Эта презентация создана для помощи ученикам и учителям в подготовке к уроку по теме Биотехнологии. Биотехнология в будущем даст человечеству огромные возможности не только в медицине, но и в других направлениях современных наук. Отдел научной обработки литературы подготовил презентацию учебных ресурсов из электронно-библиотечных систем по дисциплине «Пищевая биотехнология». Презентация, обзор современных методов биотехнологии и анализ перспектив их развития к разделу Основы селекции растений, животных и микроорганизмов, Биология, 9. В данной презентации речь идет о биотехнологии, ее задачах и методах.
Биотехнология — презентация
На площадке РОСБИОТЕХ-2024 прошли пленарные заседания, тематические сессии, круглые столы, выставка-презентация инновационных разработок в области биотехнологий для. В настоящем выпуске информационного бюллетеня представлены три перспективных тренда в области биотехнологий. Биотехнология Общая характеристика направления подготовки. Работа ежегодной конференции охватывает следующие направления: «Сельскохозяйственная биотехнология»; «Пищевая биотехнология»; «Биоинформатика, клеточная и генетическая.
Биотехнологии – медицине будущего
производственное использование биологических агентов для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений в биотехнологических процессах. Биотехнология, её достижения, перспективы развития. Главное по теме «Биотехнологии» – читайте на сайте
Биотехнология
Ознакомиться с основными понятиями биотехнологии, узнать сферы ее применения. Центр индустриальных технологий и предпринимательства Сеченовского университета провел презентацию проектов. Последние новости биотехнологий в России: достижения и анонсы мероприятий, предстоящие проекты. Смотрите онлайн видео «Презентация факультета биотехнологии и промышленной экологии» на канале «Волшебство VueJS» в хорошем качестве, опубликованное 28 ноября 2023 г. 16.
Учёные впервые напечатали на 3D-принтере живые ткани человеческого мозга
Привлечены партнеры из ERA-Net EuroTransBio (ETB). (эффективный инструмент финансирования малых предприятий, работающих в области современных биотехнологий). Биотехнологии-драйвер развития территорий. Последние новости биотехнологий в России: достижения и анонсы мероприятий, предстоящие проекты. Генная инженерия - Мировые площади занятые трансгенными культурами - Направления клеточной. Сочетание кремния и биотехнологий позволяет гибридным электронным цепям реагировать одновременно на электрические и биологические сигналы. Биотехнологии-драйвер развития территорий.
Биотехнология: изображения без лицензионных платежей
Работа ежегодной конференции охватывает следующие направления: «Сельскохозяйственная биотехнология»; «Пищевая биотехнология»; «Биоинформатика, клеточная и генетическая. Смотрите онлайн видео «Презентация факультета биотехнологии и промышленной экологии» на канале «Волшебство VueJS» в хорошем качестве, опубликованное 28 ноября 2023 г. 16. Работа ежегодной конференции охватывает следующие направления: «Сельскохозяйственная биотехнология»; «Пищевая биотехнология»; «Биоинформатика, клеточная и генетическая. Презентация на тему Биотехнология доступна для скачивания ниже. Биотехнологии, биоинженерия, биомедицина и смежные области. Сегодня биотехнологии являются инструментом для сохранения здоровья практически по всем факторам внешней среды, кроме привычек.
Презентация к исследовательской работе «Зеленые биотехнологии»
Слайд 9 Первый антибиотик — пенициллин пенициллин— удалось выделить и очистить до приемлемого уровня в 1940 году, что дало новые задачи: поиск и налаживание промышленного производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня биобезопасности новых лекарственных препаратов. Флеминг Слайд 10 Биоинженерия или биомедицинская инженерия это дисциплина, направленная на углубление знаний в области инженерии, биологии и медицины и укрепление здоровья человечества за счёт междисциплинарных разработок, которые объединяют в себе инженерные подходы с достижениями биомедицинской науки и клинической практики. Биоинженеры работают на благо человечества, имеют дело с живыми системами и применяют передовые технологии для решения медицинских проблем. Специалисты по биомедицинской инженерии могут участвовать в создании приборов и оборудования, в разработке новых процедур на основе междисциплинарных знаний, в исследованиях, направленных на получение новой информации для решения новых задач. Слайд 11 Важные достижения биоинженерии Среди важных можно упомянуть разработку искусственных суставов, магниторезонансной томографии, кардиостимуляторов, артроскопии, ангиопластики, биоинженерных протезов кожи, почечного диализа, аппаратов искусственного кровообращения. Слайд 12 Также одним из основных направлений биоинженерных исследований является применение методов компьютерного моделирования для создания белков с новыми свойствами, а также моделирования взаимодействия различных соединений с клеточными рецепторами в целях разработки новых фармацевтических препаратов Раздел медицины, изучающий с теоретических позиций организм человека, его строение и функцию в норме и патологии, патологические состояния, методы их диагностики, коррекции и лечения. Слайд 14 Наномедицина Слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя наноустройства и наноструктуры. В мире уже созданы ряд технологий для наномедицинской отрасли.
