المخطط النموذجي والمراحل الرئيسية لإنتاج التكنولوجيا الحيوية. طرق عزل وتنقية الجزيئات الخلوية الكبيرة للحصول على منتج التكنولوجيا الحيوية المستهدف
اليوم ، تتطور التكنولوجيا الحيوية في صناعة الأغذية بوتيرة سريعة. في الحياة اليوميةنحن نستخدم باستمرار المنتجات التي تنتجها عمليات التكنولوجيا الحيوية. حمض اللاكتيك الأكثر استخدامًا و منتجات كحولية- الزبادي ، البادئ ، الكفير ، الجبن ، الجعة ، النبيذ ، وكذلك المخبوزات ، إلخ. يتم تحضير هذه المنتجات بمساعدة الإنزيمات التي تشكل الكائنات الحية الدقيقة المزروعة بشكل خاص. اليوم ، يسمح استخدام التكنولوجيا الحيوية للأغذية بإنتاج أنواع جديدة من المنتجات عن طريق تقليل تكاليف الإنتاج ، وهو عامل محفز في تطوير صناعة الأغذية. في الوقت نفسه ، تم تحسين جودة المنتجات الزراعية والحيوانية بشكل كبير ، وزيادة فائدتها وسلامتها بشكل كبير.
تشمل التكنولوجيا الحيوية للأغذية جميع العمليات التكنولوجية التي تهدف إلى إنشاء أو تحسين أو تحسين خصائص وخصائص معينة للكائنات الحية (البكتيريا والنباتات والحيوانات). انها لديها الاستخدام العمليفي المجال العلمي ، علم الأحياء ، علم البيئة ، الزراعة ، الرعاية الصحية ، إنتاج الغذاء ، إلخ.
ربما تكون أهم وظيفة للتكنولوجيا الحيوية في صناعة الأغذية هي تحسين الأساليب التقليدية لإنتاج النبيذ ، والإيثانول ، والجبن ، والخبز ، وكذلك المنتجات التي تؤدي فيها الكائنات الحية الدقيقة المختلفة التي يزرعها الإنسان بنجاح دورًا نشطًا من أجل استخلاص فوائد معينة. . وفي الوقت الحالي ، يتم استخدام كل شيء بوعي ، مع فهم ما يتم القيام به. يؤدي هذا النهج إلى الاستخدام النشط لأساليب التكنولوجيا الحيوية في العديد من فروع صناعة الأغذية. لدراسة التكنولوجيا الحيوية وإدخال الابتكارات ، تم إنشاء معاهد بحثية تتعامل مع هذا المجال. تهدف أنشطتهم إلى إيجاد وتحسين الآليات والطرق المختلفة التي تساهم في تحسين المنتجات الناتجة ، على سبيل المثال ، إنتاج الإنزيمات النشطة والمبتدئين والألوان الطبيعية والبروتينات الغذائية والنكهات والمستحلبات وغيرها الكثير. مفيد للرجلمنتجات.
لضمان الأداء الطبيعي لجسم الإنسان ، من الضروري استخدامه المضافات الغذائية، إضافة الأحماض الأمينية الأساسية ، والفيتامينات المختلفة ، والعناصر الدقيقة ، والبروتينات ، والألياف ، وما إلى ذلك إلى الطعام. إنشاء أدوية جديدة ، مثل الأنسولين ، وزيادة العمر الافتراضي للمنتجات ، وزيادة قيمتها الغذائية ، وتغيير القوام ، وتشبع الطعام بالبكتيريا المفيدة والكائنات الحية الدقيقة لتحسين هضم واستيعاب الأطعمة المستهلكة - يتم تحقيق كل ذلك من خلال التكنولوجيا الحيوية الغذائية. تحتل التكنولوجيا الحيوية الصناعية مكانًا مهمًا في حياة الإنسان لأن الحاجة إلى إنشاء عقاقير جديدة وإضافات بيولوجية تزداد كل يوم.
تجعل الزيادة في عدد الأشخاص على هذا الكوكب العلماء يبحثون عنها أحدث الوجهاتفي العلم. اليوم من المستحيل تخيل وجود الصناعة بدون ابتكارات التكنولوجيا الحيوية. في تربية الحيوانات ، يتم استخدام الكائنات المعدلة وراثيًا ؛ في الطب ، يتم الحصول على الأدوية لمكافحة الأمراض ، حتى الأمراض المعقدة مثل السرطان. تولي البيولوجيا الجديدة اهتمامًا متزايدًا بدراسة الكائنات الحية الدقيقة ونشاطها الحيوي ، لأنها تجلب الكثير من الفوائد لكل من البشرية والطبيعة. كل عام ، سيتطور إنتاج التكنولوجيا الحيوية على نطاق أوسع ، ويمكننا أن نقول بأمان أن التكنولوجيا الحيوية هي كذلك العلم الحديثيمكن أن يغير العالم للأفضل.
التكنولوجيا الحيوية في صناعة المواد الغذائية
أحدث البيانات الصادرة عن الأمم المتحدة حول كمية الغذاء وإنتاج المنتجات زراعةتظهر أن هناك مشكلة حقيقية في تزويد البشرية بالطعام. ما يقرب من نصف السكان لا يحصلون على الكمية المناسبة من الطعام ، وحوالي 500 مليون شخص يتضورون جوعا ، وربع سكان الأرض لا يأكلون ما يكفي. يبلغ عدد سكان العالم اليوم 7.5 مليار نسمة ، لذلك إذا لم يتم اتخاذ الإجراءات اللازمة لتحسين جودة وكمية المنتجات ، فإن مشكلة نقص الغذاء لشعوب البلدان النامية يمكن أن يكون لها عواقب وخيمة.
يجب أن يكون الطعام الذي يتم تناوله متنوعًا ومدعومًا بالبروتينات والدهون والكربوهيدرات الضرورية وأن يحتوي أيضًا على جميع الفيتامينات الأساسيةوالمغذيات الدقيقة. الدهون والكربوهيدرات هي مواد تنتج منها خلايا الجسم الطاقة ، ويمكنها أيضًا إنتاجها من الأطعمة البروتينية ، ولكن إذا أمكن استبدال المادتين الأولى والثانية ، فمن المستحيل حاليًا العثور على بديل للبروتين.
تظهر الأبحاث الحديثة أن حوالي 15 مليون طن من البروتين سنويًا لا تكفي لتوفير التغذية الكافية للبشرية. تعد البذور الزيتية أكبر مصدر للبروتين اليوم. يحتوي فول الصويا وعباد الشمس على حوالي 30٪ من البروتينات النباتية المفيدة ، كما أن الأحماض الأمينية الأساسية فيها مهمة للغاية لحياة جسم الإنسان. وفقًا لمحتوى بعض الأحماض الأمينية ، يمكن مقارنة هذه البروتينات النباتية مع بروتين الأسماك أو الطيور. تُستخدم منتجات الصويا على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية وإنجلترا والدول المتقدمة في أوروبا ، حيث أصبح هذا البروتين ، بفضل عملية التكنولوجيا الحيوية ، منتجًا مغذيًا ذا قيمة كبيرة.
تتيح تقنية التوليف الميكروبيولوجي استخدام الأعشاب البحرية كمصدر للبروتين. هذه هي الميزة التي لاحظها مؤخرًا عدد من العلماء الذين يتعاملون مع مشاكل التكنولوجيا الحيوية في صناعة الأغذية. الحقيقة هي أن الطحالب المجهرية يمكن أن تتكاثر بسرعة كبيرة ، ويشكل البروتين حوالي 70٪ من وزنها الجاف. هذه الكائنات الحية الدقيقة قادرة على تصنيع البروتين أسرع 100 مرة من الحيوانات. على سبيل المثال ، بقرة تزن حوالي 400 كيلوجرام قادرة على إنتاج 400 جرام من البروتين النقي يوميًا ، بينما تنتج 400 كيلوجرام من البكتيريا حوالي 40 ألف طن من منتجات البروتين خلال نفس الوقت. الحصول على مثل هذا البروتين مفيد وأقل شاقة. إذا قارنا أن زراعة البكتيريا لا تتطلب سوى ظروف تم إنشاؤها بشكل صحيح في المفاعلات الحيوية ، والتي يمكن من خلالها إخراج كمية كبيرة من منتجات البروتين يوميًا ، فإن الزراعة تتطلب استثمارًا كبيرًا للموارد والوقت. يجدر إضافة أمراض مختلفة وعوامل طبيعية سلبية ، مثل الجفاف والصقيع ونقص أو زيادة الإشعاع الشمسي وما إلى ذلك.
