Der Beitritt Russlands zur WTO, der künstliche Beschränkungen und Schutzbarrieren beseitigt, offenbart das Hauptproblem der russischen Viehzucht: Schwäche Nahrungsgrundlage. Der Hauptgrund dafür ist das Klima.

Russland ist die nördlichste der Großmächte; die Länge des Agrarjahres ist deutlich kürzer als in jedem anderen Land in Europa oder Amerika. Dies führte in der vorindustriellen Zeit dazu, dass der Großteil des bäuerlichen Viehbestands in Russland nicht für Fleisch oder Milch, sondern für Mist gehalten wurde. Mistanbau – solch ein interessantes Phänomen gab es im zaristischen Russland. In der UdSSR führten die Erfolge der Agronomie und der Agrochemie zur Entstehung der industriellen Viehwirtschaft, aber das Futterproblem wurde nicht gelöst; die Tiere wurden mit 90 % Futtergetreide mit niedrigem Proteingehalt, unzureichender Aminosäurezusammensetzung und insbesondere Futter gefüttert , Lysin, im Gegensatz zu Hülsenfrüchten, insbesondere Sojabohnen. Russland hatte aus natürlichen Gründen noch nie einen Mangel an eigenen Sojabohnen – es handelt sich um eine wärmeliebende und südländische Pflanze. Noch Ende der 80er-Jahre wurden mehr als 42 Prozent aller Kraftfuttermittel in unvollständiger (unausgewogener) Form eingesetzt, ein weiteres Viertel war in einzelnen Komponenten unausgewogen. Darüber hinaus wurde im Jahr 2010 mehr als die Hälfte der gesamten als Futtermittel bestimmten Getreidemenge unverarbeitet verwendet. Daher war der Getreideverbrauch pro Tonne Futter in der UdSSR mehr als doppelt so hoch wie in Holland, und die Umwandlungsrate von Futtermitteln in tierische Proteine ​​erreichte 8. modernes Russland In den letzten Jahren wurden auf der Grundlage des Imports westlicher Technologien mehrere der neuesten Schweine- und Geflügelzuchtkomplexe geschaffen größten Komplexe für Rinder, aber die Futterfrage ist immer noch nicht gelöst. Wenn die besten westlichen Produzenten einen Umrechnungsfaktor von 2,2 bis 2,5 erreichen, erreichen die besten russischen Produzenten „etwas mehr als drei“, und das Landwirtschaftsministerium verwendet für die Berechnungen den Wert „5“. Gleichzeitig können wir nicht mit westlichen Fleischproduzenten konkurrieren, da die Viehhaltung im Freien günstiger ist (wie es in Brasilien und Argentinien der Fall ist) – im Gegenteil, die Dauer der Winterhaltung in Russland ist länger als in westlichen Ländern.

Offensichtlich, wenn alle anderen Dinge gleich sind (was in Wirklichkeit nicht der Fall ist) – mit dem gleichen Niveau an Management, Technologie, Personalschulung, Qualitätskontrolle usw. – Die russische Viehwirtschaft wird wegen der Futtermittel, deren Kosten 70 % der Endkosten für Fleisch und Milchprodukte ausmachen, die Konkurrenz gegenüber den westlichen verlieren. Und gleichzeitig hat Russland keine Möglichkeit, die „Futtermittelfrage“ im Rahmen traditioneller Ansätze zu lösen. Futtergetreide, das wir in Hülle und Fülle haben, ist in seiner natürlichen Form nicht für eine ausgewogene Ernährung geeignet; Sojabohnen werden in unserem Land niemals so wachsen wie in den USA oder Brasilien. Daher erschrecken die Perspektiven, die sich nach dem Beitritt zur WTO eröffneten, unsere Viehhalter. Die größten inländischen Produzenten – Cherkizovo, Miratorg und andere – haben bereits mit dem Kampf um eine Steigerung der Produktionseffizienz begonnen.

Dieser Kampf, der im Rahmen des traditionellen Entwicklungsweges der Viehwirtschaft geführt wird, ist aus strategischer Sicht zum Scheitern verurteilt. In Russland ist es unmöglich, genügend Sojabohnen anzubauen, um Futtergetreide zu ersetzen. Es ist unmöglich, auf der Grundlage importierter Sojabohnen und Sojaschrot eine starke und wettbewerbsfähige Viehwirtschaft auf dem Weltmarkt zu etablieren, da der Sojakonsum weltweit immer schneller wächst. Erstens absorbiert China immer mehr. Zweitens werden immer mehr Pflanzenfutter zur Herstellung von Biokraftstoffen verwendet. Schließlich ist es unmöglich, ein modernes Futtermittel auf der Basis von Futtergetreide herzustellen, indem man ihm einfach die fehlenden Aminosäuren hinzufügt – im Vergleich zu Sojafutter ist ein solches Futter immer noch teurer und daher wird das daraus gewonnene Fleisch weniger rentabel sein.

Daher versuchte die UdSSR, einen unkonventionellen Weg einzuschlagen und eine alternative pflanzliche Futterproteinquelle zu schaffen, indem sie diese mithilfe mikrobiologischer Methoden auf der Basis von Erdölparaffinen gewann. Es war ein grandioses Projekt, vergleichbar mit einem Atomprojekt, aber es wurde nicht fertiggestellt und in den Jahren der Perestroika als erstes zerstört – noch vor unseren Raketen und unserer U-Boot-Flotte.

Aber der von den Labors und Fabriken des Ministeriums für mikrobiologische Industrie der UdSSR geebnete Weg blieb bestehen. Und es ist Russlands einzige Chance, eine wettbewerbsfähige Viehhaltung in einem offenen WTO-Markt zu schaffen.

Mikrobiologische Industrie – der Weg in eine glänzende Zukunft

Dabei geht es nicht darum, die sowjetischen Erfahrungen mit der Herstellung von Futterprotein aus Erdölparaffinen zu wiederholen. Seit den 1960er–1970er Jahren. und Öl ist deutlich teurer geworden, die Umweltauflagen für die Produktion sind strenger geworden und die Mikrobiologie hat große Fortschritte gemacht. Um eine Tonne Protein zu gewinnen, werden 2,5 Tonnen Kohlenwasserstoffe benötigt, was bei einem Ölpreis von 110 Dollar pro Barrel unrentabel ist. Anstelle der bei der Herstellung von Paprin eingesetzten wasserbasierten Tiefenfermentation bietet sich daher die moderne Mikrobiologie an verschiedene Methoden Festphasenvergärung von Biomasse organischen Ursprungs (Pflanzenreste, Abfälle aus der Lebensmittelindustrie usw.). Beispielsweise ist das Brauen in Russland inzwischen sehr weit entwickelt, zur Herstellung von Bier wird russische Gerste verwendet – eines der unwirksamen Futtermittel, und die nach dem Brauen verbleibende Schlempe ist ein wertvolles Substrat für die mikrobiologische Verarbeitung zu Futterprotein. Es ist durchaus möglich, daraus Mischfuttermittel herzustellen, die preislich und qualitativ mit Futtermitteln auf Basis von importiertem Sojaschrot konkurrenzfähig sind.

Zur Umstellung werden russische Futtergetreide – minderwertiger Weizen, Roggen, Gerste etc. – sowie Raps, Sonnenblumen, Rübenschnitzel etc. als wirkungslose Sojabohnen-Ersatzstoffe eingesetzt Schwachstelle Die Futtergrundlage der russischen Viehwirtschaft muss in die mikrobiologische Industrie überführt werden.

Das ist kein billiges Vergnügen. Die Kosten für eine mikrobiologische Anlage beginnen bei 5 Milliarden Rubel, und die Kosten für „Hardware“ – Ausrüstung – und die Kosten für „Wissenschaft“ – einen Mikroorganismenstamm, der tatsächlich Abfälle in die gewünschten Produkte verarbeitet – sind ungefähr gleich . Noch teurer ist die pharmakologische Richtung der Mikrobiologie. Um ein Medikament vom Molekülstadium zu einem patentierten Medikament zu entwickeln, brauchen die Giganten der Weltpharmakologie 10 bis 15 Jahre und etwa eine Milliarde Dollar. In Russland gibt es kein einziges Unternehmen, das dazu in der Lage ist. Nachdem vor dreißig Jahren die Entscheidung getroffen wurde, die staatliche Unterstützung der mikrobiologischen Industrie aufzugeben, fiel unser Land aus dem globalen Prozess der biotechnologischen Entwicklung heraus. Anlagen zur Herstellung von Futterproteinen wurden zerstört, Hydrolyseanlagen fristeten ein erbärmliches Dasein und stellten verfälschte alkoholische Getränke her, aber in den letzten Jahren begannen auch sie aufgrund der Verschärfung der Regierungspolitik im Bereich der Alkoholkontrolle zu schließen. Die verbleibenden Institute und Laboratorien forschen weiter, die Ergebnisse dieser Forschung werden jedoch nicht kommerzialisiert, da sie nicht in die Entwicklung neuer Produkte auf dem Markt investieren und nicht in der Lage sind, mit den weltweit führenden Unternehmen auf „Chancengleichheit“ zu konkurrieren ” Basis. Die Herstellung biotechnologischer Produkte erfolgt in kleinen Chargen; hierfür werden Laborgeräte verwendet, die eigentlich nicht für diese Zwecke vorgesehen sind. Infolgedessen werden mehr als 80 Prozent der in Russland verbrauchten biotechnologischen Produkte importiert, und das Verbrauchsvolumen biotechnologischer Produkte in Russland bleibt im Vergleich zu Industrie- und Entwicklungsländern unverhältnismäßig niedrig.

Die dritte Welle der „Grünen Revolution“

Russland hat die biotechnologische Revolution, die sich in der Welt rasch entfaltet, völlig „verschlafen“. Korrespondierendes Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften V.G. Debabov, Direktor des Instituts für Genetik und Selektion von Mikroorganismen, sprach bereits 2005 über die dritte Welle der biotechnologischen Revolution. Die erste Welle sind Medikamente: Insulin, Wachstumshormone und andere Substanzen, die zweite sind gentechnisch veränderte Pflanzen, die die Welt erobern, und die dritte ist die Mikrobiologie. In unserem Land gibt es weder die erste, noch die zweite, noch die dritte Welle dieser Revolution.

Unangefochtener Spitzenreiter in der Entwicklung der Biotechnologie sind die USA. Im Jahr 2001 wurde dort ein Programm verabschiedet, wonach die Amerikaner bis 2025 25 % der Chemieindustrie auf Pflanzenrohstoffe umstellen wollen. Bis 2030 werden die USA 30 % des Kraftstoffs für ihre Autos mit mikrobiologischen Methoden aus pflanzlichen Rohstoffen (Getreide, vor allem Sojabohnen und Mais, sowie Zelluloseverarbeitung) gewinnen. In der EU werden umfangreiche Anstrengungen zur Entwicklung der Biotechnologie unternommen; die Wahrscheinlichkeit, dass Biomasse bis zum Jahr 2020 10 % der Energiebilanz Europas überschreiten wird, ist sehr hoch. In den letzten Jahrzehnten haben sich China, Brasilien und Indien dem wissenschaftlichen und technologischen Wettlauf auf dem Gebiet der Mikrobiologie angeschlossen.

Die Bedeutung der „Biorevolution“ in Wissenschaft und Technologie kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Ernst von Weizsäcker, Mitglied des Club of Rome und Autor des Buches „Faktor 5“, glaubt, dass nur die Biotechnologie es der Menschheit ermöglichen wird, die Sackgasse des industriellen Wachstums zu überwinden, die durch die Krise von 2008 deutlich wurde. Der neue Kondratieff-Erholungszyklus kann nur „grün“ sein – sonst wird er nicht stattfinden.

