Бананы-вакцины, трансгенные растения и ГМО-люди: как биотехнология меняет мир

7 минут Анеля Балагозинова
Бананы-вакцины, трансгенные растения и ГМО-люди: как биотехнология меняет мир

В последние годы все больше людей интересуются биохакингом, пандемия открыла глаза на необходимость развивать медицину и создавать новые вакцины, а нехватка еды побуждает ученых разрабатывать новые методы селекции и выращивания растений.

В 2015 году составлялся рейтинг самых финансируемых и активно развивающихся секторов экономики, в котором биотехнология заняла третье место после банковской и нефтегазовой сфер. Сейчас годовой оборот этого рынка составляет 447,92 млрд долларов.

Рассказываем о сфере биотехнологии в мире и Казахстане, а также о самых интересных и необычных открытиях. 

Что такое биотехнология?

Биотехнология — это прикладная наука, которая использует живые организмы для решения различных задач и проблем. Например, это может быть использование микроорганизмов для производства антибиотиков и гормонов, применение животных для разработки лекарств или очистка сточных вод. 

Для того, чтобы стать специалистом в этой сфере, изучаются как фундаментальные науки типа микробиологии, молекулярной биологии, генетики и биохимии, так и более прикладные — процессы и аппараты, пищевая и промышленная биотехнология.

Какие направления включает биотехнология?

На данный момент существует большое количество направлений в биотехнологии и ее условно классифицируют по цветам. Красная — медицинская сфера, зеленая — сельское хозяйство, желтая — пищевая биотехнология и т.д. 

В последнее время набирает популярность биоинформатика — она позволяет работать с большими объемами данных. Более того, она упрощает процесс эксперимента: теперь можно смоделировать биологический процесс и посмотреть как на него будут влиять лекарства или условия окружающей среды. 

По большей части это разделение условно, потому что различные направления пересекаются между собой и для их изучения необходимо понимание основ большинства сфер. 

Крупными биотехнологическими мировыми компаниями являются Johnson&Johnson, Roche, Pfizer, Amgen. Большая часть финансирования выделяется на исследования в области молекулярной биологии, изучения рака и изготовления фармацевтических препаратов. США и Швейцария занимают первые позиции этого списка. Из азиатских стран лидируют Индия и Китай. 

Как развивалась биотехнология?

Официально считается, что биотехнология зародилась в начале двадцатого века, когда Карл Эреки ввел этот термин в обиход, а ученые стали более подробно изучать биологию. Но и до начала двадцатого века люди применяли биотехнологию, а также изучали биологию. 

Например, наши предки использовали микроорганизмы в своих целях. Об этом свидетельствуют остатки пекарен и пивоварен, которые находили при раскопках в Египте и Греции. При приготовлении теста используют дрожжи — они поднимают тесто, а вино получается в результате действия уксуснокислых и молочнокислых бактерий — они запускают процесс ферментации, или брожения. Молочнокислые продукты типа сыра тоже готовятся с применением микроорганизмов.

До начала двадцатого века эта прикладная наука больше фокусировалась на промышленной области — текстильном и пищевом производстве, во время Второй мировой войны — на фармацевтической области, а после фокус сместился на генную инженерию благодаря открытиям в области молекулярной биологии и генетики. 

Одним из важнейших открытий прошлого века является получение гормонов. При инсулинозависимом сахарном диабете людям необходим инсулин. В начале прошлого века смертность от этого заболевания была очень высокой и уступала только онкологическим и сердечно-сосудистым заболеваниям. Для лечения диабета сначала использовали свиной инсулин, потому что по своему белковому составу он наиболее близок к человеческому. Однако из-за имеющихся различий у некоторых больных проявлялись аллергические реакции.

С развитием молекулярной биологии стал возможным рекомбинантный перенос генов, который позволил транспортировать гены из одного организма в другой. Это значит, что человеческий ген, который отвечает за синтез инсулина, вставляли в бактериальную клетку E.Coli — и она начинала его продуцировать. Благодаря тому, что бактерии могут делиться каждые 20-30 минут, готового продукта получается много. Так инсулин стал доступным широким массам в 80-х годах двадцатого века.

Как сфера развивается в Казахстане?

В 2005-2006 годах государство взяло курс на развитие этой сферы в стране. Бюджет на научные исследования в 2006 году увеличился со 150 до 450 млн, а приоритетными направлениями были названы медицинская, сельскохозяйственная и индустриальная биотехнологии. 

В Казахстане на специальность биология и смежные науки выделяют немало грантов: в 2019 году их было 640, а в 2020 — 650. Во многих университетах на факультетах биологии открывают специальности по биотехнологии. Национальный центр биотехнологии в Астане, институт генетики и цитологии, институт биохимии и молекулярной биологии имени Айтхожина, институт биотехнологии растений — одни из крупнейших НИИ в области биологии и биотехнологии в стране. 

Биотехнологи Казахстана производят различные антибиотики для людей и для лечения животных; ферменты, с помощью которых производится кормовой белок для животноводства, а также занимаются очисткой сточных вод. Например, казахстанская компания Hasanat group очищает производственные и бытовые сточные воды от загрязнений. 

