ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРЕДОВЫХ БИОТЕХНОЛОГИЙ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРЕДОВЫХ БИОТЕХНОЛОГИЙ

С.А. Грязнов, канд. пед. наук, доцент Самарский юридический институт ФСИН России (Россия, г. Самара)

DOI:10.24412/2500-1000-2021-3-2-143-145

Аннотация. Появление передовых вычислительных технологий, таких как машинное обучение и искусственный интеллект, позволяет компаниям расширять объем и масштаб своих исследований и повышать эффективность производственного процесса. Данная статья посвящена обзору текущих биотехнологий и предназначена для обсуждения настоящих и будущих технических стратегий, а также для изучения областей потенциального роста биотехнологии в обозримом будущем.

Ключевые слова: биотехнологии, облачные вычисления, инновации, медицина, перерабатывающая отрасль, производство, селекция.

Биотехнологические исследования охватывают широкий круг тем, основные их которых включают генетическую и молекулярную инженерию; биотехнологии растений и животных; пищевые, энергетические, экологические биотехнологии; аналитическую и системную биотехнологию; нанобиотехнологию; химическую, лекарственную и фармацевтическую биотехнологию. Термин биотехнология ввел в обращение венгерский сельскохозяйственный инженер Карл Эреки. Он определил биотехнологию как все направления деятельности, посредством которых продукты производятся из сырья с помощью живых организмов.

Сегодня для наглядности биотехнология разделена на «цветные» секторы:

- голубая биотехнология, термин, который применяется для описания морских и водных биотехнологий;

- зеленая биотехнология охватывает сферу применения в современной селекции растений;

- красная биотехнология относится к медицинской сфере;

- белая биотехнология охватывает промышленность.

Современная биотехнология ориентирована в первую очередь на медицину. В этой области сосредоточены стартапы, транснациональные фармацевтические компании и правительственные исследовательские агентства, которые разрабатывают новые варианты лечения редких и

сложных заболеваний, а также генетические тесты для более точного выявления наследственных заболеваний.

Одной из самых перспективных технологий создания современных лекарств от онкологических и аутоиммунных заболеваний является биосинтез моноклональ-ных антител (МКА). Близкие по своей структуре к человеческим иммуноглобулинам - белкам крови, являющимся одним из основных механизмов защиты организма от инфекционных заболеваний, МКА низкотоксичны и более безопасны по сравнению с традиционной

химиотерапией [1].

Появление передовых вычислительных технологий, таких как машинное обучение и искусственный интеллект, позволяет компаниям расширять объем и масштаб своих исследований и повышать эффективность производственного процесса - и то, и другое сокращает время, необходимое биотехнологическим компаниям для вывода новых продуктов на рынок. В медицине, например, возможность анализировать большие наборы данных помогает производителям лекарств гораздо быстрее определять методы лечения, основанные на причине заболевания.

Ряд технологических достижений изменил процесс клинических испытаний. Раньше клинические испытания проходили таким образом: участники лично приходили в клинику для получения лечения и записывали свои симптомы и побочные

эффекты на бумаге. Кроме того, производителям лекарств обычно приходилось набирать большое количество участников, чтобы получить правильный размер выборки или вкладывать значительные средства в маркетинговые ресурсы, чтобы набирать нужных пациентов для лечения редкого заболевания.

Сегодня клинические испытания в значительной степени оцифрованы, что позволяет биотехнологическим компаниям тестировать методы лечение на большем количестве пациентов за меньшее время. Фронт исследований в этой области чрезвычайно широк. Уже сейчас доступные гаджеты представляют собой не просто игрушки, но реально полезные приборы, ежедневно обеспечивающие человека информацией, необходимой для контроля и поддержания здоровья. Новые технологии быстрого углубленного обследования дают возможность предсказать или своевременно обнаружить развитие болезни, а персонализированные препараты на основе «умных» информационных биополимеров позволят радикально решить проблемы борьбы с инфекционными и генетическими заболеваниями в самом ближайшем будущем [2].

По данным Организации Объединенных Наций, население мира увеличится более чем на 25% в следующие 30 лет (примерно до 9,7 миллиардов в 2050 году) [3]. Рост населения приводит к увеличению спроса на продукты питания как для людей, так и для домашнего скота, а также оказывает влияние на распределение территории, поскольку городские районы расширяются за счет земель, используемых для сельского хозяйства.