يعتمد إنتاج التكنولوجيا الحيوية الحديثة لمنتجات البروتين على تكوين ألياف بروتينية خاصة مشربة بالمواد الضرورية ، ويتم إعطاؤها الشكل واللون والرائحة المرغوبة. يسمح لك هذا النهج باستبدال أي بروتين تقريبًا وجعله مذاقًا ومظهرًا كمنتج طبيعي. على سبيل المثال ، شاهد الجميع الكافيار الأحمر على أرفف السوبر ماركت ، يشبه إلى حد بعيد سمك السلمون ، لكنه مصنوع من الأعشاب البحرية. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على أنواع مختلفة من اللحوم الاصطناعية ، تذكرنا بلحم البقر ولحم الخنزير. يمكنك الحصول على الحليب منتجات الألبانإلخ بعد الاختبارات المعملية والاختبارات ، تملأ هذه المنتجات الأسواق المتقدمة الدول الأوروبيةج: الولايات المتحدة الأمريكية وأفريقيا وآسيا. على سبيل المثال ، تنتج بريطانيا 1500 طن من هذه المنتجات البروتينية سنويًا ، ويُسمح اليوم في الولايات المتحدة باستبدال 20-30٪ من النظام الغذائي لأطفال المدارس ببروتينات التكنولوجيا الحيوية المصنوعة من بروتين الصويا.
بالإضافة إلى حقيقة أن هذه المنتجات يمكن أن تحل محل اللحوم الطبيعية ، فإنها تختلف في بعضها ميزات مفيدة. على سبيل المثال ، "اللحوم البروتينية النباتية" سوف تستنفد في الكوليسترول ، والتي لديها تأثير إيجابيفي الدورة الدموية. سيكون هذا المنتج مفيدًا للأشخاص الذين يتبعون نظامًا غذائيًا ، والذين لا يستعملون بروتين حيوانيأو اللحوم الدهنية وكبار السن والأشخاص الذين يعانون من مشاكل في الجهاز الهضمي. لذلك ، يمكن ويجب استبدال المنتجات التقليدية بمنتجات التكنولوجيا الحيوية. يمكن حفظ هذه اللحوم وتجميدها والقيام بكل ما يتم بمنتج طبيعي.
تجدر الإشارة بشكل منفصل إلى استخدام الأحماض الأمينية التي تم الحصول عليها صناعياً. من بين الأحماض الأمينية العشرين الموجودة في البروتينات ، ثمانية منها ضرورية. هذا يعني أن جسم الإنسان لا يستطيع تصنيع هذه الأحماض الأمينية بمفرده. باستخدام الكائنات الحية الدقيقة ، يحصلون على مجموعة كاملة من الأحماض الأمينية التي تضاف إلى الطعام في شكل مكملات غذائية. يتم إضافتها إلى العلف النباتي لحيوانات المزرعة ، مما يزيد من نموها ويقلل من تكاليف الصيانة ، مما يزيد بشكل كبير من إنتاجية المزارع.
حققت الشركات من مركزي التكنولوجيا الحيوية - الولايات المتحدة وأوروبا - أكثر من 133 مليار دولار في عام 2015 ، وبحلول عام 2017 سيتجاوز هذا الرقم 220 مليار دولار.يعتبر المستثمرون التكنولوجيا الحيوية أكثر الصناعات إثارة للاهتمام للاستثمار. تحدث مراجع الموقع عن شركات التكنولوجيا الحيوية المعروفة الموجودة في روسيا ، وعن المستثمرين والصناديق التي تستثمر في الاتجاه.
تبدو مشاريع التكنولوجيا الحيوية الحديثة وكأنها خرجت للتو من كتاب خيال علمي. على سبيل المثال، شركة أمريكيةتخطط Bioquark لإحياء 20 سريريًا اشخاص موتى(ستكون نتائج التجربة متاحة في أبريل 2017) ، الشركة الكورية الجنوبية الناشئة Sooam Biotech جاهزة لاستنساخ حيوان أليف مقابل 100000 دولار ، وقد ابتكر عالم من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Elysium ، الذي يطور حبوبًا تعود بالشباب.
يتم الترويج لأهداف وإنجازات هذه الشركات على نطاق واسع من قبل وسائل الإعلام ، وفي الواقع قد تكون نجاحاتها أكثر تواضعًا. ومع ذلك ، يراقب المستثمرون صناعة التكنولوجيا الحيوية باهتمام خاص. "إذا كانت هناك صناعة قيمة واحدة متبقية في العالم ، أود أن تكون التكنولوجيا الحيوية ،" شريك بنك الاستثمارستيفل نيكولاس تشاد مورغانلاندر.
تعتبر الولايات المتحدة وأوروبا مراكز تطوير التكنولوجيا الحيوية. وبحلول نهاية عام 2015 ، تم تسجيل خمسة آلاف شركة عامة في هذه المناطق ، يعمل بها أكثر من 200 ألف شخص ، وتبلغ قيمة الصناعة 350 مليار دولار.
التكنولوجيا الحيوية موجودة في كل مكان - في الولايات المتحدة ، على سبيل المثال ، تم تعديل أكثر من 90٪ من الذرة وفول الصويا وراثيًا. في أوروبا ، يتم حظر الكائنات المعدلة وراثيًا في معظم البلدان ، ولكن يتم أيضًا تعديل أغذية الماشية وراثيًا. أحد أشهر مستحضرات الأنسولين ، Actrapid ، مصنوع أيضًا باستخدام الهندسة الوراثية. عقار هوميرا الأكثر مبيعًا هو عقار هوميرا (بيع 12 مليون دولار في عام 2014) ، ويستخدم لعلاج التهاب المفاصل.
اكتشف متصفح الموقع ما هي الشركات الناشئة في مجال التكنولوجيا الحيوية الموجودة في روسيا وماذا تفعل.
Ohmygut
في فبراير 2015 ، استثمر صندوق Maxfield Capital في الشركة. سيتم استخدام الاستثمار لتطوير المنتج وبناء شبكة مبيعات وحماية الملكية الفكرية.
الكواشف والأجهزة التشخيصية ، DRD
تقوم DRD بتطوير أجهزة تشخيصية تسمح لك بتحديد أضرار مختلفةالدماغ: السكتة الدماغية وإصابات الدماغ الرضحية. يمكن استخدام هذه الاختبارات في المواقف الحرجة لتحديد مدى إصابة المريض.
في يونيو ، احتلت الشركة المركز الثاني في جائزة ريادة الأعمال الآسيوية الدولية في طوكيو وحصلت على 500000 ين (5000 دولار) وثلاث سنوات من العمل المجاني في مساحة عمل مشتركة في طوكيو. DRD مقيم في مؤسسة سكولكوفو.
تعمل الاختبارات السريعة على أساس المؤشرات الحيوية لتلف الدماغ - وهي الببتيدات والأجسام المضادة لمستقبلات NMDA و AMPA. بحسب العديد الأبحاث السريرية، المؤشرات الحيوية محددة للغاية وحساسة لتلف الدماغ الناجم عن الصدمات الدماغية
- مؤسس DRD أنزي زيمبييف
"محرك"
شركة تطوير الأطراف الاصطناعية Motorika لديها منتجان: بدلة يدوية فعالة للجر ووحدة يدوية صناعية كهربائية عضلية ، Stradivary. البدلة الأولى مناسبة للأشخاص الذين يعانون من إصابات جزئية في اليد ، حيث يتم الحفاظ على حركة مفصل الرسغ. يتم وضع الطرف الاصطناعي فوق اليد المتضررة.
تحل وحدة Stdivary محل اليد التالفة تمامًا وتؤدي الحركات عن طريق القراءة كهرباءتنتجها عضلات الجذع وقت انقباضها. يسمح لك Stdivary باستخدام ملعقة وشوكة قلم برأس كرويوعناصر أخرى المهارات الحركية الدقيقة. الوحدة في مرحلة النموذج الأولي وستكون جاهزة للاختبار بحلول نوفمبر 2016.
كما في حالة MaxBionic ، يمكن الحصول على الطرف الاصطناعي Motoriki مجانًا عن طريق الاتصال بالشركة المصنعة.
ما الأموال التي تدعم الشركات الناشئة في مجال التكنولوجيا الحيوية
يوجد في روسيا العديد من المؤتمرات وصناديق الاستثمار التي تدعم الشركات الناشئة والشركات الناشئة في مجال التكنولوجيا الحيوية. يحتوي مركز Skolkovo للابتكار على مجموعة Biomed تساعد "المشاريع التي بدأها الأطباء والكيميائيون وعلماء الأحياء وعلماء الوراثة في تحويلها إلى أعمال ناجحة".
المدير التنفيذي لمجموعة سكولكوفو للتكنولوجيا الحيوية هو كيريل كاي. قبل ذلك ، كان كايم هو المالك الأعمال التجارية الخاصةتوزيع معدات طبيةوالمستحضرات الصيدلانية. كما ترأس شركة Hygiene Kinetics القابضة ، التي تنتج اللب ومنتجات الورق ، وشبكة العيادات الفيدرالية لمجموعة Alfa Group.
