رشته ای که به مطالعه چگونگی استفاده از ارگانیسم ها برای حل مشکلات تکنولوژیکی می پردازد، بیوتکنولوژی چیست. به بیان ساده، علمی است که موجودات زنده را در جستجوی راه‌های جدید برای برآوردن نیازهای انسان مطالعه می‌کند. به عنوان مثال، مهندسی ژنتیک یا شبیه سازی رشته های جدیدی هستند که هم از موجودات زنده و هم از آخرین فناوری های کامپیوتری با فعالیت یکسان استفاده می کنند.

بیوتکنولوژی: به طور خلاصه

اغلب مفهوم "بیوتکنولوژی" با مهندسی ژنتیک، که در قرن های 20 تا 21 بوجود آمد، اشتباه گرفته می شود، اما بیوتکنولوژی به ویژگی گسترده تری از کار اشاره دارد. بیوتکنولوژی در اصلاح گیاهان و حیوانات از طریق هیبریداسیون و انتخاب مصنوعی برای نیازهای انسان تخصص دارد.

این رشته به بشریت این فرصت را داده است که کیفیت محصولات غذایی را بهبود بخشد، امید به زندگی و بهره وری موجودات زنده را افزایش دهد - بیوتکنولوژی همین است.

تا دهه 70 قرن گذشته، این اصطلاح منحصراً در صنایع غذایی و کشاورزی استفاده می شد. در دهه 1970 بود که دانشمندان شروع به استفاده از اصطلاح "بیوتکنولوژی" در تحقیقات آزمایشگاهی کردند، مانند رشد موجودات زنده در لوله های آزمایش یا ایجاد DNA نوترکیب. این رشته بر اساس علومی مانند ژنتیک، زیست شناسی، بیوشیمی، جنین شناسی و همچنین رباتیک، شیمی و فناوری اطلاعات است.

بر اساس رویکردهای جدید علمی و فناوری، روش‌های بیوتکنولوژی توسعه یافته است که از دو موقعیت اصلی تشکیل شده است:

• کشت در مقیاس بزرگ و عمیق اشیاء بیولوژیکی در حالت پیوسته دوره ای.
• رشد سلول ها و بافت ها در شرایط خاص.

روش‌های جدید بیوتکنولوژی، دستکاری ژن‌ها، ایجاد موجودات جدید یا تغییر خواص سلول‌های زنده موجود را ممکن می‌سازد. این امکان استفاده گسترده تر از پتانسیل موجودات را فراهم می کند و فعالیت اقتصادی انسان را تسهیل می کند.

تاریخچه بیوتکنولوژی

مهم نیست که چقدر عجیب به نظر می رسد، بیوتکنولوژی ریشه خود را از گذشته های دور می گیرد، زمانی که مردم تازه شروع به شراب سازی، پخت و پز و سایر روش های پخت و پز کرده بودند. به عنوان مثال، فرآیند بیوتکنولوژیکی تخمیر، که در آن میکروارگانیسم ها به طور فعال شرکت می کردند، در بابل باستان شناخته شده بود، جایی که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گرفت.

بیوتکنولوژی تنها در آغاز قرن بیستم به عنوان یک علم در نظر گرفته شد. بنیانگذار آن دانشمند فرانسوی، میکروبیولوژیست لوئی پاستور بود و خود این اصطلاح برای اولین بار توسط مهندس مجارستانی کارل ارکی (1917) به کار رفت. قرن بیستم با توسعه سریع زیست شناسی مولکولی و ژنتیک مشخص شد، جایی که دستاوردهای شیمی و فیزیک به طور فعال مورد استفاده قرار گرفت. یکی از مراحل کلیدی این تحقیق، توسعه روش هایی برای کشت سلول های زنده بود. در ابتدا، فقط قارچ ها و باکتری ها برای اهداف صنعتی شروع به رشد کردند، اما پس از چندین دهه، دانشمندان می توانند هر سلولی را ایجاد کنند و به طور کامل رشد آنها را کنترل کنند.

در آغاز قرن بیستم، تخمیر و صنایع میکروبیولوژیکی به طور فعال توسعه یافت. در این زمان، اولین تلاش ها برای ایجاد تولید آنتی بیوتیک ها انجام شد. اولین کنسانتره های غذایی در حال توسعه هستند و سطح آنزیم ها در محصولات با منشاء حیوانی و گیاهی در حال بررسی است. در سال 1940، دانشمندان موفق به دریافت اولین آنتی بیوتیک - پنی سیلین شدند. این انگیزه ای برای توسعه تولید صنعتی دارو شد؛ یک شاخه کامل از صنعت داروسازی ظهور کرد که یکی از سلول های بیوتکنولوژی مدرن را نشان می دهد.

امروزه بیوتکنولوژی در صنایع غذایی، پزشکی، کشاورزی و بسیاری از زمینه های دیگر فعالیت های انسانی مورد استفاده قرار می گیرد. بر این اساس، بسیاری از جهت های علمی جدید با پیشوند "bio" ظاهر شده است.

مهندسی زیستی

وقتی از بیوتکنولوژی پرسیده شود، اکثریت مردم بدون شک پاسخ خواهند داد که چیزی جز مهندسی ژنتیک نیست. این تا حدی درست است، اما مهندسی تنها بخشی از رشته گسترده بیوتکنولوژی است.

مهندسی زیستی رشته‌ای است که هدف اصلی آن ارتقای سلامت انسان از طریق ترکیب دانش در زمینه‌های مهندسی، پزشکی، زیست‌شناسی و به‌کارگیری آن‌ها در عمل است. نام کامل این رشته مهندسی زیست پزشکی است. تخصص اصلی او حل مشکلات پزشکی است. استفاده از بیوتکنولوژی در پزشکی امکان مدل سازی، توسعه و مطالعه مواد جدید، توسعه داروها و حتی نجات فرد را از بیماری های مادرزادی که از طریق DNA منتقل می شود را ممکن می سازد. متخصصان در این زمینه می توانند دستگاه ها و تجهیزاتی را برای انجام رویه های جدید ایجاد کنند. به لطف استفاده از بیوتکنولوژی در پزشکی، مفاصل مصنوعی، ضربان‌سازها، پروتزهای پوست و دستگاه‌های قلب و ریه ساخته شده‌اند. با کمک فناوری‌های جدید رایانه‌ای، مهندسان زیستی می‌توانند پروتئین‌هایی با ویژگی‌های جدید با استفاده از شبیه‌سازی رایانه‌ای ایجاد کنند.

زیست پزشکی و فارماکولوژی

توسعه بیوتکنولوژی این امکان را فراهم کرده است که به پزشکی به روشی جدید نگاه کنیم. متخصصان این حوزه با ایجاد مبانی نظری در مورد بدن انسان این فرصت را دارند که از فناوری نانو برای تغییر سیستم های بیولوژیکی استفاده کنند. توسعه زیست پزشکی انگیزه ای برای ظهور نانوپزشکی ایجاد کرده است که فعالیت اصلی آن نظارت، تصحیح و طراحی سیستم های زنده در سطح مولکولی است. به عنوان مثال، تحویل هدفمند داروها. این یک تحویل پیک از داروخانه به خانه شما نیست، بلکه انتقال دارو به طور مستقیم به سلول بیمار بدن است.

بیوفارماکولوژی نیز در حال توسعه است. اثراتی را که مواد با منشاء بیولوژیکی یا بیوتکنولوژیکی بر بدن دارند را مطالعه می کند. تحقیقات در این زمینه دانش بر مطالعه بیوداروها و توسعه روش هایی برای ایجاد آنها متمرکز است. در بیوفارماکولوژی، عوامل درمانی از سیستم های بیولوژیکی زنده یا بافت های بدن به دست می آیند.

بیوانفورماتیک و بیونیک

اما بیوتکنولوژی تنها مطالعه مولکول‌های بافت‌ها و سلول‌های موجودات زنده نیست، بلکه کاربرد فناوری رایانه نیز هست. بنابراین، بیوانفورماتیک اتفاق می افتد. این شامل مجموعه ای از رویکردها مانند:

• بیوانفورماتیک ژنومی.یعنی روش های تحلیل کامپیوتری که در ژنومیک تطبیقی ​​استفاده می شود.
• بیوانفورماتیک ساختاریتوسعه برنامه های کامپیوتری که ساختار فضایی پروتئین ها را پیش بینی می کند.
• محاسبه.ایجاد روش های محاسباتی که می تواند سیستم های بیولوژیکی را کنترل کند.

در این رشته از روش های ریاضی، محاسبات آماری و علوم کامپیوتر همراه با روش های زیستی استفاده می شود. همانطور که در زیست شناسی از فنون علوم کامپیوتر و ریاضیات استفاده می شود، امروزه در علوم دقیق نیز می توانند از دکترین سازماندهی موجودات زنده استفاده کنند. مانند بیونیک. این یک علم کاربردی است که در آن از اصول و ساختارهای طبیعت زنده در دستگاه های فنی استفاده می شود. می توان گفت که این نوعی همزیستی زیست شناسی و فناوری است. رویکردهای انضباطی در بیونیک هم به زیست‌شناسی و هم به فناوری از منظری جدید نگاه می‌کنند. Bionics شباهت ها و تفاوت های بین این رشته ها را بررسی کرد. این رشته دارای سه زیرگروه بیولوژیکی، نظری و فنی است. بیونیک بیولوژیکی فرآیندهایی را که در سیستم های بیولوژیکی رخ می دهد مطالعه می کند. بیونیک نظری مدل‌های ریاضی بیوسیستم‌ها را می‌سازد. و بیونیک فنی از پیشرفت‌های بیونیک نظری برای حل مسائل مختلف استفاده می‌کند.

همانطور که می بینید، دستاوردهای بیوتکنولوژی در پزشکی مدرن و مراقبت های بهداشتی گسترده است، اما این فقط نوک کوه یخ است. همانطور که قبلا ذکر شد، بیوتکنولوژی از لحظه ای که شخص شروع به تهیه غذای خود کرد شروع به توسعه کرد و پس از آن به طور گسترده در کشاورزی برای رشد محصولات پرورشی جدید و پرورش نژادهای جدید حیوانات اهلی استفاده شد.

مهندسی سلول

یکی از تکنیک های مهم در بیوتکنولوژی، مهندسی ژنتیک و سلولی است که بر ایجاد سلول های جدید تمرکز دارد. بشریت با کمک این ابزارها توانسته است از عناصر کاملا متفاوت متعلق به گونه های مختلف سلول های زنده بسازد. بنابراین مجموعه جدیدی از ژن ها که در طبیعت وجود ندارند ایجاد می شود. مهندسی ژنتیک این امکان را برای فرد فراهم می کند که از سلول های گیاهی یا حیوانی اصلاح شده، کیفیت های مورد نظر خود را به دست آورد.

دستاوردهای مهندسی ژنتیک در کشاورزی ارزش ویژه ای دارد. این امکان رشد گیاهان (یا حیوانات) با کیفیت های بهبود یافته را فراهم می کند، به اصطلاح گونه های انتخابی. فعالیت اصلاح نژاد بر اساس انتخاب حیوانات یا گیاهان با صفات مطلوب مشخص است. سپس این موجودات متقاطع شده و هیبرید با ترکیب مورد نیاز از صفات مفید به دست می آید. البته همه چیز در کلمات ساده به نظر می رسد، اما به دست آوردن هیبرید مورد نظر بسیار دشوار است. در واقع، دستیابی به یک موجود زنده تنها با یک یا چند ژن مفید امکان پذیر است. یعنی فقط چند ویژگی اضافی به منبع منبع اضافه می شود، اما حتی این باعث شد تا گام بزرگی در توسعه کشاورزی برداشته شود.

انتخاب و بیوتکنولوژی به کشاورزان این امکان را داده است که عملکرد را افزایش دهند، میوه‌ها را بزرگ‌تر، خوشمزه‌تر و مهم‌تر از همه مقاوم‌تر به سرما کنند. انتخاب بخش دام را دور نمی زند. هر ساله نژادهای جدیدی از حیوانات اهلی ظاهر می شوند که می توانند دام و غذای بیشتری را تأمین کنند.

دستاوردها

دانشمندان سه موج را در ایجاد گیاهان مولد تشخیص می دهند:

1. اواخر دهه 80این زمانی بود که دانشمندان برای اولین بار شروع به پرورش گیاهانی کردند که در برابر ویروس ها مقاوم بودند. برای انجام این کار، آنها یک ژن را از گونه‌هایی گرفتند که می‌توانست در برابر بیماری‌ها مقاومت کند، آن را به ساختار DNA گیاهان دیگر «پیوند» کردند و آن را «کار» کردند.
2. اوایل دهه 2000.در این دوره گیاهانی با خواص مصرفی جدید شروع به ایجاد کردند. به عنوان مثال، با محتوای بالای روغن، ویتامین و غیره.
3. روزهای مادر 10 سال آینده، دانشمندان قصد دارند گیاهان واکسن، گیاهان دارویی و گیاهان بازیابی زیستی را به بازار بیاورند که اجزای پلاستیک، رنگ و غیره را تولید کنند.

حتی در دامپروری نیز وعده بیوتکنولوژی هیجان انگیز است. مدتهاست حیواناتی ساخته شده اند که دارای یک ژن تراریخته هستند، یعنی دارای نوعی هورمون عملکردی، به عنوان مثال، هورمون رشد هستند. اما اینها فقط آزمایشات اولیه بودند. تحقیقات به بزهای تراریخته منجر شده است که می توانند پروتئینی تولید کنند که خونریزی را در بیمارانی که از لخته شدن خون ضعیف رنج می برند متوقف می کند.

در پایان دهه 90 قرن گذشته، دانشمندان آمریکایی شروع به کار نزدیک بر روی شبیه سازی سلول های جنین حیوانات کردند. این امکان پرورش دام در لوله های آزمایش را فراهم می کند، اما در حال حاضر این روش هنوز نیاز به بهبود دارد. اما در پیوند خارجی (پیوند اعضا از گونه ای به گونه دیگر) دانشمندان در زمینه بیوتکنولوژی کاربردی به پیشرفت های چشمگیری دست یافته اند. به عنوان مثال، خوک هایی با ژنوم انسانی را می توان به عنوان اهدا کننده استفاده کرد، در این صورت خطر رد شدن حداقل وجود دارد.

بیوتکنولوژی مواد غذایی

همانطور که قبلا ذکر شد، روش های تحقیقات بیوتکنولوژیک در ابتدا در تولید مواد غذایی مورد استفاده قرار گرفت. ماست، خمیر مایه، آبجو، شراب، محصولات نانوایی محصولاتی هستند که با استفاده از بیوتکنولوژی غذایی به دست می آیند. این بخش از تحقیقات شامل فرآیندهایی با هدف تغییر، بهبود یا ایجاد ویژگی های خاص موجودات زنده، به ویژه باکتری ها است. متخصصان در این زمینه دانش در حال توسعه تکنیک های جدید برای تولید محصولات غذایی مختلف هستند. آنها به دنبال مکانیزم ها و روش های آماده سازی و بهبود آنها هستند.

غذایی که فرد هر روز می خورد باید سرشار از ویتامین ها، مواد معدنی و اسیدهای آمینه باشد. با این حال، از امروز، به گفته سازمان ملل، مشکل تامین غذا برای مردم وجود دارد. تقریبا نیمی از جمعیت غذای کافی ندارند، 500 میلیون نفر گرسنه هستند و یک چهارم جمعیت جهان غذای ناکافی می خورند.

امروزه 7.5 میلیارد نفر در کره زمین زندگی می کنند و اگر اقدامی برای بهبود کیفیت و کمیت غذا انجام نشود، اگر این کار انجام نشود، مردم کشورهای در حال توسعه متحمل عواقب مخربی خواهند شد. و اگر جایگزینی لیپیدها، مواد معدنی، ویتامین ها، آنتی اکسیدان ها با محصولات بیوتکنولوژی غذایی امکان پذیر باشد، جایگزینی پروتئین تقریبا غیرممکن است. بیش از 14 میلیون تن پروتئین در سال برای رفع نیازهای بشر کافی نیست. اما اینجاست که بیوتکنولوژی به کمک می آید. تولید پروتئین مدرن بر اساس تشکیل مصنوعی الیاف پروتئین است. آنها با مواد لازم، شکل، رنگ و بوی مناسب آغشته می شوند. این روش جایگزینی تقریباً هر پروتئینی را امکان پذیر می کند. و طعم و ظاهر هیچ تفاوتی با محصول طبیعی ندارد.

شبیه سازی

یکی از حوزه های مهم دانش در بیوتکنولوژی مدرن، شبیه سازی است. اکنون چندین دهه است که دانشمندان در تلاش هستند تا فرزندانی مشابه بدون توسل به تولید مثل جنسی ایجاد کنند. فرآیند شبیه سازی باید منجر به ارگانیسمی شود که نه تنها از نظر ظاهری، بلکه از نظر اطلاعات ژنتیکی نیز مشابه والد است.

در طبیعت، فرآیند شبیه سازی در میان برخی از موجودات زنده رایج است. اگر فردی دوقلوهای همسان به دنیا بیاورد، می توان آنها را کلون طبیعی در نظر گرفت.