К ним относятся адресная доставка лекарств к больным клеткам, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства.
Москва, просп. Ежегодный Форум пройдет в Москве в 17 раз. С 2022 года Форум проводится при поддержке Отделения нанотехнологий и информационных технологий, Отделения медицинских наук и Отделения сельскохозяйственных наук РАН.
Форум посвящен 300-летию Российской академии наук. Задача Форума — дать возможность для встречи и научных дискуссий специалистам в области разработки фундаментальных основ биотехнологий и специалистам, внедряющим инновационные разработки в клиническую практику, фармацевтические и пищевые производства. Попов и Федерального научного центра пищевых систем им.
В рамках данного проекта уже функционирует крупнейшая в области лаборатория клонального микроразмножения с производственной мощностью 500 тыс растений в год, где работают квалифицированные специалисты данного направления, прошедшие обучение в Мичуринском государственном аграрном университете и других профильных научных учреждениях.
Следующим этапом проекта станет создание сети биотехнологических комплексов по производству безвирусного посадочного материала плодовых, ягодных и декоративных садовых культур в каждом федеральном округе нашей страны, что позволит обеспечить потребности всех федеральных округов в качественном посадочном материале сортов плодовых и ягодных культур, адаптированных к местным климатическим условиям. Одновременно будет полностью решена проблема импортозамещения. Общий объем производства составит 59 млн. В результате реализации данных проектов будет создана научно-производственная биотехнологическая школа по всем федеральным округам страны с общей численностью более 600 научных сотрудников, импортозамещение посадочного материала обеспечит стабильные инвестиции во все отрасли отечественного садоводства, российские производители плодово-ягодного сырья будут полностью обеспечены качественным отечественным посадочным материалом, российские сорта будут выведены на мировой рынок, отечественные потребители получат качественную плодово-ягодную продукцию в объемах, которые позволят устранить дефицит необходимых биологически-активных веществ в организме.
Благодаря спектру уникальных свойств они перспективны для применения в качестве терапевтических агентов, а также могут быть использованы для повышения эффективности средств диагностики, основанных на биочиповых технологиях. Среди коммерческих фирм лидером в создании терапевтических нуклеиновых кислот является американская компания Ionis Pharmaceuticals, Inc. Препараты Ionis против ряда других заболеваний проходят клинические испытания. Более эффективным является ферментативное разрезание мРНК, спровоцированное связыванием терапевтического олигонуклеотида с мишенью. Этот фермент и сам представляет собой РНК с каталитическими свойствами рибозим. Чрезвычайно мощным средством подавления активности генов оказались не только антисмысловые нуклеотиды, но и двуцепочечные РНК, действующие по механизму РНК-интерференции. Использование этого механизма открывает новые возможности для создания широкого спектра высокоэффективных нетоксичных препаратов для подавления экспрессии практически любых, в том числе вирусных, генов. Молекулы нуклеиновых кислот, избирательно связывающие определенные вещества, называются аптамерами. На их основе могут быть получены препараты, блокирующие функции любых белков: ферментов, рецепторов или регуляторов активности генов. В настоящее время получены уже тысячи самых разных аптамеров, находящих широкое применение в медицине и технике.
Модификации по азотистому основанию придают таким аптамерам дополнительную «белковоподобную» функциональность, что обеспечивает высокую стабильность их комплексам с мишенями. Кроме того, это увеличивает вероятность успешного отбора сомамеров к тем соединениям, к которым подобрать обычные аптамеры не удалось. Развитие синтетической биологии происходит на базе революционного прорыва в области олигонуклеотидного синтеза. Синтез искусственных генов стал возможным благодаря созданию высокопроизводительных синтезаторов генов, в которых использованы микро- и нанофлюидные системы. Примером развития микрочиповых технологий могут служить американская фирма LC Sciences и немецкая Febit Gmbh. Биочиповый реактор производства LC Sciences с использованием стандартных реагентов для олигонуклеотидного синтеза позволяет одновременно синтезировать 4—8 тыс. Микрочиповый реактор фирмы Febit Gmbh состоит из 8 независимых фрагментов, на каждом из которых одновременно синтезируется до 15 тыс. И на очереди множество подобных препаратов. Этот сенсор способен «улавливать» молекулы лишь определенных белков, которые необходимо детектировать в образце. В настоящее время по этой схеме конструируются переключаемые биосенсоры к модифицированным белкам крови, служащим маркерами диабета.