تلاحظ شركة الاستشارات فروست آند سوليفان
الإنتاج الكبير والصغير
وتجدر الإشارة إلى أنه بناءً على الغرض من الإنتاج والمنتج النهائي ، يتم التمييز بين الإنتاج الكبير الحجم والإنتاج الصغير. اختلافاتهم الرئيسية هي كما يلي:
حجم المنشآت والمفاعلات المستخدمة - الإنتاج الصغير 100-1000 لتر ، على نطاق واسع - 10000 لتر ؛
تكلفة الإنتاج - الإنتاج الصغير - مرتفع ، كبير الحجم - منخفض ؛
نوع المنتجات - الإنتاج الصغير - التخصص العالي للأدوية والأدوية وما إلى ذلك ، على نطاق واسع - سلع استهلاكية منخفضة التخصص ؛
الطرق الرئيسية للحصول على - التلاعب الجيني على نطاق صغير ، وتكنولوجيا التخمير على نطاق واسع ، وهندسة العمليات ؛ تكلفة البحث والتطوير صغيرة الحجم ومرتفعة وواسعة النطاق معتدلة.
لقد فهمنا بالفعل أن أساس جميع عمليات التكنولوجيا الحيوية هو استخدام قدرة الكائنات الحية على تحويل الركيزة الرخيصة إلى منتجات أو طاقة أكثر تكلفة وقيمة. تسمى الثقافة النقية لكائن دقيق من نوع واحد ، تنشأ من وحدة تشكيل مستعمرة واحدة ذات جينوم مميز وخصائص مستقرة ، سلالة.
تعتبر السلالات الصناعية ذات قيمة كبيرة في ضوء حقيقة أن اختيارها يتطلب تكاليف كبيرة ، بالإضافة إلى ذلك ، بمساعدتهم ، يتم الحصول على كميات كبيرة من المنتجات التجارية.
توجد مجموعات كاملة من مزارع الكائنات الحية الدقيقة. على سبيل المثال ، واحدة من أكبر المجموعات هي ATCC ، المجموعة الأمريكية من ثقافات الكائنات الحية الدقيقة. كانت موجودة منذ بداية القرن العشرين. توجد في جمهورية بيلاروسيا مجموعات من الكائنات الحية الدقيقة المفيدة في معهد علم الأحياء الدقيقة التابع للأكاديمية الوطنية للعلوم في بيلاروسيا ، في معهد اللحوم والألبان التابع للأكاديمية الوطنية للعلوم في بيلاروسيا. توجد مجموعات من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض في معهد علم الأحياء الدقيقة وعلم الأوبئة التابع لوزارة الصحة في جمهورية بيلاروسيا وفي معهد الطب البيطري التجريبي الذي يحمل اسم S.N. Vyshelessky.
يجب أن تتمتع سلالات إنتاج الكائنات الحية الدقيقة بالقدرة على النمو على وسائط مغذية رخيصة ، ومعدل نمو مرتفع وتشكيل المنتج المستهدف ، واستقرار خصائص الإنتاج ، وعدم ضرر السلالة والمنتج المستهدف للإنسان و بيئة.
الكائنات الحية الدقيقة المستخدمة في الصناعة تخضع لاختبارات مطولة للتأكد من عدم إلحاق الضرر بالإنسان والحيوان والبيئة.
المبادئ الأساسية للتنظيم الصناعي لعمليات التكنولوجيا الحيوية
الحصول على جرعة البذور
تستخدم العملية التكنولوجية الخصائص المفيدة للسلالة ، لذلك من الضروري الحفاظ على صفاتها الإنتاجية وتحسينها إن أمكن. لذلك ، في صناعة التكنولوجيا الحيوية ، يوجد قسم للثقافة النقية ، مهمته هي التكاثر المستمر والموثوق خصائص مفيدةمنتج. يقوم هذا القسم بمراقبة الثقافة النقية والحفاظ عليها ، فضلاً عن الزراعة على نطاق صغير من أجل النقل المستمر للسلالة إلى مرحلة التخمير. في الواقع ، هذا معمل ميكروبيولوجي به متحف لإنتاج السلالات. أثناء التحكم في البذار والتخمير على نطاق صغير (في أنابيب الاختبار ، والقوارير ، وما إلى ذلك) ، يتم التحكم في استقرار جميع السمات الموجودة أو المكتسبة ، والتي كانت بمثابة أساس للتوصية بهذه المحاصيل للاستخدام الصناعي. حسب الحاجة ، يتم الحصول على كتلة من اللقاح من قسم الثقافة النقية واستخدامها للإنتاج.
في عملية الاستزراع الدفعي (في إنتاج المستقلبات) ، يتم تحضير جرعة بذور من الخلايا في قسم الاستزراع النقي لكل عملية من عمليات الإنتاج الرئيسية. مع الإنتاج المستمر لبروتين العلف ، هذا ليس مطلوبًا ، ومع ذلك ، لتحسين جودة المنتج ، فمن الأفضل إدخال خلايا سلالة المنتج من قسم الاستزراع النقي من وقت لآخر.
تزرع جرعات البذر بالتتابع في قوارير وزجاجات من 10 إلى 20 لترًا ، موضوعة على كراسي هزازة أو ببساطة في غرفة يتم التحكم فيها بالحرارة ، ثم في سلسلة من المخمرات بحجم (إذا لزم الأمر) 10 و 100 و 500 و 1000 لتر ، حيث يتم المزج والتهوية والتحكم في درجة الحرارة في زراعة السوائل مع الخلايا.
يجب أن يكون لدى قسم الثقافة النقية مجموعة كبيرة بما فيه الكفاية من سلالات المنتجين ، حيث إن التحولات المؤقتة من سلالة إلى أخرى ممكنة لأسباب مختلفة. على سبيل المثال، التغيرات الموسميةيتم تعويض درجات الحرارة جزئيًا عن طريق اختيار سلالات مقاومة للحرارة منتجة بدرجة كافية. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تضطر الصناعة الميكروبيولوجية إلى استخدام نفايات الزراعة والصناعات الغذائية (دبس السكر ، مستخلص الذرة) كمكونات لوسائط المغذيات ، مما يؤدي إلى تغيرات موسمية في المواد الخام ويتطلب من المنتج التكيف مع خصائص البيئة. كل هذا يجعل دور خدمة الإنتاج الميكروبيولوجي عالياً للغاية.
في إنتاج اللقاحات والمستحضرات البيولوجية ، يتم استخدام نظام دفعة البذور. في البداية ، يتم إنشاء الكثير من البذور الأولية من السلالة ذات الخصائص المعروفة. للحصول على كل دفعة إنتاج ، يتم تخزين البذور 1 من دفعة البذور الأولية. هذا المطلب المهم مكرس في لوائح منظمة الصحة العالمية لضمان استقرار خصائص اللقاحات ومنتجات التشخيص.
إذا عدنا إلى المراحل الرئيسية لعملية التكنولوجيا الحيوية واعتبرها من وجهة نظر الطرق المقبولةيمكن ملاحظة أن الطرق المقبولة عمومًا تستخدم في مرحلة المواد الخام وتحضيرها.
في أغلب الأحيان ، تعتبر المواد الخام وسيطًا غذائيًا للمنتجين. لذلك ، يتم تحضيره غالبًا عن طريق التعقيم باستخدام التعقيم أو تشعيع جاما.
تعد الطرق في مرحلة التخمير والتحول الأحيائي أكثر تنوعًا.
1) اختيار المنتج ؛
3) تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف
4) زراعة المفاعل
في مرحلة المعالجة النهائية والحصول على المنتج المستهدف ، يتم استخدام طرق التجزئة بشكل أساسي.
1) الطرد المركزي.
2) الترشيح.
3) التفكك.
4) الترشيح الفائق.
5) التجفيف: التجفيف بالتجميد وفي تيار ساقط.
استخدام الفطريات والعفن والخمائر والفطريات الشعاعية
يتم استخدامها للحصول على:
→ المضادات الحيوية (البنسلي ، السيفالوسبورينات) ؛
→ الكاروتينات (أستازانتين ، الذي يعطي لحم أسماك السلمون صبغة حمراء برتقالية ، يتم إنتاجها بواسطة Rhaffia rhodozima ، والتي تضاف للتغذية في مصانع الأسماك) ؛
→ البروتين (المبيضات ، Saccharomyces lipolitica) ؛
→ أجبان مثل روكفور وكاممبرت (بنيسيلا) ؛
→ صلصة الصويا (Aspergillus oryzae).
من بين 500 نوع من أنواع الخميرة المعروفة ، كان Saccharomyces cerevisiae هو الأول الذي تم استخدامه ، ويستخدم هذا النوع على نطاق واسع.