Die Position unseres Landes in diesem Bereich ist mittlerweile nahezu kritisch. 100 % der Futteraminosäuren für die Landwirtschaft (Lysin), bis zu 80 % der Futterenzympräparate, 100 % der Enzyme für Haushaltschemikalien, mehr als 50 % der Futter- und Veterinärantibiotika, 100 % Milchsäure, von 50 bis 100 % Es werden biologische Lebensmittelzutaten importiert. Die Produkte der weltweit führenden Biotechnologieunternehmen sind seit 20 Jahren auf dem russischen Markt vertreten, aber keines dieser Unternehmen hat seine Produktion in Russland organisiert. Der weltweite Markt für Biopharmazeutika hatte im Jahr 2010 einen Wert von rund 161 Milliarden US-Dollar und wächst rasant. Im Jahr 2015 wird ein Wert von 264 Milliarden US-Dollar erwartet. Der Anteil Russlands beträgt 2,2 Milliarden US-Dollar, und 80 % unseres Drogenmarktes sind mit Importen gefüllt. Biopolymere, die Experten zufolge in naher Zukunft 90 % der chemisch hergestellten Polymere ersetzen werden, werden in Russland überhaupt nicht hergestellt. Auch Biokraftstoffe, obwohl in den Vereinigten Staaten im Jahr 2009 inmitten der Kontroversen über die Vorteile von Ethanol und Biodiesel 40 Biokraftstoff-Produktionsanlagen gebaut und in Betrieb genommen wurden. Auch biologische Produkte für die Landwirtschaft – Enzyme für die Futtermittelproduktion, biologische Pflanzenschutzmittel und Pflanzenwachstumsstimulanzien, Siliermittel sowie Tierarzneimittel für Nutztiere – werden hauptsächlich in die Russische Föderation importiert. Aminosäuren werden importiert (nur die schmutzige Methioninproduktion in Wolzhsky ist erhalten geblieben). Über genetisches Material für die Tierhaltung muss nicht gesprochen werden.

Grundlage für die Entwicklung der modernen Welt ist der Dreiklang aus Informationstechnologien, Nanotechnologien und Biotechnologien. Die Russische Föderation ist bei allen drei Komponenten nicht sehr gut, vor allem aber bei der Biotechnologie. Wenn die bestehenden negativen Trends anhalten, wird Russland nur noch als Verbraucher auf dem globalen Technologiemarkt fungieren und gezwungen sein, enorme Ressourcen für den Import neuer Industrien aufzuwenden. Das Ausmaß dieses Technologieimports kann mit dem Import industrieller Technologien in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts vergleichbar sein. Durch Verzögerungen bei der Entwicklung und Umsetzung von Biotechnologien in einer Reihe von Branchen und Märkten besteht die Gefahr, dass die russische Industrie hinter die Linie der modernen technologischen Struktur gerät, die sich in den letzten 15 bis 20 Jahren weltweit herausgebildet hat.

Bio -2020

Die russische Regierung hat begonnen, Maßnahmen zur Bewältigung der aktuellen Situation zu ergreifen. Um die Entwicklung von Arzneimitteln anzukurbeln, wurde das Programm Pharma 2020 verabschiedet, das Maßnahmen zur Ankurbelung der Arzneimittelproduktion in Russland und zum Ersatz von Importen vorsieht. Dies ist natürlich ohne die Entwicklung der Mikrobiologie auf höchstem wissenschaftlichen und technologischen Niveau nicht möglich. Am 4. April 2012 genehmigte der Vorsitzende der Regierung der Russischen Föderation W. W. Putin den Entwurf des staatlichen Koordinierungsprogramms für die Entwicklung der Biotechnologie in der Russischen Föderation für den Zeitraum bis 2020 – „BIO2020“. Das strategische Ziel des Koordinierungsprogramms BIO2020 besteht darin, in Russland einen weltweit wettbewerbsfähigen, entwickelten Biotechnologiesektor zu schaffen, der zusammen mit der Nanoindustrie und der Informationstechnologieindustrie die Grundlage für die Modernisierung und den Aufbau einer postindustriellen Wirtschaft bilden soll. Die finanzielle Unterstützung des Programms soll aus dem Bundeshaushalt, aus regionalen und lokalen Haushalten sowie aus außerbudgetären Mitteln erfolgen. Das Zielvolumen der Ressourcenunterstützung für das BIO2020-Programm soll nach Expertenschätzungen für den gesamten Zeitraum seiner Umsetzung 1 Billion 178 Milliarden Rubel betragen.

Die strategischen Prioritäten im BIO2020-Programm sind die Schaffung von Voraussetzungen für die Entwicklung einer wettbewerbsfähigen Großproduktion von Enzymen, die biotechnologische Produktion von Aminosäuren (derzeit werden bereits mehrere Lysin-Produktionsanlagen in verschiedenen Regionen der Russischen Föderation gebaut), die Organisation der Produktion von Glukose-Fruktose-Sirupen, die Herstellung antibiotischer Substanzen (einst teilte sich die UdSSR hinsichtlich des Volumens dieser Produktion den 1. bis 2. Platz mit den USA, jetzt existiert sie in der Russischen Föderation nicht mehr), die Schaffung von biotechnologischen Komplexen zur Tiefenverarbeitung von Holzbiomasse, Bau von Anlagen zur Tiefenverarbeitung von Getreide.

Letzteres ist genau das, worüber ich als Idee zur Schaffung einer modernen Lebensmittelversorgung in Russland spreche. In „BIO2020“ heißt es: „Die Entwicklung der Tiefkornverarbeitung in Russland wird die Herstellung von High-Tech-Produkten ermöglichen, deren Nachfrage auf dem Weltmarkt jedes Jahr wächst.“ Eine weitere Vertiefung der Verarbeitung hin zur Herstellung biotechnologischer Produkte mit hoher Wertschöpfung wird dazu beitragen, Probleme auf den Getreideabsatzmärkten zu lösen: Aminosäuren und Futtermittel sind auf dem russischen Markt gefragt, in Europa wächst der Bedarf an umweltfreundlichen Biokunststoffen und biochemischen Produkten, z B. Biobutanol, sind auf asiatischen Märkten gefragt. Mehr als 10 Projekte zum Bau von Anlagen zur fortgeschrittenen Getreideverarbeitung befinden sich in unterschiedlichen Umsetzungsstadien.“

Auch Futterprotein steht im Vordergrund. „Das Maßnahmenpaket wird die Entwicklung der Futterproteinproduktion in Russland und die Schaffung neuer wissenschaftlicher und technischer Grundlagen ermöglichen, die die Technologien ihrer Produktion und Verwendungsarten verbessern.“

Fast wörtlich deckt sich schließlich der Programmteil, der den biologischen Bestandteilen von Futtermitteln und Vormischungen gewidmet ist, fast wörtlich mit den in meinen vorherigen Artikeln formulierten Gedanken: „Der aktuelle Stand der Technologie zur Fütterung von Nutztieren basiert auf der weit verbreiteten Verwendung biologischer Komponenten (Enzyme, Aminosäuren, BVK, Probiotika und andere). Durch die Entwicklung der Viehwirtschaft in Russland, die hauptsächlich auf den Import von Technologie und Vieh angewiesen ist, hat sich ein großer Markt für diese Biotechnologieprodukte gebildet.

Die Marktbildung hat jedoch noch nicht zur Entwicklung der Produktions- und Technologiebasis und zur Entstehung neuer, auf dieser Grundlage geschaffener Produkte geführt wissenschaftliche Errungenschaften Russische Wissenschaftler.

Im Jahr 2010 wurden 45 Millionen Tonnen Getreide als Futtermittel in der Tierhaltung verwendet, was auf die äußerst geringe Effizienz der Futtermittelproduktion im Land hinweist. Der Getreideanteil im Mischfutter beträgt 70 % (in EU-Ländern 40–45 %). Darüber hinaus wurde mehr als die Hälfte der gesamten als Futtermittel vorgesehenen Getreidemenge unverarbeitet verwendet. Es ist wichtig zu beachten, dass die Herstellung von Futtermitteln und Vormischungen weitgehend ohne den Einsatz biologischer Produkte (Enzyme, Veterinär- und Futtermittelantibiotika, Probiotika usw.) erfolgt. Bei einer solchen Fütterung bleibt die Umwandlung von Futtermitteln in tierische Produkte deutlich hinter den Weltindikatoren zurück, was die Wettbewerbsfähigkeit der russischen Viehwirtschaft verringert. Durch eine Reihe von Maßnahmen werden Voraussetzungen für die Entwicklung der Produktions- und Technologiebasis biotechnologischer Komponenten von Futtermitteln und Vormischungen geschaffen.“

Vorteile des Bodens

Trotz des deprimierenden Zustands der Biotechnologie bietet sie auch wichtige Vorteile, die Russland für eine erfolgreiche Erholung nutzen kann. Erstens sind wir ganz unten, aber das ist nicht der Urgrund – wir sind dorthin gefallen. Wir haben eine Vorstellung davon, welchen Platz die UdSSR in der Mikrobiologie einnahm, es gibt Personal, das das sowjetische mikrobiologische Projekt ins Leben gerufen hat, es gibt wissenschaftliche Schulen und Ambitionen für einen Durchbruch, den unterentwickelte und rückständige Länder nicht haben und nicht haben können.

Zweitens verfügt die Russische Föderation über eine einzigartige Ressourcenbasis für die „grüne Revolution“. Wir haben sehr große Menge minderwertiges Futtergetreide, das im Großen und Ganzen von niemandem benötigt wird und daher günstig ist. Gleichzeitig besteht kein Grund zu der Annahme, dass unsere Landwirtschaft schnell auf ein höheres Produktionsniveau umsteigen kann. Darüber hinaus gibt es in Russland eine riesige Menge an Abfallrohstoffen – Abfälle, die nicht nur nichts kosten, sondern auch Kosten für ihre Zerstörung und Bestattung verursachen. IN agroindustrieller Komplex Im Jahr 2010 „produzierte“ das Land 68 Millionen Tonnen Abfall, von denen nur 18 Millionen Tonnen vernichtet und unschädlich gemacht wurden (28 % – zum Vergleich: In der EU werden 64 % der landwirtschaftlichen Abfälle recycelt). Die Lebensmittelindustrie erzeugt jährlich 25 Millionen Tonnen Abfall, von denen weniger als die Hälfte recycelt wird (11,4 Millionen Tonnen – 45 %). Mittlerweile ermöglichen auf Mikrobiologie basierende Biotechnologien, den Begriff „Abfall“ in Bezug auf diese Industrien vollständig abzuschaffen – alles, was in der Land-, Forst- und Lebensmittelindustrie verschwendet wird, kann ein nützlicher Rohstoff für die mikrobiologische Produktion sein. So können beispielsweise Folien für Verpackungen und Fasern für die Herstellung von Fäden, Stoffen und Bekleidung aus biologisch abbaubarem Polylactat hergestellt werden, das aus Milchsäure hergestellt wird, die wiederum mikrobiologisch aus Getreideabfällen gewonnen wird – in den USA wird hierfür Stroh verwendet sammeln und transportieren – Das heißt, wir brauchen Straßen, Lagerhallen usw. Sie gehen davon aus, dass sie etwa 10 Milliarden US-Dollar dafür ausgeben werden, aber wenn alles funktioniert (etwa im Jahr 2020), werden die Landwirte jährlich 20 Milliarden US-Dollar an zusätzlichem Einkommen erhalten, da sie nicht nur die Spitzen, sondern auch die Wurzeln verkaufen werden. Wohltuend und nützlich für Umfeld– Ein abgenutztes T-Shirt, das auf einen Komposthaufen geworfen wird, verwandelt sich innerhalb von drei Monaten in Kohlendioxid und Wasser.

Die Verfügbarkeit günstiger, oft kostenloser Ressourcen und die Möglichkeit, qualifiziertes lokales Personal nicht nur für die Arbeit in mikrobiologischen Fabriken, sondern auch für die wissenschaftliche Entwicklung in Labors schnell auszubilden, verschaffen Russland die Vorteile eines „späten Starts“ – indem es jetzt beginnt, vorbehaltlich Die Investition ausreichender Mittel können wir sofort umsetzen neueste Entwicklungen und den Ländern einen Schritt voraus zu sein, die bereits durch eine schnell alternde Technologiebasis belastet sind.

„Der Entwicklungsstand der Technologie und die technische Basis in Russland legen nahe, dass es für uns am besten ist, der Entwicklung der wissenschaftlichen und technischen Komponente Aufmerksamkeit zu schenken. Dabei handelt es sich in erster Linie um Institute, Studenten, Forschungslabore und Infrastrukturen, die es uns ermöglichen, die Entwicklung vom Molekülstadium auf das tiefstmögliche Stadium zu bringen“, sagt Gennady Shirshov, Geschäftsführer der Union of Professional Pharmaceutical Organizations. Seine Worte sind uneingeschränkt auf die landwirtschaftliche Mikrobiologie anwendbar. Durch die Kombination des wissenschaftlichen und pädagogischen Potenzials des Landes mit der Produktion ist es immer noch möglich, einer der Anführer der biotechnologischen Revolution zu werden, wie es das BIO2020-Programm vorschreibt.