Новым объектом среди терапевтических нуклеиновых кислот является и сама матричная информационная РНК. При попадании в клетку мРНК действуют в ней как ее собственные. В результате клетка получает возможность производить белки, которые могут предотвратить или остановить развитие заболевания. Большая часть таких потенциальных терапевтических препаратов направлена против инфекционных вирус гриппа, вирус Зика, цитомегаловирус и др. Белки как лекарство Огромные успехи синтетической биологии за последние годы отразились и в разработке технологий производства терапевтических белков, уже широко применяющихся в клинике. В первую очередь это относится к противоопухолевым антителам, с помощью которых стала возможной эффективная терапия целого ряда онкологических заболеваний. Сейчас появляются все новые противоопухолевые белковые препараты. С использованием методов генной инженерии был получен ряд структурных аналогов лактаптина, из которых был выбран наиболее эффективный. Испытания на лабораторных животных подтвердили безопасность препарата и его противоопухолевую и антиметастатическую активность в отношении ряда опухолей человека. Уже разработана технология получения лактаптина в субстанции и лекарственной форме, изготовлены первые экспериментальные партии препарата.
Терапевтические антитела все шире применяются и для лечения вирусных инфекций. Препарат прошел все доклинические испытания, доказав свою высокую эффективность. Оказалось, что защитные свойства искусственного антитела в сто раз выше, чем коммерческого препарата антител, получаемого из сыворотки доноров. Вторжение в наследственность Открытия последних лет расширили возможности генотерапии, которые до недавнего времени представлялась фантастикой. При «ремонте» репарации таких нарушений можно исправлять мутации, ответственные за заболевания, или вводить в терапевтических целях новые генетические элементы. Редактирование генов открывает перспективы радикального решения проблемы генетических заболеваний путем модификации генома при использовании экстракорпорального оплодотворения. Принципиальная возможность направленного изменения генов эмбриона человека уже доказана экспериментально, и создание технологии, обеспечивающей появление на свет детей, свободных от наследственных заболеваний, задача ближайшего будущего.
Презентация к исследовательской работе «Зеленые биотехнологии»
Эксперты ООН убеждены, что в голоде сотен миллионов людей заинтересован крупный агробизнес, который строит свою политику на создании искусственного дефицита продовольствия. Впервые ООН фактически осудила использование в сельском хозяйстве генетически-модифицированных технологий, поскольку они, во-первых, не решают проблемы голода, а во-вторых, представляют угрозу здоровью населению и будущему планеты. В последние годы сложилось впечатление, что крупные агропромышленные корпорации потихоньку сворачивают исследования по генной модификации растений и переключаются на более благодарную сферу деятельности - микроорганизмы. Корни биотехнологии применительно к микроорганизмам уходят в далёкое прошлое и связаны с хлебопечением, виноделием и другими способами приготовления пищи, известными человеку еще в древности. Например, брожение с участием микроорганизмов, было известно и широко применялось еще в древнем Вавилоне. Микроорганизмы синтезируют целый ряд ценных веществ. С развитием генной инженерии удается не только увеличить продуктивность биосинтеза, но и получать вещества, химическое производство которых ранее было невозможно. Пищевые добавки, аминокислоты, витамины, ароматизаторы, ферменты — вот далеко не полный перечень веществ, которые получают при помощи генетически модифицированных микроорганизмов. В ряде случаев, биотехнологические методы производства этих соединений уже заменили традиционный химический синтез.
Преимущества биотехнологического производства с использованием генетически модифицированных микроорганизмов очевидны: микроорганизмы быстро растут и, в большинстве случаев, легко культивируются. В отличие от традиционного химического синтеза, биосинтез протекает при нормальных условиях, а значит, для него не требуется создание таких дополнительных условий как повышенная температура, давление, или применение агрессивных химикатов. Генетически модифицированные микроорганизмы используются в настоящее время для производства фармацевтических препаратов, вакцин, продуктов тонкого органического синтеза, пищевых добавок и других сопутствующих соединений пищевой промышленности. Вот только некоторые примеры продуктов микробного синтеза: витамин B2, витамин С, лимонная кислота, консерванты натамицин, низин, лизоцим, аминокислоты глутамат, аспартам, цистеин. Впечатляющим успехом является производство в промышленных масштабах человеческого инсулина, вырабатываемого генно-модифицированной кишечной палочкой. Кроме крупных корпораций, биосинтезом сейчас занялись небольшие стартапы, выращивающие генно-модифицированные дрожжи. Роботизированные системы тасуют гены иногда с умыслом, иногда случайным образом, получая и проверяя десятки тысяч штаммов в месяц. Наиболее удачные выращиваются на продажу в чанах вместимостью 200 тыс.