Эти тенденции открывают перед биотехнологией возможности для исследований повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Редактирование генов, например, поможет вывести такие сорта пшеницы или кукурузы, которые могут расти в более суровых условиях или давать больше зерна на меньшей площади, чем другие сорта сельскохозяйственных культур, обеспечивая при этом такую же питательную ценность. Кроме того, разработка биологических пестицидов может

защитить посевы без использования вредных химикатов или нанесения ущерба окружающей среде.

Селекционеры могут расширить свои знания в Московском Сколковском институте науки и технологий (Сколтехе), который проводит курсы повышения квалификации в области селекции растений и биотехнологии с 2020 года. Его научно-образовательный центр по биотехнологии растений предлагает комплексные учебные курсы, семинары и лабораторные занятия для селекционеров.

В настоящее время селекция растений превратилась из простого применения генетических принципов и методов для разведения сортов, и гибридов в более широкое понятие, охватывающее множество областей, таких как анализ данных, молекулярная биология и геномика.

Российская селекция растений переживает фазу технологической трансформации: молекулярная и геномная селекция и биотехнологии входят в программы селекции. Это означает, что профессионалы отрасли должны постоянно повышать свои навыки и компетенции. Образовательные программы Сколтеха направлены на то, чтобы предоставить экспертам новые знания самым быстрым и удобным способом, не отвлекая их от основной работы. Модульный формат программ повышения квалификации и краткосрочных практических занятий удобен для тех, кому приходится работать и учиться одновременно.

Передовые технологии селекции растений - это трехуровневая программа, предназначенная для профессионалов как государственных, так и частных организаций по селекции и скрещиванию. Участники получают новые знания о современных технологиях, которые помогают улучшить их программы разведения. Особое внимание уделяется дизайну экспериментов и статистическим методам обработки данных. Первый модуль фокусируется на основах генетики, молекулярной биологии, статистики и экспериментального дизайна, второй учит студентов обрабатывать данные разведения, применяя алгоритмы обработки данных и ассоциативную генети-

ку, а третий представляет собой введение в геномный отбор [4].

Промышленная или белая биотехнология использует микроорганизмы и ферменты для производства товаров для промышленности, включая химикаты, пластмассы, продукты питания, сельскохозяйственные и фармацевтические продукты и энергоносители. Возобновляемое сырье и отходы сельского и лесного хозяйства используются для производства промышленных товаров. Микроорганизмы и их ферменты - основные движущие силы промышленной биотехнологии.

В некоторых случаях в технологических областях происходит прорыв вперед из-за необходимости срочно решать современные вопросы, например, такие как проблема возникновения антимикробной устойчивости. Иногда применение биотехнологии становится возможным благодаря дос-

тижениям в смежных областях, например, в биофизике (биосенсинг) и биохимии (биовизуализация). В любом случае, биотехнологии опираются на быстро развивающиеся области информационных систем, электронных коммуникаций и всемирной сети Интернет, наряду с развитием вычислительной мощности и способностью обрабатывать обширные биологические данные.

Применение человеком биотехнологий в национальном и глобальном первичном производстве, здравоохранении и промышленности формирует биоэкономику и биосообщество и находит свое отражение в формировании современной инновационно-технологической цивилизации. Таким образом, биотехнология имеет далеко идущие перспективы, которые затрагивают все аспекты человеческого существования.

Библиографический список

1. Петухов С. Четыре биотехнологии будущего. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://plus.rbc.ru/news/58e38d1c7a8aa97338fc1454 (дата обращения: 11.02.2021)

2. Толстихин А.Н. Инновационные средства мониторинга физической активности человека / А.Н. Толстихин, Д.А. Черменев, А.О. Зайцева // Культура физическая и здоровье. -2020. - №1 (73). - С. 93-95.

3. ООН Народонаселение. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.un.org/ru/sections/issues-depth/population/index.html (дата обращения: 11.02.2021)

4. Сколтех. Российские селекционеры проходят курсы повышения квалификации в биотехнологическом центре растений Сколтеха. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.skoltech.ru/en/2021/02/russian-breeders-take-an-advanced-course-at-the-skoltech-based-plant-biotechnology-center/ (дата обращения: 11.02.2021)

APPLICATION OF ADVANCED BIOTECHNOLOGIES

S.A. Gryaznov, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor Samara Law Institute of the Federal Penitentiary Service of Russia (Russia, Samara)

Abstract. The emergence of advanced computing technologies, such as machine learning and artificial intelligence, allows companies to expand the scope and scale of their research and improve the efficiency of the production process. This article provides an overview of current biotechnologies and is intended to discuss current and future technical strategies, as well as to explore areas ofpotential growth in biotechnology in the foreseeable future.

Keywords: biotechnologies, cloud computing, innovations, medicine, processing industry, production, selection.