Und Gott sei Dank gibt es im Land bereits ein Unternehmen, das in der Lage ist, die im Programm gestellten Aufgaben zu verstehen und umzusetzen. „BIO2020“ selbst wurde in dem für uns interessanten Kontext von Teilnehmern der Technologieplattform „Biotech 2030“ geschrieben, die unter anderem mehr als 50 kommerzielle Organisationen vereint. Unter ihnen sind die Mikoyanovsky Meat Processing Plant, OJSC Biotechnology Corporation, OJSC Rosagrobioprom und andere.

Im letzten Jahrzehnt tauchte der Begriff „Biotechnologie“ zunehmend in den Schlagzeilen auf, und Entdeckungen auf diesem Gebiet haben zu heftigen Debatten geführt. Tatsächlich hat die Wissenschaft in den letzten Jahren ihre größte Entwicklung erfahren, und dies wurde weitgehend durch den technologischen Fortschritt erleichtert, doch im täglichen Leben wird die Biotechnologie seit vielen Jahrhunderten eingesetzt.

Geschichte der biotechnologischen Entwicklung

Seit jeher nutzt der Mensch die Biotechnologie zur Herstellung von Wein, zur Käseherstellung und für andere Arten der Lebensmittelzubereitung. Der biotechnologische Prozess, die Fermentation, wurde im alten Babylon zur Herstellung von Bier genutzt. Dies belegen Schriften auf Tafeln, die bei Ausgrabungen gefunden wurden. Doch trotz des aktiven Einsatzes dieser Methoden blieben die diesen Industrien zugrunde liegenden Prozesse ein Rätsel.

Louis Pasteur sagte 1867, dass Prozesse wie Reifung und Fermentation nichts anderes als das Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität von Mikroorganismen seien. Eduard Buchner ergänzte diese Annahmen durch den Nachweis, dass der Katalysator ein zellfreier Extrakt ist, der Enzyme enthält, die eine chemische Reaktion auslösen.

Später wurden damals sensationelle Entdeckungen gemacht, die diese Wissenschaft in ihrem modernen Verständnis mitprägten:

• 1865 legte der österreichische Monarch Gregor Mendel seinen Bericht „Experimente an Pflanzenhybriden“ vor, in dem er die Muster der Vererbung beschrieb;
• 1902 schlugen Theodore Boveri und Walter Sutton vor, dass die Übertragung der Vererbung in direktem Zusammenhang mit den Chromosomen steht.

Das Erscheinungsjahr des Begriffs war 1919, nach der Veröffentlichung eines Manifests des ungarischen Agrarökonomen Karl Ereky. Basierend auf den damals verfügbaren Erkenntnissen bezeichnete der Begriff Biotechnologie den Einsatz von Mikroorganismen zur Fermentierung von Lebensmitteln.

Aber wie Sie wissen, werden die interessantesten Entdeckungen an der Schnittstelle des Wissens gemacht; im Fall der Biotechnologie sind die Lebensmittel- und Ölraffinerieindustrien zusammengewachsen. 1970 wurde die Technologie zur Herstellung von Protein aus Abfällen der Ölindustrie in der Praxis getestet.

Was ist Biotechnologie: Begriff und Haupttypen

Biotechnologie ist die Wissenschaft von der Herstellung verschiedener Substanzen unter Verwendung natürlicher biologischer Komponenten, seien es Mikroorganismen, tierische oder pflanzliche Zellen. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um die Manipulation lebender Zellen, um bestimmte Ergebnisse zu erzielen.

Die Hauptrichtungen der Entwicklung der Wissenschaft sind:

Bioingenieurwesen ist eine Disziplin, die auf die Erweiterung des Wissens auf dem Gebiet der Medizin (Behandlung, Gesundheitsförderung) und des Ingenieurwesens abzielt

Die Biomedizin ist ein hochspezialisierter Zweig der Medizin, der sich aus theoretischer Sicht mit der Struktur des menschlichen Körpers, der Diagnose pathologischer Zustände und den Möglichkeiten ihrer Korrektur befasst. Der Zweig der Medizin, der sich mit der Kontrolle und Behandlung biologischer Systeme lebender Organismen auf molekularer Ebene befasst, wird als Nanomedizin bezeichnet.

Unter Hybridisierung versteht man den Prozess der Herstellung von Hybriden (Pflanzen, Tieren). Es basiert auf dem Prinzip, durch Kombination anderer Zellen eine Zelle (resistent gegen bestimmte Bedingungen) zu erhalten.

Jetzt verfügen wir bereits über die notwendigen Mittel, um lange genug zu leben, bis wir unsterblich werden. Es ist möglich, vorhandenes Wissen energisch anzuwenden, um den Alterungsprozess drastisch zu verlangsamen und lebensfähig zu bleiben, bis völlig radikale Lebensverlängerungstherapien mithilfe von Bio- und Nanotechnologie verfügbar werden.

Ray Kurzweil (Erfinder, Futurist)

Die höchste Errungenschaft der Biotechnologie ist die Gentechnik. Unter Gentechnik versteht man eine Reihe von Kenntnissen und Technologien zur Gewinnung von RNA und DNA, zur Isolierung von Genen aus Zellen, zur Manipulation von Genen und deren Einführung in andere Organismen. Dabei handelt es sich um die „Kontrolle“ des Genoms eines Lebewesens oder einer Pflanze, um bestimmte Eigenschaften zu erhalten. Basierend auf Erkenntnissen auf dem Gebiet der Gentechnik planen chinesische Wissenschaftler beispielsweise, die Methode zur „Korrektur“ des Genoms von Menschen massiv einzusetzen onkologische Erkrankungen. Allerdings hat es noch niemand eilig, umfassende Projekte zu starten, denn... Die langfristigen Folgen für den Körper lassen sich heute nicht mehr vorhersagen.

Das Klonen verdient besondere Aufmerksamkeit. Unter diesem Vorgang versteht man die Entstehung mehrerer genetisch identischer Organismen durch ungeschlechtliche (auch vegetative) Fortpflanzung. Bisher wurden nicht nur Pflanzen geklont, sondern auch mehrere Dutzend Tierarten (Schafe, Hunde, Katzen, Pferde). Es liegen noch keine Daten zu den Fakten des Klonens von Menschen vor, obwohl laut Wissenschaftlern von technischer Seite alles für den Prozess bereit ist. Es sind diese Entwicklungen, die in der Weltgemeinschaft am umstrittensten sind und diskutiert werden. Dabei geht es nicht nur um die Wahrscheinlichkeit, defekte Menschen zu bekommen, sondern auch um die ethische und religiöse Seite des Problems.

Geltungsbereich

Die Prinzipien biotechnologischer Verfahren halten Einzug in die Produktion aller Branchen:

• Lebensmittelindustrie. Die umweltfreundliche Herstellung von Alkohol, Aminosäuren und Enzymen nennt man weiße Biotechnologie.
• chemisch oder pharmazeutisch. Diese Richtung wird auch Rote Biotechnologie genannt. Biotechnologen entwickeln verbesserte Medikamente, Impfstoffe und Seren gegen Krankheiten, die bisher als unheilbar galten. In westlichen Ländern und insbesondere in Österreich erfreut sich die Wissenschaft großer Beliebtheit und wird aktiv für die Diagnostik genutzt verschiedene Krankheiten(Biosensoren, DNA-Chips).
• Abfallverarbeitung und -entsorgung (Bioremediation). Zur Bodensanierung, Abwasser- und Abluftbehandlung werden Verfahren der Grauen Biotechnologie eingesetzt.
• Landwirtschaft. Die grüne Biotechnologie ermöglicht es Wissenschaftlern, Proben von Nutzpflanzen zu erzeugen, die resistent gegen Krankheiten und Pilze sind und trotzdem einen hohen Ertrag erzielen Klimabedingungen(während der Dürre). Darüber hinaus haben Wissenschaftler gelernt, bestimmte Enzyme zu nutzen, die zellulosehaltige Agrarabfälle in Glukose und dann in Kraftstoff umwandeln.

Das Hauptziel der Zelltechnik ist die Kultivierung tierischer und pflanzlicher Zellen. Entdeckungen auf dem Gebiet der Zelltechnik haben es ermöglicht, die Produktivität, Qualität und Krankheitsresistenz neuer Formen und Linien von Tieren und Pflanzen zu kontrollieren und zu regulieren.

Investitionen und Entwicklung

Obwohl die Biotechnologie kaum als „junge“ Wissenschaft bezeichnet werden kann, steht sie heute am Anfang ihrer Entwicklung. Die Richtungen und Möglichkeiten, die sich durch die Entwicklung dieses Wissens eröffnen, können endlos sein. Das können sie, wenn sie angemessene Finanzierung und Unterstützung erhalten. Die wichtigsten Investitionsteilnehmer in diesem Bereich sind Ingenieure und Biotechnologieunternehmen selbst, und das ist verständlich. Heute wird nicht das Produkt selbst angeboten, sondern eine Idee und mögliche Methoden zu deren Umsetzung.

Und um diese Idee umzusetzen, sind Dutzende und Hunderte von Experimenten, Erfahrungen und teuren Geräten erforderlich. Nicht jeder Investor ist bereit, nur einer Idee zu folgen und dabei seine Investitionen zu riskieren. Aber nicht jeder glaubte daran Mobile Kommunikation, und heute ist es überall.

An dieser Moment Nummer Großunternehmen Es gibt nur wenige Menschen, die an der biotechnologischen Entwicklung beteiligt sind. Diese beinhalten:

• Illumina (genetische Forschung, Analysen, DNA-Microarray-Technologie),
• Oxford Nanopore (Entwicklung und Vertrieb von Produkten zur Interaktion mit DNA),
• Roche (Pharmaunternehmen),
• Editas Medicine (Anpassung von Labor-Genbearbeitungstechniken an den groß angelegten Einsatz in Krankenhäusern),
• Counsyl (schlug eine kostengünstige Methode zur automatisierten DNA-Analyse zur anschließenden Verwendung von Daten in der Behandlung vor).

Laut Experten sind Sequenzierungsunternehmen der attraktivste Bereich für Investitionen in die Biotechnologie. Dies ist die allgemeine Bezeichnung für Methoden, mit denen Sie die Nukleotidsequenz in einem DNA-Molekül bestimmen können. Durch die Entschlüsselung von DNA-Daten (Sequenzierung) ist es möglich, für Erbkrankheiten verantwortliche Bereiche zu identifizieren und zu beseitigen. Sobald der Prozess perfektioniert ist, können die Menschen die Krankheit loswerden, anstatt Symptome zu behandeln. Dies wird unser Verständnis von Diagnostik verändern und große Vorteile für diejenigen bringen, die in der Lage sind, das Potenzial des Unternehmens bereits in der Ideenphase zu berücksichtigen.

Biotechnologie: gut oder böse?

Bereits heute ist die Weltbevölkerung mit dem Problem der Nahrungsmittelknappheit konfrontiert, und wenn die Zahl der Menschen weiter wächst, könnte die Situation in naher Zukunft kritisch werden. Das Wissen darüber, was Biotechnologie ist und wie man sie anwendet, hilft, unabhängig von externen Faktoren maximale Ertragsergebnisse zu erzielen. Und diese Erfolge sind nicht von der Hand zu weisen. Darüber hinaus ist die Erfindung von Antibiotika ein unbestreitbarer Beweis für den Nutzen der Wissenschaft, die es ermöglicht hat, Hunderte von Krankheiten zu kontrollieren und in einigen Fällen vollständig auszurotten.

Aber nicht jeder hat eine eindeutige Einschätzung der Wissenschaft. Es bestehen Bedenken, dass mangelnde Kontrolle irreversible Folgen haben könnte. Beispielsweise werden heute biotechnologische Produkte wie Steroide für Sportler zu einer Ursache für vorzeitige Herzerkrankungen. Bei dem Streben nach der Schaffung eines Supermenschen, der Alter und Krankheit besiegt hat, läuft die Gesellschaft Gefahr, ihre Natur zu verlieren.

Wir haben nicht in Höhlen übernachtet. Wir bleiben nicht innerhalb der Grenzen unseres Planeten. Mit Hilfe der Biotechnologie und der genetischen Sequenzierung werden wir uns nicht einmal auf die Biologie selbst beschränken.
Jason Silva (Sprecher, Philosoph, TV-Star).

