Расширение масштаба производства в биотехнологии.
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 06.11.2024
Биотехнологии наряду с информационно-коммуникационными и нанотехнологиями – одно из наиболее значимых и быстроразвивающихся научных направлений. У России есть шанс занять достойное место на формирующемся рынке, полагают авторы* доклада «Прогноз научно-технологического развития России: 2030. Биотехнологии»
Наличие серьезных научных заделов и опытных разработок уже в ближайшие годы существенно расширит масштабы использования биотехнологий для массового производства продукции с новыми свойствами, считают авторы прогноза.
Разработка различных видов биотоплива внесет вклад в диверсификацию топливно-энергетического баланса и снижение выбросов парниковых газов.
Клеточные, геномные, постгеномные технологии послужат основой для:
- противодействия распространению различных видов заболеваний человека и животных;
- получения биоматериалов из возобновляемого сырья, предназначенных для замещения традиционных производств (химических, пищевых, целлюлозно-бумажных) и появления новых продуктов с уникальными свойствами;
- восстановления редких и исчезающих видов флоры и фауны.
Рост численности населения планеты, который к 2050 году по оценке ООН превысит 9 млрд человек, откроет новые возможности для экспорта российских сельскохозяйственных биотехнологий и биопродуктов.
В числе перспективных рынков в области биотехнологий:
- промышленные биопродукты;
- биотехнологические продукты сельского хозяйства;
- биотопливо и биоэнергетика;
- пищевые биопродукты;
- биологические системы окружающей среды;
- биотехнологические системы и продукты для лесного сектора;
- аквабиокультура.
От коров до биодизеля
В рамках представленного прогноза подробно рассмотрены наиболее перспективные рынки.
Так, ожидается, что в краткосрочной перспективе развитие биотехнологий резко повысит эффективность сельскохозяйственной отрасли. С применением молекулярных маркеров и генетической инженерии могут быть получены новые сорта растений и породы сельскохозяйственных животных. Сорта и гибриды растений следующего поколения будут характеризоваться высоким содержанием питательных веществ, повышенными продуктивностью, устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям среды. Развитие технологий геномной селекции позволит вывести новые, более качественные породы сельскохозяйственных животных с ускоренным ростом.
Распространение генно-модифицированной продукции вызывает в обществе неоднозначное отношение, в первую очередь, из-за отсутствия объективной информации о ее влиянии на организм человека и окружающую среду и связанных с этим рисках. В то же время развитие данного направления может служить серьезным импульсом к созданию пищевых и технических культур с улучшенными или принципиально новыми свойствами и зачастую с более низкой себестоимостью.
Другая крайне важная область – биоэнергетика. Эффективные технологии получения биотоплива помогут обеспечить экономию запасов ископаемых углеводородов, значительно расширить ресурсную базу экономики и сократить негативное влияние энергетики на климат планеты. К основным направлениям развития биоэнергетических технологий эксперты относят повышение энергетической эффективности биопреобразования углекислого газа в моторное топливо, снижение стоимости биотоплива, расширение сырьевой базы для его получения, повышение качества и экологической чистоты.
Составители доклада особо подчеркивают, что Россия с ее обширными сельхозугодиями и значительными объемами отходов сельского хозяйства, пищевой и лесной промышленности (250 млн тонн концентрированных сельскохозяйственных и 50 млн тонн лесных отходов ежегодно) может стать одним из сильнейших игроков на мировом рынке крупнотоннажной биотехнологической продукции, в том числе биотоплива.
Новым вектором применения биотехнологий может стать получение биоматериалов и продуктов органического синтеза из возобновляемого сырья, что предполагает создание новых штаммов микроорганизмов, осуществляющих эти процессы, а также развитие технологий выработки биосинтетических мономеров и методов их полимеризации. Новые продукты и материалы будут обладать уникальными свойствами и смогут заменить продукцию традиционных химических производств.
Биотехнологические процессы получения рекомбинантных белков промышленного (ферменты, биополимеры и т.п.) и медицинского (вакцины, антитела, ферменты) назначения в растениях и животных – биофабриках – выгодно отличаются по эффективности и себестоимости от известных технологий, основанных на использовании культур клеток микроорганизмов или животных. В качестве наиболее перспективных можно отметить технологии получения рекомбинантных белков в растениях с использованием вирусных систем, а также в молоке трансгенных животных.