خميرة الخميرة
خميرة السكريات الخبازهي كائنات دقيقة وحيدة الخلية غير مسببة للأمراض يبلغ قطر الخلية حوالي 5 ميكرون ، والتي تمثل في كثير من النواحي نظير حقيقيات النوى ه. القولونية. تمت دراسة علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية والتمثيل الغذائي بالتفصيل. س. الخبازتتكاثر عن طريق التبرعم وتنمو جيدًا في نفس البيئة البسيطة مثل ه. القولونية. لطالما استخدمت قدرتها على تحويل السكر إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون المشروبات الكحوليةوالخبز. حاليًا ، يتم استهلاك أكثر من مليون طن سنويًا في جميع أنحاء العالم س. الخباز. خميرة س. الخبازهي أيضًا ذات أهمية علمية كبيرة. على وجه الخصوص ، هم الأكثر نموذج مريحلدراسة حقيقيات النوى الأخرى ، بما في ذلك البشر ، لأن العديد من الجينات المسؤولة عن تنظيم انقسام الخلايا س. الخبازتشبه تلك الموجودة في البشر. ساهم هذا الاكتشاف في تحديد وتوصيف الجينات البشرية المسؤولة عن تطور الأورام. يعد النظام الجيني المستخدم على نطاق واسع للخميرة (الكروموسوم الاصطناعي) مشاركًا لا غنى عنه في جميع دراسات الحمض النووي البشري. في عام 1996 ، تم تحديد التسلسل الكامل للنيوكليوتيدات لمجموعة الكروموسومات بأكملها س. الخباز، مما زاد من قيمة هذا الكائن الدقيق للبحث العلمي. تم تنفيذ هذا العمل على حقيقيات النوى لأول مرة.
غالبًا ما يخضع البروتين حقيقيات النوى الذي يتم تصنيعه بواسطة خلية بكتيرية لتعديل إنزيمي عن طريق ربط مركبات منخفضة الوزن الجزيئي بجزيء البروتين ، وهذا ضروري في كثير من الحالات من أجل الأداء السليم للبروتين. للأسف، ه. القولونيةوغيرها من بدائيات النوى غير قادرة على إجراء هذه التعديلات ، لذلك ، للحصول على بروتينات حقيقية النواة كاملة ، س. الخبازوكذلك أنواع الخميرة الأخرى: Kluyveromyces اللاكتيس, السكريات انبساط, داء الفصام بومبي, يروية ليبوليتيكا, هانسنولا بوليموغرا. المنتجون الأكثر كفاءة للبروتينات المؤتلفة الكاملة هم ص. القس و ح. بوليموغرا.
الخميرة Kluyveromyces fragilis تخمر اللاكتوز. يتم استخدامها للحصول على الكحول من مصل اللبن.
يحلل Saccharomycopsis lipolytica الهيدروكربونات ويستخدم للحصول على كتلة البروتين. تنتمي جميع الأنواع الثلاثة إلى فئة الزقديات.
آخر الأنواع المفيدةتنتمي إلى فئة deuteromycetes (الفطريات غير الكاملة) ، لأنها لا تتكاثر جنسيا ، ولكن عن طريق التبرعم. ينمو المبيضات في الكبريتيت مياه الصرفآه (صناعة نفايات الورق). يلعب Trichosporon cutaneum ، الذي يؤكسد العديد من المركبات العضوية ، بما في ذلك بعض المركبات السامة (مثل الفينول) ، دورًا مهمًا في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي الهوائية.
لا تتكاثر الخمائر الصناعية عادة عن طريق الاتصال الجنسي ، ولا تشكل جراثيم ، وهي متعددة الصبغيات. يوضح هذا الأخير قوتهم وقدرتهم على التكيف مع التغيرات في بيئة الزراعة (عادة ، تحتوي نواة خلية S. cerevisiae على 17 أو 34 كروموسومًا ، أي أن الخلايا إما أحادية العدد أو ثنائية الصبغيات).
تسبب القوالب العديد من التحولات في الوسائط الصلبة. تحتوي المنتجات الغذائية التي تعتمد على فول الصويا أو القمح المخمر Rhizopus oligosporus على 5-7 مرات أكثر من الريبوفلافين وحمض النيكوتين عن الركيزة الأصلية. تنتج القوالب أيضًا إنزيمات صناعية (الأميليز ، البكتينازات ، إلخ) ، الأحماض العضوية والمضادات الحيوية. كما أنها تستخدم في إنتاج الأجبان ، مثل Camembert و Roquefort.
يمكن أن تسهم الزراعة الاصطناعية للفطريات الكبيرة أو الفطريات مساهمة مهمة في الإمداد الغذائي لسكان العالم.
الفطر المدمر للخشب هو الأكثر قابلية للزراعة الاصطناعية.
أبسط في مجال التكنولوجيا الحيوية
البروتوزوا هي من بين الأشياء غير التقليدية للتكنولوجيا الحيوية. حتى وقت قريب ، كانت تستخدم فقط كعنصر من مكونات الحمأة المنشطة في معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية. في الوقت الحالي ، جذبت انتباه الباحثين كمنتجين للمواد الفعالة بيولوجيا.
بهذه الصفة ، من المنطقي أكثر استخدام البروتوزوا التي تعيش بحرية ، والتي تتمتع بمجموعة متنوعة من قدرات التخليق الحيوي ، وبالتالي فهي موزعة على نطاق واسع في الطبيعة.
مكانة بيئية خاصة تحتلها البروتوزوا التي تعيش في كرش المجترات. لديهم إنزيم سلولاز ، الذي يعزز تكسير الألياف في معدة المجترات. قد يكون طفيليات الكرش مصدرًا لهذا الإنزيم القيم
العامل المسبب لداء المثقبيات في أمريكا الجنوبية - أصبح المثقبيات (Schizotrypanum cruzi) أول منتج للدواء المضاد للورم (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) والمثقبيات التماثلية (فرنسا). عند دراسة آلية عمل هذه الأدوية ، توصل العلماء السوفييت (G. تأثير سام للخلايا عند التلامس المباشر مع الورم وتثبيطه بشكل غير مباشر ، عن طريق تحفيز الجهاز الشبكي البطاني. اتضح أن التأثير المثبط يرتبط بكسور الأحماض الدهنية.
الأعشاب البحرية
تستخدم الطحالب بشكل أساسي لإنتاج البروتين. في هذا الصدد ، تعد مزارع الطحالب أحادية الخلية ، على وجه الخصوص ، السلالات عالية الإنتاجية من جنس Chlorella و Scenedesmus ، واعدة جدًا أيضًا. يتم استخدام كتلتها الحيوية بعد المعالجة المناسبة كمادة مضافة في غذاء الماشية ، وكذلك للأغراض الغذائية.
تزرع الطحالب وحيدة الخلية في مناخ دافئ معتدل (آسيا الوسطى ، القرم) في حمامات سباحة خارجيةمع وسط غذائي خاص. على سبيل المثال ، خلال الفترة الدافئة من العام (6-8 أشهر) ، يمكنك الحصول على 50-60 طنًا من الكتلة الحيوية للكلوريلا لكل هكتار واحد ، في حين أن أحد الأعشاب الأكثر إنتاجية - البرسيم - ينتج فقط 15-20 طنًا من المحاصيل من نفس المنطقة.
يحتوي الكلوريلا على حوالي 50٪ بروتين بينما يحتوي البرسيم على 18٪ فقط. بشكل عام ، من حيث المساحة 1 هكتار ، تشكل الكلوريلا 20-30 طن من البروتين النقي ، والبرسيم - 2-3.5 طن.بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الكلوريلا على 40٪ كربوهيدرات ، 7-10٪ دهون ، فيتامينات أ (20 مرة أكثر) ، B2 ، K ، PP والعديد من العناصر النزرة. من خلال تغيير تكوين الوسط الغذائي ، من الممكن تحويل عمليات التخليق الحيوي في خلايا الكلوريلا نحو تراكم البروتينات أو الكربوهيدرات ، وكذلك تنشيط تكوين فيتامينات معينة.
أثناء غزو قبائل المايا ، وصف المبشرون حالة حاصر فيها الإسبان حصنًا على قمة جبل لمدة عام ونصف تقريبًا. بطبيعة الحال ، كان من المفترض أن تنتهي جميع المنتجات منذ فترة طويلة ، لكن القلعة لم تستسلم. عندما تم أخذها أخيرًا ، فوجئ الإسبان برؤية برك صغيرة فيها ، حيث تمت زراعة الطحالب أحادية الخلية ، والتي أعد الهنود منها جبنًا خاصًا. تذوقه الأسبان ووجدوه ممتعًا جدًا في الذوق. ومع ذلك ، كان هذا بالفعل بعد أن دمر الإسبان جميع المدافعين تمامًا وفقد سر القبيلة. في عصرنا ، بذلت محاولات لتحديد هذا النوع من الطحالب التي تم تحضير الجبن منها ، لكنها لم تنجح.
يتم تناول حوالي 100 نوع من الطحالب الكبيرة
في عدد من البلدان ، تُستخدم الطحالب كمكمل غذائي مفيد للغاية لحيوانات المزرعة.