Die Entwicklung der Biotechnologie ist so schnell vorangekommen, dass die Staaten der Welt mit dem Problem mangelnder Kontrolle auf rechtlicher Ebene konfrontiert sind. Dies hat zur Einstellung vieler Projekte geführt, daher ist es noch zu früh, über das Klonen von Menschen und den Sieg über den Tod zu sprechen, und die beiden konfrontativen Lager können sich frei der philosophischen Reflexion hingeben.

Warum Biotechnologie?
Die Menschheit tritt in das dritte Jahrtausend mit enormem Wissen im Bereich der Biowissenschaften und enormem Potenzial für dessen praktische Nutzung ein.
Fortschritte auf dem Gebiet der physikalisch-chemischen Biologie und Biotechnologie legten den Grundstein für die neue Medizin. Neue Methoden zur Diagnose schwer zu diagnostizierender Krankheiten und antibiotikaresistenter Mikroorganismen entwickeln sich rasant. Die Pharmakologie hat durch die Entdeckung neuer Gene und ihrer Proteinprodukte viele bisher unzugängliche Möglichkeiten gewonnen, was zur Entstehung einer neuen Generation von Arzneimitteln mit hoher Selektivität und geringer Toxizität führt.
Im letzten Jahrzehnt hat die Branche immer mehr Aufmerksamkeit von Investoren auf der ganzen Welt auf sich gezogen, und Expertenprognosen zufolge können Biotechnologien, die zur Verbesserung des menschlichen Lebens oder des Körpers selbst beitragen, zu einer der sich am dynamischsten entwickelnden und entwickelten Branchen werden profitable Unternehmen 21. Jahrhundert.
Wichtige Trends im globalen Biotechnologiemarkt:
Adresszustellung Medikamente. Globaler Nanomedizinmarkt,
Deren Errungenschaften ermöglichen es uns, bedeutende Erfolge bei der Entwicklung von Systemen zu erzielen
Die gezielte Lieferung von Medikamenten nimmt jährlich um 12,3 % zu. Sein Volumen wird bis 2019 178 Milliarden US-Dollar betragen. Vielversprechendste Anwendungsgebiete
Nanomedizin dient der Behandlung von Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Einer der Trends moderne Medizin ist die aktive Einführung biologischer Polymere, die über einen langen Zeitraum notwendige Funktionen erfüllen oder in einfache Metaboliten zerfallen und innerhalb eines bestimmten Zeitraums vom Körper ausgeschieden werden können, ohne den Menschen zu schädigen, was häufig mit der Bildung neuer Gewebe einhergeht. Die Alterung der Weltbevölkerung und die zunehmende Zahl von Gewebe- und Organersatzoperationen bilden die Grundlage für ein nachhaltiges und langfristiges Wachstum der Nachfrage nach biokompatiblen und biologisch abbaubaren medizinischen Materialien. Das Forschungsunternehmen GIA schätzt, dass dieser Markt bis 2020 ein Volumen von 106,7 Milliarden US-Dollar erreichen wird.
Aktueller Stand der Innovationsinfrastruktur in der Branche
Biotechnologie in Russland:
Basierend auf den Ergebnissen von 2011–2013 wurde in ganz Russland ein „Innovationsaufzug“ gebildet – ein vom Staat geschaffenes System von Entwicklungsinstitutionen, die innovative Projekte in verschiedenen Phasen unterstützen: von der Aussaat über die Aussaat bis zum Moment der Umsetzung Expansion und Umstrukturierung. Die wichtigsten Strukturelemente des „Innovationsaufzugs“ sind RVC OJSC, Rusnano OJSC, Skolkovo Foundation, Vnesheconombank (VEB), Russische Bank zur Unterstützung kleiner und mittlerer Unternehmen (SME Bank), Fonds zur Unterstützung der Entwicklung kleiner Formen von Unternehmen
im wissenschaftlichen und technischen Bereich („Bortnik-Stiftung“), Russische Stiftung für technologische Entwicklung (RFTD). Ergänzt wird das System durch aktiv gegründete regionale Risikofonds, öffentliche Organisationen („OPORA RUSSIA“), Russischer Verband Risikoinvestitionen sowie eine spezialisierte Handelsplattform der Moskauer Börse für High-Tech-Unternehmen
„Markt der Innovationen und Investitionen.“ Im Bereich der Biotechnologie kommt dem Biomedizinischen Technologiecluster des Skolkovo Innovation Center eine besondere Rolle zu. So können Unternehmen in Skolkovo nicht nur finanzielle Mittel in Form von Zuschüssen erhalten, sondern haben auch Zugang zu vereinfachten Zollverfahren, Mentoring-Unterstützung durch Fachleute und Diskussionsplattformen.
Und abschließend möchte ich zusammenfassen:
Wenn wir ein zivilisiertes Land bleiben wollen, müssen wir unsere eigene Biotechnologieindustrie entwickeln. Dies ist profitabel, vielversprechend und vorrangig, was durch den beobachteten Trend des wachsenden Interesses des russischen Privatkapitals an der Schaffung einer pharmazeutischen und biotechnologischen Produktion bestätigt wird.
Entwicklungsinstitutionen widmen diesem Sektor in ihren Investitionsstrategien zunehmend Aufmerksamkeit. Eine wichtige Rolle in der Entwicklung der Branche kommt Technologieplattformen („Medizin der Zukunft“, „Biotech 2030“, „Bioenergie“) und Plattformen für die Entwicklung von Biotechnologien (www.ivao.com) zu, die entwickelt werden Bindeglied zwischen Wirtschaft und Wissenschaft zu werden. Die erklärte Importsubstitutionspolitik beginnt allmählich Früchte zu tragen. Daher haben viele der größten biopharmazeutischen Unternehmen ihre Produktion in den Clustern Kaluga, Region Jaroslawl, in Sankt Petersburg. Inländische Unternehmen stellen mit Unterstützung des Ministeriums für Industrie und Handel Analoga ausländischer biologischer Produkte her. Mit dem erwarteten Auslaufen des Patentschutzes für viele Medikamente könnte in Russland in Zukunft ein wettbewerbsfähiger Sektor von Biosimilars (Biosimilars) entstehen.

Biotechnologie – die Medizin der Zukunft

Neue Version Die Zeitschrift „SCIENCE at First Hand“ erschien „im Anschluss“ an die gesamtrussische Konferenz mit internationaler Beteiligung „Biotechnologie – Medizin der Zukunft“, die im Juli 2017 in der Nowosibirsker Akademgorodok stattfand. Zu den Organisatoren des wissenschaftlichen Forums zählen die Institut für Chemische Biologie und Grundlagenmedizin und das Institut für Zytologie und Genetik SB RAS sowie die Nationale Staatliche Forschungsuniversität Nowosibirsk, an der biomedizinische Forschung im Rahmen der strategischen akademischen Einheit „Synthetische Biologie“ betrieben wird, die eine Reihe vereint aus russischen und ausländischen Teilnehmern, vor allem Instituten des SB RAS mit biologischem Profil. Im ersten, einleitenden Artikel der Ausgabe geben die Autoren einen Überblick über die aktuellsten Richtungen und vielversprechenden Forschungsergebnisse im Zusammenhang mit der Entwicklung und Umsetzung neuer Gentechnik-, Zell-, Gewebe-, immunbiologischer und digitaler Technologien in der praktischen Medizin, einige davon die in weiteren Artikeln der Ausgabe ausführlich dargestellt werden

Die rasante Entwicklung der Biowissenschaften aufgrund der Entstehung leistungsstarker Geräte und der Entwicklung von Methoden zur Manipulation von Informationsbiopolymeren und Zellen hat den Grundstein für die Entwicklung der zukünftigen Medizin gelegt. Als Ergebnis der jüngsten Forschung wurden wirksame Diagnosemethoden entwickelt und Möglichkeiten für die rationelle Entwicklung antiviraler, antibakterieller und antitumoraler Medikamente, Gentherapie und Genombearbeitung eröffnet. Moderne biomedizinische Technologien beeinflussen zunehmend die Wirtschaft und bestimmen die Lebensqualität der Menschen.

Bisher wurden die Struktur und Funktionen grundlegender biologischer Moleküle eingehend untersucht und Methoden zur Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren entwickelt. Diese Biopolymere sind von Natur aus „intelligente“ Materialien, da sie in der Lage sind, bestimmte biologische Ziele hochspezifisch zu „erkennen“ und darauf einzuwirken. Durch gezielte „Programmierung“ solcher Makromoleküle ist es möglich, Rezeptormolekülkonstrukte für Analysesysteme sowie Medikamente zu schaffen, die gezielt auf bestimmte genetische Programme oder Proteine ​​einwirken.

„Smart Drugs“, die mit Methoden der synthetischen Biologie hergestellt werden, eröffnen Möglichkeiten für gezielt(gezielte) Therapie von Autoimmun-, onkologischen, erblichen und infektiösen Erkrankungen. Dies gibt Anlass, über die Umsetzung zu sprechen medizinische Übung Ansätze der personalisierten Medizin, die sich auf die Behandlung einer bestimmten Person konzentrieren.

Mit Hilfe moderner Medizintechnik und Arzneimittel ist es heute möglich, viele Krankheiten zu heilen, die früher ein großes medizinisches Problem darstellten. Doch mit der Entwicklung der praktischen Medizin und der steigenden Lebenserwartung wird die Aufgabe der Gesundheitsversorgung im wahrsten Sinne des Wortes immer dringlicher: nicht nur die Bekämpfung von Krankheiten, sondern die Erhaltung der bestehenden Gesundheit, damit der Mensch einen aktiven Lebensstil führen kann und bleiben bis ins hohe Alter ein vollwertiges Mitglied der Gesellschaft.

PROST! Moderne Methoden der Genomsequenzierung werden in der Medizin weit verbreitet und in naher Zukunft werden alle Patienten einen genetischen Pass haben. Informationen über die erblichen Merkmale des Patienten sind die Grundlage der prognostischen personalisierten Medizin. Vorgewarnt ist bekanntlich gewappnet. Wer sich der möglichen Risiken bewusst ist, kann sein Leben so gestalten, dass die Entstehung der Krankheit verhindert wird. Dies gilt für Lebensstil, Ernährungsgewohnheiten und therapeutische Medikamente.
Vorausgesetzt, dass Sie ständig eine Reihe von Markern überwachen, die Abweichungen in der Körperfunktion signalisieren, können Sie diese rechtzeitig korrigieren. Es gibt bereits viele Methoden, den Zustand des Körpers zu überwachen: zum Beispiel mit Sensoren, die die Funktion des Herz-Kreislauf-Systems und die Qualität des Schlafes überwachen, oder mit Geräten, die gasförmige Produkte in der Ausatemluft eines Menschen analysieren. Durch die Entwicklung minimalinvasiver Flüssigbiopsie-Technologien und Technologien zur Analyse von im Blutkreislauf zirkulierenden Proteinen und Peptiden eröffnen sich enorme Chancen. An frühe Stufen Krankheiten lassen sich in vielen Fällen durch „sanfte“ Methoden korrigieren: Umstellung der Ernährung, Einsatz zusätzlicher Mikroelemente, Vitamine und Probiotika. In letzter Zeit Besondere Aufmerksamkeit konzentriert sich auf die Möglichkeiten, mit der Entwicklung einhergehende Abweichungen in der Zusammensetzung der menschlichen Darmflora zu korrigieren große Zahl pathologische Zustände.

Dieses Problem kann gelöst werden, indem eine ständige wirksame Kontrolle des Körperzustands gewährleistet wird, die es ermöglicht, die Auswirkungen ungünstiger Faktoren zu vermeiden und die Entwicklung der Krankheit zu verhindern, den pathologischen Prozess in einem sehr frühen Stadium zu erkennen und ihn zu beseitigen Ursache der Krankheit.

In diesem Sinne lässt sich die Hauptaufgabe der Medizin der Zukunft als „Gesundheitsmanagement“ formulieren. Dies ist durchaus möglich, wenn Sie über vollständige Informationen über die Vererbung einer Person verfügen und wichtige Indikatoren für den Zustand des Körpers überwachen.