شبیه سازی اولین بار در سال 1997 انجام شد، زمانی که گوسفند دالی به طور مصنوعی ساخته شد. و در حال حاضر در پایان قرن بیستم، دانشمندان شروع به صحبت در مورد امکان شبیه سازی انسان کردند. علاوه بر این، مفهوم شبیه سازی جزئی مورد بررسی قرار گرفت. یعنی می توان نه کل ارگانیسم، بلکه بخش ها یا بافت های منفرد آن را بازآفرینی کرد. اگر این روش را بهبود بخشید، می توانید یک "اهداکننده ایده آل" دریافت کنید. علاوه بر این، شبیه سازی به حفظ گونه های جانوری کمیاب یا بازیابی جمعیت های منقرض شده کمک می کند.

جنبه اخلاقی

اگرچه مبانی بیوتکنولوژی می تواند تأثیر تعیین کننده ای بر توسعه همه بشریت داشته باشد، این رویکرد علمی با استقبال ضعیف مردم مواجه شده است. اکثریت قریب به اتفاق رهبران دینی مدرن (و برخی از دانشمندان) در تلاشند به بیوتکنولوژیست ها هشدار دهند که بیش از حد از تحقیقات خود غافل نشوند. این امر به ویژه در مورد مسائل مهندسی ژنتیک، شبیه سازی و تولید مثل مصنوعی حادتر است.

از یک سو، بیوتکنولوژی ستاره ای درخشان، رویا و امیدی به نظر می رسد که در دنیای جدید به واقعیت تبدیل خواهد شد. این علم در آینده فرصت های جدید بسیاری را به بشریت خواهد داد. غلبه بر بیماری های کشنده امکان پذیر می شود ، مشکلات جسمی از بین می رود و فرد دیر یا زود می تواند به جاودانگی زمینی دست یابد. اگرچه، از سوی دیگر، مخزن ژن ممکن است تحت تأثیر مصرف مداوم محصولات اصلاح شده ژنتیکی یا ظاهر افرادی که به طور مصنوعی ایجاد شده اند، قرار گیرد. مشکل تغییر ساختارهای اجتماعی به وجود خواهد آمد و احتمالاً باید با تراژدی فاشیسم پزشکی روبرو شویم.

بیوتکنولوژی یعنی همین. علمی که می تواند با ایجاد، تغییر یا بهبود سلول ها، موجودات زنده و سیستم ها چشم اندازهای درخشانی را برای بشریت به ارمغان بیاورد. او قادر خواهد بود به شخص بدن جدیدی بدهد و رویای زندگی ابدی به واقعیت تبدیل خواهد شد. اما برای این کار باید هزینه قابل توجهی بپردازید.

مفهوم بیوتکنولوژی

تعریف 1

بیوتکنولوژی علمی است که امکان استفاده از موجودات زنده یا محصولات متابولیکی آنها را برای حل مشکلات تکنولوژیکی مطالعه می کند.

با کمک بیوتکنولوژی، نیازهای خاصی مانند توسعه داروها، ایجاد گونه های جدید جانوری و گیاهی یا اصلاح آنها که امکان افزایش کیفیت محصولات غذایی را فراهم می کند، برآورده می شود.

به عنوان یک علم، بیوتکنولوژی در اوایل دهه 70 قرن بیستم سرچشمه گرفت. نقطه شروع مهندسی ژنتیک بود، زمانی که دانشمندان توانستند با استفاده از DNA یا RNA نوترکیب، مواد ژنتیکی را از موجودی به موجود دیگر بدون فرآیندهای جنسی منتقل کنند. این روش برای بهبود یا تغییر یک ارگانیسم خاص استفاده می شود.

بیوتکنولوژی در پزشکی مدرن

بیوتکنولوژی های مورد استفاده در پزشکی به دو گروه تقسیم می شوند:

• تشخیصی که شیمیایی و فیزیکی هستند
• دارویی

فرآیندهای تولیدی که در آن اشیاء بیولوژیکی یا مواد برای مقاصد پزشکی ایجاد می شوند نیز به عنوان پزشکی طبقه بندی می شوند. اینها می توانند ویتامین ها باشند. آنزیم ها، آنتی بیوتیک ها، پلی ساکاریدها، اسیدهای آمینه.

در پزشکی از بیوتکنولوژی برای تولید انسولین استفاده می شود که برای آن از باکتری های اصلاح شده ژنتیکی استفاده می شود. از بیوتکنولوژی در پزشکی نیز برای ایجاد اریتروپویتین استفاده می شود.

یادداشت 1

اریتروپویتین هورمونی است که تشکیل گلبول های قرمز خون در مغز استخوان را تحریک می کند.

بیوتکنولوژی در علم مدرن

استفاده از بیوتکنولوژی در علم مدرن نقش حیاتی ایفا می کند و مزایای بسیار زیادی را به همراه دارد. در نتیجه کشف مهندسی ژنتیک، امکان توسعه گونه های جدیدی از گیاهان و نژادهای حیوانی فراهم شد که برای کشاورزی بسیار مفید خواهند بود.

مطالعه بیوتکنولوژی منحصراً با علوم زیستی مرتبط نیست. به عنوان مثال، بیوتکنولوژی در میکروالکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد، جایی که ترانزیستورهای انتخاب کننده یون بر اساس اثر میدان توسعه یافته اند. همچنین از بیوتکنولوژی ها برای افزایش برداشت نفت از مخازن نفت استفاده می شود. یکی از زمینه های توسعه یافته استفاده از بیوتکنولوژی ها، استفاده از آنها برای تصفیه آب های خانگی و فاضلاب است. علاوه بر موارد ذکر شده، سایر رشته های علمی نیز به توسعه بیوتکنولوژی کمک کرده اند. بنابراین، بیوتکنولوژی به عنوان یک علم پیچیده طبقه بندی می شود.

فقدان نیازهای اجتماعی-اقتصادی دلیل دیگری برای مطالعه فعال بیوتکنولوژی است. به گفته دانشمندان، بیوتکنولوژی می تواند به حل مشکلاتی مانند:

• کمبود آب شیرین یا تصفیه شده در برخی مناطق
• آلودگی محیط زیست توسط مواد شیمیایی
• کمبود منابع انرژی
• نیاز به مواد جدید سازگار با محیط زیست
• ارتقای سطح پزشکی و غیره

بیوتکنولوژی های مدرن: کاربرد در عمل، مسائل اخلاقی

بیوتکنولوژی نه تنها یک علم است، بلکه حوزه ای از فعالیت های عملی انسان است که با استفاده از سلول ها یا موجودات زنده به تولید انواع مختلف محصولات می پردازد.

ژنتیک مبنای نظری بیوتکنولوژی است. اساس عملی بیوتکنولوژی صنعت میکروبیولوژیکی است. به نوبه خود پس از کشف آنتی بیوتیک ها توسعه فعالی پیدا کرد.

اشیاء بیوتکنولوژی باکتری ها، ویروس ها، قارچ ها و همچنین سلول ها و اندامک های جدا شده هستند.

حوزه های اصلی بیوتکنولوژی مدرن، مهندسی ژنتیک و سلولی در ترکیب با بیوشیمی است.

مهندسی سلولی فرآیند رشد سلول های موجودات زنده مختلف در شرایط خاص ایجاد شده و همچنین تحقیق بر روی آنها است.

مهندسی سلول های گیاهی موفق ترین زمینه است؛ این امکان را برای تسریع فرآیندهای اصلاحی فراهم کرده است که در نتیجه زمان توسعه یک رقم جدید از 11 به 3 سال کاهش یافته است.

تعریف 2

مهندسی ژنتیک رشته‌ای از زیست‌شناسی مولکولی است که به مطالعه ژن‌های موجودات زنده، جداسازی ژن‌ها از سلول‌ها و همچنین دستکاری آنها می‌پردازد. آنزیم ها و ناقل ها ابزار اصلی مهندسی ژنتیک هستند.

شبیه سازی فرآیند به دست آوردن فرزندانی است که کاملاً مشابه نمونه اولیه هستند. اولین آزمایش ها بر روی گیاهان انجام شد و شبیه سازی به صورت رویشی انجام شد.

شبیه سازی باکتریایی یک فرآیند کنترل شده توسط انسان برای تکثیر مصنوعی گیاهان است.

در پایان قرن بیستم، دانشمندان شروع به بحث فعالانه درباره امکان شبیه سازی انسان کردند.

مهندسی ژنتیک تحقیقاتی را روی میکروارگانیسم ها و انسان انجام می دهد. او همچنین بیماری های مرتبط با سرطان و سیستم ایمنی را مطالعه می کند.

پتانسیل باز شده توسط بیوتکنولوژی نه تنها برای علم، بلکه برای سایر حوزه های فعالیت نیز بسیار زیاد است. استفاده از روش های بیوتکنولوژیکی امکان تولید انبوه تمامی پروتئین ها را فراهم کرده است.

در آینده، انتظار می رود که بیوتکنولوژی باعث بهبود گیاهان و حیوانات شود. آنها با کمک مهندسی ژنتیک با بیماری های ارثی مبارزه خواهند کرد.

مهندسی ژنتیک به عنوان مسیر اصلی در بیوتکنولوژی، حل مشکل بحران کشاورزی، انرژی و غذا را تسریع می بخشد.

تبصره 2

بیوتکنولوژی بیشترین تأثیر را در پزشکی و دارویی دارد. انتظار می رود در آینده امکان درمان بیماری های صعب العلاج فراهم شود.

در بیوتکنولوژی مدرن، زمینه سنتز میکروبی مواد ارزشمند برای انسان به طور فعال در حال توسعه است. یکی دیگر از زمینه های مهم بیوتکنولوژی مدرن، تولید انرژی سازگار با محیط زیست است.

با این حال، تعدادی از مشکلات مرتبط با جنبه اخلاقی تحقیقات بیوتکنولوژی وجود دارد. پس از انتشار اطلاعات در مورد آزمایشات روی جنین انسان و تلاش برای شبیه سازی، بحث های داغ در مورد این موضوع در میان دانشمندان و مردم عادی مطرح شد. بنابراین، چنین مطالعاتی مشمول مقررات سختگیرانه هستند. رعایت این آیین نامه برای تمامی دانشمندان و محققین الزامی است. اینکه آیا ارزش شبیه سازی یک فرد را دارد یا خیر، یک سوال پیچیده است. از یک سو، این فرصت‌های جدیدی را به وجود می‌آورد، اما از سوی دیگر، هیچ دانشمندی نمی‌تواند پیامدهای احتمالی را با اطمینان 100% پیش‌بینی کند.

تاریخچه بیوتکنولوژی

اصطلاح بیوتکنولوژی اولین بار توسط مهندس مجارستانی کارل ارکی در سال 1917 استفاده شد.

عناصر خاصی از بیوتکنولوژی مدتها پیش ظاهر شدند. اساساً، این تلاش‌ها برای استفاده از سلول‌های منفرد (میکروارگانیسم‌ها) و برخی آنزیم‌ها در تولید صنعتی برای تسهیل تعدادی از فرآیندهای شیمیایی بود.

کمک بزرگی به استفاده عملی از دستاوردهای بیوشیمی توسط آکادمیک A. N. Bakh انجام شد که شاخه کاربردی مهمی از بیوشیمی - بیوشیمی فنی را ایجاد کرد. A. N. Bach و شاگردانش توصیه های زیادی برای بهبود فن آوری برای پردازش طیف گسترده ای از مواد خام بیوشیمیایی، بهبود فن آوری برای پخت، دم کردن، شراب سازی، تولید چای و تنباکو و غیره و همچنین توصیه هایی برای افزایش عملکرد گیاهان زراعی ارائه کردند. مدیریت آنها توسط فرآیندهای بیوشیمیایی.

همه این مطالعات و همچنین پیشرفت صنایع شیمیایی و میکروبیولوژیکی و ایجاد تولیدات جدید بیوشیمیایی صنعتی (چای، تنباکو و ...) مهمترین پیش نیازهای ظهور بیوتکنولوژی مدرن بود.

از نظر تولید، صنعت میکروبیولوژیکی اساس بیوتکنولوژی در روند شکل گیری آن شد. در طول سال‌های پس از جنگ، صنعت میکروبیولوژیکی ویژگی‌های اساسی جدیدی به دست آورد: میکروارگانیسم‌ها نه تنها به عنوان وسیله‌ای برای افزایش شدت فرآیندهای بیوشیمیایی، بلکه به عنوان کارخانه‌های مصنوعی مینیاتوری که قادر به سنتز با ارزش‌ترین و پیچیده‌ترین ترکیبات شیمیایی در داخل بودند، شروع به استفاده کردند. سلول های آنها نقطه عطف با کشف و شروع تولید آنتی بیوتیک ها همراه بود.

استفاده از آنزیم ها - کاتالیزورهای بیولوژیکی - چیز بسیار وسوسه انگیزی است. از این گذشته، در بسیاری از خواص آنها، در درجه اول فعالیت و انتخاب عمل (ویژگی)، آنها بسیار برتر از کاتالیزورهای شیمیایی هستند. آنزیم ها اجرای واکنش های شیمیایی را بدون دما و فشار بالا تضمین می کنند و میلیون ها و میلیاردها بار آنها را تسریع می کنند. علاوه بر این، هر آنزیم تنها یک واکنش خاص را کاتالیز می کند.

آنزیم ها برای مدت طولانی در صنایع غذایی و شیرینی سازی مورد استفاده قرار گرفته اند: بسیاری از اولین اختراعات از آغاز قرن مربوط به تولید آنزیم هایی به طور خاص برای این اهداف بود. با این حال، نیاز به این داروها در آن زمان خیلی زیاد نبود - اساساً از آنزیم های خالص در تولید استفاده نمی شد، بلکه از عصاره های مختلف یا سلول های فرسوده و خشک شده مخمر یا قارچ های پایین تر استفاده می شد. آنزیم‌ها (یا بهتر بگوییم، فرآورده‌های حاوی آنها) در صنعت نساجی نیز برای سفید کردن و فرآوری نخ و نخ‌های پنبه استفاده می‌شد.

روش های ممکن استفاده از کشت انبوه جلبک ها

کاتالیزورهای بیولوژیکی همچنین می توانند بدون استخراج آنها از موجودات زنده، به طور مستقیم در سلول های باکتریایی استفاده شوند. این روش در واقع اساس هر تولید میکروبیولوژیکی بوده و از دیرباز مورد استفاده قرار گرفته است.

استفاده از آماده سازی آنزیمی خالص و در نتیجه خلاص شدن از شر واکنش های جانبی که با فعالیت حیاتی میکروارگانیسم ها همراه است، بسیار وسوسه انگیزتر است. ایجاد تولیدی که در آن یک کاتالیزور بیولوژیکی به شکل خالص خود به عنوان یک معرف استفاده می شود، مزایای بسیار زیادی را نوید می دهد - قابلیت ساخت افزایش می یابد، بهره وری و خلوص فرآیندها هزاران بار افزایش می یابد. اما در اینجا یک مشکل اساسی پیش می آید: بسیاری از آنزیم ها، پس از خارج شدن از سلول، خیلی سریع غیرفعال شده و از بین می روند. در مورد استفاده مکرر نمی توان صحبت کرد.

دانشمندان راه حلی برای این مشکل پیدا کرده اند. به منظور تثبیت، یا، به قول آنها، بی حرکت کردن آنزیم ها، برای پایدار ساختن آنها، مناسب برای استفاده مکرر و طولانی مدت صنعتی، آنزیم ها با استفاده از پیوندهای شیمیایی قوی به حامل های نامحلول یا محلول - پلیمرهای تبادل یونی، پلی ارگانوسیلوکسان ها، متخلخل متصل می شوند. شیشه، پلی ساکاریدها و غیره. در نتیجه آنزیم ها پایدار می شوند و می توان به طور مکرر از آنها استفاده کرد. (این ایده سپس به میکروبیولوژی منتقل شد - ایده بی حرکت کردن سلول های زنده به وجود آمد. گاهی اوقات بسیار ضروری است که در طی فرآیند سنتز میکروبیولوژیکی محیط را آلوده نکنند، با محصولاتی که سنتز می کنند مخلوط نشوند و به طور کلی بیشتر باشند. مانند معرف‌های شیمیایی. و چنین سلول‌های بی‌حرکتی ایجاد شدند؛ آنها با موفقیت استفاده می‌شوند، به عنوان مثال، در سنتز هورمون‌های استروئیدی - داروهای ارزشمند).

توسعه روشی برای افزایش پایداری آنزیم ها به طور قابل توجهی امکان استفاده از آنها را گسترش می دهد. به کمک آنزیم ها می توان مثلاً از ضایعات گیاهی قند به دست آورد و این فرآیند از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود. یک کارخانه آزمایشی برای تولید مداوم شکر از فیبر قبلا ایجاد شده است.

از آنزیم های بی حرکت نیز در پزشکی استفاده می شود. بنابراین، در کشور ما، یک داروی استرپتوکیناز بی حرکت برای درمان بیماری های قلبی عروقی ساخته شده است (این دارو "استرپتوکاز" نامیده می شود). این دارو را می توان به رگ های خونی تزریق کرد تا لخته های خونی که در آنها ایجاد شده حل شود. ماتریس پلی ساکارید محلول در آب (طبقه پلی ساکاریدها همانطور که مشخص است شامل نشاسته و سلولز است، حامل پلیمری انتخاب شده از نظر ساختار نزدیک به آنها بود)، که استرپتوکیناز از نظر شیمیایی به آن متصل است، پایداری آنزیم را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. سمیت و اثر آلرژیک آن را کاهش می دهد و بر فعالیت یا توانایی آنزیم در حل لخته های خون تأثیر نمی گذارد.