إلى جانب العلف ، تستخدم الطحالب منذ فترة طويلة في الزراعة كأسمدة. تعمل الكتلة الحيوية على إثراء التربة بالفوسفور والبوتاسيوم واليود وكمية كبيرة من العناصر الدقيقة ، كما تعمل على تجديد البكتيريا ، بما في ذلك البكتيريا المثبتة للنيتروجين. في الوقت نفسه ، تتحلل الطحالب في التربة أسرع من الأسمدة الروثية ، ولا تسدها ببذور الحشائش واليرقات الحشرات الضارة، جراثيم الفطريات الممرضة للنبات.
واحدة من أكثر منتجات قيمةتم الحصول عليها من الطحالب الحمراء أجار - عديد السكاريد موجود في قذائفها ويتكون من الاغاروز والأجاروبكتين. تصل كميته إلى 30-40٪ من وزن الطحالب (طحالب Laurentia و Gracilaria ، Gelidium). الطحالب هي المصدر الوحيد للأجار ، agaroids ، carrageenine ، الجينات. يتم إنتاج أكثر من 16 ألف طن من الآجار سنويًا في العالم.
الطحالب البنية هي المصدر الوحيد للحصول على واحدة من أكثر المواد قيمة من الطحالب - أملاح حمض الألجنيك ، الجينات. حمض الألجنيك هو عديد السكاريد الخطي مبني من بقايا مرتبطة (3 - D-mannuronic و α - L- أحماض الهيولورونيك.
تستخدم الألجينات على نطاق واسع للغاية في الاقتصاد الوطني. هذا هو إنتاج مواد تشحيم عالية الجودة لأجزاء آلة الاحتكاك والمراهم والكريمات الطبية والعطور والألياف الصناعية والبلاستيك المقاوم لأي طقس. طلاء الدهاناتالأقمشة التي لا تبهت بمرور الوقت ، وإنتاج الحرير ، والمواد اللاصقة ذات التأثير القوي للغاية ، مواد بناء, منتجات الطعامجودة ممتازة - عصائر الفاكهة ، والأطعمة المعلبة ، والآيس كريم ، ومثبتات المحاليل ، وقوالب الوقود ، والمسبك ، وأكثر من ذلك بكثير. ألجينات الصوديوم - المركب الأكثر استخدامًا - قادر على امتصاص ما يصل إلى 300 وحدة وزن من الماء ، مع تكوين المحاليل اللزجة.
الطحالب البنية غنية أيضًا بمركب مفيد للغاية - مانيتول الكحول السداسي الهيدروليكي ، والذي يستخدم بنجاح في صناعة الأغذية ، والمستحضرات الصيدلانية ، وإنتاج الورق ، والدهانات ، والمتفجرات ، إلخ.
النباتات في التكنولوجيا الحيوية
يتم تقييم سرخس أزولا المائي على أنه عضوي سماد نيتروجين، حيث ينمو في تعايش وثيق مع الطحالب الخضراء المزرقة أنابينا. يتكاثر الأزولا بسرعة عن طريق الانقسام البسيط: يتم فصل جزء من الأوراق عن النبات الأم ويبدأ حياة مستقلة. في ظل ظروف مواتية ، يمكنها مضاعفة كتلتها الحيوية كل ثلاثة أيام.
ممثلو عائلة طحلب البط (Lemnaceae) هم أصغر وأبسط نباتات مزهرة في الهيكل ، ونادرًا ما يتجاوز حجمها 1 سم ، ونادرًا ما تزدهر. Ryaskovye - نباتات مائية عائمة تعيش بحرية.
طحلب البط ( لمنى طفيفة ، L. trisulca ، وولفيا ، Spirodela polyrhiza) بمثابة غذاء للحيوانات والبط وغيرها الطيور المائيةوالأسماك والمسك.
محاضرة 1
تصنيف صناعات التكنولوجيا الحيوية
من خلال الميزات التكنولوجية
تُستخدم طرق التكنولوجيا الحيوية في الصناعات الكيميائية والغذائية والطبية وغيرها ، وأساس السمة التكنولوجية المشتركة لصناعات التكنولوجيا الحيوية هو تقارب العمليات والمعدات.
تنقسم منتجات التكنولوجيا الحيوية إلى مجموعتين كبيرتين.
1. بعض إنتاج المواد الغذائية لتجهيز المواد الخام الزراعية ، على سبيل المثال ، التخمير (التخمير ، صناعة النبيذ ، الخبز ، إلخ). كتل كبيرة من mo لا تزرع هنا. التكنولوجيا الحيوية هي أي مرحلة منفصلة من العملية. معدات معينة لها ثقل نوعي منخفض.
2. الإنتاج ، حيث زراعة m.o. هو الهدف الرئيسي. وهي مقسمة إلى مجموعتين فرعيتين.
2.1. إنتاج حمولة كبيرة ، والتي تتلقى كميات كبيرةالكتلة الحيوية m.o. (الخميرة) أو الأحماض العضوية أو الكحوليات. هنا ، يتم استخدام طريقة الزراعة العميقة بشكل أساسي. درجة عالية من العقم ليست مطلوبة ، مثل احتمال تغلغل البكتيريا الأجنبية لا يكاد يذكر. درجة حرارة ظروف الزراعة ، ودرجة الحموضة ، والتكوين (الأحماض والكحول حتى 5-10٪ ، في إنتاج الخميرة sv الزيت) تعيق نمو m.o. غالبًا ما تستخدم اللاهوائيةاللاهوائية طرق الزراعة التيلا تساهم في تنمية الأغلبيةالميكروبات المسببة للأمراض.
لا تتطلب هذه الصناعات التعقيم الموثوق به ، وتنقية الهواء الدقيقة ، وختم وتعقيم المعدات.
المنتجات النهائية مستقرة وغالبًا ما يتم إنتاجها في صورة سائلة دون استخدام التجفيف بالرش ، وأحيانًا المعالجة الحرارية.
2.2. إنتاج تخليق ميكروبيولوجي دقيق مع إنتاج المستحضرات البكتيرية والمواد ذات البنية المعقدة ، المضادات الحيوية ، الإنزيمات ، الملقب ، الفيتامينات ، الهرمونات ، اللقاحات ، إلخ.
هنا ، المرحلة الرئيسية هي زراعة m.o.
من سمات هذه الصناعات الزراعة العميقة والمتطلبات المتزايدة لحماية بيئة العمل من تغلغل النباتات الدقيقة الأجنبية. هذا يرجع إلى حقيقة أن ظروف الزراعة مثالية لمعظم ممثلي هذه البكتيريا (درجة الحموضة 6.2-7.2 ، 25-35 درجة ، تحتوي الوسائط على الأشعة فوق البنفسجية والبروتينات والمواد المغذية الأخرى).
المنتج ليس خليطًا ، ولكنه سلالة مختارة بشكل فردي.
هناك متطلبات عالية لختم وتعقيم المعدات.
بالنسبة للعزل والتنقية ، يتم استخدام عدد من الطرق المعقدة - الاستخراج والتبادل الكامل وما إلى ذلك. يتم أيضًا فرض متطلبات خاصة على تغليف وتخزين المنتجات ، والتي يتم إنتاجها عادةً في شكل جاف ، نظرًا لأن المنتج غير مستقر.
في الوقت نفسه ، فإن معدات هذه المجموعة من المنتجات دون تعديلات كبيرة تتكيف بسهولة مع إنتاج المنتجات الأخرى.
متطلبات التعقيم تتزايد باستمرار.
ملامح المراحل الرئيسية والأخيرة لإنتاج التكنولوجيا الحيوية
العمليات التكنولوجية في صناعات التكنولوجيا الحيوية هي نفسها في العمليات الكيميائية ، نقل الكتلة ، نقل الحرارة ، الهيدروكيميائية والميكانيكية. لكنهم جميعا معقدونعامل بيولوجي.
أهم جوانب العامل البيولوجي هي كما يلي.
1. النظم البيولوجية ذاتية التنظيم بطبيعتها ، وتهدف إلى تسريع النمو.
2. الخلوية m.s. لديك مشترك التركيب الكيميائي، والذي يتضمن ثلاث فئات من الجزيئات الكبيرة المعقدة DNA و RNA والبروتينات.
3. تستمر العمليات داخل الخلايا بمشاركة إنزيمات محفزات بروتينية محددة.
4. بسبب انخفاض تركيز الإنزيمات ، فإن القدرة على تحفيز نمو m.o. محدودة. عن طريق زيادة تركيز الركيزة.
5. لأي تأثير خارجي يحدث رد فعل في الخلايا ، موجه في الاتجاه الملائم للحياة ولإزالة التأثير.
6. النظام البيولوجي يتطور ، تكوينه واحتياجاته تتغير ، من الضروري تعديل ظروف التخمير باستمرار.
7. غشاء الخلية له نفاذية انتقائية خصائص معقدة. يمكنه نقل المواد على طول وضد تدرج التركيز. هذا يجعل التنظيم صعبًا.