„Intelligente“ Diagnose

Um die Gesundheit zu verwalten, sind wirksame und einfache minimalinvasive Methoden zur Früherkennung von Krankheiten und zur Bestimmung der individuellen Empfindlichkeit gegenüber therapeutischen Medikamenten und Faktoren erforderlich Außenumgebung. Beispielsweise müssen Probleme wie die Schaffung von Systemen zur Gendiagnostik und Identifizierung von Krankheitserregern menschlicher Infektionskrankheiten sowie die Entwicklung von Methoden zur quantitativen Bestimmung von Proteinen und Nukleinsäuren – Krankheitsmarkern – gelöst werden (und werden bereits gelöst). .

Unabhängig davon ist die Entwicklung von Methoden zur frühen nicht-invasiven Diagnostik hervorzuheben ( Flüssigbiopsie) Tumorerkrankungen basierend auf der Analyse extrazellulärer DNA und RNA. Die Quelle solcher Nukleinsäuren sind sowohl tote als auch lebende Zellen. Normalerweise ist ihre Konzentration relativ gering, steigt jedoch meist mit Stress und der Entwicklung pathologischer Prozesse an. Wann immer bösartiger Tumor Von Krebszellen freigesetzte Nukleinsäuren gelangen in den Blutkreislauf, und diese charakteristische zirkulierende RNA und DNA kann als Krankheitsmarker dienen.

Basierend auf solchen Markern werden nun Ansätze zur Früherkennung von Krebs, Methoden zur Vorhersage des Risikos seiner Entstehung sowie zur Beurteilung der Schwere der Erkrankung und der Wirksamkeit der Therapie entwickelt. Beispielsweise wurde am Institut für Chemische Biologie und Grundlagenmedizin der SB RAS gezeigt, dass bei Prostatakrebs der Grad von Methylierung bestimmte Abschnitte der DNA. Es wurde eine Methode entwickelt, um zirkulierende DNA aus Blutproben zu isolieren und ihre Methylierungsmuster zu analysieren. Diese Methode könnte die Grundlage für eine genaue nicht-invasive Diagnose von Prostatakrebs werden, die es heute noch nicht gibt.

Eine wichtige Informationsquelle über den Gesundheitszustand kann das sogenannte sein nichtkodierende RNAs, also solche RNAs, die keine Vorlage für die Proteinsynthese sind. In den letzten Jahren wurde festgestellt, dass in Zellen viele verschiedene nichtkodierende RNAs gebildet werden, die an der Regulierung verschiedener Prozesse auf der Ebene der Zellen und des gesamten Organismus beteiligt sind. Die Untersuchung des Spektrums von microRNAs und langen nichtkodierenden RNAs unter verschiedenen Bedingungen eröffnet vielfältige Möglichkeiten für eine schnelle und effektive Diagnose. Am Institut für Molekular- und Zellbiologie SB RAS (IMBB SB RAS, Nowosibirsk) und ICBFM SB RAS wurden eine Reihe von microRNAs als vielversprechende Marker für Tumorerkrankungen identifiziert.

Erkennen Sie den Feind im Gesicht Moderne Technologien mit biologischen Mikrochips ermöglichen es, die Erreger einer Reihe von Krankheiten (Tuberkulose, AIDS, Hepatitis B und C, Milzbrand, Infektionen von Neugeborenen) schnell und effektiv zu identifizieren, das Vorhandensein bestimmter Biotoxine nachzuweisen und chromosomale Translokationen bei Leukämie zu bestimmen , registrieren Proteinmarker von Krebs und bestimmen die genetische Veranlagung für Krankheiten und die individuelle Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Therapiearten. Technologien können auch zur genetischen Identifizierung von Personen bei forensischen genetischen Untersuchungen und beim Aufbau von DNA-Datenbanken eingesetzt werden.
IBFM SB RAS war an der Umsetzung von zwei großen internationalen Projekten zur Entwicklung von Oligonukleotid-Mikroarrays beteiligt, die vom American Biotechnology Cooperation Program des US-Gesundheitsministeriums finanziert wurden ( Biotechnology Engagement Program, US-Gesundheitsministerium BTEP/DHHS). Im Rahmen des ersten Projekts unter Beteiligung von IMB-Spezialisten. V. A. Engelhardt entwickelte Mikrochips, die es ermöglichen, verschiedene Stämme von Pocken- und Herpesviren genau zu identifizieren. Es wurden zwei Mikrochip-Designs (auf einem Glassubstrat und mit Gelflecken) sowie ein tragbarer Fluoreszenzdetektor für deren Analyse entwickelt. Im Rahmen des zweiten Projekts wurde ein universeller Mikrochip zur Typisierung des Influenza-A-Virus geschaffen, der eine zuverlässige Unterscheidung von 30 Subtypen dieses Virus anhand der Bestimmung zweier Oberflächenproteine ​​des Virus – Hämagglutinin und Neuraminidase – ermöglicht

Mit Hilfe moderne Technologien Die RNA- und DNA-Sequenzierung kann eine Plattform für die Diagnose und Prognose von Krebs beim Menschen schaffen, basierend auf der Analyse des microRNA-Gehalts und der Genotypisierung, d. h. der Identifizierung spezifischer genetischer Varianten eines bestimmten Gens sowie der Bestimmung von Profilen Ausdruck(Aktivität) von Genen. Dieser Ansatz setzt die Fähigkeit voraus, mit modernen Geräten schnell und gleichzeitig mehrere Analysen durchzuführen – ​ biologische Mikrochips.

Biochips sind Miniaturgeräte zur parallelen Analyse spezifischer biologischer Makromoleküle. Die Idee, solche Geräte zu entwickeln, wurde am Institut geboren Molekularbiologie ihnen. V. A. Engelhardt Russische Akademie Sciences (Moskau) Ende der 1980er Jahre. In kurzer Zeit haben sich Biochip-Technologien zu einem eigenständigen Analysegebiet mit einer Vielzahl praktischer Anwendungen entwickelt, von der Untersuchung grundlegender Probleme der Molekularbiologie und der molekularen Evolution bis hin zur Identifizierung arzneimittelresistenter Bakterienstämme.

Heute produziert und nutzt das IMB RAS in der medizinischen Praxis originelle Testsysteme zur Identifizierung von Krankheitserregern einer Reihe gesellschaftlich bedeutsamer Infektionen, einschließlich Tuberkulose, und identifiziert gleichzeitig deren Resistenz gegen antimikrobielle Medikamente. Testsysteme zur Beurteilung der individuellen Verträglichkeit von Zytostatika und vieles mehr.

Der Weltmarktführer im Biochip-Bau ist ein amerikanisches Unternehmen Affymetrix Inc. – ​produziert Biochips mit einer hohen Dichte an molekularen Sonden, basierend auf fotolithografischen Technologien, die zur Herstellung von Halbleiterchips verwendet werden. Auf einem solchen Chip können sich auf einer Fläche von weniger als 2 cm 2 Millionen von Spotpunkten mit einer Größe von mehreren Mikrometern befinden. Jeder dieser Punkte enthält mehrere Millionen identische Oligonukleotide, die kovalent an die Oberfläche des Mikrochips gebunden sind

Die Entwicklung bioanalytischer Diagnosemethoden erfordert eine ständige Verbesserung Empfindlichkeit  – ​die Fähigkeit, bei der Registrierung kleiner Mengen der erkannten Substanz ein zuverlässiges Signal zu liefern. Biosensoren  – Dabei handelt es sich um eine neue Generation von Geräten, die eine spezifische Analyse des Gehalts verschiedener Krankheitsmarker in Proben komplexer Zusammensetzung ermöglichen, was besonders wichtig bei der Diagnose von Krankheiten ist.

IBFM SB RAS entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Nowosibirsker Institut für Halbleiterphysik SB RAS Mikrobiosensoren auf Basis von Feldeffekttransistoren, die zu den empfindlichsten Analysegeräten zählen. Ein solcher Biosensor ermöglicht die Echtzeitüberwachung der Interaktion von Biomolekülen. Sein Bestandteil ist eines dieser interagierenden Moleküle, das die Rolle einer molekularen Sonde spielt. Die Sonde erfasst ein molekulares Ziel aus der analysierten Lösung, dessen Vorhandensein zur Beurteilung der spezifischen Gesundheitsmerkmale des Patienten verwendet werden kann.

„Komplementäre“ Medizin

Die Entschlüsselung der Genome von Menschen und Krankheitserregern verschiedener Infektionen hat den Weg für die Entwicklung radikaler Ansätze zur Behandlung von Krankheiten geebnet, die auf deren Grundursache abzielen – die genetischen Programme, die für die Entwicklung pathologischer Prozesse verantwortlich sind. Ein tiefes Verständnis der Krankheitsmechanismen, an denen Nukleinsäuren beteiligt sind, ermöglicht die Entwicklung therapeutischer Nukleinsäuren, die eine verlorene Funktion wiederherstellen oder die daraus resultierende Pathologie blockieren.

Doppelsträngige Moleküle aus Nukleinsäuren, DNA und RNA, entstehen durch die Wechselwirkung von Nukleotidpaaren, die zur gegenseitigen Erkennung und zur Bildung von Komplexen aufgrund der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen fähig sind. Diese Eigenschaft wird „Komplementarität“ genannt.

Ein solcher Effekt kann mithilfe synthetischer Nukleinsäurefragmente erzielt werden Oligonukleotide, nach dem Prinzip in der Lage, selektiv mit bestimmten Nukleotidsequenzen in Zielgenen zu interagieren Komplementarität. Die Idee, Oligonukleotide für gezielte Effekte auf Gene zu verwenden, wurde erstmals im Labor für natürliche Polymere (später Abteilung für Biochemie) des Nowosibirsker Instituts für Bioorganische Chemie SB RAS (heute Institut für Chemische Biologie und Grundlagenmedizin SB) entwickelt RAS). Die ersten Medikamente wurden in Nowosibirsk hergestellt Gen-gezielt zur selektiven Inaktivierung viraler und einiger zellulärer RNAs.

Ähnliche genspezifische Therapeutika werden derzeit aktiv auf der Basis von Nukleinsäuren, ihren Analoga und Konjugaten (Antisense-Oligonukleotide, interferierende RNA, Aptamere, Genom-Editierungssysteme) entwickelt. Untersuchungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass, basierend auf Antisense-Oligonukleotide Es ist möglich, eine breite Palette biologisch aktiver Substanzen zu gewinnen, die auf verschiedene genetische Strukturen einwirken und Prozesse auslösen, die zu einer vorübergehenden „Abschaltung“ von Genen oder zu Veränderungen in genetischen Programmen – dem Erscheinungsbild – führen Mutationen. Es ist erwiesen, dass es mit Hilfe solcher Verbindungen möglich ist, die Funktion bestimmter Substanzen zu unterdrücken Boten-RNA lebende Zellen, beeinflussen die Proteinsynthese und schützen die Zellen auch vor Virusinfektionen.

„HEILENDES“ PROTEIN Eine Regulierung der Genexpression unter dem Einfluss von „Antisense“-Oligonukleotiden ist möglich verschiedene Ebenen. Somit unterdrücken Oligonukleotide, die zu den Boten-RNA-Sequenzen komplementär sind, die Genexpression im Stadium der Translation, d. h. der Proteinsynthese. Therapeutische Nukleinsäuren können aber auch in andere molekularbiologische Prozesse eingreifen, beispielsweise indem sie Spleißstörungen während der mRNA-Reifung korrigieren. Bei einer dieser Erkrankungen wird in Zellen das „falsche“ Protein Dystrophin synthetisiert, das ein wichtiger Strukturbestandteil des Muskelgewebes ist. Dies führt zur Entwicklung einer schweren Krankheit – der Duchenne-Muskeldystrophie. Das ICBFM SB RAS hat therapeutische Oligonukleotide zur Behandlung dieser Krankheit entwickelt und ein entsprechendes Patent wurde bereits angemeldet.

Heutzutage werden Antisense-Oligonukleotide und RNAs, die die Funktionen von mRNA und viralen RNAs unterdrücken, nicht nur in der biologischen Forschung eingesetzt. Derzeit werden zahlreiche antivirale und entzündungshemmende Medikamente getestet, die auf der Basis künstlicher Analoga von Oligonukleotiden hergestellt werden, und einige von ihnen beginnen bereits mit der Einführung in die klinische Praxis.

Das in dieser Richtung arbeitende Labor für biomedizinische Chemie des IBFM SB RAS wurde 2013 dank eines wissenschaftlichen Großstipendiums der Regierung der Russischen Föderation gegründet. Ihr Organisator war ein Professor an der Yale University, Nobelpreisträger S. Altman. Das Labor erforscht die physikalisch-chemischen und biologischen Eigenschaften neuer vielversprechender künstlicher Oligonukleotide, auf deren Grundlage RNA-gerichtete antibakterielle und antivirale Medikamente entwickelt werden.