Между Европой и Америкой
Несмотря на то, что у России есть перспективы занять достойное место на формирующемся рынке биотехнологий, авторы предостерегают от излишнего оптимизма. Уровень отечественных исследований по большинству радикальных биотехнологических продуктов серьезно уступает мировому, хотя и существует ряд российских разработок, востребованных за рубежом (например, генно-инженерные штаммы – продуценты аминокислот и витаминов).
На сегодняшний день, передовые позиции в разработке инновационных продуктов и услуг занимают США, Европа и Япония. В частности, в США активно развивается область генетической инженерии растений. Исследования, направленные на создание биотехнологических сортов без использования трансгенеза и биотехнологических процессов получения рекомбинантных белков в растениях и животных, развиваются более интенсивно в европейских странах. Биотехнологии производства новых видов моторного топлива являются предметом изучения многих научных организаций, университетов и компаний во всем мире.
Эксперты отметили следующие угрозы для России в сфере биотехнологий:
- низкая продуктивность сельскохозяйственного производства;
- критическое отставание научно-исследовательской и производственно-технологической базы в области биотехнологий;
- низкий спрос на разработки практического назначения;
- недостаточные инвестиции бизнеса в развитие биотехнологических производств;
- высокие барьеры входа на мировой рынок биотехнологической продукции;
- риск превращения страны в сырьевую базу для мировых лидеров рынка биотехнологий.
Возможность распространения инновационных продуктов во многом зависит от уровня научно-технологических заделов, роль которых заметно растет в последние годы. Для реализации описанных выше эффектов развития биотехнологий и занятия значимых ниш на перспективных рынках необходимо существенно увеличить уровень компетенций отечественных разработчиков, который в настоящее время очень неоднороден.
К числу наиболее передовых в РФ областей прикладных исследований эксперты относят:
- высокопроизводительные методы анализа геномов, транскриптомов, протеомов и метаболомов;
- системную и структурную биологию;
- работы по созданию штаммов микроорганизмов и микробных консорциумов для продуцирования симбиотических растительно-микробных сообществ.
* сотрудники Форсайт-центра НИУ ВШЭ Александр Соколов, Анна Гребенюк, Любовь Матич, Александр Чулок, а также декан биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, академик РАН Михаил Кирпичников, директор Института биохимии им. А.Н. Баха РАН, член-корр. РАН Владимир Попов, замдиректора по научной работе Центра биоинженерии РАН Николай Равин, директор Центра биоинженерии РАН, академик РАН и РАСХН Константин Скрябин.
Расширение масштаба производства в биотехнологии.
Любой новый биотехнологический производственный процесс сначала должен быть опробован в масштабе лаборатории. После предварительных исследований на обычном лабораторном оборудовании создают опытную установку. В ней используется относительно небольшой ферментер объемом от 2 до 200 дм3. Ферментер — это резервуар, в котором протекает процесс. Чтобы выход продукции был максимальным, необходимо определить оптимальные физические условия и потребности в питательных веществах.
Когда процесс требуется расширить от опытного производства до полномасштабного, где объемы составляют тысячи дм3, в игру вступают новые факторы. Не исключено, что в некоторых случаях такой переход просто невозможен. Ниже перечислены некоторые из важнейших факторов.
1. Главная проблема — поддержание стерильных условий. Легко загрязнить как то, что вводится в ферментер, так и то, что из него выводится. С опытом инженерные технологии улучшались, и хорошим примером успехов, достигнутых в использовании асептических методов, является производство белка одноклеточных, названного прутином.
2. Самые большие проблемы при переходе от одного масштаба к другому создают физические факторы, такие как смешивание и аэрация среды и зашита от перегревания. Эти проблемы решают инженеры-химики. Некоторые из подобных проблем обсуждаются ниже.
3. Чтобы обеспечить хороший доступ кислорода к культурам, выращиваемым в крупном масштабе, необходимо аэрировать среду, поскольку простого встряхивания, которое используется в лаборатории, недостаточно. Маленькие пузырьки более эффективны, чем большие, поэтому для подачи воздуха используется разбрызгиватель (трубка с маленькими отверстиями). Для повышения турбулентности и эффективности растворения кислорода в воде, в стенки сосуда встраивают отражательные перегородки, благодаря которым увеличивается время прохождения пузырьков воздуха через ферментер.
4. Чтобы уменьшить вспенивание, вызываемое взбалтыванием и аэрацией, необходимо использовать пеногасители.
5. Активная жизнедеятельность микроорганизмов при крупномасштабном производстве сопровождается выделением тепла. Поэтому для охлаждения вокруг ферментера должна циркулировать вода.
6. При крупномасштабном производстве гораздо труднее поддерживать постоянные условия среды, такие как концентрация питательных веществ и кислорода, а также рН. Для мониторинга и контроля необходимы сложные установки. Попытки обойти эти трудности, допустим, путем взбалтывания среды, могут привести к непредвиденным последствиям, например к изменениям в распределении микроорганизмов в культуре. В производстве прутина первоначальный выход продукта был значительно ниже, чем предсказывали на основании экспериментов, проведенных в лабораторных условиях и на опытной установке. Оказалось, что это связано с добавлением в ферментер метанола, который являлся для бактерий единственным источником углерода и энергии. Поскольку метанол добавляли в ферментер в одном определенном месте, циркулирующие бактерии последовательно проходили через стадии «пиршества и голода», так как один оборот они совершали за несколько минут. Когда метанол стали добавлять в разных местах ферментера, продукция выросла до ожидаемого уровня.
7. Микроорганизмы способны изменять свой метаболизм в зависимости от окружающих условий, а в больших масштабах гораздо труднее точно контролировать условия. Любые незначительные изменения продукта могут оказаться вредными для людей или животных, потребляющих этот продукт.
8. Чем сложнее оборудование и процедуры, тем больше вероятность дефектов или аварий, причем их экономические последствия могут быть катастрофическими. Поэтому важно заранее оценить их при принятии решения об экономической обоснованности проекта.
9. При крупномасштабном производстве приходится доставлять, стерилизовать и выбрасывать большие количества воды.
10. Исходные материалы, которые потребляются в больших количествах, должны быть легко доступны, стабильны, удобны для работы и хранения. Химические изменения и микробное загрязнение хранящегося материала должны быть минимальны. Исходные реагенты должны быть дёшевы, так как стоимость — один из важнейших факторов производства.
11. Иногда штаммы микроорганизмов, отобранные для использования в ферментативном процессе, легко ревертируют (за счет мутации) и снова становятся низкопродуктивными штаммами, которые растут гораздо быстрее. При расширении масштабов производства вероятность такого события существенно возрастает.
12. Порошкообразные вещества, используемые в работе в больших количествах, могут быть опасны для здоровья рабочих.
13. Материалы, используемые при конструировании ферментера, должны быть устойчивы к коррозии, чтобы исключить загрязнение следовыми количествами металла. Кроме того, они должны быть нетоксичными для микроорганизмов и устойчивыми к стерилизации паром под высоким давлением.
14. При крупномасштабной ферментации, в особенности когда используются генетически модифицированные организмы, возникают дополнительные опасности. Они обусловлены возможностью более мощного воздействия на людей как куль-тивируемого микроорганизма, так и его биологически активного продукта, по сравнению с масштабом обычной лаборатории.
- Вернуться в оглавление раздела "Биология."
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Крупномасштабное производство микроорганизмов. Скрининг.
В предыдущих разделах вы уже познакомились с некоторыми приемами работы с микроорганизмами и имели возможность испробовать эти приемы на опыте. При переходе от масштаба лаборатории к промышленному масштабу биотехнологи должны решать множество проблем, касающихся в различных отраслей науки, включая биоинженерию, химию и биологию. При принятии решений в сфере промышленного производства бактерий важно учитывать как экономические, социальные, так и этические аспекты. В данном разделе мы коснемся некоторых практических сторон крупномасштабного производства, а в последующих разделах рассмотрим конкретные примеры микробиологического производства и связанные с ним проблемы.
Использование микроорганизмов в промышленном производстве возможно по следующим причинам:
1) микроорганизмы имеют простые питательные потребности;
2) в ферментерах (больших сосудах, в которых растут микроорганизмы) можно очень точно контролировать условия роста;
3) микроорганизмы отличаются высокими скоростями роста;
4) реакции можно проводить при более низких температурах, чем на обычных химических заводах; соответственно уменьшается плата за энергию;
5) микроорганизмы обеспечивают более высокий выход продукта и более высокую его специфичность, чем обычное химическое производство;
6) можно использовать и производить широкий спектр химических соединений;
7) можно производить некоторые сложные химические соединения, такие как гормоны и антибиотики, которые трудно получить другими методами, а также специфические изомеры (такие как L-аминокис-лоты);
8) генетика микроорганизмов относительно проста, и методы генетических манипуляций с ними постоянно развиваются.
Однако необходимость применения особых методов, таких как методы стерилизации и сложные методы разделения, может повлечь за собой существенное повышение технических требований к процессу.
