Министерство  образования Российской Федерации

 Череповецкий  государственный университет

 Инженерно-экономический  институт. 
 

 Кафедра: ресурсосберегающих и химических технологий.

 Специальность: энэрго- и ресурсосберегающие процессы в химической       

    технологии, нефтехимии и биотехнологии. 

 Реферат 
 

 Тема: Роль биотехнологий в современной  жизни 
 

                                                                     Выполнила: студентка 5ЭТЭ-110 Силина В.С.

                                       Проверила: Кудрявцева Л. Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Череповец 2011 г.

Введение

      Существенное  значение в рамках"biopolicy"  последние десятилетия приобрела биотехнология, одна из составных частей так называемого шестого экономического уклада, включающего в себя также  системы искусственного интеллекта, глобальные информационные сети и сверхскоростные транспортные средства. Шестой уклад характерен для постиндустриального общества, в которое ныне вступают развитые страны Запада. Биотехнология находится в сфере интересов как ряда биополитиков, так и бизнесменов, политических деятелей, ученых различных специальностей. Сенсации в биотехнологической области вызывают значительный общественный резонанс и широко обсуждаются в средствах массовой информации. Биотехнология официально признана ООН в качестве технологии XXI века.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основная  часть

      Что такое биотехнология. Биотехнология может быть определена как промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами, т.е. как применение микробных, животных или растительных клеток или ферментов для производства, расщепления или преобразования материалов (Егоров и др., 1987)99. Однако приведенное определение и подобные ему не раскрывают в достаточной мере специфики именно современной биотехнологии. Клетки микроорганизмов фактически применялись человеком в хлебопечении, сыроделии, пивоварении, виноделии уже с глубокой древности (шумеры производили пиво около 6 тыс. лет тому назад).  

Представляется, что суть сегодняшней биотехнологии  трудно охватить компактным определением. Биотехнология включает в себя целый комплекс новых методов работы с живыми организмами (в первую очередь одноклеточными), новые области применения результатов этой работы, а также новые философско-методологические подходы к живому (часто говорят, что биотехнология создала новую "идеологию"). Следует отметить также необычную организационную структуру сообщества биотехнологов.

К числу наиболее существенных новаторских методов  современной биотехнологии следует отнести:  

1. Генетическую  инженерию  прицельное  изменение генов организма путем  манипуляций с его ДНК;  
2. Инженерную энзимологию – зменение свойств  ферментов с целью их применения 

в пищевой, лекарственной или  химической индустрии. Например, с помощью фермента глюкозизомеразы предполагается превращать в промышленном масштабе глюкозу во фруктозу (которую могут употреблять диабетики). Один из важнейших подходов - иммобилизация ферментов или содержащих их клеток -- закрепление на целлюлозе, коллагене, гелеобразующих материалах или иных носителях. В ряде случаев ферменты функционируют в иммобилизованном виде лучше, дольше, стаблиьнее или просто по-иному (давая измененные продукты), чем в свободном виде  

3. Культивирование растительных или животных клеток вне соответствующих организмов - на питательных средах (так, как традиционно выращивают бактерии). Это необходимо для массового производства ценных продуктов (например, лекарственных гликозидов женьшеня в культиваторе с клетками этого растения). Из культивируемых растительных клеток можно получить целые растения, совершенно идентичные по наследственным признакам (клоны). Несколько курьезным примером служит заявленный несколько лет назад в США проект по выращиванию рождественских елочек на продажу из клонов, полученных в чашках Петри (стеклянной посуде для культивирования одноклеточных)  
4. Промышленное  производство биологических продуктов  в крупных масштабах (например, бактериальных кормовых препаратов  для животноводства) или, наоборот, в мизерных, но все равно насыщающих мировой рынок количествах (дорогостоящие лекарства, производимые в граммовых или даже миллиграммовых количествах); разработка биотехнологических индустриальных аппаратов (ферментеров, биореакторов) и производственных процессов * Выделение, очистка, химическая модификация и стабилизация биотехнологических продуктов с применением современных методов (ионообменная, аффинная и гель-хроматография, электрофорез, изоэлектрическая фокусировка, изотахофорез, иммуннохимические методы и др.)  
5. Экосистемную  биотехнологию (экоинженерию)

      Методы биотехнологии  применяют в следующих областях:  

1. Сельское хозяйство. 