Im Rahmen des von S. Altman geleiteten Projekts wurde eine groß angelegte systematische Studie zu den Auswirkungen verschiedener künstlicher Analoga von Oligonukleotiden auf pathogene Mikroorganismen durchgeführt: Pseudomonas aeruginosa, Salmonellen, Staphylococcus aureus und Influenzavirus. Es wurden Zielgene identifiziert, die diese Krankheitserreger am effektivsten unterdrücken können; Die technologischen und therapeutischen Eigenschaften der aktivsten Oligonukleotidanaloga, einschließlich derjenigen mit antibakterieller und antiviraler Aktivität, werden bewertet.

Am ICBFM SB RAS wurde zum ersten Mal weltweit eine Synthese durchgeführt Phosphorylguanidin Oligonukleotid-Derivate. Diese neuen Verbindungen sind elektrisch neutral, in biologischen Umgebungen stabil und binden unter einer Vielzahl von Bedingungen stark an RNA- und DNA-Ziele. Aufgrund ihrer vielfältigen einzigartigen Eigenschaften sind sie vielversprechend für den Einsatz als Therapeutika und können auch zur Verbesserung der Effizienz diagnostischer Instrumente auf Basis von Biochip-Technologien eingesetzt werden.

Unter den kommerziellen Unternehmen ist ein amerikanisches Unternehmen führend bei der Herstellung therapeutischer Nukleinsäuren Ionis Pharmaceuticals, Inc.. (USA). Nach vielen Jahren klinischer Forschung wurden Antisense-Medikamente in die medizinische Praxis eingeführt: Kynamro  – ​Reduziert den Spiegel des „schlechten“ Cholesterins, Alicaforsen  – ​zur Behandlung von Colitis ulcerosa und Spinraza  – ​zur Behandlung der Duchenne-Dystrophie. Drogen Ionis Gegen eine Reihe weiterer Krankheiten laufen klinische Studien. Führend in der Entwicklung therapeutischer interferierender RNA – Unternehmen Alnylam Pharmaceuticals  – ​führt auch klinische Studien zu einer ganzen Reihe von Medikamenten zur Behandlung schwerer Krankheiten (wie erbliche Amyloidose, schwere Formen der Hypercholesterinämie, Hämophilie) durch, für die es derzeit keine wirksamen Behandlungen gibt

Antisense-Effekte auf Messenger-RNAs beschränken sich nicht auf einfache Blockierung Spleißen(der Prozess der RNA-„Reifung“) oder Proteinsynthese. Effektiver ist das enzymatische Schneiden von mRNA, das durch die Bindung eines therapeutischen Oligonukleotids an das Ziel ausgelöst wird. In diesem Fall kann das Oligonukleotid, ein Spaltungsinduktor, anschließend mit einem anderen RNA-Molekül in Kontakt treten und seine Wirkung wiederholen. Das ICBFM SB RAS untersuchte die Wirkung von Oligonukleotiden, die, wenn sie an mRNA gebunden sind, Komplexe bilden, die als Substrate für das Enzym RNase P dienen können. Dieses Enzym selbst ist RNA mit katalytischen Eigenschaften ( Ribozym).

Nicht nur Antisense-Nukleotide, sondern auch doppelsträngige RNA, die nach dem Mechanismus wirkt, erwies sich als äußerst wirksames Mittel zur Unterdrückung der Genaktivität RNA-Interferenz. Der Kern dieses Phänomens besteht darin, dass lange dsRNAs beim Eintritt in die Zelle in kurze Fragmente (die sogenannten) zerschnitten werden kleine störende RNA siRNA), komplementär zu einer bestimmten Region der Boten-RNA. Durch die Bindung an solche mRNA lösen siRNAs die Wirkung eines enzymatischen Mechanismus aus, der das Zielmolekül zerstört.

Die Verwendung dieses Mechanismus eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung einer breiten Palette hochwirksamer, ungiftiger Medikamente zur Unterdrückung der Expression nahezu aller Gene, einschließlich viraler. Am ICBFM SB RAS wurden vielversprechende Antitumormedikamente auf Basis kleiner interferierender RNAs entwickelt, die in Tierversuchen gute Ergebnisse zeigten. Einer der interessanten Erkenntnisse ist doppelsträngige RNA mit einer ursprünglichen Struktur, die die Produktion von stimuliert Interferon, wodurch der Prozess der Tumormetastasierung wirksam unterdrückt wird. Eine gute Penetration des Arzneimittels in die Zellen wird durch neue kationische Träger gewährleistet. Liposomen(Lipidvesikel), gemeinsam mit Spezialisten aus Moskau entwickelt staatliche Universität Feinchemische Technologien, benannt nach M. V. Lomonosov.

Neue Rollen von Nukleinsäuren

Die Entwicklung der Polymerase-Kettenreaktionsmethode, die es ermöglicht, Nukleinsäuren – DNA und RNA – in unbegrenzten Mengen zu reproduzieren, und das Aufkommen von Technologien zur molekularen Selektion von Nukleinsäuren haben es ermöglicht, künstliche RNA und DNA mit bestimmten Eigenschaften zu erzeugen . Als Nukleinsäuremoleküle werden Nukleinsäuremoleküle bezeichnet, die bestimmte Stoffe selektiv binden Aptamere. Auf ihrer Grundlage können Medikamente gewonnen werden, die die Funktionen beliebiger Proteine ​​blockieren: Enzyme, Rezeptoren oder Regulatoren der Genaktivität. Derzeit wurden bereits Tausende verschiedener Aptamere gewonnen, die in Medizin und Technik breite Anwendung finden.

Einer der Weltmarktführer auf diesem Gebiet ist ein amerikanisches Unternehmen Soma Logic Inc. – ​erstellt das sogenannte Comomere, die selektiv aus Bibliotheken chemisch modifizierter Nukleinsäuren basierend auf dem Grad der Affinität für bestimmte Ziele ausgewählt werden. Modifikationen an der Stickstoffbasis verleihen solchen Aptameren zusätzliche „proteinähnliche“ Funktionalität, was eine hohe Stabilität ihrer Komplexe mit Zielmolekülen gewährleistet. Darüber hinaus erhöht dies die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Auswahl von Coameren für diejenigen Verbindungen, für die herkömmliche Aptamere nicht ausgewählt werden konnten.

Die Entwicklung der synthetischen Biologie basiert auf einem revolutionären Durchbruch auf dem Gebiet der Oligonukleotidsynthese. Die Synthese künstlicher Gene ist dank der Entwicklung leistungsstarker Gensynthesizer möglich geworden, die mikro- und nanofluidische Systeme nutzen. Heutzutage wurden Geräte entwickelt, die es ermöglichen, schnell künstliche Gene und/oder bakterielle und virale Genome zusammenzusetzen, deren Analoga in der Natur nicht existieren.
Ein Beispiel für die Entwicklung von Mikrochip-Technologien ist ein amerikanisches Unternehmen LCSciences und Deutsch Febit GmbH. Produktion von Biochip-Reaktoren LCSciences Durch die Verwendung von Standardreagenzien für die Oligonukleotidsynthese können Sie gleichzeitig 4-8.000 verschiedene Oligonukleotide synthetisieren. Unternehmen für Mikrochip-Reaktoren Febit GmbH besteht aus 8 unabhängigen Fragmenten, auf denen jeweils bis zu 15.000 verschiedene Oligonukleotide gleichzeitig synthetisiert werden. An einem Tag können Sie auf diese Weise bis zu einer halben Million Oligonukleotide gewinnen – die Bausteine ​​zukünftiger Gene.

Unter den Aptameren mit Affinität zu klinisch relevanten Zielmolekülen gibt es derzeit therapeutische Wirkstoffkandidaten, die die dritte, entscheidende Phase klinischer Studien erreicht haben. Einer von ihnen ist Macugen  – bereits in der klinischen Praxis zur Behandlung von Netzhauterkrankungen eingesetzt; Arzneimittel zur Behandlung der altersbedingten Makuladegeneration der Netzhaut Fovista schließt die Prüfungen erfolgreich ab. Und es sind viele ähnliche Medikamente in der Pipeline.

Aber die Therapie ist nicht der einzige Zweck von Aptameren: Als Erkennungsmoleküle bei der Herstellung sind sie für Bioanalytiker von großem Interesse Aptamer-Biosensoren.

Am IKhBFM werden gemeinsam mit dem Institut für Biophysik SB RAS (Krasnojarsk) biolumineszierende Aptasensoren mit schaltbarer Struktur entwickelt. Es wurden Aptamere erhalten, die als Sensor-Reporterblock für Ca 2+ -aktiviertes Photoprotein fungieren tünchen, ein praktisches biolumineszierendes Etikett. Dieser Sensor ist in der Lage, nur Moleküle bestimmter Proteine ​​zu „fangen“, die in der Probe nachgewiesen werden müssen. Derzeit werden nach diesem Schema schaltbare Biosensoren für veränderte Blutproteine ​​konstruiert, die als Marker für Diabetes dienen.

Ein neues Objekt unter den therapeutischen Nukleinsäuren ist die Boten-RNA selbst. Unternehmen Moderna Therapeutics(USA) führt derzeit groß angelegte klinische Studien mit mRNA durch. Wenn mRNA in eine Zelle gelangt, fungiert sie als ihre eigene. Dadurch ist die Zelle in der Lage, Proteine ​​zu produzieren, die die Entstehung der Krankheit verhindern oder stoppen können. Großer Teil Solche potenziellen Therapeutika richten sich gegen Infektionskrankheiten (Influenzavirus, Zikavirus, Zytomegalievirus usw.) und onkologische Erkrankungen.

Proteine ​​als Medizin

Die enormen Erfolge der synthetischen Biologie der letzten Jahre spiegeln sich in der Entwicklung von Technologien zur Herstellung therapeutischer Proteine ​​wider, die in der Klinik bereits breite Anwendung finden. Dies gilt zunächst für Antitumor-Antikörper, mit deren Hilfe eine wirksame Therapie einer Reihe onkologischer Erkrankungen möglich geworden ist.

Jetzt erscheinen immer mehr neue Antitumor-Protein-Medikamente. Ein Beispiel wäre eine Droge Lactaptin, erstellt am ICBFM SB RAS basierend auf einem Fragment eines der wichtigsten menschlichen Milchproteine. Forscher haben herausgefunden, dass dieses Peptid induziert Apoptose(„Selbstmord“) von Zellen aus einer Standardtumorzellkultur – Adenokarzinom der menschlichen Brust. Mithilfe gentechnischer Methoden wurde eine Reihe struktureller Analoga von Lactaptin erhalten, aus denen das wirksamste ausgewählt wurde.

Tests an Labortieren bestätigten die Sicherheit des Arzneimittels und seine antitumorale und antimetastatische Wirkung gegen eine Reihe menschlicher Tumoren. Die Technologie zur Herstellung von Lactaptin in Substanz und Darreichungsform ist bereits entwickelt und erste Versuchschargen des Arzneimittels wurden hergestellt.

Therapeutische Antikörper werden zunehmend zur Behandlung von Virusinfektionen eingesetzt. Den Spezialisten des ICBFM SB RAS gelang es, mithilfe gentechnischer Methoden einen humanisierten Antikörper gegen das durch Zecken übertragene Enzephalitis-Virus zu entwickeln. Das Medikament hat alle präklinischen Tests bestanden und seine hohe Wirksamkeit bewiesen. Es stellte sich heraus, dass die Schutzeigenschaften des künstlichen Antikörpers hundertmal höher sind als die eines kommerziellen Antikörperpräparats, das aus Spenderserum gewonnen wird.

Invasion der Vererbung

Die Entdeckungen der letzten Jahre haben die Möglichkeiten der Gentherapie erweitert, die bis vor Kurzem wie Science-Fiction wirkten. Technologien Genombearbeitung Basierend auf dem Einsatz des RNA-Protein-Systems CRISPR/Cas sind sie in der Lage, bestimmte DNA-Sequenzen zu erkennen und Brüche in diese einzufügen. Während der „Reparatur“ ( Wiedergutmachungen) Solche Störungen können durch krankheitsauslösende Mutationen korrigiert werden oder es können neue genetische Elemente zu therapeutischen Zwecken eingeführt werden.