Скрининг
Мы знаем, что для микроорганизмов характерно огромное разнообразие химических реакций, которые они могут осуществлять, и продуктов, которые они образуют. Однако лишь небольшая часть их потенциала используется в промышленном производстве. Коммерческими компаниями, в особенности производящими лекарственные препараты, ведется постоянный поиск микроорганизмов, которые могут оказаться полезными. В надежде открыть новые коммерчески важные продукты или более эффективные способы получения имеющихся продуктов собирают и культивируют микроорганизмы со всего света, из самых разных мест обитания. Очень часто это чисто эмпирическая работа в том смысле, что существенную роль в любом открытии играет случай. Проверка микроорганизмов таким путем называется скринингом. Хороший пример — это постоянный скрининг, который проводится с целью обнаружения новых антибиотиков. Первый антибиотик был открыт в 1928 г. Александром Флемингом и назван пенициллином по названию гриба РепкШшт, который его вырабатывает. Природные антибиотики — это химические вещества, синтезируемые микроорганизмами и убивающие другие микроорганизмы или подавляющие их рост. Начиная с 1928 г. из микроорганизмов было выделено более 5000 различных антибиотиков, включая ряд различных пенициллинов, слегка различающихся по структуре и активности. Большинство из обнаруженных антибиотиков непригодно для медицинских целей, главным образом из-за их высокой токсичности. Однако представители рода Streptomyces оказались чрезвычайно богатым источником различных антибиотиков, включая стрептомицин.
Антибиотики используются для лечения бактериальных или грибковых заболеваний человека и домашних животных. Некоторые из них подавляют также рост раковых опухолей. По-видимому, антибиотики являются продуктами вторичного метаболизма. При систематическом скрининге всегда есть надежда найти новое «чудо-лекарство» или микроорганизм, который продуцирует известный антибиотик, но с улучшенными свойствами.
БИОЛОГИЯ Том 2 - руководство по общей биологии - 2004
Любой новый биотехнологический производственный процесс сначала должен быть опробован в масштабе лаборатории. После предварительных исследований на обычном лабораторном оборудовании создают опытную установку. В ней используется относительно небольшой ферментер объемом от 2 до 200 дм 3 (рис. 12.14). Ферментер — это резервуар, в котором протекает процесс. Чтобы выход продукции был максимальным, необходимо определить оптимальные физические условия и потребности в питательных веществах.
Рис. 12.14. А. Сосуд со стартовой культурой клеток млекопитающих, используемой для производства моноклональных антител. В сосуде культивируют клетки гибридомы, которые затем используют для размножения в ферментере, чтобы получить антитела. Б. Опытная установка для коммерческой ферментации в биотехнологической лаборатории.
Когда процесс требуется расширить от опытного производства до полномасштабного, где объемы составляют тысячи дм 3 (рис. 12.15), в игру вступают новые факторы. Не исключено, что в некоторых случаях такой переход просто невозможен. Ниже перечислены некоторые из важнейших факторов.
Рис. 12.15. Крупнотоннажный ферментер (2000 дм 3 ), используемый для коммерческого производства моноклональных антител.
1. Главная проблема — поддержание стерильных условий. Легко загрязнить как то, что вводится в ферментер, так и то, что из него выводится. С опытом инженерные технологии улучшались, и хорошим примером успехов, достигнутых в использовании асептических методов, является производство белка одноклеточных, названного прутином (разд. 12.12.3).
2. Самые большие проблемы при переходе от одного масштаба к другому создают физические факторы, такие как смешивание и аэрация среды и защита от перегревания. Эти проблемы решают инженеры- химики. Некоторые из подобных проблем обсуждаются ниже.
3. Чтобы обеспечить хороший доступ кислорода к культурам, выращиваемым в крупном масштабе, необходимо аэрировать среду, поскольку простого встряхивания, которое используется в лаборатории, недостаточно. Маленькие пузырьки более эффективны, чем большие, поэтому для подачи воздуха используется разбрызгиватель (трубка с маленькими отверстиями). Для повышения турбулентности и эффективности растворения кислорода в воде, в стенки сосуда встраивают отражательные перегородки, благодаря которым увеличивается время прохождения пузырьков воздуха через ферментер.
4. Чтобы уменьшить вспенивание, вызываемое взбалтыванием и аэрацией, необходимо использовать пеногасители.
5. Активная жизнедеятельность микроорганизмов при крупномасштабном производстве сопровождается выделением тепла. Поэтому для охлаждения вокруг ферментера должна циркулировать вода.
