Контрольная работа по «Биотехнология лекарственных среств»

Биотехнологической  процесс включает ряд этапов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов. Многоэтапное процесса обусловливает необходимость привлечения к его осуществлению самых различных специалистов: генетиков и молекулярных биологов, биохимиков и биооргаников, вирусологов, микробиологов и клеточных физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического оборудования и др.

В Комплексной  программе научно-технического прогресса  стран — членов СЭВ в качестве первоочередных задач биотехнологии определены создание и широкое народнохозяйственное освоение:

— новых биологически активных веществ и лекарственных  препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста человека, моноклинальных антител и т.д.), позволяющих осуществить в здравоохранении раннюю диагностику и лечение тяжелых заболеваний — сердечно-сосудистых, злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных;

— микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений; новых высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами генетической и клеточной инженерии;

— ценных кормовых добавок и биологически активных веществ (кормового белка, аминокислот, ферментов, витаминов, ветеринарных препаратов и др.) для повышения продуктивности животноводства; новых методов биоинженерии для эффективной профилактики, диагностики и терапии основных болезней сельскохозяйственных животных;

— новых технологий получения хозяйственно ценных продуктов  для использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промышленности;

— технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.

По оценкам  специалистов, мировой рынок биотехнологической продукции уже к середине 90-х  годов достигнет уровня 130—150 млрд. руб. (Ю. А. Овчинников, 1985).

На пути решения  поставленных задач биотехнологию  подстерегают немалые трудности, связанные  с исключительной сложностью организации  живого. Любой биообъект — это  целостная система, в которой  нельзя изменить ни один из элементов, не меняя остальных, нельзя произвольно перекомбинировать их, придавая организму то или иное желаемое свойство, например бактерии — способность к сверхсинтезу требуемой аминокислоты, сельскохозяйственному растению — устойчивость к фитопатогенным грибкам. Любое воздействие на объект вызывает не только желаемые, но и побочные эффекты; перестройка генома сказывается сразу на многих признаках организма. У человека существуют гены, отвечающие за злокачественное перерождение клеток. Высказывалось немало идей о необходимости превентивных генетических операций, пока не было установлено, что эти гены необходимы и для нормального роста. Помимо этого, экосистема также представляет собой целостную систему и изменения каждого из ее компонентов сказываются на остальных компонентах. Не исключено, что плазмида, с помощью, которой трансплантирован желаемый ген культурному растению, будет далее передаваться сорнякам. Не будет ли в результате генных манипуляций превращаться в сорняк само культурное растение (Н. Hauptli, 1984)?

Успехи, достигнутые  в области генетической и клеточной  инженерии на простейших биологических  системах, прокариотных организмах, вселяют  уверенность в преодолимость  рассмотренных трудностей. Что касается более сложных систем, а именно эукариотных организмов, то здесь делаются лишь первые шаги, идет накопление фундаментальных знаний.

Пути охраны окружающей среды от загрязнений  в условиях научно-технического прогресса 

"Главный вопрос  уже теперь не в том, сможет  ли человечество производить  достаточно пищи и предметов потребления, а в том, как скажутся на биосфере попытки достигнуть этого", - пишет Одум Ю. "Мы можем теперь прочно обосновать предложение, - продолжает он, - считать главным фактором при определении оптимальной плотности населения не пищу, а достаточно свободное от загрязнений жизненное пространство. Иными словами, лимитирующий фактор - это размеры и качество "ойкоса", или нашей природной обители, а не число калорий, которые мы можем выжать из Земли. И далее: "Земля стала более населенной, на ней нет больше места для свалки мусора, то, что служит мусорной корзиной для одного человека, является жизненным пространством для другого. И если не остановить усугубление этой ситуации, цивилизация действительно может погибнуть в своих испражнениях и промышленных отходах, ведущих к изменению климата" (Одум Ю.,1975). Возникла реальная угроза экологического кризиса из-за увеличения загрязнений. Как быть? Некоторые зарубежные ученые предлагают в течении ближайших 50 лет отказаться от сжигания ископаемого топлива, затормозить развитие технического прогресса. Первое, что мы должны признать, изучая пути решения рассматриваемой проблемы, это то, что человечество не должно и не может идти по линии свертывания производства. Борьба за прогрессирующее повышение уровня жизни людей требует неуклонного развития промышленности и сопровождающей его урбанизации. И дело здесь не только в том, что индустриализация повышает производительность труда и приводит к благоприятным социальным последствиям. Не менее важно, что при современной численности населения неиндустриальные методы производства оказывают на развитие природной среды не менее пагубные воздействия, чем применение самых "грозных" (с точки зрения охраны природы) индустриальных комплексов.

Таким образом, о сокращении индустриализации не может быть и речи. Но тогда как быть? Целый ряд исследователей в последнее время высказывает мысль о том, что охрана окружающей среды может быть решена путем преобразования промышленных процессов в замкнутые технологические циклы с полной утилизацией побочных продуктов и разложением их до уровня безвредных для живых организмов или, по крайней мере, создания веществ, входящих в круговорот. Однако, несомненно, что любые меры предосторожности (совершенно необходимые) и любая степень совершенствования производства (замкнутые циклы) лишь ослабляют степень воздействия человека на природу, но не ликвидируют опасность ухудшения природной среды хотя бы потому, что самое культурное производство изымает из биологического оборота громадные территории и акватории. Это положение должно быть очевидным для любого человека, не склонного к самообольщению. Таким образом, стремление любой ценой сохранить природу в условиях индустриализации и урбанизации в ее первозданном и естественном состоянии противоречит и теории, и практике, и это признание почти полной неизбежности антропогенного изменения природных компонентов должно быть положено в основу реалистической политики по охране природной среды. Но тогда каковы же реальные пути предотвращения экологического кризиса, связанного с загрязнением среды? По мнению ведущих экологов нашей страны (Федоров В.Д., 1974), в первую очередь должна быть создана система мониторинга в масштабах нашей страны и планеты. Мониторинг - это система долгосрочных наблюдений, не прерываемых и периодических, за изменением биосферы в результате все возрастающего разнообразия форм и масштабов человеческой деятельности. Это система контроля за изменением окружающей среды и, главным образом, биологическими последствиями, вызванными этими изменениями. Система мониторинга должна помочь оценить возникающие тенденции в биосфере путем постоянного сбора информации по ряду разнообразных показателей, характеризующих состояние объекта, природу воздействующего фактора и характер биологического отклика. Только одновременная регистрация всей совокупности показателей обеспечит возможность анализа взаимосвязанных наблюдений, относящихся к отклику и воздействию, установления т.н. ПДК для различных загрязнителей или стандартов на качество воды и воздуха.

Система глобального  мониторинга окружающей среды (ГМОС) сможет быть образована на базе уже  существующих служб, ведущих регулярные наблюдения за рядом частных показателей, характеризующих состояние природных  систем. Должна быть разработана специальная программа наблюдений, унифицированы методы регистрации изменений и откликов, обеспечена централизация полученного материала, его обработка и, наконец, разработаны конкретные рекомендации в отношении допустимых норм и форм воздействия антропогенных факторов на природные системы применительно к отдельным географическим зонам и экологическим районам страны и Земного шара в целом.

Все большее  значение в системе контроля за состоянием биосферы приобретает применение дистанционных  датчиков, установленных на самолетах и спутниках, фотографирование с самолетов и спутников с автоматической расшифровкой фотографий. Аэрофотосъемка и сведения, полученные при помощи дистанционных датчиков, открывают перед экологией такие же возможности, какие предоставил физиологии спектрофотометр. В сущности, аэрофотосъемка на уровне экосистемы равноценна электронной микрофотографии на уровне молекулярной биологии: и та, и другая зависят от спектра отражения, поглощения, излучения и пропускания соответствующих объектов.

В качестве примера контроля с помощью дистанционных датчиков можно указать на непрерывную регистрацию загрязнения воздуха над большими городами и изменения концентрации СО₂, SO₂, NО₂ и др. загрязнителей.

Полученная информация позволяет своевременно принимать  меры по устранению из воды, воздуха, почв избыточных количеств загрязнителей или полному обезвреживанию их. Это достигается, в первую очередь, созданием и функционированием различных очистных сооружений, а также путем захоронения и рециклизации бытовых и производственных отходов. Так, сточные воды, содержащие патогены, органические остатки, соли, кислоты, мусор и другие загрязнители подвергаются механической, биологической и химической очистке с помощью фильтров, отстойников, аэротенков, работающих с применением т.н. активного ила.

К сожалению, любое  химическое вещество, примененное, размещенное, разлитое, рассыпанное на земле или  попавшее в нее, может загрязнить грунтовые воды, ставшие в ряде мест основным источником чистой пресной, и в первую очередь питьевой, воды. Восстановление качества грунтовых вод осуществляется путем бурения скважин, откачки загрязненных грунтовых вод, их очистки на химических поглощающих фильтрах и закачивания обратно в водоносный горизонт. Если речь идет о биодеградирующих органических соединениях, в зараженный участок можно подать кислород и микроорганизмы, которые питаются загрязняющими веществами и уничтожают их.

Воздух, загрязненный твердыми частицами и каплями  кислот, углеводородами и другими  летучими органическими соединениями, окислами азота и серы, озоном и угарным газом, очищается с помощью аппаратов типа "Циклон", электростатических уловителей, рукавных фильтров. С помощью каталитического преобразователя (платиновые гранулы) выхлопные газы автомобильных двигателей освобождаются от углеводородов и угарного газа.

Для избавления от твердых бытовых и промышленных отходов используются полуестественные окислительные бассейны, пруды, земляные насыпи или искусственные хемомеханические регенерационные системы. Однако нельзя забывать, что устройство очистных сооружений, переработка отходов в хемо-регенерационных установках - вещь исключительно дорогая. Необходимо каким-то образом сохранять и поддерживать самоочистительную деятельность самой природы. В этой ситуации наиболее рациональным представляется мнение некоторых ученых (в частности, покойного академика С.С.Шварца) о необходимости разработки экологами методов создания и развития так называемых "хороших биогеоценозов" в условиях антропогенного ландшафта. "Хорошие биогеоценозы" должны быть устойчивы по отношению к различным влияниям и обладать максимальными скоростями биологической самоочистки.

Ставя проблему создания хороших биогеоценозов, мы сталкиваемся с еще одним вопросом принципиальной трудности: должны ли мы стремиться создавать хорошие экосистемы по всей Земле, или достаточно сосредоточить внимание на некоторых, специально отведенных "под природу" местах, подвергая остальную часть планеты ничем не лимитируемой урбанизации. Ответ может быть один. Думать, что мы и наши не столь уж отдаленные потомки смогут ограничиваться созданием природных парков, в которых будет сохранен природный ландшафт как место отдыха, музей - хранилище генофонда, а сам человек будет жить в каменных джунглях, сооруженных по последнему слову санитарной техники, - так думать весьма опасно. И дело не только в том, что доброкачественная пища и свежий воздух будут нужны везде и всегда. Природа должна быть улучшена всюду, и всюду, где есть человек, он должен жить в условиях оптимальных. Живая природа, общение с миром живых существ - непременные условия поддержания того нервно- психологического настроя, который необходим для оптимального физиологического состояния человека, а следовательно, и его работоспособности.

В целом экологическая  оптимизация среды жизни может  дать прирост производительности труда не менее, чем на 3%. В этой связи чрезвычайно остро стоит в настоящее время проблема планирования городских районов. При разумном планировании развития жилой и прочей застройки одну треть занимаемой городом площади необходимо сохранить в виде свободного пространства. Сюда входит достаточное пространство для недорогой эффективной системы трехступенчатой полубиологической очистки бытовых и промышленных сточных вод в прудах и на хорошо спланированных земляных насыпях, оставление речных долин, крутых склонов, озер, болот, заболоченных участков, парков и т.д. Немаловажное значение имеет размещение в городах промышленных предприятий на окраинах, противоположных направлению господствующих ветров, создание городских трасс, кольцевых автодорог и т.д.

Каковы наши возможности в отношении создания хороших биогеоценозов? Каковы пути их создания? О возможности решения  этих грандиозных задач говорит  способность организмов создавать  процветающие популяции в поистине экстремальных условиях среды. Достаточно сказать, что некоторые виды растений в течении немногих поколений приобретают генетически закрепленную способность создавать продуктивные и стабильные популяции, казалось бы, не в просто неблагоприятной среде, а в отвратительной, например, на землях, обогащенных свинцом, медью, никелем, да и к тому же при явном недостатке кальция и фосфора. К числу подобных видов относится, например, полевица - ценное кормовое растение.

Вполне возможно создание сообществ, работающих в качестве специфических нейтрализаторов потенциально вредных отходов промышленности. Среди бактерий известны, например, специализированные нефтедеструкторы, эффективность работы которых повышается в присутствии ванадия и цинка. Подобные примеры, конечно, не более, чем иллюстрация недостаточно используемых возможностей. Но все это ясно указывает, что принципиальных преград для развития специализированных сообществ в уникальной среде нет. А это значит, что человек должен помочь полезным видам животных и растений адаптироваться к новым условиям существования, должен овладевать процессом эволюции. "Сейчас эта задача, - как пишет С.С.Шварц, - звучит почти фантастически, но уже через несколько лет она займет свое место в будничных планах институтов и лабораторий. Более того, она может быть поставлена на вполне профессиональном уро, не уже в настоящее время" (Шварц С.С., 1976).

Естественно, что  решение всех этих проблем потребует  расширения исследований во многих направлениях; особая тяжесть падет на экологов. Зная, как человек изменяет среду (в данном месте, на данном уровне развития экономики и техники, в данной физико-географической среде), зная требования, которые предъявляют среде отдельные виды, зная законы их сложения в сообщества и, наконец, зная законы, которыми определяются продуктивность и стабильность сообщества и эффективность их самоочистки, эколог может разработать генеральную, схему развития процветающих биогеоценозов в урбанизированной среде. Эта схема может быть реализована в комплексе с мероприятиями по промышленному освоению края, она должна рассматриваться как непременная составная часть общего плана развития страны. А лучше, если будет разрабатываться общая схема развития биогеоценотического покрова конкретного экономико-географического региона

Все вышесказанное  дает основание надеяться, что гений человечества позволит овладеть законами биосферы и активно создать новую эпоху в ее эволюции. Этот этап в эволюции биосферы В.И.Вернадский назвал "Ноосферой", этапом господства разума и строгих научных принципов и методов в использовании природных ресурсов, что приведет к гармоничному сосуществованию природы и человека.