Die Genbearbeitung eröffnet die Aussicht auf eine radikale Lösung des Problems genetisch bedingter Erkrankungen durch die Veränderung des Genoms in-vitro-Fertilisation. Die grundsätzliche Möglichkeit gezielter Veränderungen in den Genen eines menschlichen Embryos ist bereits experimentell nachgewiesen und die Schaffung einer Technologie, die die Geburt erbkrankheitsfreier Kinder gewährleistet, ist eine Aufgabe der nahen Zukunft.

Mit Genomic Editing lassen sich nicht nur Gene „reparieren“, sondern mit diesem Ansatz können auch Virusinfektionen bekämpft werden, die gegen herkömmliche Therapien resistent sind. Die Rede ist von Viren, die ihr Genom in die Zellstrukturen des Körpers integrieren, wo es für moderne antivirale Medikamente unzugänglich ist. Zu diesen Viren gehören HIV-1, Hepatitis-B-Viren, Papillomaviren, Polyomaviren und eine Reihe anderer. Genomeditierungssysteme können virale DNA in einer Zelle inaktivieren, indem sie sie in harmlose Fragmente schneiden oder inaktivierende Mutationen einführen.

Es ist offensichtlich, dass der Einsatz des CRISPR/Cas-Systems als Mittel zur Korrektur menschlicher Mutationen erst möglich wird, wenn es verbessert wird, um sicherzustellen hohes Level Spezifität und ein breites Spektrum an Tests. Um gefährliche Virusinfektionen erfolgreich bekämpfen zu können, muss außerdem das Problem der wirksamen Abgabe therapeutischer Wirkstoffe an die Zielzellen gelöst werden.

Zuerst gab es eine Stammzelle

Einer der am schnellsten wachsenden Bereiche in der Medizin ist Zelltherapie. Führende Länder führen bereits klinische Studien mit Zelltechnologien durch, die zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen, allergischen, onkologischen und chronischen Viruserkrankungen entwickelt wurden.

In Russland wurden bahnbrechende Arbeiten zur Entwicklung therapeutischer Wirkstoffe durchgeführt Stammzellen und Zellimpfstoffe wurden am Institut für grundlegende und klinische Immunologie der sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften (Nowosibirsk) durchgeführt. Als Ergebnis der Forschung wurden Methoden zur Behandlung von Krebs, Hepatitis B und Autoimmunerkrankungen entwickelt, die bereits experimentell in der Klinik eingesetzt werden.

Projekte zur Einrichtung von Zellkulturbanken von Patienten mit erblichen und onkologischen Erkrankungen zur Prüfung pharmakologischer Arzneimittel sind heutzutage äußerst relevant. Im Wissenschaftszentrum Nowosibirsk wird ein solches Projekt bereits von einem interinstitutionellen Team unter der Leitung von Prof. Dr. S. M. Zakiyan. Spezialisten aus Nowosibirsk haben Technologien zur Einführung von Mutationen in kultivierte menschliche Zellen entwickelt, die zu Zellmodellen für Krankheiten wie amyotrophe Lateralsklerose, Alzheimer-Krankheit, spinale Muskelatrophie, langes QT-Syndrom und hypertrophe Kardiomyopathie führten.

Entwicklung von Methoden zur Herstellung aus konventionellen Körperzellen pluripotenter Stamm, das sich in jede Zelle eines erwachsenen Organismus verwandeln kann, führte zur Entstehung der Zelltechnik, die es ermöglicht, beschädigte Strukturen des Körpers wiederherzustellen. Erstaunlich schnell entwickeln sich Technologien zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen für das Zell- und Gewebe-Engineering auf Basis biologisch abbaubarer Polymere: Gefäßprothesen, dreidimensionale Matrizen für das Wachstum von Knorpelgewebe und den Aufbau künstlicher Organe.

So benannten Spezialisten des ICBFM SB RAS und des National Medical Research Center. E. N. Meshalkina (Nowosibirsk) entwickelte eine Technologie zur Herstellung prothetischer Blutgefäße und Herzklappen unter Verwendung von Elektrospinnen. Mit dieser Technologie können aus einer Polymerlösung Fasern mit einer Dicke im Bereich von mehreren zehn Nanometern bis zu mehreren Mikrometern gewonnen werden. Als Ergebnis einer Reihe von Experimenten konnten Produkte mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften ausgewählt werden, die sich nun erfolgreich in der präklinischen Prüfung befinden. Aufgrund ihrer hohen Bio- und Hämokompatibilität werden solche Prothesen schließlich durch körpereigenes Gewebe ersetzt.

Mikrobiom als Objekt und Subjekt der Therapie

Bis heute sind die Genome vieler Mikroorganismen, die den Menschen infizieren, gut untersucht und entschlüsselt. Es werden auch komplexe mikrobiologische Gemeinschaften erforscht, die ständig mit dem Menschen in Verbindung stehen Mikrobiome.

Auch einheimische Wissenschaftler haben maßgebliche Beiträge zu diesem Forschungsgebiet geleistet. So waren Spezialisten des Staatlichen Wissenschaftlichen Zentrums für Virologie und Biochemie „Vector“ (Koltsovo, Region Nowosibirsk) die ersten weltweit, die die Genome der Marburg- und Pockenviren entschlüsselten, und Wissenschaftler des Instituts für Chemische Biologie und Mikrobiologie der Die sibirische Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften hat die Genome des durch Zecken übertragenen Enzephalitis-Virus entschlüsselt, dem Erreger der in der Russischen Föderation verbreiteten durch Zecken übertragenen Borreliose. Es wurden auch mikrobielle Gemeinschaften untersucht, die mit verschiedenen für den Menschen gefährlichen Zeckenarten assoziiert sind.

In den entwickelten Ländern wird heute aktiv daran gearbeitet, Mittel zur Regulierung des Mikrobioms des menschlichen Körpers, vor allem seines Verdauungstrakts, zu schaffen. Wie sich herausstellte, hängt der Gesundheitszustand stark von der Zusammensetzung des Darmmikrobioms ab. Methoden zur Beeinflussung des Mikrobioms gibt es bereits: zum Beispiel die Anreicherung mit neuen therapeutischen Bakterien Probiotika, die die Vermehrung nützlicher Bakterien begünstigen, sowie die Aufnahme von Bakteriophagen (Bakterienviren), die „schädliche“ Mikroorganismen selektiv abtöten.

Aufgrund des Problems der Verbreitung arzneimittelresistenter Bakterien wurde in letzter Zeit weltweit intensiv an der Entwicklung bakteriophagenbasierter Therapien gearbeitet. Russland ist eines der wenigen Länder, in denen der Einsatz von Bakteriophagen in der Medizin erlaubt ist. In der Russischen Föderation gibt es eine industrielle Produktion von Arzneimitteln, die bereits damals entwickelt wurden Sowjetzeit, und um wirksamere Bakteriophagen zu erhalten, ist es notwendig, sie zu verbessern, und dieses Problem kann durch Methoden der synthetischen Biologie gelöst werden.

Es wird in einer Reihe von Forschungsorganisationen der Russischen Föderation gelöst, darunter im ICBFM SB RAS. Das Institut hat in der Russischen Föderation industriell hergestellte Phagenpräparate charakterisiert, die Genome einer Reihe von Bakteriophagen entschlüsselt und eine Sammlung davon erstellt, die einzigartige Viren enthält, die für den Einsatz in der Medizin vielversprechend sind. Die Klinik des Instituts arbeitet an Mechanismen zur personalisierten Betreuung von Patienten, die an bakteriellen Infektionen leiden, die durch arzneimittelresistente Mikroorganismen verursacht werden. Letztere treten bei der Behandlung des diabetischen Fußes, aber auch als Folge von Dekubitus oder postoperativen Komplikationen auf. Darüber hinaus werden Methoden zur Korrektur von Störungen in der Zusammensetzung des menschlichen Mikrobioms entwickelt.

Im Zusammenhang mit der Schaffung von Technologien zur Gewinnung intelligenter Systeme mit hochselektiver Wirkung auf bestimmte Zellen eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für den Einsatz von Viren. Es handelt sich dabei um onkolytische Viren, in der Lage, nur Tumorzellen zu infizieren. In China und den USA werden bereits mehrere solcher Viren experimentell eingesetzt. Arbeiten in diesem Bereich werden auch in Russland unter Beteiligung von Spezialisten aus Forschungsorganisationen aus Moskau und Nowosibirsk durchgeführt: IMB RAS, SSC VB „Vector“, Staatliche Universität Nowosibirsk und ICBFM SB RAS.

Die rasante Entwicklung der synthetischen Biologie lässt in den kommenden Jahren wichtige Entdeckungen und das Aufkommen neuer biomedizinischer Technologien erwarten, die die Menschheit vor vielen Problemen bewahren und es ermöglichen, die Gesundheit tatsächlich zu verwalten und nicht nur erbliche und „erworbene“ Krankheiten zu behandeln.

Das Forschungsspektrum in diesem Bereich ist äußerst breit gefächert. Bereits verfügbare Gadgets sind nicht nur Spielzeuge, sondern wirklich nützliche Geräte, die einem Menschen täglich die Informationen liefern, die er zur Kontrolle und Erhaltung seiner Gesundheit benötigt. Neue Technologien zur schnellen und gründlichen Untersuchung ermöglichen es, die Entwicklung einer Krankheit vorherzusagen oder rechtzeitig zu erkennen, und personalisierte Medikamente auf Basis „intelligenter“ Informationsbiopolymere werden die Probleme der Bekämpfung von Infektions- und genetischen Krankheiten in naher Zukunft radikal lösen.

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Eine ökologische Krise ist ein Stadium der Interaktion zwischen Gesellschaft und Natur, in dem sich die Widersprüche zwischen Ökonomie und Ökologie bis zum Äußersten verschärfen und die Möglichkeit besteht, die potenzielle Homöostase, also die Fähigkeit zur Selbstregulierung von Ökosystemen unter Bedingungen anthropogener Einflüsse, aufrechtzuerhalten , wird ernsthaft untergraben.

Die Umweltkrise ist kein unvermeidliches und natürliches Produkt des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts; sie wird sowohl in unserem Land als auch in anderen Ländern der Welt durch einen Komplex von Gründen objektiver und subjektiver Natur verursacht, unter denen nicht der geringste Platz einnimmt durch den konsumorientierten und oft räuberischen Umgang mit der Natur, Missachtung grundlegender Umweltgesetze.

Einen Ausweg aus der globalen Umweltkrise zu finden, ist das wichtigste wissenschaftliche und praktische Problem unserer Zeit. Tausende Wissenschaftler, Politiker und Praktiker in allen Ländern der Welt arbeiten an seiner Lösung. Die Aufgabe besteht darin, eine Reihe verlässlicher Anti-Krisen-Maßnahmen zu entwickeln, die es ermöglichen, einer weiteren Verschlechterung der natürlichen Umwelt aktiv entgegenzuwirken und eine nachhaltige Entwicklung der Gesellschaft zu erreichen. Versuche, dieses Problem mit nur einem Mittel zu lösen, beispielsweise technologisch (Kläranlagen, abfallfreie Technologien usw.) sind grundsätzlich falsch und führen nicht zu den notwendigen Ergebnissen. Die Überwindung der Umweltkrise ist nur unter der Voraussetzung einer harmonischen Entwicklung von Natur und Mensch und der Beseitigung der Gegensätze zwischen ihnen möglich. Dies ist nur auf der Grundlage der Umsetzung der „Dreifaltigkeit von natürlicher Natur, Gesellschaft und humanisierter Natur“ entlang der Wege erreichbar nachhaltige Entwicklung Gesellschaft.

ein integrierter Ansatz zur Lösung von Umweltproblemen.