كل هذا يفسر سبب استخدام المعدات الكيميائية القياسية على نطاق واسع في إنتاج التكنولوجيا الحيوية ، جنبًا إلى جنب مع تطوير وإنشاء معدات خاصة.
عند تصميم منتجات التكنولوجيا الحيوية الجديدة ، يتم حل مهمتين:
قياس حساب المعدات بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها في ظروف المختبر والمصانع التجريبية ؛
اختيار أمثل للمخطط والوضع ونوع المعدات الأكثر ربحية.
في بحث علمي، التصميم والإنتاج ، يجب أن يعرف المتخصص أنماط وحركية العمليات وطرق الحساب والمبادئ الرئيسية للأجهزة.
الخصائص الرئيسية لعملية التخمير في الثقافة المغمورة
من وجهة نظر أساليب حساب التصميم والمعدات أعلى قيمةفي التكنولوجيا الحيوية لديه تصنيف للعمليات وفقًا لطريقة التنظيم:
1) دورية ؛
2) مستمر
3) متعدد الحلقات.
4) ملء الحجم ؛
5) دورية مع تغذية الركيزة ؛
6) شبه مستمر مع المكياج.
1) عملية الدُفعات:يتم تحميل المواد الخام والبذور في نفس الوقت ، ثم بعضها الوقت يمضيالعملية ، وبعد ذلك يتم تفريغ سائل التخمير.
2) عملية مستمرةيستمر تحميل وتفريغ الوسيط بشكل مستمر وفي نفس الوقت بنفس السرعة ؛ نتيجة لذلك ، لا يتغير حجم الوسط في الجهاز.
مع مثل هذه المنظمة ، لا يلزم تحضير البذور.
4) عمليات زيادة الحجمبين التحميل والتفريغ يستمر بشكل دوري ، ولكن بعد فترة من الوقت يتم تفريغ جزء من الوسيط واستبداله بآخر جديد.
الفترات الفاصلة بين أخذ العينات هنا أقصر ، وعدد العينات أكبر مما كان عليه في الحالة (3) ، والجزء الذي تم أخذ عينات منه من السائل أصغر.
إنها ليست عملية مجمعة بشكل صارم ، فاقتصاديات البذور أفضل.
5) عملية الدُفعات مع تغذية الركيزةيتم تحميل جزء من الوسيط في بداية التخمير ، ويتم إضافة الآخر باستمرار أثناء تقدم العملية. النهاية الطبيعية هي فيضان الجهاز. لذلك ، من الضروري إكمال العملية بسرعة وكعملية دورية بأقصى قدر من الملء.
6) شبه مستمر مع تغذية الركيزةتجمع العمليات بين الحجم الكبير والمكياج.
عند الوصول إلى حالة معينة من النظام البيولوجي بعد التغذية ، يتم أخذ جزء من السائل ، ثم يتم إضافة الركيزة تدريجياً حتى يتم إعادة تعبئة الجهاز.
مراحل ومعلمات التخمير الدُفعي
إذا كانت الخلايا تنقسم بشكل متزامن ، فسيتم وصف الخواص الحركية بواسطة الأس ، عن طريق القياس مع تفاعل كيميائي. لكنهم منقسمون بشكل غير متزامن ، والنهج مختلف: لأن التنمية السكانية محدودة بسبب الموارد البيئية.
معدلات نمو الكتلة الحيوية:
السرعة الإجمالية (1)
محدد ، أي وفقًا لأرينيوس (2)
في المرحلة الأسية ، السرعة غير محدودة و μ =مقدار ثابت .
إذا تم تحديد العملية من البداية من خلال هذا الاعتماد ، فإن تركيز الكتلة الحيوية سيتغير بدءًا من X 0 حسب المعادلة:
(3)
لأن
دع عند τ = 0 ، X = X 0 ، ولكن إذا كانت X 0 ، فحينئذٍ X = X 0.
بعد أخذ اللوغاريتم ، نحصل على:
لذلك ، في الإحداثيات اللوغاريتمية ، يكون الرسم البياني مستقيماً وظل الزاوية هو μ.
مؤشر آخر هو توليد الوقت الذي تستغرقه الكتلة الحيوية لمضاعفة. يمكن إثبات أن:
البعد μ [h-1] أو [دقيقة -1]
للعديد من البكتيريا μ = 0.5 أو حتى 1.0 دقيقة-1 .
بالنسبة للطحالب الدقيقة والخلايا النباتية والحيوانية عند 0.01 ساعة-1 .
للقيم الوسيطة للفطريات والفطريات الشعاعية: للمركبات النفسية حتى ساعة واحدة-1 ، للميسوفيليين حتى 2 ، لعشاق الحرارة حتى 3 ساعات-1 .
حركية استهلاك الركيزة.
س تركيز الركيزة
محدد
حركية التخليق الحيوي للمنتج الأيضي:
التعيينات:
X تركيز الكتلة الحيوية ، جم / سم 3
تنسيق س
ص تركيز المنتج الأيضي
س تركيز الركيزة
س س معدل نمو الكتلة الحيوية
ف معدل نمو الكتلة الحيوية المحدد (زيادة لكل وحدة كتلة حيوية)
τ الوقت
Qp معدل تكوين منتج التمثيل الغذائي
qp معدل معين لتشكيل منتج التمثيل الغذائي
Qs معدل استهلاك الركيزة
qs معدل استهلاك الركيزة المحدد
مقدمة
من بين الاتجاهات الرئيسية للاقتصاد ما بعد الصناعي الحديث ، تحتل التكنولوجيات الحيوية مكانة خاصة. بحلول عام 2015 ، وفقًا لبعض الخبراء ، سيتم إنتاج 25٪ من المنتجات الكيميائية باستخدام التقنيات الحيوية ، بينما من المتوقع حدوث تطور سريع في إنتاج الوقود استنادًا إلى التقنيات الحيوية. التكنولوجيا الحيوية هي الاستخدام في أغراض الإنتاجالكائنات الحية والعمليات البيولوجية. بمساعدة الكائنات الحية ، من الممكن إنتاج مكونات المستحضرات الطبية ومنتجات الزراعة والصناعات المختلفة ، بل من الممكن إنتاج الوقود - الكحول والغاز الحيوي والهيدروجين. لم تسلم صناعة التكنولوجيا الحيوية في بلدنا من الأزمة الاقتصادية العميقة في التسعينيات. إذا كان اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ينتج 3-5 ٪ من الإنتاج العالمي لصناعة التكنولوجيا الحيوية ، فإن الاتحاد الروسي ينتج الآن أقل من 1 ٪ من الحجم العالمي لهذه المنتجات. في روسيا ، لا يوجد حتى الآن إنتاج واحد واسع النطاق يعتمد على التكنولوجيا الحيوية. ومع ذلك ، على الرغم من كل شيء ، لدينا أسس لنمو هذه الصناعة. على سبيل المثال ، في خيمكي بالقرب من موسكو ، مع جذب الاستثمارات من كل من روسيا والخارج ، تم إنشاء مركز ChemRar High Technology ، المتخصص في تطوير أنواع جديدة من الأدوية. تجد التكنولوجيات الحيوية تطبيقاتها تدريجياً في الشركات الروسية. وهكذا ، فإن شركة تعدين الذهب Polyus قد أتقنت الغسل البكتيري للذهب من الخامات المقاومة للصهر. هناك العديد من هذه الخامات في شرق سيبيريا ، ويمكن للتكنولوجيا الحيوية أن تجعل تنميتها مربحة.
سوق التكنولوجيا الحيوية الروسي
يتميز الوضع الحالي للتكنولوجيا الحيوية في الاتحاد الروسي ، من ناحية ، بتأخر في أحجام الإنتاج من مستوى ومعدلات نمو البلدان الرائدة في مجال التكنولوجيا في هذا المجال ، ومن ناحية أخرى ، من خلال زيادة الطلب لمنتجات التكنولوجيا الحيوية من المستهلكين.
والنتيجة هي اعتماد كبير على الواردات على أهم منتجات التكنولوجيا الحيوية التقليدية - الأدوية ومضافات الأعلاف ، ونقص منتجات التكنولوجيا الحيوية المبتكرة في السوق الروسية.
التكنولوجيات الحيوية "الحمراء" (المستحضرات الصيدلانية البيولوجية)
التكنولوجيا الحيوية الحمراءيعتبر (الطب) أهم مجال لاستخدام التكنولوجيا الحيوية. تلعب طريقة التكنولوجيا الحيوية دورًا متزايد الأهمية في تطوير أدوية جديدة (على سبيل المثال ، لعلاج السرطان).
السوق الروسي لمنتجات التكنولوجيا الحيوية "الحمراء" هو الأكثر رحابة من حيث المال. حجمه ، وفقًا لتقديرات الخبراء ، من 60 إلى 90 مليار روبل. في السنة ، ولكن يتم تلبية الطلب بشكل أساسي عن طريق الواردات. بحسب وزارة الصناعة والتجارة الاتحاد الروسي، 5٪ فقط من مواد التكنولوجيا الحيوية المستخدمة في إنتاج أشكال الجرعات النهائية يتم إنتاجها في روسيا.
مع الأخذ في الاعتبار التخلف التكنولوجي العام للصناعة وكثافة رأس المال العالية للبحث في مجال التكنولوجيا الحيوية "الحمراء" ، فإن تطوير القطاع في روسيا يسير على طول مسار إنشاء صناعات جديدة عالية التقنية لإنتاج التكنولوجيا الحيوية الأدوية الجنيسة لضمان استبدال الواردات من المنتجات الطبية.
يجري حاليًا تنفيذ المشاريع الصيدلانية الحيوية الرئيسية التالية في روسيا:
1.CJSC "Generium"(منطقة فلاديمير) - مشروع بناء مجمع للبحث والإنتاج في مجال التكنولوجيا الحيوية لإنتاج أدوية لعلاج أمراض الدم. حجم الاستثمارات 2 مليار روبل. (نفذت 600 مليون روبل). بعد الوصول إلى القدرة التصميمية ، من المخطط تطوير وتقديم ما يصل إلى 10 أدوية جديدة للتكنولوجيا الحيوية سنويًا إلى السوق. حجم الإنتاج المتوقع 2.7 مليار روبل. في عام 2010 ، 7.6 مليار روبل. - في سنة 2013.
2. مركز تطوير الأدوية المبتكرة والبدلة للواردات "حمرار"(منطقة موسكو) هي حاضنة أعمال للشركات المبتكرة المشاركة في تطوير وإطلاق الأدوية المبتكرة لعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية والأورام والأمراض المعدية ، وكذلك أمراض الغدد الصماء والجهاز العصبي المركزي. حجم الاستثمارات 4.3 مليار روبل. (نفذ - 400 مليون روبل). من المخطط جذب الأموال من مؤسسات الدولة لتطوير الأعمال المبتكرة (SC "Rosnanotech"). التأثير المتوقع من عمل المركز هو إنتاج 5-10 دواء محلي مبتكر وتطوير 20 دواء بديل للواردات وإنشاء إنتاجها التجريبي.
3. CJSC "Biocad"(منطقة موسكو) هي شركة بحث وإنتاج تعمل في تطوير منتجات بيولوجية أصلية وعامة لعلاج أمراض المسالك البولية وأمراض النساء والأورام والأمراض العصبية.
4. مجموعة شركات "Bioprocess"(موسكو) هي شركة بحث وإنتاج تعمل في إنتاج مواد التكنولوجيا الحيوية وأشكال الجرعات النهائية. تعمل الشركة حاليًا في كل من إنتاج الأدوية الجنيسة والتطورات المبتكرة.
وفقًا لمسودة استراتيجية تطوير صناعة الأدوية حتى عام 2020 ، من المخطط إنشاء ما يصل إلى 10 مصانع لإنتاج الأدوية الحيوية عالية التقنية في روسيا في العقد المقبل. تقدر التكلفة الإجمالية للاستثمارات بـ 10.8 مليار روبل.
وهكذا ، فإن التكنولوجيا الحيوية "الحمراء" في روسيا ، على الرغم من التطور الضعيف الحالي ، لديها القدرة على النمو - سواء من خلال إطلاق إنتاج الأدوية الحيوية لاستبدال الواردات ، أو من خلال تنفيذ إمكاناتها العلمية الخاصة في هذا المجال.
التكنولوجيا الحيوية "البيضاء"
التكنولوجيا الحيوية البيضاءيغطي نطاق التقنيات الحيوية في الصناعة الكيميائية. تشمل أهداف التكنولوجيا الحيوية البيضاء الإنتاج الفعال والصديق للبيئة لمواد مثل الكحول والفيتامينات والأحماض الأمينية والمضادات الحيوية والإنزيمات.
يمكن تقسيم منتجات التكنولوجيا الحيوية البيضاء إلى منتجات بيوكيميائية ، ووقود حيوي ومنتجات التكنولوجيا الحيوية الغذائية.
لم تنتشر بعد التقنيات الحيوية في الكيمياء والبتروكيماويات في العالم. على سبيل المثال ، حصة المنتجات الرئيسية للكيمياء - البوليمرات التي تم الحصول عليها بمساعدة التقنيات الحيوية ، لا تزيد حاليًا عن 0.1% من الناحية الفيزيائية للإنتاج الكلي للبوليمرات في العالم. ومع ذلك ، فإن الدول الغربية والآسيوية تجري بنشاط البحث العلمي في هذا المجال ، وبناء نماذج تجريبية للمنشآت باستخدام التكنولوجيا الحيوية. في روسيا ، في الوقت الحالي ، لا توجد فعليًا عينات صناعية لأمثلة على استخدام التكنولوجيا الحيوية في الصناعة الكيميائية ، ولكن في الوقت نفسه ، القاعدة العلمية الروسية في بعض مجالات الكيمياء الواعدة (على سبيل المثال ، إنتاج البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي ) يجعل من الممكن ، في حالة توفر التمويل المناسب ، إنشاء إنتاج واسع النطاق للمواد اللازمة.
صناعة التحلل المائي هي أيضًا اتجاه واعد. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تمت تلبية الطلب المحلي بالكامل للعديد من المكونات الكيميائية الأولية (فورفورال ، وحمض ليفولينيك ، وما إلى ذلك) المستخدمة في إنتاج منتجات ذات قيمة مضافة عالية. في الوقت الحالي ، هناك وضع عالمي موات لإحياء صناعة التحلل المائي في روسيا ، مع الأخذ في الاعتبار بالفعل أحدث التقنيات الحيوية المتاحة.
إن إنتاج الوقود الحيوي ، الذي ينمو بوتيرة عالية جدًا في جميع أنحاء العالم بفضل سياسة ضمان الاستقلال عن إمدادات الطاقة الخارجية والمسؤولية البيئية ، التي تنفذها العديد من البلدان ، لا يتم تنفيذه على نطاق صناعي في روسيا. هناك مشروع إنتاج واسع النطاق لمعالجة الكتلة الحيوية لإنتاج الوقود الحيوي ، والذي من المخطط تنفيذه في منطقة تيومين OJSC "Corporation of Biotechnology" ، التي أنشأتها شركة "Russian Technologies" الحكومية. ومع ذلك ، بدون تدابير الدعم الحكومي ، مع تقنيات الإنتاج الحالية وأسعار الوقود التقليدي ، فإن هذا العمل غير مربح.
في الوقت نفسه ، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية ، يتضاعف حجم الاستثمارات في البحث والأعمال في مجال مصادر الطاقة المتجددة ، بما في ذلك الطاقة الحيوية ، كل عامين. يتيح لنا تخصيص موارد كبيرة للبحث في إنتاج الجيل الثاني من الوقود الحيوي ، الذي يتم الحصول عليه من مواد خام غير مناسبة للغذاء ، أن نتوقع حدوث تغيير مبكر في التقنيات التي من شأنها أن تعطي دفعة للتطوير "المستقل" للطاقة الحيوية. في هذا الصدد ، هناك خطر أنه بدون تنفيذ التطورات الخاصة بها في هذا المجال ، قد تفوت روسيا موجة التغييرات في تقنيات إنتاج الوقود الحيوي ، والتي ستؤدي إلى انخفاض في الطلب العالمي على النفط والمنتجات البترولية - التصدير التقليدي سلع الاقتصاد الروسي.
تنتمي منتجات التكنولوجيا الحيوية للأغذية بشكل أساسي إلى فئة المضافات الغذائية ، وهي وسائل تكنولوجية مساعدة تشارك في إنتاج الغذاء وإثراء الغذاء ، وتشمل أيضًا المضافات النشطة بيولوجيًا (BAA). أحد الاتجاهات الرئيسية في تطوير التكنولوجيا الحيوية الغذائية هو إنتاج الإنزيمات.
تُستخدم الإنزيمات في جميع القطاعات الفرعية تقريبًا لصناعة المواد الغذائية - اللحوم والحلويات والمخابز والزيت والدهون والحليب الرائب والتخمير والكحول والنشا. لا يمكن الحصول على الإنزيمات إلا من خلال طرق التكنولوجيا الحيوية. يبلغ حجم إنتاج الإنزيم في روسيا اليوم حوالي 15٪ من مستوى عام 1990. لا تتجاوز حصة الشركات المصنعة الروسية في سوق الإنزيمات 20٪. في الوقت نفسه ، لا يزال السوق المحلي غير مشبع - احتياجات صناعة الأغذية الروسية في مستحضرات الإنزيم أعلى بكثير من العرض الحالي. تستخدم الإنزيمات المحلية بشكل رئيسي في إنتاج الأعلاف ، ويفضل مصنعو المواد الغذائية المنتجات المستوردة. الشركات الرئيسية لصناعة الإنزيم هي OAO "Vostok" (منطقة كيروف) ، OOO PO "Sibbiopharm" (منطقة نوفوسيبيرسك) ، OAO "مصنع منفحة موسكو" (موسكو). تتميز العديد من الشركات في الصناعة بالإهلاك العالي للأصول الثابتة واستخدام التقنيات القديمة.
على العكس من ذلك ، فإن مواقف المكملات الغذائية الروسية الصنع في السوق قوية جدًا - اليوم تم تسجيل حوالي 8000 نوع من المكملات الغذائية في روسيا ، منها 60٪ على الأقل- الأدوية المحلية. وفقًا لـ Pharmexport ، تعمل حوالي 900 شركة في روسيا في إنتاج المكملات الغذائية. أكبر الشركات المصنعة في هذه الصناعة هي Evalar CJSC (إقليم Altai) و Diod OJSC (موسكو) و Fora-Pharm LLC (موسكو). ومع ذلك ، تعمل معظم الشركات في قطاع السعر المنخفض ، ولا تمثل المنتجات المحلية أكثر من 30٪ من السوق من حيث القيمة.
التقنيات الحيوية "الخضراء"
التكنولوجيا الحيوية الخضراءتستخدم في تربية النباتات الحديثة. بمساعدة طرق التكنولوجيا الحيوية ، يتم تطوير تدابير مضادة فعالة ضد الحشرات والفطريات والفيروسات ومبيدات الأعشاب. الهندسة الوراثية لها أهمية خاصة في مجال التكنولوجيا الحيوية الخضراء.
زراعة المحاصيل المعدلة وراثيا في روسيا لا يحظرها القانون. في الوقت نفسه ، وفقًا للمادة 50 من القانون الاتحادي رقم 7-FZ المؤرخ 10 يناير 2002 "بشأن حماية البيئة" ، يُحظر إنتاج وتربية واستخدام النباتات والحيوانات والكائنات الأخرى المصطنعة دون الحصول على نتيجة إيجابية الاستنتاج من خبرة الدولة البيئية. لم يتم اعتماد القوانين الفرعية التي تنظم قضايا إجراء الخبرة البيئية للدولة للمحاصيل المعدلة وراثيًا ، وبالتالي ، لا يتم تنفيذها في الممارسة العملية. وهكذا ، في الوقت الحاضر ، زراعة المحاصيل المعدلة وراثيا على نطاق صناعي في أراضي الاتحاد الروسي لم تجر.
حيث التشريع الروسيفي مجال إنتاج وبيع المنتجات الغذائية التي تحتوي على كائنات معدلة وراثيًا قريبة من المعايير الأوروبية: يتم التعرف على المنتجات الغذائية التي تم الحصول عليها من الكائنات المعدلة وراثيًا والتي خضعت لتقييم طبي وبيولوجي ولا تختلف في خصائصها المدروسة عن نظيراتها التقليدية على أنها آمنة لصحة الإنسان ، ويسمح ببيعها للجمهور واستخدامها في صناعة المواد الغذائية دون قيود. في الوقت الحاضر ، اجتاز الاتحاد الروسي دورة كاملة لجميع الدراسات اللازمة وتمت الموافقة على استخدامها في التغذية. 15 سلالة من المحاصيل المعدلة وراثيا: 8 خطوط ذرة ، 3 خطوط فول الصويا ، 2 أصناف بطاطس ، 1 خط بنجر السكر ، 1 خط أرز.
ونتيجة لذلك ، فإن الممارسة الحالية لتنظيم زراعة ومعالجة المحاصيل المعدلة وراثيا تخلق مزايا غير تنافسية لاستيراد المنتجات الزراعية وتعيق تطوير التكنولوجيا الحيوية "الخضراء" والزراعة في الاتحاد الروسي.
أعلن حاليا المشروع الوحيد المتعلق بتطوير الغابات المحورة جينيا: تخطط الشركة الروسية السويدية Baikal-Nordik LLC في جمهورية بورياتيا لتنفيذ مشروع بقيمة 1.5 مليار روبل بحلول عام 2012. "المعالجة المتكاملة للأخشاب وإنشاء البنية التحتية لمرفق معالجة الأخشاب". يتضمن المشروع إنشاء مشتل للغابات بأنواع معدلة وراثيًا.
التقنيات الحيوية "الرمادية"
التكنولوجيا الحيوية الرماديةتستخدم في مجال حماية البيئة. تُستخدم طرق التكنولوجيا الحيوية في تعقيم التربة ومعالجة مياه الصرف الصحي وهواء العادم والغازات ومعالجة النفايات.
في روسيا ، يتم تقليل استخدام الهياكل الحيوية لتنظيف التربة والمياه من التلوث في معظم الحالات إلى القضاء على الانسكابات العرضية للنفط والمنتجات النفطية. من أجل المعالجة الحيوية للمسطحات المائية والتربة الملوثة بالنفط ومنتجات النفط ، يتم استخدام عدة عشرات من المستحضرات التي تم تطويرها في روسيا وجمهوريات الاتحاد السوفياتي السابقة.
الأكثر شهرة في روسيا هي Putidoil و Oleovorin و Naftoks و Uni-rem و Roder و Tsentrin و Pseudomin و Destroyl و Mikromycet و Leader و Valentis و "Devoroil" و "Rodobel" و "Rodobel-T" و "Econadin" و "Desna "،" اتحاد الكائنات الدقيقة "و" سيمبينال ". في الأساس ، تختلف المستحضرات عن بعضها البعض في سلالات الكائنات الحية الدقيقة المؤكسدة للهيدروكربون المستخدمة للحصول عليها.
تم السماح بالاستخدام الرسمي لبعض مواد البناء الحيوي مرة أخرى في التسعينيات. سمحت العديد من أكبر شركات النفط والغاز في روسيا (مثل غازبروم وترانسنيفت) رسميًا باستخدام بعض الأدوية في تعليمات الاستجابة للطوارئ (مثل Devoroil و Putidoil و Oleovorin).
وهكذا يمكننا أن نقول ذلك في روسيا هناك تطورات علميةفي مجال المعالجة الحيوية للتلوث النفطي ، إلا أن القاعدة العلمية لإنشاء سلالات مدمرة للنفايات من الصناعات الكيماوية والبتروكيماوية غير متطورة إلى حد ما. لا توجد تقنيات صناعية لاستخدام مواد البناء الحيوية للتحلل البيولوجي للمواد السامة الموجودة في المناظر الطبيعية ، أماكن التلوث التكنولوجي.
خاتمة
سيزداد حجم إنتاج منتجات التكنولوجيا الحيوية في روسيا بحلول عام 2020 ، وفقًا لبرنامج BIO-2020 الذي طورته وزارة التنمية الاقتصادية ، إلى 800 مليار روبل مقارنة بـ 24 مليار روبل في عام 2010 ، نائب مدير إدارة التنمية المبتكرة في وقالت وزارة التنمية الاقتصادية غريغوري سينتشينيا يوم الخميس. ووفقا له ، فإن حجم إنتاج التكنولوجيا الحيوية في عام 2015 سيرتفع إلى 200 مليار. في الوقت نفسه ، سيزداد حجم استهلاك هذه المنتجات في روسيا ، من 210 مليار روبل في عام 2010 ، في عام 2015 إلى 400 مليار روبل ، وفي عام 2020 - ما يصل إلى تريليون روبل. وعليه ، فإن حصة واردات منتجات التكنولوجيا الحيوية من 80٪ في عام 2010 ستنخفض إلى 40٪ في عام 2020 ، بينما ستزيد حصة الصادرات من أقل من 1٪ إلى 25٪ خلال نفس الفترة. وقال سينتشينيا: "يتم الآن تنسيق مسودة البرنامج مع الإدارات الفيدرالية ، لكن نصه موجود بالفعل ، وتم تحديد المبادئ التوجيهية الرئيسية". وأشار إلى أن الهدف من برنامج تطوير التقنيات الحيوية في الاتحاد الروسي حتى عام 2020 هو جعل البلاد في موقع ريادي في العالم في هذا المجال. سيجمع هذا البرنامج جميع الأنشطة في الدولة المتعلقة بالتكنولوجيا الحيوية. وقال إنه يفرض متطلبات معينة على تشكيل برامج الدولة اللاحقة التي سيتم تطويرها من قبل السلطات الاتحادية. وأشار سينتشينيا أيضًا إلى أن البرنامج يخطط لعدد من أدوات الدعم ، بما في ذلك تحفيز إنشاء مجموعات التكنولوجيا الحيوية في مناطق روسيا. 4
فهرس
http://cbio.ru/page/44/id/1170/
http://www.nbtc.ru/articles/38-chto-takoe-biotexnologii
http://www.cleandex.ru/articles/2010/04/27/biotechnology_market_in_russia
http://rosbiotech.com/news/view.php؟ID=45