بسترهایی برای به دست آوردن پروتئین تک سلولی برای کلاس های مختلف میکروارگانیسم ها.

ایجاد آنزیم های تثبیت شده، به اصطلاح آنزیم شناسی مهندسی، یکی از حوزه های جدید بیوتکنولوژی است. فقط اولین موفقیت ها به دست آمده است. اما آنها به طور قابل توجهی میکروبیولوژی کاربردی، بیوشیمی فنی و صنعت آنزیم را متحول کردند. اولاً، در صنعت میکروبیولوژیک، پیشرفت در تولید آنزیم هایی با ماهیت ها و خواص مختلف در حال حاضر مهم شده است. ثانیاً، مناطق جدیدی از تولید در ارتباط با تولید آنزیم های بی حرکت پدید آمده است. ثالثاً، ایجاد فرآورده های آنزیمی جدید امکان سازماندهی تعدادی از صنایع جدید را برای به دست آوردن مواد لازم با استفاده از کاتالیزورهای بیولوژیکی باز کرده است.

پلاسمیدها

بیشترین موفقیت ها در زمینه تغییر دستگاه ژنتیکی باکتری ها به دست آمده است. آنها یاد گرفته اند که با استفاده از مولکول های کوچک دایره ای DNA - پلاسمیدهای موجود در سلول های باکتری، ژن های جدیدی را به ژنوم باکتری وارد کنند. ژن‌های لازم به داخل پلاسمیدها چسبانده می‌شوند و سپس چنین پلاسمیدهای هیبریدی به کشت باکتری‌ها مانند اشریشیا کلی اضافه می‌شوند. برخی از این باکتری ها چنین پلاسمیدهایی را به طور کامل مصرف می کنند. پس از این، پلاسمید شروع به تکثیر در سلول می کند و ده ها نسخه از خود را در سلول E. coli تولید می کند که سنتز پروتئین های جدید را تضمین می کند.

مهندسی ژنتیک

اکنون روش‌های مبتکرانه‌تری برای وارد کردن ژن‌ها به سلول پروکاریوت‌ها (جاندارانی که هسته و دستگاه کروموزومی ندارند) ایجاد شده و در حال ایجاد است. در خط بعدی، توسعه روش هایی برای معرفی ژن های جدید به سلول های یوکاریوتی، در درجه اول گیاهان عالی و موجودات جانوری است.

اما آنچه قبلاً به دست آمده است به ما امکان می دهد در عمل به اقتصاد ملی کارهای زیادی انجام دهیم. قابلیت های تولید میکروبیولوژیکی به طور قابل توجهی گسترش یافته است. به لطف مهندسی ژنتیک، زمینه سنتز میکروبیولوژیکی ترکیبات مختلف بیولوژیکی فعال، واسطه‌های سنتز، پروتئین‌های خوراک و افزودنی‌ها و سایر مواد به یکی از سودآورترین علوم تبدیل شده است: سرمایه‌گذاری در تحقیقات بیوتکنولوژیکی امیدوارکننده نوید یک اثر اقتصادی بالا را می‌دهد.

برای کار اصلاحی، صرف نظر از اینکه آیا با استفاده از جهش زایی یا "صنعت DNA" انجام می شود، دانشمندان باید مجموعه های متعددی از میکروارگانیسم ها داشته باشند. اما اکنون حتی جداسازی سویه جدیدی از میکروارگانیسم‌های طبیعی که قبلاً برای علم ناشناخته بود، تقریباً 100 دلار در "بازار کشت باکتریایی" جهانی هزینه دارد. و برای به دست آوردن یک سویه صنعتی خوب با استفاده از روش های پرورش مرسوم، گاهی اوقات باید میلیون ها هزینه کرد.

اکنون راه هایی برای تسریع و کاهش هزینه این فرآیندها وجود دارد. به عنوان مثال، در مؤسسه تحقیقاتی ژنتیک و انتخاب میکروارگانیسم‌های Glavmicrobioprom، یک سویه صنعتی ابرتولیدکننده میکروارگانیسم به دست آمد که ترئونین، یک اسید آمینه ضروری را که به مقدار ناکافی در خوراک حیوانات مزرعه یافت می‌شود، سنتز می‌کند. افزودن ترئونین به خوراک باعث افزایش وزن حیوان به میزان کیلوگرم می شود که در سراسر کشور به میلیون ها روبل سود و مهمتر از همه افزایش تولید گوشت دام تبدیل می شود.

تیم دانشمندان مؤسسه، به رهبری مدیر V. G. Debabov، از اشریشیا کلی رایج، یک میکروارگانیسم موجود در همه جا، به عنوان پایه ای برای به دست آوردن یک سویه صنعتی استفاده کردند. ابتدا سلول های جهش یافته ای به دست آمد که قادر به تجمع ترئونین اضافی در محیط بودند. سپس تغییرات ژنتیکی در سلول ایجاد شد که منجر به افزایش بیوسنتز اسیدهای آمینه شد. به این ترتیب، می‌توان سویه‌ای به دست آورد که ترئونین تولید می‌کرد، اما 10 برابر کمتر از مقداری که به دلایل سودآوری تولید لازم بود. سپس روش های مهندسی ژنتیک معرفی شدند. با کمک آنها، "دوز ژن ترئونین" در مولکول DNA باکتری افزایش یافت. علاوه بر این، تعداد ژن‌هایی که سنتز ترئونین را تعیین می‌کنند چندین بار در مولکول DNA سلول افزایش یافت: به نظر می‌رسید که ژن‌های یکسان یکی پس از دیگری در مولکول DNA قرار می‌گیرند. به طور طبیعی، بیوسنتز ترئونین به نسبت افزایش یافت و به سطح کافی برای تولید صنعتی رسید.

درست است، پس از این، سویه باید بیشتر بهبود یابد، و دوباره از نظر ژنتیکی. اول، به منظور خالص سازی کشت باکتریایی از سلول هایی که در آنها پلاسمیدهای دارای "ژن ترئونین" در طی فرآیند تکثیر کشت ناپدید شدند. برای انجام این کار، ژنی به درون سلول‌ها دوخته شد که حاوی یک سیگنال رمزگذاری شده برای «خودکشی» سلول‌هایی بود که در آن‌ها هیچ پلاسمیدی با «ژن ترئونین» پس از تقسیم وجود نداشت. به این ترتیب، کشت سلولی خود را از میکروارگانیسم های بالاست پاکسازی کرد. سپس ژنی به سلول‌ها وارد شد که به لطف آن می‌توانست روی ساکارز (و نه گلوکز و فروکتوز گران‌قیمت، مثل قبل) توسعه یابد و مقادیر بی‌سابقه ترئونین تولید کند.

اساساً، میکروارگانیسم حاصل دیگر اشریشیا کلی نبود: دستکاری با دستگاه ژنتیکی آن منجر به ظهور یک ارگانیسم اساساً جدید شد که کاملاً آگاهانه و هدفمند طراحی شده بود. و این کار پیچیده چند مرحله‌ای، که اهمیت عملی زیادی دارد، با استفاده از روش‌های جدید مهندسی ژنتیک در مدت زمان بسیار کوتاه - فقط در سه سال - انجام شد.

تا سال 1981، در تعدادی از مؤسسات کشور، و بالاتر از همه در مؤسسه شیمی بیورگانیک به نام. M. M. Shemyakin از آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی به رهبری آکادمیک Yu. A. Ovchinikov، حتی کارهای چشمگیرتری انجام شد. این مطالعات اکنون به شکل برنامه‌های بلندمدت روشنی به خود گرفته است که بر اساس آن توسط تعدادی از مؤسسات دانشگاهی و صنعتی توسعه داده می‌شود. این مطالعات با هدف دستیابی به یک معجزه واقعی انجام شد - معرفی یک ژن جدا شده از بدن انسان به یک سلول باکتریایی.

این کار با چندین ژن به طور همزمان انجام شد: ژن مسئول سنتز هورمون انسولین، ژنی که تشکیل اینترفرون را تضمین می کند و ژنی که سنتز هورمون رشد را کنترل می کند.

اول از همه، دانشمندان وظیفه خود را "آموزش" به باکتری ها برای سنتز با ارزش ترین دارو - هورمون انسولین قرار دادند. انسولین برای درمان دیابت ضروری است. این هورمون باید به طور مداوم به بیماران داده شود و تولید آن به روش سنتی (از پانکراس گاوهای ذبح) دشوار و پرهزینه است. علاوه بر این، مولکول های انسولین خوک یا گاو با مولکول های انسولین انسانی متفاوت است و طبیعتاً فعالیت آنها در بدن انسان کمتر از فعالیت انسولین انسان است. علاوه بر این، انسولین، اگرچه اندازه کوچکی دارد، اما همچنان یک پروتئین است و آنتی بادی های ضد آن در طول زمان در بدن انسان جمع می شوند: بدن با پروتئین های خارجی مبارزه می کند و آنها را پس می زند. بنابراین، انسولین تزریقی گاو یا خوک ممکن است شروع به غیرفعال شدن غیرقابل برگشت کند، توسط این آنتی بادی ها خنثی شود، و در نتیجه ممکن است قبل از اینکه زمان برای اثر درمانی داشته باشد، ناپدید شود. برای جلوگیری از این اتفاق، باید موادی را وارد بدن کرد که از این روند جلوگیری می کنند، اما خود آنها نسبت به بدن بی تفاوت نیستند.

انسولین انسانی می تواند از طریق سنتز شیمیایی تولید شود. اما این سنتز آنقدر پیچیده و پرهزینه است که فقط برای مقاصد تجربی انجام شد و مقادیر انسولین به دست آمده حتی برای یک تزریق نیز کافی نبود. این یک سنتز نمادین بود، اثبات اینکه شیمیدان ها می توانند پروتئین واقعی را در یک لوله آزمایش سنتز کنند.

با در نظر گرفتن همه اینها، دانشمندان چنین وظیفه پیچیده و بسیار مهمی را برای خود تعیین کرده اند - ایجاد تولید بیوشیمیایی انسولین انسانی. ژنی به دست آمد که سنتز انسولین را فراهم می کند. با استفاده از روش های مهندسی ژنتیک، این ژن به سلول باکتریایی وارد شد که در نتیجه توانایی سنتز یک هورمون انسانی را به دست آورد.

کارهایی که در همان مؤسسه بر روی معرفی ژن مسئول سنتز اینترفرون انسانی در سلول باکتریایی با استفاده از روش های مهندسی ژنتیک انجام شد، به همان اندازه از اهمیت زیادی برخوردار بود. (اینترفرون پروتئینی است که نقش فوق العاده مهمی در مبارزه بدن با عفونت های ویروسی ایفا می کند.) ژن اینترفرون نیز به سلول E. coli وارد شد. سویه های ایجاد شده با بازده بالای اینترفرون متمایز شدند که اثر ضد ویروسی قدرتمندی دارد. اکنون اولین دسته های صنعتی اینترفرون انسانی به دست آمده است. تولید صنعتی اینترفرون یک دستاورد بسیار مهم است، زیرا فرض بر این است که اینترفرون همچنین دارای فعالیت ضد توموری است.

در موسسه آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، کار برای ایجاد سلول های باکتریایی که سوماتوتروپین - هورمون رشد انسانی را تولید می کنند، انجام شد. ژن این هورمون از غده هیپوفیز جدا شد و با استفاده از روش های مهندسی ژنتیک، در یک مولکول DNA پیچیده تر ادغام شد و سپس به دستگاه ژنتیکی باکتری وارد شد. در نتیجه، این باکتری توانایی سنتز هورمون های انسانی را به دست آورد. این کشت باکتریایی و همچنین کشت باکتری با ژن انسولین معرفی شده برای تولید صنعتی هورمون های انسانی در تولید میکروبیولوژیکی در حال آزمایش است.

اینها تنها چند نمونه از کار بر روی معرفی ژن های موجودات بالاتر به سلول های باکتریایی است. آثار جالب و امیدوار کننده مشابه بسیار بیشتری وجود دارد.

در اینجا یک مثال دیگر است. بیوشیمیست های انگلیسی پروتئین نسبتاً بزرگی (حدود 200 باقی مانده اسید آمینه) - تاوماتین - را از میوه های یک درختچه آفریقایی جدا کردند. این پروتئین 100 هزار بار شیرین تر از ساکارز است. اکنون در سرتاسر جهان به فکر ایجاد جایگزین های شکر هستند که در صورت مصرف زیاد، برای بدن بی ضرر نیستند. بنابراین، تاوماتین، یک محصول طبیعی که نیازی به آزمایشات سم شناسی خاصی ندارد، توجه زیادی را به خود جلب کرده است: از این گذشته، افزودن های ناچیز آن به محصولات شیرینی پزی می تواند به سادگی استفاده از شکر را از بین ببرد. دانشمندان به این نتیجه رسیدند که به دست آوردن تاوماتین نه از منبع طبیعی، بلکه با سنتز میکروبیولوژیکی با استفاده از باکتری هایی که ژن تاوماتین به آن وارد شده بود، آسان تر و سودآورتر است. و این کار با وارد کردن این ژن به همان E. coli انجام شد. در حال حاضر، جایگزین شکر تائوماتین (به نام تالین) از یک منبع طبیعی تولید می شود، اما تولید میکروبیولوژیکی آن دور از دسترس نیست.

تاکنون در مورد وارد کردن ژن ها به سلول های باکتریایی صحبت کرده ایم. اما این بدان معنا نیست که کار برای معرفی ژن های مصنوعی به موجودات بالاتر - گیاهان و حیوانات - انجام نمی شود. در اینجا ایده های کمتر، اما بسیار جذاب تری وجود دارد. اجرای عملی برخی از آنها برای بشریت اهمیت استثنایی خواهد داشت. بنابراین، مشخص است که گیاهان عالی نمی توانند نیتروژن اتمسفر را جذب کنند: آنها آن را از خاک به شکل نمک های معدنی یا در نتیجه همزیستی با باکتری های ندول به دست می آورند. اجرای این ایده - معرفی ژن های این باکتری ها به گیاهان - می تواند منجر به تغییرات اساسی انقلابی در کشاورزی شود.

وضعیت ورود ژن ها به دستگاه ژنتیکی یوکاریوت ها چگونه است؟ مشکل اصلی در اینجا این است که تغییر ژنوتیپ تمام سلول های یک ارگانیسم چند سلولی غیرممکن است. بنابراین، امیدها به ایجاد روش‌های مهندسی ژنتیک برای کار با کشت‌های سلولی گیاهی و گیاهان تک سلولی بسته شده است.

معرفی ژن های مصنوعی به سلول های کشت مصنوعی می تواند منجر به تولید یک گیاه اصلاح شده شود: تحت شرایط خاصی، سلول های جدا شده می توانند به گیاهان کامل تبدیل شوند. و در چنین گیاهی ژن هایی که به طور مصنوعی به سلول اصلی وارد شده اند باید عمل کنند و به ارث برسند.

در اینجا، علاوه بر چشم انداز استفاده موفقیت آمیز از روش های مهندسی ژنتیک، مزیت دیگری از بیوتکنولوژی پدیدار می شود - با استفاده از روش بیوتکنولوژی سلولی، میلیون ها گیاه یکسان را می توان از یک گیاه به دست آورد، و نه ده ها گیاه، مانند هنگام استفاده از دانه ها. فناوری سلولی به مناطق وسیعی نیاز ندارد، به شرایط آب و هوایی بستگی ندارد و با بهره وری عظیم مشخص می شود.

دانشمندان شوروی اکنون در حال بررسی راه دیگری برای معرفی ژن ها به سلول های گیاهی هستند - ایجاد یک جامعه همزیستی، که در آن تلاش می کنند سیانوباکتری ها را که هم قادر به فتوسنتز و هم تثبیت نیتروژن هستند را به پروتوپلاست های گیاهی معرفی کنند (آنها فاقد غشای سلولزی هستند).

همچنین چشم اندازهای خاصی در زمینه استفاده از روش های مهندسی ژنتیک در کار با حیوانات وجود دارد؛ در هر صورت امکان اساسی انتقال مواد ژنتیکی به سلول های حیوانی وجود دارد. این به ویژه در هیبریدوم ها به طور قانع کننده ای نشان داده شده است. هیبریدوم سلولی است که از یک لنفوسیت تشکیل می شود که آنتی بادی و سلول توموری را تولید می کند که قادر به تولید مثل نامحدود است و هر دوی این ویژگی ها را با هم ترکیب می کند. با استفاده از هیبریدوم ها می توان آنتی بادی های بسیار اختصاصی به دست آورد. روش هیبریدوم یکی دیگر از روش های بیوتکنولوژیکی برای به دست آوردن پروتئین های ارزشمند است.

