Биотехнологии и медицина

3. Биотехнологии и медицина

Биотехнология — целенаправленное использование биологических объектов и процессов в разных отраслях производства: медицине, охране природы. Микроорганизмы, клетки растений, животных — основные объекты биотехнологии. Производство человеком с давних времен сыра, хлебопечение, виноделие, выделка кож на основе использования микроорганизмов. Генная инженерия — направление биотехнологии, в основе которого лежит пересадка генов от одного организма к другому, получение организмов с новыми свойствами. Создание с помощью пересадки генов новых сортов растений с ценными для человека признаками, например устойчивого к колорадскому жуку картофеля, высокоурожайных сортов сои и других растений. Возможность пересадки генов человека в клетки микроорганизмов с целью синтеза ими ценных для человека ферментов, гормонов, например инсулина, необходимого больным сахарным диабетом.

Клонирование — новое направление в биотехнологии, в основе которого лежит пересадка ядра из клетки тела в яйцеклетку другого организма, пересадка этой яйцеклетки в клетку другого животного с целью получения организма с новыми свойствами. Пример клонирования — получение овечки Доли в Англии. По данным консультационной фирмы «Ernst & Young», в начале 2000 г. в области биотехнологии во Франции было занято 240 предприятий. По их числу она находится на 3-м месте в Европе после ФРГ (333 компании в 2000 г.) и Великобритании (271). 20 ведущих компаний отрасли расположены в районах следующих городов: Париж Лион - Гренобль, Лилль, Монпелье, Марсель - Ницца и Тулуза. При этом 20% предприятий находятся в Париже.

Развитие биотехнологии во Франции отстает от других европейских стран, что находит свое отражение прежде всего в раздробленности данного сектора. В нем действуют в основном мелкие и средние предприятия. Так, среднее число занятых у французских биотехнологических компаний составляет 4,5 тыс. против 18,4 тыс. в Великобритании и 10,7 тыс. в ФРГ. Ощущается нехватка управленческих кадров для данного сектора.

Тем не менее, за последние годы в Европе достигнуты определенные успехи в развитии биотехнологии. Так, за период с 1997 г. по 2000 г. число компаний сектора увеличилось более чем в два раза. В 2000 г. в развитие биотехнологии было инвестировано около 200 млн. евро. Другим положительным фактором развития является рост числа партнерств, которое в 2000 г. достигло рекордного уровня. За период с 1996 г. по 2000 г. число партнерских соглашений удвоилось. При этом большая часть таких альянсов заключена с американскими компаниями. Важную стимулирующую роль в развитии биотехнологии сыграло принятие Закона об инновациях, а также поддержка со стороны Национального агентства по внедрению изобретений («Anvar») и фондов рискокапитала. Однако действующий в стране налоговый и законодательный режим все еще недостаточно благоприятен для быстрого развития биотехнологии. Полагают, что будущее отрасли напрямую зависит от поддержки на общенациональном уровне и от темпов прогресса в области европейской гармонизации в отношении патентов, биоэтики и медикаментов.

В последние 5—6 лет произошел прорыв в области изучения генома: расшифрован геном человека, многих млекопитающих и растений. Больших успехов в Европе достигли и такие отрасли биологии, как нанобиотехнология, создание биосенсоров и системная биология. Основное направление сегодняшних исследований европейских ученых в молекулярной генетике — использование геномных технологий для лечения онкологических заболеваний, СПИДа, малярии и туберкулеза.

Академик Польской академии наук А. Легоцки подчеркнул, что сегодня исследования в области геномики растений в Европе направлены на создание растений-биофабрик, продуцирующих те или иные полезные белки и ферменты. Иными словами, клетки растений становятся реакторами для получения различных пищевых добавок или лекарственных препаратов. Производство биологических реакторов стало возможным благодаря одному из открытий в молекулярной биологии. Обнаружено, что в клетках растений действует природная система, блокирующая работу генов небольшими фрагментами РНК. Ученые нашли способ «выключить» эту функцию РНК, чтобы заставить определенный ген вырабатывать нужный белок с максимальной эффективностью Еще одно направление геномики. выделенное в отдельную исследовательскую программу— нутригеномика. Задача нутригеномики - применение генных технологий в производстве продуктов питания, обогащенных теми или иными веществами. В этой области Европа лидирует в мире. Исследователи считают, что своевременный переход на специальную диету может предотвратить диабет, остеопороз, онкологические и сердечнососудистые заболевания, болезни печени и кишечника, связанные с нарушением гомеостаза (устойчивости основных физиологических функций организма). Проводимые в ЕС исследования позволят уже в недалеком будущем разработать персонифицированные диеты для каждого человека.

Однако продукты питания могут нести нам не только здоровье. По данным доктора К. Патерманна (Бельгия), число болезней, связанных с некачественным питанием, постоянно растет. Поэтому в ЕС вкладывают большие средства (15,9 млн. евро) в исследования в области качества и безопасности пищевых продуктов: эпидемиологию, изучение влияния продуктов питания на здоровье, развитие методов анализа и контроль на протяжении всей пищевой цепочки — от семян и кормов до готовых продуктов.[наука и ж, №6] « Биотехнология лекарственных препаратов» обсуждалась проблема формирования устойчивости (резистентности) микроорганизмов к антибиотикам. Из-за резистентности многие новые лекарственные средства теряют свою эффективность, едва успев появиться на полках аптек. Возникновению разновидностей бактерий, устойчивых к антибиотикам, в немалой степени способствует так распространившееся бесконтрольное использование препаратов без назначения врача. Заметим, в Европе и США ситуация с резистентностью значительно хуже, чем в России. Например, к известному антибиотику пенициллинового ряда метациллину в России устойчиво лишь 6% штаммов стрептококков, а в Венгрии — 60%.

Один из эффективных способов перевести потерявшие активность антибиотики в формы, способные бороться с патогенными микроорганизмами, — это химическая модификация их молекул. Профессор М. Преображенская из НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г. Ф. Гаузе РАМН проводит успешные работы по модификации сравнительно нового антибиотика — ванкомицина, резистентность к которому в США имеют уже 30% штаммов бактерий. Полученное в институте производное ванкомицина уже проходит клинические испытания. Новое вещество эффективно убивает патогенные микроорганизмы, с которыми не справляется ванкомицин, причем уничтожает их не только в крови, но и в тканях. Сейчас исследователи заканчивают работу над очередной химической модификацией ванкомицина, обладающей противовирусными свойствами. Этот новый препарат препятствует вхождению вируса в клетку, блокируя его прикрепление к клеточной мембране Эксперименты показали, что синтезированное химическое соединение способно затормозить размножение ВИЧ, а также вируса атипичной пневмонии. О применении биотехнологии для лечения генетических «поломок», связанных с недостаточностью одного из лизосомных ферментов, на конгрессе доложила доктор У. Штольцле из немецкого филиала американской компании «Джензайм». Лизосомные болезни накопления, которыми в среднем болеет один человек из 10 тысяч населения, относятся к редким. Они обычно протекают очень тяжело и приводят к смерти в детском возрасте. На сегодняшний день известно около 40 таких генетических «сбоев». Для лечения в бактериальную ДНК встраивается человеческий ген недостающего фермента. Затем «заплатанную» таким образом (рекомбинантную) ДНК размножают и запускают синтез необходимого фермента в бактериальной культуре. В результате получается «человеческий» фермент, который способен участвовать во всех биохимических циклах клетки. Уже успешно прошли клинические испытания рекомбинантные ферментные препараты, способные излечить болезни Гоше, Фабри и Помпе

Биотехнологические методы широко используются при молекулярной диагностике различных заболеваний. Одна из таких недавних разработок Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН (ИМБ РАН)—диагностикум, основанный на нанотехнологии. В микроячейки биочипов, которые содержат молекулы и фрагменты ДНК (или белковые молекулы) исследуемых образцов, добавляют флуоресцентно меченные специфические молекулярные зонды. Меченые молекулы избирательно взаимодействуют с теми или иными фрагментами ДНК или белковыми молекулами, давая возможность количественно и качественно определить искомый компонент в анализируемых пробах. Такие биочипы позволяют оперативно обнаруживать микроорганизмы и вирусы в плазме крови, определять предрасположенность к наследственным и онкологическим заболеваниям, устанавливать индивидуальную непереносимость тех или иных лекарственных препаратов. Особенность технологии, разработанной в Институте молекулярной биологии РАН, — одновременное функционирование нескольких тысяч молекулярных зондов, распознающих одну из множества биологических молекул или их фрагментов. На 1 см² матрицы чипа размещается до тысячи ячеек. Биологические микрочипы, подобно электронным, обрабатывают огромные массивы цифровой информации, считанной с биологического материала. Другой вариант диагностического биочипа для обнаружения и типирования хромосомных перестроек, предшествующих лейкозу, был успешно применен к 500 пациентам Института детской гематологии Российской детской клинической больницы Минздрава РФ и сейчас апробируется в Центре гематологической и онкологической педиатрии в Бразилии. .[7]

Таким образом, в медицине и фармакологии во многих направлениях получают развитие применение передовых биотехнологий.

4. Неравномерное движение, привести уравнение

Уравнение передвижения материальной точки с постоянным ускорением:

Y(t) = y₀ + v₀t + ,

Где у –координата, у₀- начальная координата; v₀ - начальная скорость, а - ускорение, t – время

Заключение

Естествознание - и продукт цивилизации и условие ее развития. С помощью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, образовывает и воспитывает новые поколения людей, лечит свое тело. Прогресс естествознания и техники значительно изменяет образ жизни и благосостояние человека, совершенствует условия быта людей.

Естествознание – один из важнейших двигателей общественного прогресса. Как важнейший фактор материального производства естествознание выступает мощной революционизирующей силой. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории. Такими открытиями были, например, открытия в ХVII в. законов механики, позволившие создать всю машинную технологию цивилизации; открытие в ХIХ в. электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; создание в ХХ в, теории атомного ядра, а вслед за ним - открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине ХХ в. молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и открывшиеся вслед возможности генной инженерии по управлению наследственностью; и др. Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее создании научных теорий, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.

Литература

1. Суханов А.Д., Рудой Ю.Г. Курс "Концепции современного естествознания" для гуманитариев - проблемы становления // Физическое образование в вузах. 2006. Т. 2.

2. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. - М. 2007.

3.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.Г. Материаловедение. М.: Машиностроение, 2008. – 510с.

4. Мозберг Р.К. Материаловедение. М.: В.ш., 1991. – 448с.

5. Фурмер И.Э., Зайцева В.Н. Общая химическая технология. М.: В.ш., 2008. – 264с.

6.Берлин А. Нам еще есть чему учиться у природы.// Наука и жизнь №1, 2005.

7.Зимина Т. Биотехнология на службе безопасности.// Наука и жизнь №6, 2005.