Современное состояние и перспективы развития пищевой биотехнологии.

Центральная проблема биотехнологии - интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и их систем, так и за счет усовершенствования оборудования, применения биокатализаторов (иммобилизованных ферментов и клеток) в промышленности, аналитической химии, медицине.

В основе промышленного использования достижений биологии лежит техника создания рекомбинантных молекул ДНК. Конструирование нужных генов позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми свойствами. В частности, возможно управление процессом фиксации атмосферного азота и перенос соответствующих генов из клеток микроорганизмов в геном растительной клетки.

В качестве источников сырья для биотехнологии все большее значение будут приобретать воспроизводимые ресурсы не пищевых растительных материалов, отходов сельского хозяйства, которые служат дополнительным источником как кормовых веществ, так и вторичного топлива (биогаза), органических удобрений.

Одной из бурно развивающихся отраслей биотехнологии считается технология микробного синтеза ценных для человека веществ. По прогнозам, дальнейшее развитие этой отрасли повлечет за собой перераспределение ролей растениеводства и животноводства с одной стороны, и микробного синтеза - с другой, в формировании продовольственной базы человечества.

Не менее важным аспектом современной микробиологической технологии является изучения участия микроорганизмов в биосферных процессах и направленная регуляция их жизнедеятельности с целью решения проблемы охраны окружающей среды от техногенных, сельскохозяйственных и бытовых загрязнений.

С этой проблемой тесно связаны исследования по выявлению роли микроорганизмов в плодородии почв (гумусообразовании и пополнении запасов биологического азота), борьбе с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, утилизации пестицидов и др. химических соединений в почве. Имеющиеся в этой области знания свидетельствуют о том, что изменение стратегии хозяйственной деятельности человека от химизации к биологизации земледелия оправдывается как с экономической, так и с экологической точек зрения. В данном направлении перед биотехнологией может быть поставлена цель регенерации ландшафтов.

Ведутся работы по созданию биополимеров, которые будут способны заменить современные пластмассы. Эти биополимеры имеют существенное преимущество перед традиционными материалами, так как нетоксичны и подвержены биодеградации, то есть легко разлагаются после их использования, не загрязняя окружающую среду.

Биотехнологии, основанные на достижениях микробиологии, наиболее экономически эффективны при комплексном их применении и создании безотходных производств, не нарушающих экологического равновесия. Их развитие позволит заменить многие огромные заводы химической промышленности экологически чистыми компактными производствами.

Важным и перспективным направлением биотехнологии является разработка способов получения экологически чистой энергии. Получение биогаза и этанола были рассмотрены выше, но есть и принципиально новые экспериментальные подходы в этом направлении. Одним из них является получение фотоводорода. Если из хлоропластов выделить мембраны, содержащие фотосистему 2, то на свету происходит фотолиз воды - разложение на кислород и водород. Моделирование процессов фотосинтеза, происходящих в хлоропластах, позволило бы запасать энергию Солнца в ценном топливе - водороде. Преимущества такого способа получения энергии очевидны:

• наличие избытка субстрата, воды;
• нелимитируемый источник энергии - Солнце;
• продукт (водород) можно хранить, не загрязняя атмосферу;
• водород имеет высокую теплотворную способность (29 ккал/г) по сравнению с углеводородами (3.5 ккал/г);
• процесс идет при нормальной температуре без образования токсических промежуточных продуктов;
• процесс циклический, так как при потреблении водорода регенерируется субстрат - вода.

К сегодняшнему дню биотехнология превратилась в одно из направлений промышленности, имеющих макроэкономическое значение. Развитые страны уделяют ее развитию огромное значение, и поэтому во всех ведущих странах мира разработаны и действуют национальные и международные программы по биотехнологии, финансируемые государственным и частным капиталом. Так, показателем высоко роста мирового рынка биотехнологий является его ежегодный прирост на 7%.