6. При крупномасштабном производстве гораздо труднее поддерживать постоянные условия среды, такие как концентрация питательных веществ и кислорода, а также pH. Для мониторинга и контроля необходимы сложные установки. Попытки обойти эти трудности, допустим, путем взбалтывания среды, могут привести к непредвиденным последствиям, например к изменениям в распределении микроорганизмов в культуре. В производстве прутина первоначальный выход продукта был значительно ниже, чем предсказывали на основании экспериментов, проведенных в лабораторных условиях и на опытной установке. Оказалось, что это связано с добавлением в ферментер метанола, который являлся для бактерий единственным источником углерода и энергии. Поскольку метанол добавляли в ферментер в одном определенном месте, циркулирующие бактерии последовательно проходили через стадии «пиршества и голода», так как один оборот они совершали за несколько минут. Когда метанол стали добавлять в разных местах ферментера, продукция выросла до ожидаемого уровня.
7. Микроорганизмы способны изменять свой метаболизм в зависимости от окружающих условий, а в больших масштабах гораздо труднее точно контролировать условия. Любые незначительные изменения продукта могут оказаться вредными для людей или животных, потребляющих этот продукт.
8. Чем сложнее оборудование и процедуры, тем больше вероятность дефектов или аварий, причем их экономические последствия могут быть катастрофическими. Поэтому важно заранее оценить их при принятии решения об экономической обоснованности проекта.
9. При крупномасштабном производстве приходится доставлять, стерилизовать и выбрасывать большие количества воды.
10. Исходные материалы, которые потребляются в больших количествах, должны быть легко доступны, стабильны, удобны для работы и хранения. Химические изменения и микробное загрязнение хранящегося материала должны быть минимальны. Исходные реагенты должны быть дёшевы, так как стоимость — один из важнейших факторов производства.
11. Иногда штаммы микроорганизмов, отобранные для использования в ферментативном процессе, легко ревертируют (за счет мутации) и снова становятся низкопродуктивными штаммами, которые растут гораздо быстрее. При расширении масштабов производства вероятность такого события существенно возрастает.
12. Порошкообразные вещества, используемые в работе в больших количествах, могут быть опасны для здоровья рабочих.
13. Материалы, используемые при конструировании ферментера, должны быть устойчивы к коррозии, чтобы исключить загрязнение следовыми количествами металла. Кроме того, они должны быть нетоксичными для микроорганизмов и устойчивыми к стерилизации паром под высоким давлением.
14. При крупномасштабной ферментации, в особенности когда используются генетически модифицированные организмы, возникают дополнительные опасности. Они обусловлены возможностью более мощного воздействия на людей как культивируемого микроорганизма, так и его биологически активного продукта, по сравнению с масштабом обычной лаборатории.
Биологическая библиотека - материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.
Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.
Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.
Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.
Биотехнологические основы высоких технологий
Современная биотехнология развивается настолько динамично, что пока невозможно разработать единую классификацию ее компонентов. Лишь в самом грубом приближении (по аналогии с промышленными небиологическими технологиями) можно выделить следующие типы технологий: технологии низкого и высокого уровня, экстенсивные и интенсивные, безотходные, безопасные, ресурсо- и энергосберегающие, трудоемкие, наукоемкие, прорывные. Современные биотехнологии различных направлений и различных уровней неразрывно связаны между собой в единую научно-производственную систему.
Технологии низкого уровня — это технологии традиционные, в известной мере устаревшие. К таковым относятся технологии биологической очистки сточных вод, получения биотоплива, некоторые виды микробиологического синтеза. Они характеризуются низкой наукоемкостью, т. е. базируются на использовании рабочих систем, полученных методами традиционной селекции. Такие технологии широко используются в традиционном сельскохозяйственном производстве, в частности в растениеводстве.
Технологии низкого уровня с минимальными затратами материальных ресурсов, энергии и человеческого труда называют экстенсивными (например, повышение плодородия почв путем вывоза на поля навоза и торфа, запашки пожнивных остатков и/или сидератов — специально выращенных бобовых растений). Подобные технологии показали свою неэффективность уже в первой половине XX столетия. Так, при их применении продуктивность агроэкосистем мало отличается от продуктивности природных экосистем, что компенсируется расширением площадей сельскохозяйственных угодий: вырубаются леса (древесина используется на топливо, для производства бумаги), распахиваются степи. Вырубка лесов и распашка степей неизбежно сопровождаются эрозией почв, оскудением водных ресурсов.