بیوتکنولوژی فضایی در طول اجرای برنامه های پرواز سرنشین دار در اتحاد جماهیر شوروی سابق، پتانسیل علمی و فنی در زمینه بیوتکنولوژی فضایی با مشارکت سازمان های مادر Rosaviakosmos، وزارت صنعت پزشکی، آکادمی علوم روسیه و آکادمی روسیه توسعه یافت. علوم پزشکی که بستر سخت افزاری و روش شناختی لازم برای انجام آزمایشات بیوتکنولوژیکی در شرایط پرواز مداری را ایجاد کرده است.در یک دوره 15 ساله تعدادی از برنامه های آزمایشات بیوتکنولوژیکی انجام شده است که نتایج آنها در فناوری های تولید وارد شده است. از مواد مختلف بیولوژیکی فعال (آنتی بیوتیک ها، محرک های ایمنی و غیره). تعدادی از داروهای جدید درمانی و تشخیصی با استفاده از روش های بیوتکنولوژی فضایی ایجاد شده است. تجربه انباشته شده امکان تعیین مسیرهای امیدوارکننده برای توسعه بیوتکنولوژی فضایی را فراهم کرده است: · به دست آوردن کریستال های با کیفیت بالا از مواد مهم بیولوژیکی به منظور تعیین ساختار فضایی آنها و ایجاد داروهای جدید برای پزشکی، فارماکولوژی، دامپزشکی و غیره. بخش‌های اقتصاد ملی و رشته‌های مختلف علوم؛ · به دست آوردن و انتخاب در شرایط ریزگرانش بهبود یافته و همچنین سویه‌های صنعتی نوترکیب میکروارگانیسم‌ها، تولیدکنندگان مواد فعال بیولوژیکی برای پزشکی، فارماکولوژی، کشاورزی و اکولوژی. جداسازی الکتروفورتیک مواد بیولوژیکی، به ویژه، خالص سازی با کارایی بالا پروتئین های دستکاری شده ژنتیکی و ویروسی، عمدتاً برای اهداف پزشکی، و همچنین جداسازی سلول های خاص که با عملکردهای ترشحی مورد نیاز مشخص می شوند؛ · مطالعه تأثیر عوامل پرواز فضایی در مورد اشیاء بیولوژیکی و ویژگی های فیزیکوشیمیایی فرآیندهای بیوتکنولوژیکی با هدف گسترش دانش بنیادی در زمینه زیست شناسی و بیوتکنولوژی. در سال 1989، RSC Energia به نام. S.P. Korolev و RAO Biopreparat، با پیوستن به نیروهای خود در تحقیقات در یکی از زمینه های امیدوارکننده فعالیت فضایی، آزمایشگاه های بیوتکنولوژی فضایی را ایجاد کردند. مدیریت علمی کار در زمینه بیوتکنولوژی در چارچوب برنامه ملی روسیه در ایستگاه مداری میر و بخش روسی ایستگاه فضایی بین‌المللی توسط رئیس بخش بیوتکنولوژی فضایی KNTS Rosaviakosmos و آکادمی علوم روسیه، دانشمند ارجمند فدراسیون روسیه، پروفسور یوری تیخونوویچ کالینین. هماهنگی کار، اطمینان از ایجاد و آماده سازی قبل از پرواز تجهیزات علمی روی هواپیما، مواد بیولوژیکی در حین اجرای پروژه های بیوتکنولوژیکی و همچنین پردازش و تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده توسط آزمایشگاه های تخصصی بیوتکنولوژی فضایی در RAO Biopreparat انجام می شود. (بر اساس JSC Biokhimmash) و در RSC Energia. S.P. ملکه. برای اجرای مستقیم آزمایش‌ها در ایستگاه‌های مداری، مجموعه‌ای از اقدامات برای سازماندهی، پشتیبانی و پشتیبانی آنها در تمام مراحل اجرا ایجاد شده است: · آماده‌سازی آزمایش‌ها و تجهیزات علمی، آموزش خدمه همراه با تحقیق و آزمایش دولتی روسیه. مرکز آموزش فضانوردان به نام. یو.آ. گاگارین؛ · تحویل تجهیزات علمی به مجموعه مداری. پشتیبانی لجستیک برای آزمایشات روی مجموعه مداری؛ برنامه ریزی، آماده سازی و پشتیبانی از آزمایش ها در مرکز کنترل ماموریت؛ بازگشت نتایج آزمایش ها از مدار و تحویل آنها از محل فرود به آزمایشگاه. آزمایشگاه‌های بیوتکنولوژی فضایی فوق بسته‌هایی از اسناد لازم برای اجرای آزمایش‌های فضایی شامل روش‌های آماده‌سازی قبل از پرواز، گذرنامه‌ها و گواهی‌ها و سایر مدارک مجوز را تهیه کرده‌اند و به انتخاب مشتری آماده ارائه اطلاعات علمی لازم هستیم. مشاوره در این زمینه و همچنین آماده سازی و انجام آزمایش های فضایی با هر گونه اشیاء بیولوژیکی چشم انداز دستیابی به کریستال های باکیفیت از مواد بیولوژیکی در شرایط ریزگرانشی که بارها در پروژه های تجاری با شرکت های خارجی تایید کرده ایم، آشکار است. آنها امکان مطالعه با دقت بالا ساختار فضایی بیوپلیمرهای مختلف و استفاده از نتایج را برای ایجاد کیفی داروهای جدید درمانی، پیشگیری و تشخیصی فراهم کردند. برای محصولات محافظت از گیاه استفاده می شود، کشت گیاهان با سلول های بالاتر، امکان به دست آوردن گونه هایی از محصولات را پس از قرار گرفتن در فضا در فضا فراهم می کند که به طور قابل توجهی فعال تر از سویه های اصلی هستند. آزمایشات روی بازترکیب میکروارگانیسم ها در شرایط پرواز مداری امکان واقعی انتقال 100 درصدی ماده ژنتیکی بین گونه های دوردست را نشان داد که امکان دستیابی به هیبریدهای منحصر به فرد با ویژگی های مشخص شده جدید را فراهم می کند. جداسازی پروتئین و اشیاء بیولوژیکی سلولی امکان و اثربخشی استفاده از روش‌های الکتروفورتیک را برای تولید دسته‌های آزمایشی و آزمایشی-صنعتی از مواد فعال بیولوژیکی با ارزش اقتصادی بسیار خالص و بسیار همگن تأیید کرد. ما بر اساس سفارش شما آماده ایم با استفاده از تجهیزات خود یا سایر تجهیزات تحقیقاتی را در زمینه تبلور اجسام بیولوژیکی در فضا، به دست آوردن سویه های بهبود یافته یا نوترکیب و همچنین الکتروفورز و سایر زمینه های تحقیقاتی، هم بنا به درخواست شما و هم با همکاری انجام دهیم. به نظر ما، این یک منطقه بسیار امیدوارکننده است، هم از نظر علمی و هم از نظر تجاری، پروژه ای برای ایجاد یک تاسیسات جهانی برای رشد و به دست آوردن پروتئین های کریستالی در شرایط پرواز فضایی می تواند خدمت کند. شرح پروژه پیوست شده است. ما همچنین هر موردی را در نظر خواهیم گرفت. پیشنهادات طرف های ذینفع برای آماده سازی و اجرای آزمایش های بیوتکنولوژی فضایی و امکان سنجی آنها را انجام خواهیم داد و از اجرای پروژه های پیشنهادی بر مبنای تجاری اطمینان حاصل خواهیم کرد.اهداف و اهداف پروژه این پروژه با تلاش RAO Biopreparat و شرکت کنندگان بالقوه علاقه مند به توسعه تجهیزات پیشرفته علمی بیوتکنولوژی و تولید محصولات زیستی رقابتی در شرایط پرواز فضایی هدف اصلی این پروژه، متبلور کردن محصولات بیولوژیکی در شرایط پرواز مداری، ایجاد و بهره برداری در ایستگاه فضایی بین المللی است. (ISS) نسل جدیدی از تجهیزات تبلور زیستی که قادر به بدست آوردن بلورهای بزرگ و همگن از طیف گسترده ای از اشیاء بیولوژیکی و همچنین دریافت سریع اطلاعات ویدئویی و تله متری در مورد پارامترهای اصلی فرآیند و نتایج به دست آمده است. هنگام سازماندهی کار در پروژه، وظایف زیر تعیین می شود: · توسعه مکانیسم های تعامل بین طرفین پروژه در مورد مسائل سازمانی، روش شناختی، فنی، علمی و اقتصادی؛ · بر اساس بیوکریستالیزرهای روسی و تجهیزات الکترونیکی و ویدیویی خارجی، تولید نمونه‌های اولیه و نمونه‌های پروازی تجهیزات بیوکریتالیزاسیون با ویژگی‌های فراتر از آنالوگ‌های شناخته‌شده جهان از نظر کارایی و قابلیت اطمینان؛ · تجهیزات ایجاد شده را در ایستگاه فضایی بین‌المللی راه‌اندازی کنید. هم برای برنامه‌های ملی فردی طرف‌های شرکت‌کننده، و هم برای پروژه‌های علمی یا تجاری مشترک؛ جستجوی راه‌ها و ابزارهای اجرای نتایج علمی به‌دست‌آمده در طول آزمایش‌های پرواز بر اساس منافع متقابل شرکت‌کنندگان در پروژه. خصوصیات فنی مختصر تجهیزات در زیر مشخصات فنی مختصری از تجهیزات برای کریستالیزاسیون اجسام بیولوژیکی که بر اساس پیشرفت های روسیه ایجاد شده است آورده شده است. اجسام بیولوژیکی) با روش‌های مختلف این تجهیزات عبارتند از: آب‌بندی چند سطحی و بسیار قابل اعتماد محفظه‌ها با محلول‌های کاری؛ اجرای سریع عملیات برای پر کردن جداگانه محفظه‌های کاست کریستالیزاسیون با محلول‌های پروتئین (یا پلیمرهای زیستی دیگر) و رسوب‌دهنده؛ اجرای چندین روش‌های تبلور در یک کاست؛ ویژگی‌های تکرارپذیری بالا فرآیند در سلول‌های تبلور مختلف کاست جهانی؛ درجه بالایی از قابلیت تعویض عناصر اصلی عملکردی بیوکریتالایزر؛ · اجرای راحت و سریع عملیات استریلیزاسیون، مونتاژ، آزمایش نشت و پر کردن با محلول های کاری؛ · استخراج راحت و غیر مخرب کریستال های حاصل؛ · قابلیت اطمینان و نگهداری بالا؛ · فعال سازی/غیرفعال سازی دستی و خودکار فرآیند کریستالیزاسیون. · اندازه‌گیری و ثبت دمای کاست‌های تبلور در تمام مراحل حمل و نقل و بهره‌برداری؛ میزان استفاده بالا از جرم محموله در مراحل ورود به مدار و بازگشت به زمین؛ تقاضای کم در وسایل نقلیه تحویل و برگشت؛ انعطاف‌پذیری در ساخت و استفاده از برنامه علمی با حداقل منابع ISS استفاده شده؛ امکان گسترش مدولار سلول های تبلور بسته به نیاز مشتری. تحویل در ISS و بازگشت به زمین کاست های بیوکریستالیزر جهانی در یک محفظه برگشت عایق حرارتی (TRC) با یک ضبط کننده دمای مستقل انجام می شود.ترکیب تجهیزات پیکربندی کامل تجهیزات دارای ترکیب زیر است: نوار کاست - 12 عدد. (پیکربندی کاست ها توسط مدیر آزمایش تعیین می شود)؛ · یک ظرف برگشتی عایق حرارتی (TRC) با یک ضبط کننده دمای مستقل؛ · درایو دستی کاست ها؛ · یک ترموستات جهانی بیوتکنولوژی (TBU) برای ترموستات فعال کاست ها در حالت نیمه اتوماتیک؛ · یک واحد محرک الکتریکی برای فعال/غیرفعال کردن کاست ها در TBU؛ · واحد کنترل درایو الکتریکی؛ · سیستم نظارت تصویری برای سلول های تبلور در TBU؛ · واحد نظارت و کنترل برای سیستم نظارت تصویری و رابط (VIS) با سیستم تلویزیون ISS؛ · مجموعه ای از کابل های اتصال. هر یک از کاست های تبلور جهانی از نظر ساختاری یک بلوک ساخته شده است. کاست شامل 4 سلول تبلور مستقل است. هر سلول تبلور به نوبه خود دارای یک تا سه محفظه کریستالیزاسیون (پروتئین) و یک یا چند محفظه برای محلول رسوب کننده است.

بیوهیدرو متالورژی

این جهت قبلاً به عنوان شستشوی میکروبی فلزات از سنگ معدن شناخته می شد. استخراج فلزات از سنگ معدن آنها با استفاده از میکروارگانیسم ها را مطالعه می کند. در دهه 50 و 60 مشخص شد که میکروارگانیسم هایی وجود دارند که می توانند فلزات را از مواد معدنی به محلول منتقل کنند. مکانیسم های چنین ترجمه ای متفاوت است. به عنوان مثال، برخی از میکروارگانیسم های شسته شونده مستقیماً پیریت را اکسید می کنند: 4افهاس 2 + 15O 2 + 2اچ 2 O = 2افه 2 (اسO 4) 3 + 2اچ 2 اسO 4

و یون آهن به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی عمل می کند که قادر به انتقال مس از کالکوسینیت به محلول است: سیتو 2 اس + 2افه 2 (اسO 4) 3 = 2سیتواسO 4 + 4افهاسO 4 + اس یا اورانیوم از اورانیت: UO 2 + افه 2 (اسO 4) 3 = UO 2 اسO 4 + 2افهاسO 4

واکنش‌های اکسیداسیون گرمازا هستند؛ زمانی که این واکنش‌ها رخ می‌دهند، انرژی آزاد می‌شود که توسط میکروارگانیسم‌ها در طول زندگی‌شان استفاده می‌شود.

پس ساختار بیوتکنولوژی چیست؟ با توجه به اینکه بیوتکنولوژی به طور فعال در حال توسعه است و ساختار آن در نهایت مشخص نشده است، ما فقط می توانیم در مورد انواع بیوتکنولوژی که در حال حاضر وجود دارد صحبت کنیم. این بیوتکنولوژی سلولی است - میکروبیولوژی کاربردی، کشت سلولی گیاهی و حیوانی (این موضوع زمانی مورد بحث قرار گرفت که در مورد صنعت میکروبیولوژیکی، امکانات کشت سلولی و جهش زایی شیمیایی صحبت کردیم). اینها بیوتکنولوژی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی هستند (آنها "صنعت DNA" را ارائه می دهند). و در نهایت، این مدل‌سازی فرآیندها و سیستم‌های بیولوژیکی پیچیده، از جمله آنزیم‌شناسی مهندسی است (زمانی که در مورد آنزیم‌های تثبیت‌شده صحبت کردیم، در این مورد صحبت کردیم).

واضح است که بیوتکنولوژی آینده بزرگی دارد. و توسعه بیشتر آن ارتباط نزدیکی با توسعه همزمان همه شاخه های مهم علوم زیستی دارد که موجودات زنده را در سطوح مختلف سازمان خود مطالعه می کنند. از این گذشته، صرف نظر از اینکه زیست شناسی چقدر متمایز می شود، صرف نظر از اینکه چه جهت های علمی جدیدی ایجاد می شود، هدف تحقیق آنها همیشه موجودات زنده خواهد بود که مجموعه ای از ساختارهای مادی و فرآیندهای متنوعی هستند که یک وحدت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی را تشکیل می دهند. و این - ماهیت موجودات زنده - نیاز به مطالعه جامع موجودات زنده را از پیش تعیین می کند. بنابراین طبیعی و طبیعی است که بیوتکنولوژی در نتیجه پیشرفت یک جهت پیچیده - زیست شناسی فیزیکی و شیمیایی پدید آمده و به طور همزمان و موازی با این جهت توسعه یابد.

یکی از اصلی ترین وظایف عملی مهندسی سلول و بافت همیشه ایجاد کشت بوده است درونکشتگاهیسلول های معادل زنده بافت ها و اندام ها به منظور استفاده از آنها در درمان جایگزینی برای بازیابی ساختارها و عملکردهای آسیب دیده بدن. بزرگترین موفقیت ها در این مسیر با استفاده از رشد به دست آمده است درونکشتگاهیکراتینوسیت ها برای درمان آسیب های پوستی و در درجه اول در درمان زخم های سوختگی.

در خاتمه، باید به یک مورد مهم دیگر اشاره کرد که بیوتکنولوژی را از سایر حوزه های علم و تولید متمایز می کند. در ابتدا بر مشکلاتی متمرکز شده است که بشریت مدرن را نگران می کند: تولید مواد غذایی (در درجه اول پروتئین)، حفظ تعادل انرژی در طبیعت (دور شدن از تمرکز بر استفاده از منابع غیر قابل جایگزین به نفع منابع تجدید پذیر)، حفاظت از محیط زیست (بیوتکنولوژی - "پاک" تولید، که، با این حال، نیاز به آب زیادی دارد).

بنابراین، بیوتکنولوژی نتیجه طبیعی توسعه بشر است، نشانه ای از دستیابی آن به یک مرحله مهم، شاید بتوان گفت نقطه عطف، مرحله توسعه.

صنعت بیوتکنولوژی

صنعت بیوتکنولوژی گاهی اوقات به چهار حوزه تقسیم می شود:

• "« قرمز "بیوتکنولوژی" - تولید بیوداروها (پروتئین ها، آنزیم ها، آنتی بادی ها) برای انسان و همچنین تصحیح کد ژنتیکی.
• "« بیوتکنولوژی سبز - توسعه و معرفی گیاهان اصلاح شده ژنتیکی به کشت.
• "« "بیوتکنولوژی" سفید - تولید سوخت های زیستی، آنزیم ها و بیومواد برای صنایع مختلف.
• تحقیقات دانشگاهی و دولتی - به عنوان مثال، رمزگشایی ژنوم برنج.

"صنعت میکروبیولوژیک" 150 نوع محصول تولید می کند که برای اقتصاد ملی بسیار ضروری است. افتخار آن پروتئین خوراک است که از رشد مخمر به دست می آید. سالانه بیش از 1 میلیون تن تولید می شود. دستاورد مهم دیگر انتشار با ارزش ترین افزودنی خوراک - اسید آمینه ضروری (یعنی در بدن حیوان تشکیل نشده) لیزین است. قابلیت هضم مواد پروتئینی موجود در محصولات سنتز میکروبیولوژیکی به گونه ای است که 1 تن پروتئین خوراک باعث صرفه جویی 5-8 تن غلات می شود. به عنوان مثال، افزودن 1 تن زیست توده مخمر به رژیم غذایی طیور به شما امکان می دهد 1.5-2 تن گوشت یا 25-35 هزار تخم مرغ اضافی بدست آورید و در پرورش خوک 5-7 تن دانه خوراک آزاد می کند. مخمر تنها منبع ممکن پروتئین نیست. می توان آن را با رشد جلبک های سبز میکروسکوپی، تک یاخته های مختلف و سایر میکروارگانیسم ها به دست آورد. فناوری هایی برای استفاده از آنها در حال حاضر توسعه یافته است، شرکت های غول پیکر با ظرفیت 50 تا 300 هزار تن محصول در سال در حال طراحی و ساخت هستند. عملکرد آنها کمک شایانی به حل مشکلات اقتصادی ملی می کند.

اگر یک ژن انسانی که مسئول سنتز آنزیم یا ماده دیگری است که برای بدن مهم است به سلول های میکروارگانیسم ها پیوند زده شود، در شرایط مناسب میکروارگانیسم ها ترکیبی بیگانه برای آنها در مقیاس صنعتی تولید می کنند. دانشمندان روشی را برای تولید اینترفرون انسانی ابداع کرده اند که در درمان بسیاری از بیماری های ویروسی موثر است. همان مقدار اینترفرون از 1 لیتر مایع کشت استخراج می شود که قبلاً از بسیاری از تن های خون اهدا کننده به دست آمده بود. پس انداز از معرفی روش جدید به 200 میلیون روبل در سال می رسد.

نمونه دیگر تولید هورمون رشد انسانی با استفاده از میکروارگانیسم ها است. پیشرفت های مشترک دانشمندان مؤسسه زیست شناسی مولکولی، مؤسسه زیست شناسی مولکولی، مؤسسه بیوشیمی و فیزیولوژی میکروارگانیسم های روسیه و مؤسسات روسی امکان تولید گرم هورمون را فراهم می کند، در حالی که قبلاً این دارو بر حسب میلی گرم به دست می آمد. این دارو در حال حاضر در حال آزمایش است. روش‌های مهندسی ژنتیک امکان دریافت واکسن‌هایی را علیه عفونت‌های خطرناک مانند هپاتیت B، بیماری تب برفکی در گاو و همچنین توسعه روش‌هایی برای تشخیص زودهنگام تعدادی از بیماری‌های ارثی و عفونت‌های مختلف ویروسی ایجاد کرده است.

مهندسی ژنتیکشروع به تأثیرگذاری فعال بر توسعه نه تنها پزشکی، بلکه سایر زمینه های اقتصاد ملی می کند. توسعه موفقیت آمیز روش های مهندسی ژنتیک فرصت های گسترده ای را برای حل تعدادی از مشکلات پیش روی کشاورزی باز می کند. این شامل ایجاد انواع با ارزش جدید از گیاهان کشاورزی مقاوم در برابر بیماری های مختلف و عوامل محیطی نامطلوب و تسریع در روند انتخاب در هنگام اصلاح نژادهای حیوانی با تولید بالا و ایجاد ابزارهای تشخیصی و واکسن های بسیار موثر برای دامپزشکی است. و توسعه روش هایی برای تثبیت بیولوژیکی نیتروژن. راه‌حل این مشکلات به پیشرفت علمی و فناوری کشاورزی کمک می‌کند و نقش کلیدی در این امر متعلق به روش‌های ژنتیکی و نیز بدیهی است که مهندسی سلولی خواهد بود.

مهندسی سلول - یک جهت غیرمعمول امیدوار کننده از بیوتکنولوژی مدرن. دانشمندان روش هایی را برای رشد سلول های گیاهی حیوانی و حتی انسانی در شرایط مصنوعی (کشت) ابداع کرده اند. کشت سلولی این امکان را فراهم می کند تا محصولات ارزشمند مختلفی را که قبلاً به دلیل کمبود منابع اولیه به مقدار بسیار محدود به دست می آمد به دست آورد. مهندسی سلول های گیاهی به طور ویژه با موفقیت در حال توسعه است. با استفاده از روش های ژنتیکی، می توان خطوطی از چنین سلول های گیاهی را انتخاب کرد - تولید کنندگان مواد عملا مهم، که قادر به رشد در محیط های غذایی ساده هستند و در عین حال چندین برابر بیشتر از خود گیاه، محصولات ارزشمندی را انباشته می کنند. کشت توده های سلولی گیاهی در حال حاضر در مقیاس صنعتی برای تولید ترکیبات فعال فیزیولوژیکی استفاده می شود. به عنوان مثال، تولید زیست توده جینسینگ برای نیازهای صنایع عطر و پزشکی ایجاد شده است. پایه های تولید زیست توده از گیاهان دارویی - Dioscorea و Rauwolfia در حال ایجاد است. روش هایی برای رشد توده سلولی سایر گیاهان کمیاب که مواد با ارزش تولید می کنند (Rhodiola rosea و غیره) در حال توسعه است. یکی دیگر از زمینه های مهم مهندسی سلول، ریزازدیاد کلونال گیاهان بر اساس کشت بافت است. این روش بر اساس ویژگی شگفت انگیز گیاهان است: از یک سلول یا تکه بافت، تحت شرایط خاص، یک گیاه کامل می تواند رشد کند که قادر به رشد و تولید مثل طبیعی باشد. با استفاده از این روش می توان از قسمت کوچکی از یک گیاه تا 1 میلیون گیاه در سال به دست آورد. ریزازدیادی کلونال برای بهبود و تکثیر سریع انواع کمیاب، با ارزش اقتصادی یا تازه ایجاد شده از محصولات کشاورزی استفاده می شود. به این ترتیب گیاهان سالم سیب زمینی، انگور، چغندر قند، توت فرنگی باغی، تمشک و بسیاری از محصولات دیگر از سلول های آلوده به ویروس به دست می آیند. در حال حاضر، روش هایی برای ریزازدیادی اشیاء پیچیده تر - گیاهان چوبی (درختان سیب، درختان صنوبر، درختان کاج) ایجاد شده است. بر اساس این روش ها، فناوری هایی برای تولید صنعتی مواد کاشت اولیه گونه های درختی ارزشمند ایجاد خواهد شد. روش های مهندسی سلولی هنگام توسعه انواع جدید غلات و سایر محصولات مهم کشاورزی، روند انتخاب را به میزان قابل توجهی سرعت می بخشد: دوره به دست آوردن آنها به 3-4 سال کاهش می یابد (به جای 10-12 سال مورد نیاز هنگام استفاده از روش های اصلاح معمولی). یک روش اساساً جدید همجوشی سلولی که توسط دانشمندان ایجاد شده است، همچنین روشی امیدوارکننده برای توسعه انواع جدید محصولات کشاورزی ارزشمند است. این روش امکان به دست آوردن هیبریدهایی را فراهم می کند که به دلیل وجود مانع ناسازگاری بین گونه ای، با تلاقی معمولی ایجاد نمی شوند. برای مثال، با استفاده از روش همجوشی سلولی، هیبریدهایی از انواع مختلف سیب زمینی، گوجه فرنگی و تنباکو به دست آمد. تنباکو و سیب زمینی، کلزا و شلغم، تنباکو و بلادونا. واریته‌های جدیدی بر اساس ترکیبی از سیب‌زمینی‌های کشت‌شده و وحشی ایجاد می‌شوند که در برابر ویروس‌ها و سایر بیماری‌ها مقاوم هستند. مواد با ارزش برای پرورش گوجه فرنگی و سایر محصولات به روشی مشابه به دست می آید. در آینده، استفاده یکپارچه از روش های مهندسی ژنتیک و سلولی برای ایجاد انواع جدیدی از گیاهان با خواص از پیش تعیین شده، به عنوان مثال، با سیستم های طراحی شده برای تثبیت نیتروژن اتمسفر. گام های بزرگی در مهندسی سلول در زمینه ایمونولوژی برداشته شده است: روش هایی برای تولید سلول های هیبریدی ویژه ای که آنتی بادی های منفرد یا مونوکلونال تولید می کنند، توسعه یافته اند. این امر امکان ایجاد ابزارهای تشخیصی بسیار حساس را برای تعدادی از بیماری های جدی انسان، حیوانات و گیاهان فراهم کرد. بیوتکنولوژی مدرن سهم قابل توجهی در حل مشکل مهمی مانند مبارزه با بیماری های ویروسی محصولات کشاورزی دارد که آسیب زیادی به اقتصاد ملی وارد می کند. دانشمندان برای شناسایی بیش از 20 ویروس که باعث بیماری در محصولات مختلف می شوند، سرم های بسیار اختصاصی ساخته اند. سیستمی از ابزارها و دستگاه‌ها برای تشخیص سریع خودکار انبوه بیماری‌های گیاهی ویروسی در شرایط تولید کشاورزی توسعه و تولید شده است. روش های جدید تشخیصی امکان انتخاب مواد اولیه بدون ویروس (بذر، غده و غیره) را برای کاشت فراهم می کند که به افزایش قابل توجه عملکرد کمک می کند. کار بر روی آنزیم شناسی مهندسی اهمیت عملی زیادی دارد. اولین موفقیت مهم آن تثبیت آنزیم ها بود - تثبیت مولکول های آنزیم با استفاده از پیوندهای شیمیایی قوی بر روی پلیمرهای مصنوعی، پلی ساکاریدها و سایر حامل های ماتریکس. آنزیم های ثابت پایدارتر هستند و می توان به طور مکرر از آنها استفاده کرد. بیحرکتی امکان فرآیندهای کاتالیزوری مداوم را فراهم می کند، محصولاتی را که به آنزیم ها آلوده نیستند (که به ویژه در تعدادی از صنایع غذایی و دارویی مهم است) به دست می آید و هزینه آن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. از این روش به عنوان مثال برای تهیه آنتی بیوتیک استفاده می شود. بنابراین، دانشمندان فناوری تولید آنتی بیوتیک بر اساس آنزیم تثبیت شده پنی سیلین آمیداز را توسعه داده و به تولید صنعتی وارد کرده اند. در نتیجه استفاده از این فناوری، مصرف مواد خام پنج برابر کاهش یافت، هزینه محصول نهایی تقریباً به نصف کاهش یافت، حجم تولید هفت برابر شد و کل اثر اقتصادی به حدود 100 میلیون روبل رسید. گام بعدی در آنزیم شناسی مهندسی، توسعه روش هایی برای بی حرکت کردن سلول های میکروبی و سپس سلول های گیاهی و حیوانی بود. سلول های تثبیت شده مقرون به صرفه ترین زیست کاتالیزورها هستند، زیرا فعالیت و پایداری بالایی دارند و از همه مهمتر استفاده از آنها هزینه جداسازی و تصفیه آنزیم ها را به طور کامل حذف می کند. در حال حاضر، بر اساس سلول های بی حرکت، روش هایی برای تولید اسیدهای آلی، اسیدهای آمینه، آنتی بیوتیک ها، استروئیدها، الکل ها و سایر محصولات با ارزش توسعه یافته است. سلول های بی حرکت میکروارگانیسم ها نیز برای تصفیه فاضلاب، فرآوری زباله های کشاورزی و صنعتی استفاده می شود. بیوتکنولوژی به طور فزاینده ای در بسیاری از شاخه های تولید صنعتی استفاده می شود: روش هایی برای استفاده از میکروارگانیسم ها برای استخراج فلزات گرانبهای غیر آهنی از سنگ معدن و زباله های صنعتی، افزایش بازیافت نفت و مبارزه با متان در معادن زغال سنگ توسعه یافته است. بنابراین، برای رهایی معادن از متان، دانشمندان پیشنهاد حفاری چاه در درزهای زغال سنگ و تغذیه آنها را با سوسپانسیون باکتری های اکسید کننده متان دادند. به این ترتیب، حذف حدود 60 درصد متان حتی قبل از شروع بهره برداری از سازند امکان پذیر است. و اخیراً آنها روش ساده‌تر و مؤثرتری یافته‌اند: سوسپانسیونی از باکتری‌ها روی سنگ‌های بز پاشیده می‌شود، جایی که گاز به شدت آزاد می‌شود. پاشش سوسپانسیون را می توان با استفاده از نازل های مخصوص نصب شده روی تکیه گاه ها انجام داد. آزمایشاتی که در معادن دونباس انجام شد نشان داد که "کارگران" میکروسکوپی به سرعت 50 تا 80 درصد از گازهای خطرناک موجود در کار را از بین می برند. اما با کمک باکتری های دیگری که خود متان آزاد می کنند، می توان فشار را در مخازن نفت افزایش داد و از استخراج کامل نفت اطمینان حاصل کرد. بیوتکنولوژی نیز باید سهم قابل توجهی در حل مشکل انرژی داشته باشد. ذخایر محدود نفت و گاز ما را مجبور می کند به دنبال راه هایی برای استفاده از منابع انرژی غیرمتعارف باشیم. یکی از این راه ها تبدیل زیستی مواد خام گیاهی یا به عبارتی پردازش آنزیمی ضایعات صنعتی و کشاورزی حاوی سلولز است. در نتیجه تبدیل زیستی می توان گلوکز و از آن الکل به دست آورد که به عنوان سوخت عمل می کند. تحقیقات در مورد تولید بیوگاز (عمدتاً متان) با پردازش زباله های دامی، صنعتی و شهری با کمک میکروارگانیسم ها به طور فزاینده ای در حال توسعه است. در عین حال، بقایای پس از فرآوری کودهای آلی بسیار مؤثر هستند. بنابراین، چندین مشکل از این طریق حل می شود: حفاظت از محیط زیست از آلودگی، تامین انرژی و تولید کود. کارخانه های تولید بیوگاز در حال حاضر در کشورهای مختلف مشغول به کار هستند. امکانات بیوتکنولوژی تقریباً نامحدود است. جسورانه به حوزه های مختلف اقتصاد ملی حمله می کند. و بدون شک در آینده نزدیک اهمیت عملی بیوتکنولوژی در حل مهمترین مشکلات اصلاح نژاد، دارو، انرژی و حفاظت از محیط زیست از آلودگی بیش از پیش افزایش خواهد یافت.

گیاهان تراریخته

گیاهان تراریخته به گیاهانی گفته می شود که ژن به آنها پیوند زده شده است.

• 1. سیب‌زمینی‌های مقاوم به سوسک سیب‌زمینی کلرادو با معرفی یک ژن جدا شده از DNA سلول باسیل تورینگن خاک، که پروتئینی را تولید می‌کند که برای سوسک سیب‌زمینی کلرادو سمی است (سم در معده سوسک تولید می‌شود) ایجاد شد. ، اما نه در انسان). آنها از یک واسطه استفاده کردند - سلول های اشریشیا کلی. برگ های سیب زمینی شروع به تولید پروتئینی کردند که برای سوسک ها سمی است.
• 2. از محصولات حاصل از سویا، ذرت، سیب زمینی و آفتابگردان تراریخته استفاده می کند.
• 3. در آمریکا تصمیم گرفتند یک گوجه فرنگی مقاوم در برابر سرما پرورش دهند. آنها یک ژن flounder که مسئول تنظیم حرارت است را گرفتند و آن را به سلول های گوجه فرنگی پیوند زدند. اما گوجه فرنگی این اطلاعات را به روش خود درک کرد؛ ترس از یخبندان را متوقف نکرد، اما در طول ذخیره سازی از بین رفت. می تواند شش ماه در اتاق بخوابد و پوسیده نشود.

حیوانات تراریخته

حیوانات تراریختهحیواناتی که به طور آزمایشی به دست آمده اند که در تمام سلول های بدن خود حاوی کروموزوم های اضافی ادغام شده و DNA خارجی بیان شده (ترانس ژن) هستند که طبق قوانین مندلی به ارث می رسد.