Im 21. Jahrhundert Die Biologie ist führend in der Naturwissenschaft. Dies liegt vor allem an der Steigerung seiner praktischen Fähigkeiten, seiner Programmierrolle in den Bereichen Landwirtschaft, Medizin, Umwelt und anderen Tätigkeitsbereichen, der Fähigkeit, die wichtigsten Probleme des menschlichen Lebens zu lösen und letztendlich sogar das Schicksal der Menschheit zu bestimmen (in Zusammenhang mit den Perspektiven der Biotechnologie, Gentechnik) usw. P. Eine der wichtigsten Verbindungsformen zwischen moderner Biologie und Praxis ist die Biotechnologie. Biotechnologie – technologische Prozesse, die mithilfe biologischer Systeme umgesetzt werden – lebende Organismen und Bestandteile einer lebenden Zelle. Mit anderen Worten: Die Biotechnologie beschäftigt sich mit dem, was biogen entstanden ist. Die Biotechnologie basiert auf den neuesten Errungenschaften vieler Zweige der modernen Wissenschaft: Biochemie und Biophysik, Virologie, physikalische Chemie von Enzymen, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Gentechnik, Selektionsgenetik, Antibiotikachemie, Immunologie usw. Der Begriff „Biotechnologie“ selbst ist es neu: Sie ist in den 1970er Jahren weit verbreitet, aber die Menschen haben sich schon in ferner Vergangenheit mit der Biotechnologie beschäftigt. Einige biotechnologische Verfahren, die auf der Nutzung von Mikroorganismen basieren, werden seit der Antike vom Menschen genutzt: beim Backen, bei der Zubereitung von Wein und Bier, Essig, Käse, auf verschiedene Arten Verarbeitung von Leder, Pflanzenfasern etc. Moderne Biotechnologien basieren hauptsächlich auf der Kultivierung von Mikroorganismen (Bakterien und mikroskopisch kleine Pilze), tierischen und pflanzlichen Zellen sowie gentechnischen Methoden. Die Hauptentwicklungsrichtungen moderner Biotechnologien sind medizinische Biotechnologien, Agrarbiotechnologien und Umweltbiotechnologien. Der neueste und wichtigste Zweig der Biotechnologie ist die Gentechnik. Medizinische Biotechnologien werden in diagnostische und therapeutische unterteilt. Diagnostische medizinische Biotechnologien wiederum werden in chemische (Bestimmung diagnostischer Substanzen und ihrer Stoffwechselparameter) und physikalische (Bestimmung der Eigenschaften physikalischer Prozesse im Körper) unterteilt. Chemische diagnostische Biotechnologien werden in der Medizin seit langem eingesetzt. Wurden sie bisher jedoch auf die Bestimmung diagnostisch wertvoller Substanzen in Geweben und Organen reduziert (statischer Ansatz), wird nun ein dynamischer Ansatz entwickelt, der es ermöglicht, die Bildungs- und Zerfallsgeschwindigkeiten interessierender Substanzen, die Aktivität, zu bestimmen von Enzymen, die die Synthese oder den Abbau dieser Stoffe durchführen usw. Darüber hinaus entwickelt die moderne Diagnostik Methoden eines funktionellen Ansatzes, mit deren Hilfe es möglich ist, den Einfluss funktioneller Einflüsse auf Veränderungen diagnostischer Stoffe zu beurteilen, und , folglich, um die Reservefähigkeiten des Körpers zu ermitteln. In Zukunft wird die Rolle der physikalischen Diagnostik zunehmen, die kostengünstiger und schneller ist als die chemische Diagnostik und darin besteht, die dem Leben der Zelle zugrunde liegenden physikalisch-chemischen Prozesse sowie physikalische Prozesse (thermisch, akustisch, elektromagnetisch usw.) zu bestimmen .) auf Gewebeebene, Organebene und im gesamten Körper. Auf der Grundlage dieser Art der Analyse werden im Rahmen der Biophysik komplexer biologischer Systeme neue Methoden der Physiotherapie entwickelt, die Bedeutung vieler sogenannter alternativer Behandlungsmethoden, Techniken der traditionellen Medizin usw. geklärt. Biotechnologie wird in der Pharmakologie häufig eingesetzt. In der Antike wurden zur Behandlung von Patienten tierische, pflanzliche und mineralische Substanzen eingesetzt. Seit dem 19. Jahrhundert. In der Pharmakologie sind synthetische Chemikalien seit der Mitte des 20. Jahrhunderts weit verbreitet. und Antibiotika – spezielle Chemikalien, die von Mikroorganismen produziert werden und eine selektiv toxische Wirkung auf andere Mikroorganismen haben können. Am Ende des 20. Jahrhunderts. Pharmakologen wandten sich einzelnen biologisch aktiven Verbindungen zu und begannen, ihre optimale Zusammensetzung zusammenzustellen sowie spezifische Aktivatoren und Inhibitoren bestimmter Enzyme zu verwenden, deren Kern darin besteht, pathogene Mikroflora durch Mikroflora zu ersetzen, die für die menschliche Gesundheit nicht schädlich ist (die Verwendung von mikrobieller Antagonismus). Biotechnologien helfen der modernen Medizin im Kampf gegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen (hauptsächlich Arteriosklerose), Krebs, Allergien als pathologische Störung der Immunität (die Fähigkeit des Körpers, seine Integrität und biologische Individualität zu schützen), Alterung und Virusinfektionen (einschließlich AIDS). Daher trägt die Entwicklung der Immunologie (der Wissenschaft, die die Schutzeigenschaften des Körpers untersucht) zur Behandlung von Allergien bei. Bei Allergien reagiert der Körper auf den Einfluss eines bestimmten Allergens mit einer übermäßigen Reaktion, die seine eigenen Zellen und Gewebe infolge von Schwellungen, Entzündungen, Krämpfen, Störungen der Mikrozirkulation, Hämodynamik usw. schädigt. Immunologie durch Untersuchung der Zellen, die diese Funktion ausüben Die Immunantwort (Immunozyten) ermöglicht die Entwicklung neuer Ansätze zur Behandlung immunologischer, onkologischer und infektiöser Erkrankungen. Die Menschen wissen noch nicht, wie man AIDS behandelt und Virusinfektionen schlecht behandelt. Chemotherapie und Antibiotika, die gegen bakterielle Infektionen wirksam sind, sind gegen Viren (zum Beispiel die Erreger von SARS) wirkungslos. Es wird davon ausgegangen, dass hier durch die Entwicklung der Immunologie, der Molekularbiologie der Viren, insbesondere der Erforschung der Interaktion von Viren mit ihren spezifischen zellulären Rezeptoren, erhebliche Fortschritte erzielt werden. Mit biotechnologischen Methoden werden Vitamine, Diagnosewerkzeuge für die klinische Forschung (Testsysteme für Medikamente, Medikamente, Hormone etc.), biologisch abbaubare Kunststoffe, Antibiotika und biokompatible Materialien hergestellt. Neues Gebiet Bioindustrie - Herstellung von Lebensmittelzusatzstoffen. Agrar- und Umweltbiotechnologien. Im 20. Jahrhundert Es kam zu einer „grünen Revolution“ – durch den Einsatz von Mineraldüngern, Pestiziden und Insektiziden konnte eine starke Steigerung der Pflanzenproduktivität erreicht werden. Doch nun werden auch die negativen Folgen deutlich, zum Beispiel die Übersättigung der Nahrung mit Nitraten und Pestiziden. Die Hauptaufgabe moderner Agrarbiotechnologien besteht darin, die negativen Folgen der „Grünen Revolution“, der mikrobiologischen Synthese von Pflanzenschutzmitteln, der Produktion von Futtermitteln und Enzymen für die Futtermittelproduktion usw. zu überwinden. Gleichzeitig liegt der Schwerpunkt auf biologischen Wiederherstellungsmethoden Bodenfruchtbarkeit, biologische Methoden zur Bekämpfung von Pflanzenschädlingen und der Übergang von Monokulturen zu Polykulturen (wodurch der Biomasseertrag pro Flächeneinheit Ackerland erhöht wird), wobei neue hochproduktive Kulturen miteinander gezüchtet werden wohltuende Eigenschaften(zum Beispiel Trockenheit oder Salztoleranz) von Kulturpflanzensorten. Nahrungspflanzen dienen als Rohstoffe für die Lebensmittelindustrie. Biotechnologien werden bei der Herstellung von Lebensmitteln aus pflanzlichen und tierischen Rohstoffen, deren Lagerung und eingesetzt kulinarische Verarbeitung, bei der Herstellung künstlicher Lebensmittel (künstlicher Kaviar, künstliches Fleisch aus Sojabohnen, deren Bohnen reich an vollständigem Protein sind), bei der Herstellung von Viehfutter aus Produkten, die aus Algen und mikrobieller Biomasse gewonnen werden (z. B. Gewinnung von Futterbiomasse aus Mikroben). auf Öl wachsen). Da Mikroorganismen äußerst vielfältig sind, werden sie in der mikrobiologischen Industrie zur Herstellung verschiedenster Produkte eingesetzt, beispielsweise Enzympräparate, die häufig bei der Herstellung von Bier, Alkohol usw. eingesetzt werden. Die Biotechnologie ist einer der wichtigsten Wege zur Lösung von Umweltproblemen. Sie werden zur Zerstörung von Umweltverschmutzungen (z. B. Wasserreinigung oder Beseitigung von Ölverschmutzungen), zur Wiederherstellung zerstörter Biozönosen (Tropenwälder, nördliche Tundra), zur Wiederherstellung von Populationen gefährdeter Arten oder zur Akklimatisierung von Pflanzen und Tieren in neuen Lebensräumen eingesetzt. So wird mit Hilfe der Biotechnologie das Problem der Entwicklung kontaminierter Gebiete mit Pflanzenarten gelöst, die gegen diese Verschmutzung resistent sind. Beispielsweise setzen Städte im Winter Mineralsalze ein, um Schneeverwehungen zu bekämpfen, die viele Pflanzenarten töten. Einige Pflanzen sind jedoch salzresistent und können Zink, Kobalt, Cadmium, Nickel und andere Metalle aus kontaminierten Böden aufnehmen; Natürlich sind sie in Bezug auf die Bedingungen vorzuziehen große Städte. Die Züchtung von Pflanzensorten mit neuen Eigenschaften ist eines der Gebiete der Umweltbiotechnologie. Wichtige Bereiche der Umweltbiotechnologie sind Ressourcenbiotechnologie (Nutzung von Biosystemen zur Erschließung von Bodenschätzen), biotechnologische (unter Verwendung von Bakterienstämmen) Verarbeitung von Industrie- und Haushaltsabfällen, Abwasserbehandlung, Luftdesinfektion, gentechnische Umweltbiotechnologien. Biotechnologien werden in einigen „exotischen“ Branchen erfolgreich eingesetzt. Daher wird in vielen Ländern die mikrobielle Biotechnologie zur Verbesserung der Ölförderung eingesetzt. Mikrobiologische Technologien sind äußerst effektiv bei der Gewinnung von Nichteisen- und Edelmetallen. Wenn die traditionelle Technologie das Rösten umfasst, bei dem eine große Menge schädlicher schwefelhaltiger Gase in die Atmosphäre freigesetzt wird, wird bei der mikrobiellen Technologie das Erz in Lösung überführt (mikrobielle Oxidation) und anschließend werden daraus durch Elektrolyse wertvolle Metalle gewonnen. Durch den Einsatz methanotropher Bakterien kann die Methankonzentration in Bergwerken gesenkt werden. Und für den heimischen Kohlebergbau war das Problem des Kohlengrubenmethans schon immer eines der akutesten: Laut Statistik fordert jede 1 Million geförderte Tonnen Kohle aufgrund von Methanexplosionen in Bergwerken das Leben eines Bergmanns. Durch biotechnologische Verfahren hergestellte Enzympräparate werden häufig bei der Herstellung von Waschpulvern in der Textil- und Lederindustrie eingesetzt. Weltraumbiologie und -medizin untersuchen die Funktionsmuster lebender Organismen, vor allem menschlicher, im Weltraum, in der Raumfahrt und beim Aufenthalt auf anderen Planeten und Körpern des Sonnensystems. Eine der wichtigen Richtungen in diesem Bereich ist die Entwicklung von Weltraumbiotechnologien – geschlossenen Biosystemen, die für den Betrieb unter den Bedingungen einer langfristigen Raumfahrt ausgelegt sind. Ein von der heimischen Wissenschaft geschaffenes System dieser Art ist in der Lage, die Lebensaktivität von Astronauten 14 Jahre lang sicherzustellen. Dies reicht völlig aus, um den Weltraumtraum der Menschheit zu verwirklichen – einen Flug zu den nächsten Planeten des Sonnensystems, vor allem zum Mars. Daher sind moderne Biotechnologien äußerst vielfältig. Es ist kein Zufall, dass das 21. Jahrhundert. wird oft als das Zeitalter der Biotechnologie bezeichnet. Der wichtigste Zweig der Biotechnologie, der der Menschheit die erstaunlichsten Perspektiven eröffnet, ist die Gentechnik.