Более эффективны интенсивные технологии низкого уровня, и в первую очередь технологии внедрения новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Качество сортов (пород, штаммов) определяется их повышенной продуктивностью при увеличении затрат человеческого труда, сырьевых и энергетических ресурсов, все более активном внедрении средств механизации, автоматизации и химизации.
Распространение подобных технологий характерно для второй половины XX в. Так, в Великобритании в период с
1950 по 1980 г. удалось увеличить урожайность зерновых в два раза (по 50 % прироста получено соответственно за счет внедрения новых интенсивных сортов и за счет увеличения затрат сырьевых и энергетических ресурсов). В настоящее время в экономически развитых странах на производство одной пищевой калории затрачивается пять — семь калорий ископаемого топлива.
Однако в результате применения интенсивных технологий низкого уровня многократно усиливается локальная нагрузка на природные экосистемы, происходит механическая эрозия почв, возрастает загрязненность их минеральными удобрениями и средствами защиты растений. Увеличивается и глобальная нагрузка на биосферу, в первую очередь за счет выбросов углекислого газа: количество С02, образующегося при сжигании ископаемого топлива, в несколько раз больше, чем количество С02, ассимилирующегося в ходе фотосинтеза в агроэкосистемах. Одним из самых существенных недостатков интенсивных технологий является резкое снижение качества продукции (такую продукцию часто называют экологически грязной).
Уже в 1970-е гг. стало ясно, что использование технологий низкого уровня — это тупиковый путь. Выходом из него стало использование прорывных технологий, базирующихся на самых современных достижениях науки и техники. В свое время таковыми стали технологии микробиологического синтеза (например, получение антибиотиков), технологии клеточной инженерии (например, гибридизация соматических клеток и клонирование организмов), технологии генетической инженерии (например, получение векторов переноса ДНК и создание трансгенных организмов).
Прорывные, принципиально новые технологии могут быть опасны для человека и окружающей среды, поскольку последствия их применения непредсказуемы. Внедрение прорывных технологий, как правило, сопровождается появлением новых видов продуктов и новых видов отходов. Любой новый пищевой или промышленный продукт должен проходить всестороннюю проверку на аллергенность, кан- церогенность и мутагенность, на совместимость с другими продуктами, на безопасность для окружающей среды и т. д.
На основе прорывных технологий создаются биотехнологии высокого уровня (или просто высокие биотехнологии). В противоположность технологиям низкого уровня, высокие биотехнологии характеризуются высокой наукоем- костью, т. е. использованием систем, полученных самыми современными методами генетики, микробиологии, цитологии, экологии, молекулярной биологии. Материалы, применяемые в высоких биотехнологиях, часто нуждаются в специальной подготовке. Все это требует специального технологического оборудования и высококвалифицированных специалистов, а на современном этапе — автоматизации и компьютеризации производства. Такие технологии используют в сельскохозяйственном производстве, здравоохранении, в различных областях науки, при планировании и проведении природоохранных мероприятий.
Высокие биотехнологии также подразделяют на экстенсивные и интенсивные. Экстенсивные высокие биотехнологии характеризуются относительно низкими затратами сырьевых и энергетических ресурсов. К технологиям подобного типа относится большинство микробиологических производств, технологических процессов по подготовке и переработке промышленного сырья, а также часть производства продукции на основе тканево-клеточных культур. Эти технологии частично интенсифицируются за счет компьютеризации производства.
Интенсивные высокие биотехнологии (в противоположность экстенсивным) реализуются с привлечением специалистов высочайшей квалификации, с использованием уникального оборудования и самых современных материалов. Эти биотехнологии применяют в медицине, а также для создания организмов с заранее заданными свойствами. Нужно отметить, что интенсификация высоких технологий, в отличие от интенсификации технологий низкого уровня, заключается в повышении качества ресурсного и информационного обеспечения.
Технологии разных уровней неразрывно связаны между собой: с одной стороны, высокие технологии базируются на технологиях низкого уровня, для их осуществления требуется определенный ресурсный, энергетический и информационный фундамент, с другой — достижения высоких технологий используются на низших уровнях биотехнологических производств.
Высокие технологии представляют собой величайшее достижение человеческого разума. Однако по ряду параметров они не только не превосходят технологии низкого уровня, но даже и уступают им. В частности, высокие технологии требуют все больших вложений всех видов ресурсов, они не решают проблемы получения экологически чистой продукции, а само биотехнологическое производство может представлять угрозу для человека и окружающей среды.
Читайте также: