В. Морозов - История инженерной деятельности
Новые методы ресурсной биотехнологии очень важны, скажем, для России, живущей за счет продажи ресурсов. Так, средняя отдача нефтяных месторождений не превышает 50 процентов. Новая же уникальная микробиологическая технология регулирования микрофлоры пластов уже позволила компании «Татнефть» получить дополнительно около полумиллиона тонн «черного золота» на месторождениях в Башкирии. Сегодня микробная технология используется для повышения нефтеотдачи во многих странах, а также извлечения азота, в том числе и из сточных вод и др.
В Украине введение микроорганизмов, которые фиксируют атмосферный азот и передают его растениям дало возможность увеличить урожайность гречихи до 12,3 ц. с гектара, против 8 ц. (без введения азота), озимой пшеницы соответственно 52,4 и 45, ячменя – 50 и 42, томатов – 56,8 и 23 ц. Количество белка увеличивается на 7–10 %, а уровень нитратов уменьшается в 10–100 раз, радиоактивного цезия – в 2,5 раза. Этот препарат проходит испытания и на него возлагаются большие надежды как наэкологически чистый препарат.
Большие перспективы имеет новый способ снижения концентрации метана с использованием метанотрофных бактерий. Для украинских шахт проблема метана была и остается одной из самых тяжелых. По статистике из-за взрывов метана каждый добытый миллион тонн угля уносит жизнь одного шахтера. Перед распадом СССР активно велись работы в направлении снижения концентрации метана, но вот уже десяток лет о жизненно важной перспективной технологии вспоминают редко, не говоря уже о ее применении. Что касается биотехнологий то надо отметить, что появляются совершенно неожиданные направления исследований. Например, есть реальная перспектива использования новых источников энергии. Водоросли, которые состоят на 70 % из углеводов – это фактически полноценное горючее. Ареал их распространения – австралийские озера. Задача генной инженерии – повысить содержание углеводов в этих водорослях.
Еще один интересный объект – ген фотосинтеза. Речь идет о преобразовании света в углеводород. Здесь бескрайнее поле исследований для генетиков. Возьмем всем знакомые светлячки. Оказывается, из них можно сделать фонарики. В Японии принят пятилетний план создания фонаря на основе люцеферина – люцеферазной реакции. Для этих опытов выделено 1,8 млрд. иен. Японцы собираются выделить гены светлячков, которые отвечают за эту реакцию, и ввести их деревьям, которые с наступлением темноты будут светиться вместо фонарей. Воистину генноинженерные технологии открывают перед человечеством невиданные перспективы.
В Ы В О Д Ы
Биотехнологии – это процессы с использованием биологических систем живых организмов и компонентов живой клетки, основанные на достижениях науки. Создание новых биотехнологий – фундаментальные результаты целого комплекса наук, особенно биологии: расширение сферы исследования в области генной инженерии, физико-химии ферментов, молекулярной диагностики, селекционной генетики, микробиологии и других.
Биотехнология объединяет новые достижения технической микробиологии, прикладной генетической, клеточной инженерии, имуннобиотехнологии. Этот раздел науки охватывает культивирование клеток растений, животных и людей, гибридов, макромецатов, водорослей, объектов генетической инженерии (плазмиды, векторы, рекомбинатные ДНК, ферменты).
Немало новых рентабельных биотехнологий появились в Украине благодаря разработкам Института проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, Института молекулярной биологии и генетики НАН Украины, Института агроэкологии и биотехнологии УААН и других. Можно сказать, что по уровню научно-исследовательских работ в области биотехнологий Украина не отстает от мировых лидеров – Японии, США, Англии, Германии, Франции. Об этом свидетельствует множество публикаций отечественных ученых, презентаций, количество международных грантов и стипендий, привлечение украинских ученых для сотрудничества в различные научно-исследовательские лаборатории мира.
Большие перспективы имеет генная инженерия. Успехи генетической инженерии ознаменовали начало качественно нового этапа в развитии биотехнологии. Важнейшим достижением стал переход от производства технических соединений до получения химически чистых продуктов биосинтеза: инсулина, α-β-интерферона, гормонов роста человека и крупного рогатого скота, а также поверхностных антигенов вирусов для получения так называемых молекулярных вакцин против герпеса, гепатита, краснухи, кори и других.
С помощью генной инженерии решаются вопросы, связанные с охраной окружающей среды, в частности, получение биополимерных флокулянтов для очистки воды, получения ряда важных для медицины препаратов, среди которых незаменимые аминокислоты, гормональные препараты, антибиотики и другие. Разработаны технологии получения генноинженерных антигенов, антител, вакцин, которые используются для профилактики, лечения и диагностики заболеваний.
Развитие таких наук как генетика, прикладное накопление новых биологических дисциплин, таких как биоинформатика, протеомика, метаболика и других имеют огромное значение для биотехнологии.
Необходимо возродить биотехнологии на новом современном уровне. Этого требуют потребности общества, экономики. Для этого нужна выработка необходимых законов, продуманная финансовая политика в области фундаментальной биологической науки и биотехнологии.
Тема XIII. ИНЖЕНЕРНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И НАНОТЕХНОЛОГИИ: СУЩНОСТЬ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ, ЗНАЧЕНИЕ
Человечество уверенно вступило в XXI век, который, как мы часто слышим, будет проходить под знаком генетики, биотехнологий и информационных технологий. Мы также слышим, что ученые свои порой «сумасшедшие» идеи, прения подают под вывеской нанотехнологий. Оказывается, биотехнологии и информационные технологии лишь детали в картине, название которой – Наноленд. Хотя еще 3,5 млрд лет назад возникли первые живые клетки, именно они содержат наномасштабные биомашины, выполняющие такие задачи, как манипуляции с генетическим материалом и энергообеспечение. Но только сейчас возникли возможности реального использования этих особенностей.
С использованием нанотехнологий человек подошел к таким рубежам познания материи, которые позволят ему в ближайшее время изменять свойства материи в соответствии с нуждами потребителя. Речь идет о вмешательстве в строение материи на молекулярном и атомарном уровнях. Возможности нанотехнологии такие огромные, что они вдохновляют инженеров и ученых на подвиги, сближают людей в достижении реальной власти над природой и инженерная деятельность наполняется новым содержанием.
Целью настоящей лекции является рассмотрение сущности нанотехнологий, ее зарождения, развития основных направлений и дальнейших перспектив.
1. Сущность нанотехнологий и основные направления развития.
2. Настоящее нанотехнологий и перспективы развития.
История нанотехнологий не имеет, на наш взгляд, четкого временного значения. Она достаточно старая, и в то же время молодая.
400 лет до н. э. грек Демокрит вводит термин «атом» (неделимый), и это уже начало «наномира». Впервые же промышленность воспользовалась преимуществами нанотехнологии в 1902 г., когда для вулканизации были использованы мелкие частички (размером в несколько нанометров) сажи с чрезвычайно развитой поверхностью. Интересен и такой факт. В области нанотехнологий успели отметиться едва не все выдающиеся ученые XX века. К примеру, Альберту Эйнштейну в докторской диссертации впервые удалось обсчитать размеры характерной представительницы наномира – молекулы сахара. Тогда выяснилось, что ее диаметр составляет приблизительно один нанометр, то бишь миллиардную частицу метра, или одну миллионную булавочной головки, или одну тысячную длины бактерии…
Значительный вклад сделал Эрнст Резерфорд, который еще в 1912 г. в серии тонких опытов доказал, что атом похож на солнечную систему, в центре которой массивное ядро, а вокруг него вращаются легкие электроны. Так появилась планетарная модель атома, а уже в 1918 году Владимир Иванович Вернадский высказывал мнение о неисчерпаемых возможностях атомных технологий.
Для понятия нанотехнология, пожалуй, не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии – это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Поэтому переход от «микро» к «нано» – это качественный переход от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами.
Нам знакомы такие понятия, как микроколичество (масса веществ, измеряемая микрограммами), микроанализ (анализ микроколичеств), микроэлектроника (упрощенно: электронные устройства с наименьшим размером отдельных деталей в микрометры или доли микрометров). Приставка «микро-» в числах означает миллионную долю.