به ندرت، یک ترانس ژن می تواند تکثیر شود و به عنوان یک قطعه DNA تکثیر مستقل خارج کروموزومی به ارث برسد. اصطلاح تراریخته در سال 1973 برای نشان دادن انتقال ژن ها از یک موجود زنده به سلول های موجودات گونه های دیگر، از جمله آنهایی که از نظر تکاملی دور هستند، پیشنهاد شد. حیوانات تراریخته با انتقال ژن های کلون شده (DNA) به هسته تخم های بارور شده (زیگوت ها) یا سلول های بنیادی جنینی (پرتوان) تولید می شوند. سپس، زیگوت‌ها یا تخم‌های اصلاح‌شده، که در آن‌ها هسته خود را با یک هسته اصلاح‌شده از سلول‌های بنیادی جنینی جایگزین می‌کنند، یا بلاستوسیست‌ها (جنین‌ها) حاوی DNA خارجی سلول‌های بنیادی جنینی به اندام‌های تولید مثلی زن دریافت‌کننده پیوند می‌شوند. گزارش های جداگانه ای از استفاده از اسپرم برای ایجاد حیوانات تراریخته وجود دارد، اما این تکنیک هنوز فراگیر نشده است.

اولین حیوانات تراریخته در سال 1974 در کمبریج (ایالات متحده آمریکا) توسط رودولف یانیش در نتیجه تزریق DNA از ویروس میمون SV40 به جنین موش بدست آمد. در سال 1980، جورج گوردون دانشمند آمریکایی و همکارانش پیشنهاد کردند که از تزریق ریز DNA به پیش هسته زیگوت برای ایجاد حیوانات تراریخته استفاده شود. این رویکرد بود که پایه و اساس استفاده گسترده از فناوری برای تولید حیوانات تراریخته را ایجاد کرد. اولین حیوانات تراریخته در سال 1982 در روسیه پدیدار شدند. با استفاده از ریز تزریق به پیش هسته زیگوت، اولین حیوانات مزرعه تراریخته (خرگوش، گوسفند، خوک) در ایالات متحده آمریکا در سال 1985 به دست آمد. در حال حاضر، برای ایجاد حیوانات تراریخته، علاوه بر تزریق‌های میکرو، از تکنیک‌های تجربی دیگری نیز استفاده می‌شود: عفونت سلول‌ها با ویروس‌های نوترکیب، الکتروپوراسیون، سلول‌های "هدف‌گیری" با ذرات فلزی پوشیده شده با DNA نوترکیب روی سطح آنها.

در سال های اخیر، ظهور فناوری شبیه سازی حیوانات فرصت های بیشتری برای ایجاد حیوانات تراریخته ایجاد کرده است. در حال حاضر حیوانات تراریخته ای وجود دارند که با تزریق ریز ژن ها به هسته سلول های تمایز یافته به دست آمده اند.

تمام روش های موجود برای انتقال ژن هنوز خیلی موثر نیستند. برای به دست آوردن یک حیوان تراریخته، به طور متوسط، ریز تزریق DNA به 40 زیگوت موش، 90 زیگوت بز، 100 زیگوت خوک، 110 زیگوت گوسفند و 1600 زیگوت گاو مورد نیاز است. مکانیسم های ادغام DNA اگزوژن یا تشکیل رپلیکون های خودمختار (واحدهای تکثیر به غیر از کروموزوم ها) در طول ترانس ژنوز مشخص نیست. ادغام تراریخته‌ها در هر جانور تراریخته تازه به‌دست‌آمده در بخش‌های تصادفی کروموزوم‌ها اتفاق می‌افتد، و ادغام یک نسخه از تراریخته یا چند نسخه، که معمولاً به صورت پشت سر هم در یک مکان منفرد از یکی از کروموزوم‌ها قرار دارند، می‌تواند رخ دهد. به عنوان یک قاعده، هیچ همسانی بین محل (محل) ادغام تراریخته و خود تراریخته وجود ندارد. هنگامی که از سلول های بنیادی جنینی برای تراریخت استفاده می شود، انتخاب اولیه امکان پذیر است، که به دست آوردن حیوانات تراریخته با یک ژن ادغام شده در نتیجه نوترکیب همولوگ با ناحیه خاصی از ژنوم میزبان امکان پذیر است. با استفاده از این رویکرد، به ویژه، خاتمه هدفمند بیان یک ژن خاص انجام می شود (به این "ناکاوت ژن" می گویند).

فناوری ایجاد حیوانات تراریخته یکی از سریع ترین بیوتکنولوژی های در حال توسعه در 10 سال گذشته است. حیوانات تراریخته به طور گسترده هم برای حل تعداد زیادی از مسائل نظری و هم برای اهداف عملی در زیست پزشکی و کشاورزی استفاده می شوند. برخی از مشکلات علمی بدون ایجاد حیوانات تراریخته قابل حل نیست. با استفاده از مدل‌های حیوانی آزمایشگاهی تراریخته، تحقیقات گسترده‌ای برای بررسی عملکرد ژن‌های مختلف، تنظیم بیان آن‌ها، تظاهرات فنوتیپی ژن‌ها، جهش‌زایی درج و غیره در حال انجام است. حیوانات تراریخته برای مطالعات مختلف زیست‌پزشکی مهم هستند. حیوانات تراریخته زیادی وجود دارند که بیماری های مختلف انسان (سرطان، تصلب شرایین، چاقی و غیره) را مدل می کنند. بنابراین، تولید خوک‌های تراریخته با بیان تغییر یافته ژن‌هایی که رد عضو را تعیین می‌کنند، استفاده از این حیوانات را برای پیوند خارجی (پیوند اعضای خوک به انسان) ممکن می‌سازد. برای اهداف عملی، حیوانات تراریخته توسط شرکت های خارجی مختلف به عنوان بیوراکتورهای تجاری استفاده می شوند که تولید محصولات مختلف پزشکی (آنتی بیوتیک ها، فاکتورهای انعقاد خون و غیره) را تضمین می کنند. علاوه بر این، انتقال ژن های جدید امکان به دست آوردن حیوانات تراریخته را فراهم می کند که با افزایش خواص تولیدی (به عنوان مثال، افزایش رشد پشم در گوسفند، کاهش چربی در خوک، تغییر در خواص شیر) یا مقاومت در برابر بیماری های مختلف مشخص می شوند. توسط ویروس ها و سایر عوامل بیماری زا ایجاد می شود. در حال حاضر، بشریت در حال حاضر از بسیاری از محصولات به دست آمده با کمک حیوانات تراریخته استفاده می کند: داروها، اندام ها، غذا.

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به Vector مراجعه کنید. مرکز علمی دولتی ویروس شناسی و بیوتکنولوژی "وکتور" (SSC VB "Vector") نام بین المللی انگلیسی. مرکز تحقیقات دولتی ویروس شناسی و بیوتکنولوژی VECTOR ... ویکی پدیا

مرکز تحقیقات دولتی ویروس شناسی و بیوتکنولوژی "وکتور" یکی از بزرگترین مراکز علمی ویروس شناسی و بیوتکنولوژی در روسیه است که در شهر علمی کولتسوو، منطقه نووسیبیرسک، در چند کیلومتری نووسیبیرسک واقع شده است. نام کامل مرکز فدرال... ... ویکی پدیا است

- (IBBR) نام سابق مؤسسه فیزیولوژی، ژنتیک و مهندسی زیست گیاهی مدیر Zhambakin، Kabyl Zhaparovich کارکنان 128 ... ویکی پدیا

- (MGAVMiB) نام بین المللی آکادمی دولتی دامپزشکی و بیوتکنولوژی مسکو به نام K.I. اسکریابین سال تاسیس 1919 نوع ... ویکی پدیا

آکادمی دولتی دامپزشکی و بیوتکنولوژی مسکو به نام. K. I. Skryabina (MGAVMiB) نام بین المللی آکادمی دولتی دامپزشکی و بیوتکنولوژی مسکو به نام K.I. اسکریابین سال تاسیس ... ویکی پدیا

دریچه هوا (در بیوتکنولوژی)- ورودی (در بیوتکنولوژی) - موضوعات بیوتکنولوژی مترادف ورودی (در بیوتکنولوژی) EN vent ...

نابودی (در بیوتکنولوژی)- در بیوتکنولوژی به ژن ها یا موجوداتی اطلاق می شود که در آنها فعالیت ژن های فردی با روش های مولکولی تغییر می کند موضوعات بیوتکنولوژی EN knockdown ... راهنمای مترجم فنی

در سال 1995 از آکادمی دامپزشکی مسکو تغییر شکل داد. K. I. Scriabin (تاسیس در سال 1919). آموزش در رشته های دامپزشکی، دام، بیولوژی و غیره. در سال 1998 بیش از 3 هزار دانش آموز وجود داشت. * * * آکادمی مسکو... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی

موسسه بودجه فدرال علم مرکز علمی دولتی میکروبیولوژی کاربردی و بیوتکنولوژی (FBUN SSC PMB) یک مرکز علمی است که در زمینه هایی مانند اپیدمیولوژی، باکتریولوژی و بیوتکنولوژی به منظور... ... ویکی پدیا تحقیق می کند.

بیوتکنولوژی- رشته ای که امکان استفاده از موجودات زنده، سیستم ها یا محصولات فعالیت حیاتی آنها را برای حل مشکلات تکنولوژیکی و همچنین امکان ایجاد موجودات زنده با خواص لازم با استفاده از مهندسی ژنتیک را مطالعه می کند.

بیوتکنولوژی اغلب به عنوان کاربرد مهندسی ژنتیک در قرن بیست و یکم نامیده می شود، اما این اصطلاح همچنین به مجموعه گسترده تری از فرآیندها برای اصلاح موجودات بیولوژیکی برای رفع نیازهای انسان اشاره دارد که با اصلاح گیاهان و حیوانات از طریق انتخاب مصنوعی و هیبریداسیون شروع می شود. تولید سنتی بیوتکنولوژیک با کمک روش های نوین فرصتی برای بهبود کیفیت محصولات غذایی و افزایش بهره وری موجودات زنده دارد.

قبل از سال 1971، اصطلاح "بیوتکنولوژی" عمدتاً در صنایع غذایی و کشاورزی استفاده می شد. از دهه 1970، دانشمندان از این اصطلاح برای اشاره به تکنیک های آزمایشگاهی، مانند استفاده از DNA نوترکیب و کشت سلولی استفاده می کنند. درونکشتگاهی.

بیوتکنولوژی مبتنی بر ژنتیک، زیست شناسی مولکولی، بیوشیمی، جنین شناسی و زیست شناسی سلولی و همچنین رشته های کاربردی - فناوری های شیمیایی و اطلاعاتی و روباتیک است.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 5

✪ بیوتکنولوژی: ژن، کروموزومی، سلولی

✪ الکساندر پانچین - امکانات مهندسی ژنتیک

✪ بیوتکنولوژی روشهای اساسی بیوتکنولوژی

✪ 10 دستاورد مهندسی ژنتیک 2017 و اوایل سال 2018

✪ مهندسی ژنتیک بیوتکنولوژی. سلاح های بیولوژیکی، ویژگی های ضربه

زیرنویس

تاریخچه بیوتکنولوژی

اصطلاح بیوتکنولوژی اولین بار توسط مهندس مجارستانی کارل ارکی در سال 1917 استفاده شد.

استفاده از میکروارگانیسم ها یا آنزیم های آنها در تولید صنعتی، که فرآیند فن آوری را تضمین می کند، از زمان های قدیم شناخته شده است، با این حال، تحقیقات علمی سیستماتیک به طور قابل توجهی زرادخانه روش ها و ابزارهای بیوتکنولوژی را گسترش داده است.

نانو پزشکی

نظارت، تصحیح، مهندسی و کنترل سیستم‌های بیولوژیکی انسان در سطح مولکولی با استفاده از دستگاه‌های نانو و نانوساختارها. تعدادی فناوری برای صنعت نانوپزشکی قبلاً در جهان ایجاد شده است. اینها شامل تحویل هدفمند داروها به سلولهای بیمار، آزمایشگاههای روی یک تراشه و عوامل باکتری کش جدید است.

بیوفارماکولوژی

بیونیک

انتخاب مصنوعی

بیوتکنولوژی آموزشی

مقاله اصلی: بیوتکنولوژی نارنجی

بیوتکنولوژی نارنجی یا بیوتکنولوژی آموزشی برای اشاعه بیوتکنولوژی و آموزش در این زمینه استفاده می شود. او مواد بین رشته‌ای و استراتژی‌های آموزشی مرتبط با بیوتکنولوژی (مثلاً تولید پروتئین نوترکیب) را توسعه می‌دهد که برای کل جامعه، از جمله افراد با نیازهای ویژه مانند اختلال شنوایی و/یا اختلال بینایی، قابل دسترسی است.

هیبریداسیون

فرآیند تشکیل یا تولید هیبریدها که بر اساس ترکیب مواد ژنتیکی از سلول های مختلف در یک سلول است. این می تواند در یک گونه (هیبریداسیون درون گونه ای) و بین گروه های مختلف سیستماتیک (هیبریداسیون دور، که در آن ژنوم های مختلف ترکیب می شوند) انجام شود. اولین نسل از هیبریدها اغلب با هتروزیس مشخص می شود که در سازگاری بهتر، باروری بیشتر و زنده ماندن موجودات بیان می شود. با هیبریداسیون دور، هیبریدها اغلب استریل هستند.

مهندسی ژنتیک

خوک‌های درخشان سبز، خوک‌های تراریخته‌ای هستند که توسط گروهی از محققان دانشگاه ملی تایوان با معرفی یک ژن پروتئین فلورسنت سبز به DNA جنین که از یک چتر دریایی فلورسنت به عاریت گرفته شده است، پرورش یافته‌اند. اکوریا ویکتوریا. سپس جنین در رحم یک خوک ماده کاشته شد. خوکچه ها در تاریکی سبز می درخشند و در نور روز رنگ سبزی روی پوست و چشمان خود دارند. به گفته محققان، هدف اصلی از پرورش چنین خوک هایی، توانایی نظارت بصری رشد بافت در طول پیوند سلول های بنیادی است.

بیوتکنولوژی - پزشکی آینده

شماره جدید مجله "SCIENCE from First Hands" "در پاشنه" کنفرانس سراسر روسیه با مشارکت بین المللی "بیوتکنولوژی - پزشکی آینده" که در ژوئیه 2017 در نووسیبیرسک آکادمگورودوک برگزار شد منتشر شد. انجمن علمی مؤسسه زیست شناسی شیمیایی و پزشکی بنیادی و مؤسسه سیتولوژی و ژنتیک SB RAS، و همچنین دانشگاه دولتی تحقیقات ملی نووسیبیرسک است، که در آن تحقیقات زیست پزشکی در چارچوب واحد دانشگاهی استراتژیک «زیست شناسی مصنوعی» انجام می شود. "، که تعدادی از شرکت کنندگان روسی و خارجی، در درجه اول موسسات مشخصات بیولوژیکی SB RAS را متحد می کند. در اولین مقاله مقدماتی شماره، نویسندگان آن مروری بر جدیدترین جهت‌ها و نتایج امیدوارکننده تحقیقات مربوط به توسعه و اجرای فناوری‌های جدید مهندسی ژنتیک، سلولی، بافتی، ایمونوبیولوژیکی و دیجیتال در پزشکی عملی ارائه می‌کنند. که در مقالات دیگر شماره به تفصیل ارائه شده است

توسعه سریع علم زیست شناسی، به دلیل ظهور دستگاه های با کارایی بالا و ایجاد روش هایی برای دستکاری بیوپلیمرها و سلول های اطلاعاتی، زمینه را برای توسعه پزشکی آینده فراهم کرده است. در نتیجه تحقیقات اخیر، روش‌های تشخیصی مؤثری توسعه یافته‌اند و فرصت‌هایی برای طراحی منطقی داروهای ضد ویروسی، ضد باکتریایی و ضد توموری، ژن‌درمانی و ویرایش ژنوم پدید آمده است. فناوری های مدرن زیست پزشکی به طور فزاینده ای شروع به تأثیرگذاری بر اقتصاد و تعیین کیفیت زندگی مردم می کنند.

تا به امروز، ساختار و عملکرد مولکول های بیولوژیکی اساسی به طور دقیق مورد مطالعه قرار گرفته و روش هایی برای سنتز پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک توسعه یافته است. این پلیمرهای زیستی ذاتاً مواد "هوشمند" هستند، زیرا می توانند به طور خاص اهداف بیولوژیکی خاصی را "تشخیص دهند" و بر روی آنها عمل کنند. با «برنامه‌ریزی» هدفمند چنین درشت مولکول‌هایی، می‌توان ساختارهای مولکولی گیرنده را برای سیستم‌های تحلیلی و همچنین داروهایی که به‌طور انتخابی بر برنامه‌های ژنتیکی یا پروتئین‌های خاص تأثیر می‌گذارند، ایجاد کرد.

«داروهای هوشمند» که با استفاده از روش‌های زیست‌شناسی مصنوعی ایجاد شده‌اند، فرصت‌هایی را برای آنها باز می‌کند هدف قرار گرفته استدرمان (هدفمند) بیماری های خود ایمنی، انکولوژیک، ارثی و عفونی. این زمینه را برای صحبت در مورد معرفی رویکردهای پزشکی شخصی به عمل پزشکی، متمرکز بر درمان یک فرد خاص، فراهم می کند.

امروزه با کمک فناوری های نوین پزشکی و داروسازی می توان بسیاری از بیماری ها را که در گذشته معضل پزشکی بزرگی بودند، درمان کرد. اما با توسعه پزشکی عملی و افزایش امید به زندگی، وظیفه مراقبت های بهداشتی به معنای واقعی کلمه به طور فزاینده ای ضروری می شود: نه فقط مبارزه با بیماری ها، بلکه حفظ سلامت موجود به طوری که فرد بتواند سبک زندگی فعالی داشته باشد. و تا سنین بالا عضوی کامل از جامعه باقی بمانند.

این مشکل را می توان با اطمینان از کنترل مؤثر مداوم بر وضعیت بدن حل کرد، که به فرد اجازه می دهد تا از اثرات عوامل نامطلوب جلوگیری کند و از پیشرفت بیماری جلوگیری کند، روند پاتولوژیک را در مراحل اولیه شناسایی کند و موارد بسیار را از بین ببرد. علت بیماری

از این نظر، وظیفه اصلی پزشکی آینده را می توان «مدیریت سلامت» فرموله کرد. در صورت داشتن اطلاعات کامل در مورد وراثت فرد و نظارت بر شاخص های کلیدی وضعیت بدن، انجام این کار کاملا امکان پذیر است.

تشخیص "هوشمند".

برای مدیریت سلامت، داشتن روش های کم تهاجمی موثر و ساده برای تشخیص زودهنگام بیماری ها و تعیین حساسیت فردی به داروهای درمانی و همچنین عوامل محیطی ضروری است. به عنوان مثال، مشکلاتی مانند ایجاد سیستم هایی برای تشخیص ژن و شناسایی پاتوژن های بیماری های عفونی انسانی و توسعه روش هایی برای تعیین کمی پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک - نشانگرهای بیماری - باید حل شوند (و در حال حاضر در حال حل هستند). .

به طور جداگانه، شایان ذکر است ایجاد روش هایی برای تشخیص اولیه غیر تهاجمی ( بیوپسی مایع) بیماری های تومور بر اساس تجزیه و تحلیل DNA و RNA خارج سلولی. منبع چنین اسیدهای نوکلئیک هم سلول های مرده و هم سلول های زنده هستند. به طور معمول، غلظت آنها نسبتا کم است، اما معمولا با استرس و توسعه فرآیندهای پاتولوژیک افزایش می یابد. هنگامی که یک تومور بدخیم رخ می دهد، اسیدهای نوکلئیک ترشح شده توسط سلول های سرطانی وارد جریان خون می شوند و چنین RNA و DNA مشخصه ای در گردش می توانند به عنوان نشانگرهای بیماری عمل کنند.

اکنون بر اساس چنین نشانگرهایی، رویکردهایی برای تشخیص زودهنگام سرطان، روش‌هایی برای پیش‌بینی خطر توسعه آن و همچنین ارزیابی شدت بیماری و اثربخشی درمان در حال توسعه است. به عنوان مثال، در موسسه بیولوژی شیمیایی و پزشکی بنیادی SB RAS نشان داده شد که در سرطان پروستات درجه متیلاسیونبخش های خاصی از DNA روشی برای جداسازی DNA در گردش از نمونه های خون و تجزیه و تحلیل الگوهای متیلاسیون آن ایجاد شده است. این روش می تواند مبنایی برای تشخیص دقیق غیرتهاجمی سرطان پروستات باشد که امروزه وجود ندارد.

یک منبع مهم اطلاعات در مورد وضعیت سلامتی می تواند به اصطلاح باشد RNA های غیر کد کننده، یعنی آن دسته از RNAهایی که الگوی سنتز پروتئین نیستند. در سال‌های اخیر مشخص شده است که RNA‌های غیر کدکننده مختلفی در سلول‌ها تشکیل می‌شوند که در تنظیم فرآیندهای مختلف در سطح سلول‌ها و کل ارگانیسم نقش دارند. مطالعه طیف microRNA ها و RNA های طولانی غیر کد کننده در شرایط مختلف فرصت های گسترده ای را برای تشخیص سریع و موثر باز می کند. در موسسه زیست شناسی مولکولی و سلولی SB RAS (IMBB SB RAS، نووسیبیرسک) و ICBFM SB RAS، تعدادی از microRNA ها به عنوان نشانگرهای امیدوارکننده بیماری های تومور شناسایی شده اند.

با استفاده از فناوری‌های نوین توالی‌یابی RNA و DNA، می‌توان بستری برای تشخیص و پیش‌آگهی سرطان انسان بر اساس تجزیه و تحلیل محتوای microRNA و ژنوتیپ‌سازی ایجاد کرد، یعنی شناسایی انواع ژنتیکی خاص یک ژن خاص و همچنین تعیین پروفایل‌ها. اصطلاح(فعالیت) ژن ها. این رویکرد توانایی انجام سریع و همزمان چندین تجزیه و تحلیل با استفاده از دستگاه های مدرن را در نظر می گیرد - ​ ریزتراشه های بیولوژیکی.

بیوچیپ ها دستگاه های مینیاتوری برای تجزیه و تحلیل موازی ماکرومولکول های بیولوژیکی خاص هستند. ایده ایجاد چنین دستگاه هایی در موسسه زیست شناسی مولکولی به نام این موسسه متولد شد. V. A. Engelhardt از آکادمی علوم روسیه (مسکو) در اواخر دهه 1980. در مدت زمان کوتاهی، فناوری‌های تراشه‌های زیستی به‌عنوان یک حوزه تجزیه و تحلیل مستقل با طیف وسیعی از کاربردهای عملی، از مطالعه مسائل اساسی زیست‌شناسی مولکولی و تکامل مولکولی گرفته تا شناسایی سویه‌های باکتری مقاوم به دارو، پدیدار شدند.

امروزه IMB RAS سیستم‌های آزمایشی اصلی را برای شناسایی پاتوژن‌های تعدادی از عفونت‌های مهم اجتماعی، از جمله سل، تولید و در عمل پزشکی استفاده می‌کند، در حالی که به طور همزمان مقاومت آنها را در برابر داروهای ضد میکروبی شناسایی می‌کند. سیستم های تست برای ارزیابی تحمل فردی داروهای سیتواستاتیک و موارد دیگر.

توسعه روش‌های تشخیصی زیست تحلیلی نیازمند بهبود مستمر است حساسیت- توانایی ارائه یک سیگنال قابل اعتماد هنگام ثبت مقادیر کمی از ماده شناسایی شده. حسگرهای زیستی- این نسل جدیدی از دستگاه ها است که امکان تجزیه و تحلیل خاصی از محتوای نشانگرهای بیماری های مختلف را در نمونه هایی با ترکیب پیچیده فراهم می کند، که به ویژه هنگام تشخیص بیماری ها مهم است.

IBFM SB RAS با همکاری موسسه فیزیک نیمه هادی نووسیبیرسک SB RAS در حال توسعه میکروبیوسنسورها بر اساس ترانزیستورهای اثر میدانیکه جزو حساس ترین دستگاه های تحلیلی هستند. چنین حسگر زیستی اجازه می دهد تا در زمان واقعی بر تعامل زیست مولکول ها نظارت شود. بخش تشکیل دهنده آن یکی از این مولکول های متقابل است که نقش یک کاوشگر مولکولی را ایفا می کند. این کاوشگر یک هدف مولکولی را از محلول مورد تجزیه و تحلیل می گیرد که از حضور آن می توان برای قضاوت در مورد ویژگی های خاص سلامتی بیمار استفاده کرد.

طب "مکمل".

رمزگشایی ژنوم انسان ها و پاتوژن های عفونت های مختلف راه را برای توسعه رویکردهای ریشه ای برای درمان بیماری ها با هدف قرار دادن علت اصلی آنها - برنامه های ژنتیکی مسئول توسعه فرآیندهای پاتولوژیک - باز کرده است. درک عمیق مکانیسم بیماری که در آن اسیدهای نوکلئیک دخیل هستند، طراحی اسیدهای نوکلئیک درمانی را ممکن می سازد که عملکرد از دست رفته را بازیابی می کنند یا آسیب شناسی حاصل را مسدود می کنند.

چنین اثری را می توان با استفاده از قطعات اسیدهای نوکلئیک - مصنوعی انجام داد الیگونوکلئوتیدها، قادر به تعامل انتخابی با توالی های نوکلئوتیدی خاص در ژن های هدف بر اساس اصل مکمل بودن. ایده استفاده از اولیگونوکلئوتیدها برای اثرات هدفمند بر روی ژن ها برای اولین بار در آزمایشگاه پلیمرهای طبیعی (بعدها بخش بیوشیمی) موسسه شیمی بیورگانیک نووسیبیرسک SB RAS (در حال حاضر موسسه زیست شناسی شیمیایی و پزشکی بنیادی SB) مطرح شد. RAS). اولین داروها در نووسیبیرسک ایجاد شد هدف ژنیبرای غیر فعال سازی انتخابی RNA های ویروسی و برخی سلولی.

داروهای درمانی مشابه با هدف ژنی اکنون به طور فعال بر اساس اسیدهای نوکلئیک، آنالوگ ها و مزدوج های آنها (الیگونوکلئوتیدهای ضد حس، RNA مداخله گر، آپتامرها، سیستم های ویرایش ژنوم) توسعه می یابند. تحقیقات در سال های اخیر نشان داده است که بر اساس الیگونوکلئوتیدهای ضد حسمی توان طیف وسیعی از مواد فعال بیولوژیکی را به دست آورد که بر روی ساختارهای ژنتیکی مختلف اثر می گذارند و باعث ایجاد فرآیندهایی می شوند که منجر به "خاموش شدن" موقت ژن ها یا تغییر در برنامه های ژنتیکی می شود - ظاهر. جهش ها. ثابت شده است که با کمک چنین ترکیباتی می توان عملکرد معینی را سرکوب کرد RNA پیام رسانسلول های زنده، بر سنتز پروتئین تاثیر می گذارند و همچنین سلول ها را از عفونت ویروسی محافظت می کنند.

امروزه، الیگونوکلئوتیدها و RNA های آنتی سنس که عملکرد mRNA و RNA های ویروسی را سرکوب می کنند، نه تنها در تحقیقات بیولوژیکی استفاده می شوند. آزمایشات روی تعدادی از داروهای ضد ویروسی و ضد التهابی ایجاد شده بر اساس آنالوگ های مصنوعی الیگونوکلئوتیدها در حال انجام است و برخی از آنها در حال حاضر شروع به معرفی به عمل بالینی کرده اند.

آزمایشگاه شیمی بیومدیکال مؤسسه پزشکی بیومدیکال SB RAS که در این راستا کار می کند، در سال 2013 به لطف یک کمک بزرگ علمی از دولت فدراسیون روسیه ایجاد شد. سازمان دهنده آن استاد دانشگاه ییل، برنده جایزه نوبل اس. آلتمن بود. این آزمایشگاه در حال انجام تحقیقاتی در مورد خواص فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی الیگونوکلئوتیدهای مصنوعی امیدوارکننده جدید است که بر اساس آن داروهای ضد باکتری و ضد ویروسی با هدف RNA در حال توسعه هستند.

به عنوان بخشی از پروژه به رهبری S. Altman، یک مطالعه سیستماتیک در مقیاس بزرگ بر روی اثرات آنالوگ های مصنوعی مختلف الیگونوکلئوتیدها بر میکروارگانیسم های بیماری زا انجام شد: سودوموناس آئروژینوزا، سالمونلا، استافیلوکوکوس اورئوس و ویروس آنفلوانزا. ژن‌های هدف شناسایی شده‌اند که می‌توانند به طور موثر این پاتوژن‌ها را سرکوب کنند. ویژگی‌های فن‌آوری و درمانی فعال‌ترین آنالوگ‌های الیگونوکلئوتیدی، از جمله آن‌هایی که فعالیت ضدباکتریایی و ضد ویروسی دارند، در حال ارزیابی هستند.

در ICBFM SB RAS، برای اولین بار در جهان، آنها سنتز کردند فسفریل گوانیدینمشتقات الیگونوکلئوتیدی این ترکیبات جدید از نظر الکتریکی خنثی هستند، در محیط های بیولوژیکی پایدار هستند و تحت طیف وسیعی از شرایط به شدت به اهداف RNA و DNA متصل می شوند. با توجه به طیف وسیعی از خواص منحصر به فرد آنها، آنها برای استفاده به عنوان عوامل درمانی امیدوار کننده هستند و همچنین می توانند برای بهبود کارایی ابزارهای تشخیصی مبتنی بر فناوری های بیوچیپ استفاده شوند.

اثرات ضد سن بر روی RNA های پیام رسان به مسدود کردن ساده محدود نمی شود پیوند دادن(فرآیند "بلوغ" RNA) یا سنتز پروتئین. موثرتر برش آنزیمی mRNA است که با اتصال یک اولیگونوکلئوتید درمانی به هدف تحریک می شود. در این مورد، اولیگونوکلئوتید، یک القاء کننده شکاف، متعاقباً می تواند با مولکول RNA دیگری تماس گرفته و عمل خود را تکرار کند. ICBFM SB RAS اثر الیگونوکلئوتیدهایی را مطالعه کرد که وقتی به mRNA متصل می‌شوند، کمپلکس‌هایی را تشکیل می‌دهند که می‌توانند به عنوان سوبسترا برای آنزیم RNase P عمل کنند. این آنزیم خود RNA با خواص کاتالیزوری است. ریبوزیم).

نه تنها نوکلئوتیدهای آنتی سنس، بلکه RNA دو رشته‌ای نیز که طبق مکانیسم عمل می‌کنند، ابزار بسیار قدرتمندی برای سرکوب فعالیت ژن هستند. تداخل RNA. ماهیت این پدیده این است که با ورود به سلول، dsRNA های طولانی به قطعات کوتاه بریده می شوند (به اصطلاح RNA مداخله گر کوچک siRNA)، مکمل ناحیه خاصی از RNA پیام رسان است. با اتصال به چنین mRNA، siRNA ها باعث ایجاد یک مکانیسم آنزیمی می شوند که مولکول هدف را از بین می برد.

استفاده از این مکانیسم فرصت های جدیدی را برای ایجاد طیف گسترده ای از داروهای غیر سمی بسیار موثر برای سرکوب بیان تقریباً هر ژن، از جمله ویروسی، باز می کند. در ICBFM SB RAS، داروهای ضد توموری امیدوارکننده ای بر اساس RNA های تداخلی کوچک طراحی شده اند که نتایج خوبی در آزمایشات حیوانی نشان داده اند. یکی از یافته های جالب، RNA دو رشته ای یک ساختار اصلی است که تولید را تحریک می کند اینترفرون، به طور موثر روند متاستاز تومور را سرکوب می کند. نفوذ خوب دارو به سلول ها توسط حامل های کاتیونی جدید تضمین می شود. لیپوزوم ها(وزیکول های چربی)، به طور مشترک با متخصصان دانشگاه دولتی مسکو فناوری های شیمیایی زیبا به نام M.V. Lomonosov توسعه یافته است.

نقش های جدید اسیدهای نوکلئیک

توسعه روش واکنش زنجیره‌ای پلیمراز، که امکان بازتولید اسیدهای نوکلئیک-DNA و RNA- را در مقادیر نامحدود فراهم می‌کند و ظهور فناوری‌هایی برای انتخاب مولکولی اسیدهای نوکلئیک، ایجاد RNA و DNA مصنوعی با خواص مشخص شده را ممکن ساخته است. . مولکول های اسید نوکلئیک که به طور انتخابی مواد خاصی را به هم متصل می کنند نامیده می شوند آپتامرها. بر اساس آنها می توان داروهایی به دست آورد که عملکرد هر پروتئینی را مسدود می کند: آنزیم ها، گیرنده ها یا تنظیم کننده های فعالیت ژن. در حال حاضر هزاران آپتامر مختلف به دست آمده است که به طور گسترده در پزشکی و فناوری استفاده می شود.

یکی از پیشروان جهانی در این زمینه یک شرکت آمریکایی است Soma Logic Inc. - به اصطلاح ایجاد می کند واردین، که به طور انتخابی از کتابخانه های اسیدهای نوکلئیک اصلاح شده شیمیایی بر اساس سطح میل ترکیبی برای اهداف خاص انتخاب می شوند. تغییرات در پایه نیتروژنی، عملکرد "پروتئین مانند" اضافی را به چنین آپتامرهایی می بخشد، که پایداری بالای کمپلکس های آنها را با اهداف تضمین می کند. علاوه بر این، این امر احتمال انتخاب موفقیت آمیز هم آمرها را برای آن دسته از ترکیباتی که آپتامرهای معمولی نمی توانند برای آنها انتخاب شوند، افزایش می دهد.

در میان آپتامرهایی که میل به اهداف بالینی مرتبط دارند، در حال حاضر داروهای درمانی کاندیدایی وجود دارند که به مرحله سوم و کلیدی کارآزمایی‌های بالینی رسیده‌اند. یکی از آنها است مکوگن- قبلاً در عمل بالینی برای درمان بیماری های شبکیه استفاده می شود. دارویی برای درمان دژنراسیون ماکولا شبکیه مرتبط با سن فوویستاتست ها را با موفقیت به پایان رساند و بسیاری از داروهای مشابه در خط لوله وجود دارد.

اما درمان تنها هدف آپتامرها نیست: آنها به‌عنوان مولکول‌های شناسایی هنگام ایجاد مورد علاقه زیست‌آنالیزورها هستند. حسگرهای زیستی آپتامر.

در IKhBFM، همراه با مؤسسه بیوفیزیک SB RAS (کراسنویارسک)، آپتاسنسورهای بیولومنسانس با ساختار قابل تغییر در حال توسعه هستند. آپتامرهایی به دست آمده اند که نقش یک بلوک گزارشگر حسگر را برای فتوپروتئین فعال شده با Ca2+ بازی می کنند. سفید کردن، که یک برچسب بیولومنسسنت مناسب است. این حسگر قادر است مولکول‌های تنها پروتئین‌های خاصی را که باید در نمونه شناسایی شوند، «گرفتن» کند. در حال حاضر، حسگرهای زیستی قابل تعویض برای پروتئین های خون اصلاح شده که به عنوان نشانگر دیابت عمل می کنند با استفاده از این طرح طراحی می شوند.

یک شی جدید در میان اسیدهای نوکلئیک درمانی، خود RNA پیام رسان است. شرکت Moderna Therapeutics(ایالات متحده آمریکا) در حال حاضر در حال انجام آزمایشات بالینی در مقیاس بزرگ mRNA است. هنگامی که mRNA وارد یک سلول می شود، مانند خودش عمل می کند. در نتیجه سلول قادر به تولید پروتئین هایی است که می تواند از پیشرفت بیماری جلوگیری کرده یا آن را متوقف کند. بیشتر این داروهای بالقوه درمانی علیه بیماری‌های عفونی (ویروس آنفولانزا، ویروس زیکا، سیتومگالوویروس و غیره) و بیماری‌های انکولوژیکی هدف قرار می‌گیرند.

پروتئین ها به عنوان دارو

موفقیت های عظیم زیست شناسی مصنوعی در سال های اخیر در توسعه فناوری های تولید پروتئین های درمانی که در حال حاضر به طور گسترده در کلینیک استفاده می شود، منعکس شده است. اول از همه، این در مورد آنتی بادی های ضد تومور است، که با کمک آنها درمان موثر برای تعدادی از بیماری های انکولوژیک امکان پذیر شده است.

اکنون داروهای پروتئین ضد تومور جدید بیشتری ظاهر می شوند. یک مثال می تواند یک دارو باشد لاکتاپتین، در ICBFM SB RAS بر اساس بخشی از یکی از پروتئین های اصلی شیر انسان ایجاد شده است. محققان دریافته اند که این پپتید القا می کند آپوپتوز("خودکشی") سلول های یک کشت سلولی تومور استاندارد - آدنوکارسینوم پستان انسان. با استفاده از روش های مهندسی ژنتیک، تعدادی آنالوگ ساختاری لاکتاپتین به دست آمد که از بین آنها موثرترین آنها انتخاب شد.

آزمایشات روی حیوانات آزمایشگاهی بی خطر بودن دارو و فعالیت ضد توموری و ضد متاستاتیک آن را در برابر تعدادی از تومورهای انسانی تایید کرد. فناوری تولید لاکتاپتین به صورت ماده و دوز در حال حاضر توسعه یافته است و اولین دسته های آزمایشی این دارو ساخته شده است.

آنتی بادی های درمانی به طور فزاینده ای برای درمان عفونت های ویروسی استفاده می شوند. متخصصان ICBFM SB RAS موفق شدند با استفاده از روش های مهندسی ژنتیک، یک آنتی بادی انسانی علیه ویروس آنسفالیت منتقله از کنه ایجاد کنند. این دارو تمام آزمایشات بالینی را گذرانده است و اثربخشی بالای آن را ثابت کرده است. مشخص شد که خواص محافظتی آنتی بادی مصنوعی صد برابر بیشتر از یک آنتی بادی تجاری تهیه شده از سرم اهداکننده است.

تهاجم به وراثت

اکتشافات در سال های اخیر امکان ژن درمانی را که تا همین اواخر شبیه به داستان های علمی تخیلی به نظر می رسید، گسترش داده است. فن آوری ها ویرایش ژنومیبر اساس استفاده از سیستم RNA-پروتئین CRISPR/Cas، قادر به شناسایی توالی های خاص DNA و ایجاد شکاف در آنها هستند. در حین "تعمیر" ( غرامت) چنین اختلالاتی را می توان با جهش های مسئول بیماری ها اصلاح کرد یا عناصر ژنتیکی جدیدی را برای اهداف درمانی معرفی کرد.

ویرایش ژن چشم انداز یک راه حل ریشه ای را برای مشکل بیماری های ژنتیکی با اصلاح ژنوم با استفاده از لقاح آزمایشگاهی. امکان اساسی تغییرات هدفمند در ژن‌های جنین انسان قبلاً به‌طور تجربی ثابت شده است و ایجاد فناوری که تولد کودکان عاری از بیماری‌های ارثی را تضمین می‌کند، کاری برای آینده نزدیک است.

با استفاده از ویرایش ژنومی، شما نه تنها می‌توانید ژن‌ها را «تثبیت» کنید: این رویکرد می‌تواند برای مبارزه با عفونت‌های ویروسی که به درمان‌های معمولی مقاوم هستند، استفاده شود. ما در مورد ویروس هایی صحبت می کنیم که ژنوم خود را در ساختارهای سلولی بدن ادغام می کنند، جایی که برای داروهای ضد ویروسی مدرن غیرقابل دسترس است. این ویروس ها عبارتند از HIV-1، ویروس های هپاتیت B، ویروس های پاپیلوم، پلیوماویروس ها و تعدادی دیگر. سیستم های ویرایش ژنوم می توانند DNA ویروسی را در داخل سلول با برش دادن آن به قطعات بی ضرر یا وارد کردن جهش های غیرفعال در آن غیرفعال کنند.

بدیهی است که استفاده از سیستم CRISPR/Cas به عنوان وسیله ای برای اصلاح جهش های انسانی تنها پس از بهبود آن برای اطمینان از سطح بالایی از ویژگی و انجام طیف گسترده ای از آزمایش ها امکان پذیر خواهد بود. علاوه بر این، برای مبارزه موفقیت آمیز با عفونت های ویروسی خطرناک، حل مشکل تحویل موثر عوامل درمانی به سلول های هدف ضروری است.

ابتدا یک سلول بنیادی وجود داشت

یکی از سریع ترین زمینه های در حال رشد در پزشکی است سلول درمانی. کشورهای پیشرو در حال انجام آزمایشات بالینی فناوری های سلولی توسعه یافته برای درمان بیماری های خودایمنی، آلرژیک، انکولوژیک و مزمن ویروسی هستند.

در روسیه، کار پیشگام بر روی ایجاد عوامل درمانی بر اساس سلولهای بنیادیو واکسن های سلولی در موسسه ایمونولوژی بنیادی و بالینی شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه (نووسیبیرسک) انجام شد. در نتیجه تحقیقات، روش‌هایی برای درمان سرطان، هپاتیت B و بیماری‌های خودایمنی ابداع شده است که استفاده از آن‌ها در کلینیک به صورت آزمایشی آغاز شده است.

پروژه های ایجاد بانک های کشت سلولی از بیماران مبتلا به بیماری های ارثی و انکولوژیک برای آزمایش داروهای دارویی این روزها بسیار مهم شده است. در مرکز علمی نووسیبیرسک، چنین پروژه ای در حال حاضر توسط یک تیم بین نهادی به رهبری پروفسور در حال اجرا است. س.م زکیان. متخصصان نووسیبیرسک فناوری‌هایی را برای معرفی جهش‌ها به سلول‌های کشت‌شده انسانی توسعه داده‌اند که منجر به مدل‌های سلولی بیماری‌هایی مانند اسکلروز جانبی آمیوتروفیک، بیماری آلزایمر، آتروفی عضلانی نخاعی، سندرم QT طولانی و کاردیومیوپاتی هیپرتروفیک می‌شود.

توسعه روش هایی برای تولید از سلول های سوماتیک معمولی ساقه پرتوان، که قادر به تبدیل شدن به هر سلول ارگانیسم بالغ است ، منجر به ظهور مهندسی سلولی شد که امکان بازیابی ساختارهای آسیب دیده بدن را فراهم می کند. فن آوری های تولید ساختارهای سه بعدی برای مهندسی سلول و بافت بر اساس پلیمرهای زیست تخریب پذیر به سرعت در حال توسعه هستند: پروتزهای عروقی، ماتریس های سه بعدی برای رشد بافت غضروفی و ​​ساخت اندام های مصنوعی.

بنابراین، متخصصان از ICBFM SB RAS و مرکز ملی تحقیقات پزشکی به نام. E. N. Meshalkina (نووسیبیرسک) یک فناوری برای ایجاد رگ های خونی مصنوعی و دریچه های قلب با استفاده از الکتروریسی. با استفاده از این فناوری می توان الیافی با ضخامت از ده ها نانومتر تا چند میکرون را از محلول پلیمری به دست آورد. در نتیجه یک سری آزمایش‌ها، امکان انتخاب محصولاتی با ویژگی‌های فیزیکی برجسته وجود داشت که اکنون با موفقیت در حال انجام آزمایش‌های بالینی هستند. این پروتزها به دلیل زیست سازگاری و همسازگاری بالایی که دارند، در نهایت با بافت های خود بدن جایگزین می شوند.

میکروبیوم به عنوان یک موضوع و موضوع درمان

تا به امروز، ژنوم بسیاری از میکروارگانیسم هایی که انسان را آلوده می کنند، به خوبی مورد مطالعه و رمزگشایی قرار گرفته است. تحقیقات همچنین بر روی جوامع میکروبیولوژیکی پیچیده ای که دائماً با انسان در ارتباط هستند انجام می شود - ​ میکروبیوم ها.

دانشمندان داخلی نیز سهم قابل توجهی در این زمینه تحقیقاتی داشته اند. بنابراین، متخصصان مرکز علمی دولتی ویروس شناسی و بیوشیمی "وکتور" (کولتسوو، منطقه نووسیبیرسک) برای اولین بار در جهان ژنوم ویروس های ماربورگ و آبله را رمزگشایی کردند و دانشمندان موسسه زیست شناسی شیمیایی و میکروبیولوژی شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه ژنوم ویروس آنسفالیت منتقله از کنه، عامل ایجاد کننده بورلیوز منتقله از کنه، رایج در فدراسیون روسیه را رمزگشایی کرد. جوامع میکروبی مرتبط با انواع مختلف کنه های خطرناک برای انسان نیز مورد مطالعه قرار گرفتند.

امروزه در کشورهای توسعه یافته، کار به طور فعال با هدف ایجاد وسایلی برای تنظیم میکروبیوم بدن انسان، به ویژه دستگاه گوارش آن، در حال انجام است. همانطور که مشخص شد، وضعیت سلامت تا حد زیادی به ترکیب میکروبیوم روده بستگی دارد. روش‌هایی برای تأثیرگذاری بر میکروبیوم از قبل وجود دارد: برای مثال، غنی‌سازی آن با باکتری‌های درمانی جدید، با استفاده از پروبیوتیک هاکه از تکثیر باکتری های مفید و همچنین مصرف باکتریوفاژها (ویروس های باکتریایی) که به طور انتخابی میکروارگانیسم های "مضر" را می کشند، حمایت می کند.

اخیراً به دلیل مشکل گسترش باکتری‌های مقاوم به دارو، کار بر روی ایجاد درمان‌های مبتنی بر باکتریوفاژ در سراسر جهان تشدید شده است. روسیه یکی از معدود کشورهایی است که در آن استفاده از باکتریوفاژها در پزشکی مجاز است. در فدراسیون روسیه، تولید صنعتی داروها در زمان شوروی توسعه یافته است و برای به دست آوردن باکتریوفاژهای مؤثرتر، باید آنها را بهبود بخشید و این مشکل را می توان با استفاده از روش های زیست شناسی مصنوعی حل کرد.

این در تعدادی از سازمان های تحقیقاتی فدراسیون روسیه از جمله ICBFM SB RAS در حال حل است. این موسسه آماده سازی فاژهای تولید شده در فدراسیون روسیه را مشخص کرده است، ژنوم تعدادی از باکتریوفاژها را رمزگشایی کرده و مجموعه ای از آنها را ایجاد کرده است که شامل ویروس های منحصر به فردی است که برای استفاده در پزشکی امیدوار کننده است. کلینیک موسسه در حال کار بر روی مکانیسم هایی برای ارائه مراقبت شخصی به بیماران مبتلا به عفونت های باکتریایی ناشی از میکروارگانیسم های مقاوم به دارو است. مورد دوم در طول درمان پای دیابتی و همچنین در نتیجه زخم بستر یا عوارض بعد از عمل رخ می دهد. روش‌هایی برای اصلاح اختلالات در ترکیب میکروبیوم انسانی نیز در حال توسعه است.

امکانات کاملاً جدیدی برای استفاده از ویروس ها در ارتباط با ایجاد فناوری هایی برای به دست آوردن سیستم های هوشمند با عملکرد بسیار انتخابی بر روی سلول های خاص باز می شود. ما در مورد آن صحبت می کنیم ویروس های انکولیتیک، فقط می تواند سلول های تومور را آلوده کند. چندین ویروس از این دست در حال حاضر به صورت آزمایشی در چین و ایالات متحده استفاده می شود. کار در این زمینه نیز در روسیه با مشارکت متخصصان سازمان های تحقیقاتی مسکو و نووسیبیرسک انجام می شود: IMB RAS، SSC VB "Vector"، دانشگاه دولتی نووسیبیرسک و ICBFM SB RAS.

توسعه سریع زیست شناسی مصنوعی دلیلی برای انتظار اکتشافات مهم و ظهور فناوری های جدید زیست پزشکی در سال های آینده است که بشریت را از بسیاری از مشکلات نجات می دهد و مدیریت واقعی سلامت را امکان پذیر می کند و نه فقط بیماری های ارثی و "اکتسابی" را درمان می کند.

دامنه تحقیقات در این زمینه بسیار گسترده است. گجت‌های موجود فقط اسباب‌بازی نیستند، بلکه دستگاه‌های واقعاً مفیدی هستند که روزانه اطلاعات لازم برای کنترل و حفظ سلامتی را در اختیار فرد قرار می‌دهند. فن‌آوری‌های جدید برای بررسی سریع و عمیق، پیش‌بینی یا تشخیص به‌موقع بیماری را ممکن می‌سازد و داروهای شخصی‌سازی‌شده مبتنی بر بیوپلیمرهای اطلاعاتی «هوشمند» مشکلات مبارزه با بیماری‌های عفونی و ژنتیکی را در آینده نزدیک به طور اساسی حل می‌کنند.

ادبیات

Bryzgunova O.E.، Laktionov P.P. اسیدهای نوکلئیک خارج سلولی در ادرار: منابع، ترکیب، استفاده در تشخیص // Acta Naturae. 2015. T. 7. شماره 3 (26). صص 54-60.

Vlasov V.V. دو نام دیگر و غیره مکمل سلامتی. گذشته، حال و آینده فناوری های ضد حس // SCIENCE دست اول. 2014. T. 55. شماره 1. ص 38-49.

Vlasov V.V.، Vorobiev P.E.، Pyshny D.V. و همکاران حقیقت در مورد فاژ درمانی، یا یادآوری به پزشک و بیمار // SCIENCE دست اول. 2016. ت 70. شماره 4. ص 58-65.

Vlasov V.V.، Zakiyan S.M.، Medvedev S.P. "ویراستاران ژنوم". از "انگشتان روی" تا CRISPR // SCIENCE در دست اول. 2014. ت 56. شماره 2. ص 44-53.

Lifshits G.I.، Slepukhina A.A.، Subbotovskaya A.I. و همکاران اندازه گیری پارامترهای هموستاز: ابزار دقیق و چشم انداز توسعه // فناوری پزشکی. 2016. ت 298. شماره 4. ص 48-52.

Richter V. A. شیر انسان منبعی برای درمان بالقوه سرطان است // SCIENCE دست اول. 2013. ت 52. شماره 4. ص 26-31.

Kupryushkin M. S.، Pyshnyi D. V.، Stetsenko D. A. فسفوریل گوانیدین ها: نوع جدیدی از آنالوگ های اسید نوکلئیک // Acta Naturae. 2014. V. 6. شماره 4 (23). ص 116-118.

Nasedkina T. V.، Guseva N. A.، Gra O. A. و همکاران. ریزآرایه‌های تشخیصی در انکولوژی هماتولوژیک: کاربردهای آرایه‌های با چگالی بالا و کم // Mol Diagn Ther. 2009. ج 13. ن 2. ص 91-102.

Ponomaryova A. A.، Morozkin E. S.، Rykova E. Y. و همکاران. تغییرات پویا در سطوح miRNA در گردش در پاسخ به درمان ضد توموری سرطان ریه // تحقیقات تجربی ریه. 2016. V. 42 N. 2. P. 95-102.

Vorobyeva M.، Vorobjev P. و Venyaminova A. آپتامرهای چند ظرفیتی: ابزارهای همه کاره برای کاربردهای تشخیصی و درمانی // مولکول ها. 2016. V. 21 N. 12. P. 1612-1633.