Речь идет о биотехнологических средствах защиты растений, заменяющих  пестициды, 

например, о применении естественных врагов насекомых -вредителей или сорняков; о выращивании устойчивых к патогенам или свободных от них (в частности, безвирусных) растений; о создании новых пород животных методами генетической инженерии  о микробной биомассе и других кормовых добавках для животных; о новых средствах профилактики (например, генноинженерные вакцины) и лечения болезней сельскохозяйственных животных.  

2. Медицина.

Биотехнология  предлагает новые антибиотики,  вакцины, лечебные сыворотки на  базе моноклональных антител, гормоны и факторы крови, синтезируемые в микробных культурах с использованием методов генетической инженерии, а также многое другое.  

3. Пищевая промышленность.

 заменители сахара, ароматические  и вкусовые добавки, полученные  не химическим синтезом, а с применением микроорганизмов или культивируемых растительных клеток; пищевые ферменты; стабилизаторы - вещества, продлевающие срок хранения продуктов.

4. Энергетика - производство возобновляемых видов  топлива 
5. Горнодобывающая промышленность (биогеотехнология)

Выщелачивание металлов из руд с помощью микроорганизмов; микробное разделение водно-нефтяных эмульсий; извлечение остаточной нефти из скважин путем закачивания в них вязких растворов микробных биополимеров.  

6. Охрана природы

Например, устранение биологическими  средствами последствий 

антропогенного  воздействия на природу (bioremediation); биодеградация 

экологически опасных  веществ 

Поддержка развития биотехнологии, в том числе и  политическими средствами, является задачей ряда влиятельных международных организаций, среди которых отметим Европейскую федерацию по биотехнологии (European Federation of Biotechnology). Она преследует следующие цели:  

1. Развитие биотехнологии  на благо всего населения;  
2. Содействие  распространению информации и  кооперации во всех областях  биотехнологии  
3. Предоставление  правительственным и наднациональным  (международным) организациям информации  по биотехнологии и экспертных  оценок по этой тематике;  
4. Проведение мероприятий по ознакомлению широкой общественности с проблемами биотехнологии.  

      Как уже отмечалось, биотехнология находится в сфере  интересов биополитиков. Мы рассмотрим три основных "ипостаси", в которых  биотехнология выступает на биополитической арене. Во-первых, биотехнология способствует охране биоса, преодолению энергетического кризиса и реализации других граней biopolicy. Во-вторых, биотехнология влияет на философско-этический базис биополитики. В-третьих, наконец, организационная структура международного сообщества биотехнологов такова, что в ней вполне уместно применять биополитически обоснованные социальные технологии типа социальных сетей.  

      Биотехнология и проблемы. Биотехнологические разработки, направленные на ликвидацию поллютантов - пестицидов, отходов химических производств -- могут быть проиллюстрированы на примере обевреживания отравляющего вещества иприта ("горчичного газа"). Этот отход химических предприятий загрязняет почву и водоемы100. Проблему предполагают решать, разлагая иприт с помощью выделенных из почвы штаммов бактерий Pseudomonas sp. 8-2 и Micrococcus sp. 6-2. Другой пример biopolicy на биотехнологической базе - ликвидация радиоактивных отходов. Так, ионнообменные смолы, с помощью которых очищают радиоактивную воду в ядерных реакторах и которые сами приобретают радиоактивность, могут быть ликвидированы путем их микробного расщепления. Бактерия Thiobacillus ferooxidans эффективно расщепляет, например, ионнообменную смолу катионит КУ-2-8101. 

      Остановимся на вкладе биотехнологии в ликвидацию накапливающихся в почвах и водоемах пестицидов. В последние десятилетия в распоряжении биотехнологов есть штаммы микроорганизмов, способные их обезвреживать. Еще в 80-е годы методами генетической инженерии создан штамм Pseudomonas ceparia, разрушающий пестицид 2,4,5-трихлорфеноксиацетат. Выше кратко отмечено, что биотехнология предлагает и разработки, позволяющие в ряде случаев обойтись без пестицидов и других продуктов химической индустрии или по крайней мере снизить их необходимое количество.  

Во-первых, применение ядохимикатов становится излишним, если на полях растут устойчивые к насекомым, нематодам, другим патогенам растения - продукты генноинженерных разработок. Такие растения, например, хлопок, которому не страшны насекомые-вредители, занимают все большие посевные площади в мире. Широко используются в сельском хозяйстве, правда, и растения, устойчивые к самим пестицидам, в частности, такими свойствами обладают более 40% рапса, выращиваемого в Канаде. Понятно, что пестицид-устойчивые растения скорее ухудшают, чем улучшают экологическую обстановку, ибо подстегивают земледельцев безнаказанно (с точки зрения возделываемой ими культуры) увеличивать вносимые в почву количества ядохимикатов. Так мы сталкиваемся с биотехнологической разработкой, чье биополитическое значение может оказаться негативным. Распространение генноинженерных растений вызывает также ряд биополитических вопросов, адресованных генетической инженерии в целом

Во-вторых, средства защиты растений, а также  удобрения, могут быть получены не химическим синтезом, а биотехнологическим путем. Так, многие виды насекомых восприимчивы к заболеванию, вызываемому грибом Beauveria bussiana. Препарат боверин из высушенных конидий гриба способен вызывать болезнь в течение года после обработки почвы или растений. К биотехнологическим средствам защиты растений относят и естественные информационные вещества насекомых, например, антиовипозитанты, воспринимаемые насекомыми как категорический приказ: "Здесь откладывать яйца нельзя!". Нарастает перечень биотехнологических препаратов, которые могут использоваться для защиты растений от патогенных микроорганизмов. Помимо готовых биотехнологических препаратов, речь в последние годы идет также о методе смешанного культивирования нескольких видов растений. Один из видов выделяет вещества, подавляющие развитие вредителей, к которым был бы беззащитен другой вид культурных растений. Так, перец вырабатывает защитное вещество (фитоалексин), помогающее предохранить картофель и другие виды сельскохозяйственных культур от заражения грибом фитофтора (Остроумов, 1986).  

      На стыке чисто  практических разработок (в рамках biopolicy) и философски-ценностных идей находится разработанная в биотехнологии  концепция интегральных систем экологической защиты. В противоположность распространенному мнению, что насекомых, сорняки и др. следует "уничтожать без жалости", данная концепция планирует отказ от тактики тотального уничтожения вредителей пестицидами в пользу балансировки и ограничения их численности мягкими биотехнологическими методами (включая, в случае насекомых, упомянутые анитовипозитанты и иные молекулы-сигналы). Концепция интегральных систем экологической защиты предполагает осознание того, что и в масштабах локальной экосистемы, и в рамках планетарного биоса "вредные" с человеческой точки зрения организмы, тем не менее являются неотъемлемой частью био-разнообразия, представляют абсолютную ценность, как и предполагает философская биоцентрическая установка Мы еще вернемся к философским граням биотехнологии. 

К сожалению, биотехнология  не всегда помогает решать проблемы biopolicy.  В некоторых случаях она сама создает их. Выброшенные в атмосферу  клетки микроорганизмов угрожают вспышкой бронхиальной астмы и других аллергических  заболеваний. В 80-е годы ХХ века вызвало политический резонанс загрязнение атмосферы дрожжевой биомассой в виде аэрозоля на биотехнологическом предприятии в г. Кириши (СССР), пока на нем и на ряде других предприятий по производству кормового белка одноклеточных организмов не установили эффективные пылеуловители и, более того, не добились внедрения бессточной технологии (замкнутого цикла с рециркуляцией отходов, см. ниже об экосистемной биотехнологии)102.  

      В современную  эпоху человечеству грозит продовольственный и энергетический кризис, которые тесно связаны с ростом населения и усугубляют разделение мира на "богатых" ("золотой миллиард") и "бедных". Глобальный дефицит продовольствия и энергоносителей являются проблемами с биополитическим звучанием, и биотехнология может приложить руку к их решению.  

      Потенциальная роль биотехнологии в борьбе с  продовольственным кризисом - в разработке рецептов нетрадиционной (для современной  культуры хотдогов и попкорна) и  недорогой пищи. Достаточно указать  на биотехнологию выращивания цианобактерии Spirulina, чья биомасса съедобна и предупреждает рахит у младенцев. Spirulina служила повседневной пищей для племен в районе озера Чад в Африке и для центральноамериканских индейцев, делавших из нее лепешки. Некоторые разработки основаны на применении биомассы экзотических грибов - вешенки, шиитаке (традиционная пища японцев), фузариума. Биотехнологи стран Запада опираются в своих разработках на традиции, тысячелетиями существовавшие на Востоке. Упомянем также биотехнологические разработки по производству миса и кодзи (японских продуктов питания, получаемых путем ферментации риса и сои), суфу (китайского сыра из сои) и вьетнамского рыбного соуса. "Накормить планету" пытаются также с использованием бактериальной биомассы. По мнению специалистов, бактериальная биомасса имеет свойства, которыми должна обладать новая человеческая пища: не имеет ни запаха, ни цвета, ни структуры, ни вкуса, так что вся надежда на вкусовые, ароматические и структурирующие добавки, которые могут быть созданы также средствами биотехнологии.

      Достаточно велики перспективы биотехнологии в  плане разработки возобновляемых источников энергии - различных видов так  называемого биотоплива. Соответствующая  область биотехнологии получила название технологической биоэнергетики. Использование биотехнологических продуктов в роли возобновляемого топлива будет способствовать разработке безотходных циклических производственных процессов. Ниже указаны наиболее важные из процессов получения био-топлива:  

1. Производство этанола (этилового, или винного спирта) из сырья, содержащего сахарозу, глюкозу, фруктозу, другие моно- или олигосахариды, крахмал или целлюлозу, с помощью дрожжей или бактерий.. В настоящее время этанол все в большей мере применяется в качестве экологически чистого моторного топлива. Бензин с добавкой 10-20% этанола называется газохолом.  
2. Производство  бутанола и ацетона с использованием  бактерий-бродильщиков рода Clostridia.  
3. Производство  водорода. Данная технология была  испытана пока только в масштабе лаборатории.  
4. Производство метана, или биогаза, осуществляемое смешанной 

микробной культурой - так называемой метаногенной ассоциацией. 

Она устраняет отходы,угрожающие биосу, и производит  ценное газообразное топливо,  заменитель природного газа. Предложены различные технологические схемы реализации данного процесса - от простой ямы, наполняемой мусором или навозом, до сложных биореакторов, снабженных сенсорами и функционирующих на основе иммобилизованных клеток.

5. Производство  длинноцепочечных углеводородов (бионефти) из биомассы морских одноклеточных водорослей. Эти водоросли могут быть выращены в биореакторе в виде чистой культуры. Их можно также культивировать в составе природных экосистем в озерах, прудах или лагунах  
6. Различные методы производства топлива из растительной биомассы, которые, как можно надеяться, постепенно вытеснят грубый метод сжигания древесины, все еще практикуемый в менее развитых странах. Ценное топливо с высокой удельной теплотой сгорания может производиться из растительных масел посредством их этерификации. Помимо этого, природные растительные масла могут использоваться без дальнейшей обработки в качестве моторного топлива. Например, растение Jatropha curcas, растущее на побережье Индийского океана, содержит значительное количество горючего масла в семенах. Это масло не дорого, легко извлекается из семян и его крупномасштабное применение в качестве карбюраторного масла помогло бы избавить население некоторых регионов от проблем, связанных с энергодефицитом.  
7. Прямое производство  электроэнергии с помощью живых  клеток или их компонентов,  в первую очередь, ферментов.  Ожидается, что эти системы,  называемые биотопливными ячейками, будут сравнимы по эффективности  с полупроводниковыми устройствами.  

Биотехнология и философское содержание биополитики. Биополитика опирается на парадигму натурализма ("человек - часть биоса"), с которой тесно связаны установка на коэволюцию человека с другими формами жизни и биоцентрическое мировоззрение (см. раздел 2). Биотехнология фактически связана с этими философскими сторонами биополитики. Уже в предшествующем подразделе, говоря о роли биотехнологии в конкретных биополитических проблемах (biopolicy), мы видели, что многие биотехнологические разработки весьма нагружены философскими идеями.  

Биотехнология внутренне неоднородна. В ней  заметно влияние механистического (физикалистского, редукционистского) подхода и связанных с ним  исследовательских 

направлений - физико-химической биологии, молекулярной биологии, которые  стремятся "разобрать", анатомировать живые организмы до уровня простейших "кирпичиков" - молекул. Живое рассматривается как средство производства в ряду всех прочих средств; например, при биологической трансформации органических соединений микроорганизмам отводят роль химических реагентов. Оно уподобляется набору деталей, которые можно свободно рекомбинировать ради практических задач, связанных с получением тех или иных продуктов - новых товаров на рынке. Живое редуцируется до физико-химической машины не только концептуально, но и технологически: живые клетки (или их составные части) функционируют как аналоги химических реактивов, датчиков и даже магнитов, ибо одна из разработок посвящена использованию бактерий, несущих в себе частицы намагниченного железа. Напомним в этой связи, что сама тенденция к практическому использованию исследуемых объектов не была чужда классической науке уже на заре ее истории. В отличие от натурфилософии, классическая наука не придерживалась созерцательной установки по отношению к познаваемому, и уже Ф. Бэкон как один из ее основателей подагал, что господство человека над вещами "целиком зависит от искусств и наук".  

      Одним из новых  факторов, способствовавших технократической тенденции в науке ХХ века, было нарастающее проникновение в  науку политических интересов, прямое влияние на нее политических структур (политизация науки в целом и биологии в частности). Биотехнология оказалась с самого начала в зоне "повышенного внимания" политиков, которые вмешиваются в научную деятельность, стимулируя лишь "полезные исследования" (с их точки зрения). Биотехнология связана с рядом важных - во многом биополитических - проблем современности (охрана природы, интимная жизнь, семья)103, и это обусловливает также контакты биотехнологов с неправительственными организациями, в том числе международными (ЮНЕСКО, ЮНЕП, ЮНИДО, ФАО, ВОЗ и т.д.). 

      Биотехнология физико-химического толка делает весьма значительные успехи, они неоспоримы, и если биотехнологические лекарства  облегчили страдания больных, а  биотехнологические пищевые компоненты помогли утолить голод хоть части тех, кто на него обречен - то биотехнология оправдывает себя, даже если опирается на редукционную методологию. Обусловленное реальными успехами и еще большими ожиданиями усиление политического веса биотехнологии укрепляет желание биотехнологов "продолжать в том же духе", в том числе перекраивать наследственность живых существ путем генетических манипуляций.  

      Однако вовлеченность биотехнологии в перипетии социально-политической жизни влияет на нее неоднозначно. Новые политические и этические доктрины современности способствуют зарождению в биотехнологии альтернативных направлений, обогащенных элементами возрожденной натурфилософии. Кроме общей социально-политической ситуации на рубеже веков, к преодолению доминирования редукционизма в биотехнологии в некоторых случаях приводит и внутренняя научная необходимость. Сама логика поведения объекта подсказывает сколь-нибудь наблюдательному ученому, что этот объект бесполезно пытаться понять по аналогии с физико-химической машиной. В разработках по культивированию микроорганизмов в биореакторах, например, ученый просто вынужден считаться с тем, что классические физико-химические модели не годятся для описания динамики роста культуры, накопления ценного для человека продукта. Поэтому в современную биотехнологию внедряют нелинейные модели, представления о сильно неравновесных системах, дающих диссипативные структуры ("порядок из хаоса"). Этому в немалой степени способствуют микробиологи, увлеченные синергетическими подходами, которые они применяют для описания организации микробных колоний. Но и синергетики оказывается недостаточно - живой организм более сложен, чем синергетическая система как таковая (которая может состоять из неживых элементов, например, молекул в системе "химических часов" Жаботинского).  

По этой причине  биотехнологи пытаются применять модели социоморфного104 толка: теория игр, теория принятия решений, а также кибернетические  модели. Развитие микробной популяции, например, уподобляется деятельности предприятия. Ученый практической ориентации, менеджер, а также капиталист-спонсор, совместно реализуя биотехнологическую разработку, уподобляют живые клетки самим себе. Поэтому в биотехнологии применяют "управленческие" подходы типа "регуляторной стратегии поведения". Реакции микроорганизмов представляются как разумная инвестиция клеточных ресурсов в синтез различных ключевых белков, в соответствии с оптимальной регуляторной стратегией. В последние десятилетия в биотехнологии начинают применяться и категории социальной этологии. К одноклеточным биотехнологическим объектам прилагают понятия "агрессии", "кооперации", а процессы в биореакторах описывают как "био-войны" между населяющими их микробными популяциями. Так в биотехнологические разработки проникает многое из того, что описано нами выше в связи с этологическими гранями биополитики. Справедливость требует подчеркнуть, что социоморфный и, в частности, социально-поведенческий, подход пока еще далеки от доминирования в биотехнологии. Эти подходы сами по себе нельзя еще назвать натурфилофскими, хотя они как бы приближают нас к натурфилософии, делая более проницаемым барьер между человеком и обществом, с одной стороны, и популяциями живых клеток в биотехнологическом аппарате - с другой.  

Есть в современной  биотехнологии и разработки, где влияние возрожденной натурфилософии непосредственно ощутимо. Некоторые подобные примеры фактически приведены выше в связи с обсуждением роли биотехнологии в области biopolicy. 

      Восточные технологии. Хотя очень многие биотехнологические разработки следуют традициям западной цивилизации, в целом биотехнология - это не чисто западное порождение, она связана с контактом разных культур. В биотехнологию внедрены (и реально используются в странах Eвропы) восточные, тысячелетиями практиковавшиеся технологии, как например выращивание водорослей в прудах, издавна практиковавшееся в Китае. Другие примеры (мисо, кодзи и др.) приводились выше, в связи с миссией биотехнологии по преодолению глобальной угрозы голода. Хотя подобные разработки переосмысливаются с позиций западной науки, они сохраняют внутреннюю связь с попродившей их культурой, в том числе и с ее натурфилософскими идеями. Важной особенностью многих восточных культур является стремление не покорять природу, а следовать ее внутреннему голосу. И если И.В. Мичурин призывал не ждать милостей от природы, а взять их, то на Востоке традиционно ждали от природы именно благорасположения, воздерживались от насилия по отношению к ней, от интенсификации темпов ее жизни ради собственных интересов. Поэтому столь просты, естественны, экстенсивны (и, что немаловажно, экономичны) многие восточные технологии, например, китайская аквакультура. Если на страницах европейских журналов биотехнологи из утилитарных соображений дискутируют о том, использовать ли живые или мертвые клетки в иммобилизованном виде в качестве биокатализаторов, то восточная натурфилософия и следующие ей технологии учитывают целостность, одушевленность многоуровневой жизни, вплоть до высших (экосистемных) этажей ее интеграции. Разведение водорослей в прудах - это именно экосистемная биотехнолоогия, ибо в пруду имеется экосистема с ассоциацией водорослей как ее компонентом. В целом вклад восточных культур в биотехнологию не является доминирующим, но он вполне реален и во многом определяет так называемую малую, или дешевую, биотехнологию, которую предполагается внедрить как раз в странах Третьего мира. Отметим, что концептуальная гетерогенность современной биотехнологии, преобладание в ней междисциплинарного, проблемного подхода в той или иной мере оборачивается тенденцией к единству различных наук и областей знания (пусть в рамках частного проекта), а единство наук о мире - органическая черта восточной культуры, противостоящая множественности областей знания в европейской классической науке. В связи с ролью контакта культур в биотехнологии симптоматично, что биотехнологические достигли весьма продвинутой стадии в Японии - стране, которой знакома и мудрость Востока, и достижения западной науки. В ряде разработок на передовые позиции в мире выходит Китай.