о ней говорилось). Сегодня это запрещено в большинстве развитых стран, а людям, которые вопреки всему готовы этим заниматься, приходится искать и финансирование, и условия для работы там, где они не нарушают никаких законов – например, в нейтральных водах мирового океана (которые не контролируются национальными законами ни одной страны).
При этом, конечно, никто сегодня не исключает того факта, что в будущем полное клонирование человека станет возможным. Как это простимулирует всю отрасль биотехнологий и какие новые наукоемкие направления работы в ней появятся вслед за этим событием – покажет будущее.
Это что касается общего развития биотехнологий, как большой научной и промышленной отрасли на стыке технологий и биологии. А на какие профессии и сферы занятости влияют широкие “биотехнологии”, как понятия? На самом деле, их множество. Попробуем перечислить лишь наиболее интересные и перспективные.
Это специалист по замещению существующих и формально устаревающих решений в различных отраслях новыми методиками из области биотехнологий (например биотопливо вместо дизельного топлива, или органические строительные материалы вместо цемента, бетона и стали).
Это специалист по планированию, проектированию и созданию технологий замкнутого цикла с участием генетически модифицированных организмов и микроорганизмов (биоректоры, системы производства еды в городских условиях).
Это специалист, занимающийся проектированием городов нового типа, с использованием последних достижений в области биотехнологий, в том числе чистых биологических энергоресурсов и систем контроля загрязнения окружающей среды.
Это специалист по созданию новых лекарственных биопрепаратов с заданными свойствами, которые смогуз аменить искуственно синтезированные лекарства.
Это специалист по внедрению генно-модифицированных культур в сельском хозяйстве, занимающийся также и внедрением биотехнологических решений и получением результата с заданными свойствами, которые могут быть самыми разными: высокая урожнайность, повышенная стойкость к неблагоприятным погодным условиям и паразитам.
Это специалист по обустройству и обслуживанию агропромышленных хозяйств на крышах и стенах небоскребов и жилых домов, то есть в условиях городской застройки. Здесь могут быть как продукты питания, так и разведение домашнего скота.
Это специалист, применяющий свойства и организацию живой природы и живых организмов (в том числе и человека) для создания автоматизированных систем и усовершенствования вычислительной техники. Например, распределенные вычислительные сети на базе микроорганизмов уже сегодня решают специфические задачи, не подвластные компьютерному моделированию.
Автор: Italianos