В крупных масштабах в стране занимаются лекарственными препаратами, молочной продукцией и спиртом. Самым известным примером является отечественные производители молочных продуктов «Амиран», ADAL, JLC. Также в стране действуют 112 фармацевтических компаний, которые, однако, не занимаются производством по собственным разработкам. 

Средняя зарплата биотехнологов в стране составляет 160 тыc. тг. Специалист такой направленности может работать на заводах и контролировать процесс производства, заниматься исследованиями в НИИ, либо работать в лабораториях.

Какие открытия были в Казахстане?

Большое внимание ученые обращают на развитие сельского хозяйства и растениеводства. Например, вывели сорт картофеля, устойчивого к Y-вирусу — его назвали «Айтмурат» в честь Мурата Айтхожина, также разработали устойчивые к засухе растения.

Например, институт биотехнологии растений ведет свою работу в области биоремедиации, биологической безопасности. За несколько лет работы они вывели более 50 сортов растений с помощью селекции. 

Также казахстанские ученые занимаются разработкой технологий для восстановлений зубной эмали, биосовместимого клея и многого другого. 

С началом пандемии активное участие в разработке вакцины от коронавируса и производством тест-систем занялся Национальный центр биотехнологии. 

Как биотехнология меняет мир?

Все открытия последних лет перечислить не получится, но можно выделить яркие открытия последних десятилетий в разных сферах.

  1. Система CRISPR/Cas9. Революционное открытие, которое еще называют «молекулярными ножницами». С его помощью можно вырезать фрагменты ДНК и редактировать геном. Ученые позаимствовали эту схему у бактерий. Предполагается, что с ее помощью получится лечить генетические заболевания типа лейкемии, муковисцидоза и других. В 2019 году китайский ученый опробовал ее на людях, за что получил тюремный срок. В результате его действий родились две девочки-близняшки с геном устойчивости к ВИЧ. 
  2. Разработка съедобных вакцин. Во многих странах мира у людей затруднен доступ к лекарственным средствам, поэтому ученые смогли разработать решение: помещать лекарства в растения. В этом процессе используются трансгенные растения, в которые вводится нужный ген — он вырабатывает белковый продукт, который мы можем съесть. При попадании в организм он вызывает развитие иммунитета к определенному возбудителю. Уже есть бананы-вакцины против вируса папилломы человека. Однако данных о результатах ее применения еще нет. 
  3. «Золотой рис». Разработка этих трансгенных растений была проведена еще в 2000 году. В растение внедрили пигмент бета-каротин. Этот ГМО-рис создали для того, чтобы устранить нехватку витамина А в регионах, которые страдают от его дефицита. В 2019 году в США и Филиппинах начали выращивание этого сорта, несмотря на опасения противников ГМО. 
  4. Биодизель и биопластик. Биодизель становится аналогом традиционному топливу — его изготавливают из микроводорослей в фотобиореакторах или с помощью электричества. Также ученые занимаются разработкам биопластика из растительных материалов — возобновляемых источников, а также получением биоразлагаемых полимеров — в них добавляют специальные вещества, чтобы процесс разложения проходил быстрее. 

    На самом деле, впервые биопластик получили в 1926 году, а первый биоразлагаемый полимер — в конце двадцатого века, однако только в последние годы они заходят на рынок. 

  5. Искусственное мясо и ГМО. Благодаря разработкам ученых, ГМО-свиней теперь можно использовать в еде и медицине. Также в последние годы активно ведутся исследования по изготовлению искусственного мяса. Ученые смогли вырастить несколько кусочков в пробирке, однако на данный момент это возможно только в лабораторных масштабах — производство «мяса в пробирках» пока нельзя проводить в промышленных масштабах. 

Еще много интересного

Статьи STEPPE

Теневые охотники: как браконьерство разрушает экосистему Казахстана

Теневые охотники: как браконьерство разрушает экосистему Казахстана

Браконьерство давно стало серьезной угрозой для дикой природы по всему миру, и Казахстан не является исключением. По данным...

13 минут
13 минут
CONTEMPO by Ballet Globe в Almaty Theatre: мировые звезды балета вновь выступят в Алматы

CONTEMPO by Ballet Globe в Almaty Theatre: мировые звезды балета вновь выступят в Алматы

30 июня в 18:00 в Almaty Theatre состоится вечер современной хореографии — «CONTEMPO» в рамках фестиваля «Ballet Globe». 12...

2 минуты
2 минуты
Как девятиклассница Зинаэнур Ислам запустила экопроект New Wave, который объединяет людей по всему Казахстану

Как девятиклассница Зинаэнур Ислам запустила экопроект New Wave, который объединяет людей по всему Казахстану

Зинаэнур Ислам — студентка школы медицины в Назарбаев Университете. В 2020 году она создала проект New Wave —...

11 минут
11 минут
Эковолонтерство: как работает проект «ЭкоМангистау» 

Эковолонтерство: как работает проект «ЭкоМангистау» 

В современном мире вопросы экологии и защиты окружающей среды становятся все более актуальными. Каждый день мы сталкиваемся с...

6 минут
6 минут