Годовой объем продаж биотехнологических препаратов в мире составил:

• – пищевой промышленности и сельского хозяйства – $46 млрд;
• – семенной материал генно-модифицированных растений - $30 млрд.;
• – фармацевтических препаратов - $27 млрд.;
• – ферментов для производства моющих средств - $21 млрд.;
• – лечебно-косметических средств, полученных из растительного и животного сырья – около $40 млрд.

А к 2010 году прогнозируется рост общего объема рынка биотехнологий свыше $2 трлн. Больше половины оборота современной мировой биоиндустрии приходится на долю США, объем финансирования биотехнологии в США составляет около $100 млрд. В Казахстане на 2008 год в бюджете республики на целевые исследования и разработки в области биотехнологии запланирована сумма порядка $28 млн. (3,5 млрд тенге).

В настоящее время биотехнология стремительно выдвинулась на передовые позиции научно-технического прогресса и это обусловлено рядом ее особенностей:

• во-первых, биотехнологическое производство является в высшей степени наукоемким производством, а это значит, что его развитие влечет за собой существенное повышение эффективности экономики;
• во-вторых, в сфере биотехнологии, как ни в одном из других разделов современной науки бывает трудно разграничить фундамен­тальные исследования, с одной стороны, и прикладные – с другой. Это находит свое выражение в том, что в биотехнологии практически отсутствует временной разрыв между получением фундаментального результата и разработкой технологий, позволяющих осуществить его практическое освоение;
• в-третьих, технологии, основанные на использовании клеток и биологических молекул, предоставляют нам большие возможности в использовании природного разнообразия, результаты фундаментальных биотехнологических исследований обладают относительно хорошей программируемостью и потенциальной практической важностью;
• в-четвертых, дает возможность замены не возобновляемых ресур­сов возобновляемыми, она расценивается как средство разрешения проб­лем, связанных с дефицитом не возобновляемых природных ресурсов.

Практическое использование результатов научных исследований превращается в средство рыночной политики.

Приоритетные направления фундаментальных и прикладных научных исследований

Для Республики Казахстан развитие биотехнологии является одним из приоритетов научно-технической политики. В соответствии с Стра­тегией индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003-2015 годы биотехнология определена как приоритетная область развития экономики государства.

Важнейшим условием успешной реализации государственной науч­но-технической политики является концентрация научного потенциала на приоритетных направлениях науки и техники, реализация которых должна внести значительный вклад в социально-экономическое и науч­но-техническое развитие страны, обеспечить отечественную промыш­ленность передовыми конкурентоспособными технологиями.

Процесс отбора приоритетов сложен и требует всестороннего и целе­направленного подхода. В мировой практике существуют достаточно формализованные критерии отбора приоритетов.

Одним из основных являются:

1 Перспективы реализуемости (внедрения), зависящие от темпов внедрения передовых технологий, масштабов использования новейших научно-технических достижений, относительной ограниченности опыта трансформации имеющегося технологического потенциала, промышленный и коммерческий успех.

2 Наличие достаточного научного задела для освоения тех или иных базовых технологий. Без этого выбранные приоритеты будут рассчитаны на внешние заимствования.

3 Экономическая целесообразность развития того или иного направления с точки зрения долгосрочных экономических перспектив, конкурентоспособности проблем занятости. Тщательный отбор и адаптация новых элементов в науке и технологиях, применение которых будет наиболее эффективным для экономики.

В фундаментальной сфере – это функциональная геномика и про­теомика, новейшие клеточные технологии медицины, биоразнообразие, экология и геохимическая деятельность микроорганизмов в биосфере, решение проблем генотерапии, нанобиотехнологии, разработка научных основ инженерной энзимологии.

В числе прикладных приоритетов – генно-инженерные и компью­терные технологии конструирования вакцин и лекарственных препаратов нового поколения, функциональных пищевых продуктов, разработка диагностических ДНК-чипов, технология создания антибиотиков нового поколения, получения ДНК-маркеров в селекции животных и растений, освоение высоких биотехнологий в растениеводстве.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: