Biotech

Биотехноло́гия (от гр. βίος — «жизнь», τέχνη — «искусство, мастерство, способность», λόγος — «слово, смысл, мысль, понятие») — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

История биотехнологии

Люди используют биологические процессы для улучшения качества своей жизни уже около 10 000 лет, начиная с первых сельскохозяйственных сообществ . Примерно 6000 лет назад люди начали использовать биологические процессы микроорганизмов для производства хлеба, алкогольных напитков и сыра, а также для сохранения молочных продуктов. Но такие процессы — это не то, что сегодня подразумевают под биотехнологией — этот термин впервые широко применялся к молекулярным и клеточным технологиям, которые начали появляться в 1960-х и 1970-х годах. В середине-конце 1970-х годов начала формироваться молодая «биотехнологическая» отрасль под руководствомGenentech , фармацевтическая компания, основанная в 1976 году Робертом А. Суонсоном и Гербертом В. Бойером для коммерциализациитехнология рекомбинантной ДНК, разработанная Бойером, Полом Бергом и Стэнли Н. Коэном. Первые компании, такие как Genentech, Amgen, Biogen, Cetus и Genex, начинали с производства генно-инженерных веществ в первую очередь для медицинских и экологических целей.

Более десяти лет в биотехнологической отрасли доминировали технология рекомбинантной ДНК , или генная инженерия . Этот метод состоит из сплайсинга гена полезного белка (часто белка человека) впродуцирующие клетки, такие как дрожжи, бактерии или клетки млекопитающих в культуре, которые затем начинают производить белок в больших количествах. В процессе встраивания гена в производственную клетку создается новый организм. Сначала биотехнологические инвесторы и исследователи не были уверены в том, разрешат ли суды приобретать патенты на организмы; в конце концов, патенты на новые организмы, случайно обнаруженные и идентифицированные в природе, не допускались. Но в 1980 г.Верховный суд США по делуДаймонд против Чакрабарти разрешил этот вопрос, постановив, что «живой созданный человеком микроорганизм является патентоспособным объектом». Это решение породило волну новых биотехнологических фирм и первый инвестиционный бум зарождающейся отрасли. В 1982 году рекомбинантныйинсулин стал первым продуктом, созданным с помощью генной инженерии, получившим одобрение в США.Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). С тех пор по всему миру поступили в продажу десятки генно-инженерных белковых препаратов, в том числе рекомбинантные версии гормона роста , факторы свертывания крови, белки для стимуляции выработки эритроцитов и лейкоцитов, интерфероны и агенты, растворяющие сгустки.

Подходы и инструменты

В первые годы основным достижением биотехнологии была способность производить встречающиеся в природе терапевтические молекулы в больших количествах, чем можно было бы получить из обычных источников, таких как плазма , органы животных и человеческие трупы. Рекомбинантные белки также с меньшей вероятностью загрязняются патогенами или вызывают аллергические реакции. Сегодня исследователи в области биотехнологии стремятся обнаружить коренные молекулярные причины болезней и вмешиваться именно на этом уровне. Иногда это означает производство терапевтических белков, которые увеличивают собственные запасы организма или восполняют генетические недостатки, как в первом поколении биотехнологических препаратов. (Генная терапия — введение генов, кодирующих необходимый белок, в тело или клетки пациента — является родственным подходом.)

Биотехнологическая промышленность также расширила свои исследования в области разработки традиционных фармацевтических препаратов и моноклональных антител , которые останавливают развитие болезни. Успешное производство моноклональных антител было одним из наиболее важных методов биотехнологии, появившихся в последней четверти 20-го века. Специфичность моноклональных антител и их доступность в большом количестве позволили разработать чувствительные тесты для огромного круга биологически важных веществ и отличать клетки друг от друга, идентифицируя ранее неизвестные маркерные молекулы на их поверхности. Такие успехи стали возможными благодаря изучению генов ( геномики ), белков, которые они кодируют.(протеомика) и более крупные биологические пути, в которых они действуют.

Применение биотехнологии

Биотехнология имеет множество применений, особенно в медицине и сельском хозяйстве . Примеры включают использование биотехнологии для слияния биологической информации с компьютерной технологией ( биоинформатика ), исследование использования микроскопического оборудования, которое может проникать в организм человека ( нанотехнология ), и, возможно, применение методов исследования и клонирования стволовых клеток для замены мертвых или дефектных клеток и тканей ( регенеративная медицина ). Компании и академические лаборатории объединяют эти разрозненныетехнологии в попытке анализировать молекулы снизу вверх, а также синтезировать вверх от молекулярной биологии к химическим путям, тканям и органам.

Помимо использования в здравоохранении, биотехнология оказалась полезной для усовершенствования промышленных процессов за счет открытия и производства биологических ферментов , запускающих химические реакции ( катализаторы ); для очистки окружающей среды с помощью ферментов, которые переваривают загрязняющие вещества в безвредные химические вещества, а затем умирают после употребления доступного «пищевого запаса»; и в сельскохозяйственном производстве с помощью генной инженерии.

Сельскохозяйственные применения биотехнологии оказались наиболее спорными. Некоторые активисты и группы потребителей призвали к запретугенетически модифицированных организмов (ГМО) или для законов о маркировке, чтобы информировать потребителей о растущем присутствии ГМО в продуктах питания . В Соединенных Штатах внедрение ГМО в сельское хозяйство началось в 1993 году, когда Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило бычий соматотропин (БСТ), гормон роста , который повышает производство молока у молочных коров. В следующем году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило первый генетически модифицированный цельный продукт — помидоры, предназначенные для более длительного хранения. С тех пор одобрение регулирующих органов в США, Европе и других странах получили десятки сельскохозяйственных ГМО, включая культуры, производящие собственные пестициды, и культуры, выдерживающие применение специальных гербицидов, используемых для уничтожения сорняков.

Исследования, проведенные ООН , Национальной академией наук США, Европейским союзом , Американской медицинской ассоциацией , регулирующими органами США и другими организациями, показали, что продукты, содержащие ГМО, безопасны, но скептики утверждают, что еще слишком рано судить о длительном сроке службы. -срок здоровья и экологические последствия таких культур. В конце 20-го и начале 21-го веков площадь земель, засеянных генетически модифицированными культурами, резко увеличилась: с 1,7 миллиона гектаров (4,2 миллиона акров) в 1996 году до 180 миллионов гектаров (445 миллионов акров) к 2014 году. К 2014–2015 годам около 90 процентов кукурузы, хлопка и соевых бобов, выращенных в Соединенных Штатах, были генетически модифицированы. Большинство генетически модифицированных культур были выращены в Америке.

В целом доходы биотехнологической промышленности США и Европы примерно удвоились за пятилетний период с 1996 по 2000 год. Быстрый рост продолжался и в 21 веке, чему способствовало внедрение новых продуктов, особенно в сфере здравоохранения. К 2020 году размер мирового рынка биотехнологий оценивался в 752,88 миллиарда долларов, при этом новые возможности для роста появляются , в частности, благодаря усилиям правительства и отрасли по ускорению процессов разработки лекарств и одобрения продуктов.