Таким образом им удается получать различные вещества, гораздо более дешевые, чем оригиналы — от пряностей ваниль, шафран, экстракты цитрусовых и сандалового дерева до лекарств пока известно о морфине и противомалярийном препарате артемизинине. Методы биосинтеза с использованием микроорганизмов встречают в мире гораздо меньшее сопротивление, чем выращивание генно-модифицированных растений. Связано это с тем соображением, что в качестве продукции биосинтеза человеком употребляются не сами микроорганизмы, а продукты их метаболизма. Считается, что методы контроля качества исключают попадание генетического кода бактерий и грибов в конечный продукт, и этот продукт ничем не отличается от природного оригинала. Нельзя, правда, не вспомнить о случае в США в конце 80-х годов, когда бактерия, генно-модифицированная для производства пищевой добавки триптофан, стала вдруг по неизвестным причинам также вырабатывать токсичное вещество этилен-бис-триптофан. В результате употребления пищевой добавки погибло 38 человек, и более тысячи стали инвалидами. К счастью, в дальнейшем подобных крупных инцидентов не было зафиксировано. Перспективы: Очень хорошие.
Единственные недовольные голоса раздаются от разоряющихся производителей тех натуральных веществ, чья продукция постепенно вытесняется биосинтезом. Впрочем, подобные соображения в мире ещё никого не останавливали. Биотехнология активно применяется в целях очистки всех компонентов биосферы воды, почвы, воздуха и др. Кроме того, существенным является не только сам процесс очистки, но и возможность использования выделенных отходов в качестве вторичного сырья. Существуют микроорганизмы, для которых загрязнения, содержащиеся в сточных водах, являются питательными веществами. В начале ХХ века произошла революция в очистке сточных вод с помощью активного ила - сложной смеси микроорганизмов. Хотя при этом требуется перемешивать жидкость и непрерывно аэрировать её воздухом, такой способ позволяет перерабатывать большие объёмы стоков с самыми разнообразными загрязнениями от хозяйственно-бытовых до промышленных. Оставшийся ил затем подвергают брожению с получением ценного удобрения.
Многие выбросы в атмосферу содержат вредные или дурно пахнущие примеси. Для их очистки применяют биофильтры, заполненные насадкой, на которой закреплены специальные микроорганизмы. Вредные примеси сорбируются на насадке и затем потребляются и обезвреживаются микроорганизмами. С утилизацией твердых отходов дело обстоит сложнее. Например, различные пластмассы, составляющие сейчас, наверное, основной компонент городских свалок, разлагаются в естественных условиях за сотни лет. Эффективной технологии микробиологической переработки пластмассы пока не найдено. Тем не менее, недавно появились сообщения, что на пластиковом мусоре, скапливающемся в океанах в виде плавучих островов, обнаружены обширные колонии микроорганизмов. На поверхности пластика при тщательном осмотре были найдены микроскопические трещины и ямки, появление которых косвенно демонстрирует способность данных микробов разлагать углеводороды.
Это оставляет надежду на разработку технологии биодеградации пластмасс в ближайшем будущем. Описаны также опыты по успешному очищению почвы от загрязнения пестицидами, ртутью и тяжелыми металлами. Опытные участки засеиваются модифицированными бактериями, способными перерабатывать или связывать опасные вещества. Причем бактерии высеиваются вместе с питательным веществом, дозировка которого строго рассчитана. По прошествии определенного срока времени питательное вещество заканчивается и бактерии, сделав своё дело, погибают. Так предотвращается неконтролируемый рост модифицированных бактерий. Технология, безусловно, будет в дальнейшем развиваться. В 2010 году в Мексиканском заливе в ликвидации последствий разлива нефти участвовали бактерии-деструкторы, выведенные российскими учеными.
Перспективы: С неизбежностью хорошие. Переработка промышленных и бытовых отходов микроорганизмами - дело, конечно, хлопотное. Особенно по сравнению с излюбленным традиционным методом утилизации - «свалил всё в овраг и забыл».
Так, в настоящее время широко используются клонированная кожа, клетки соединительной ткани и другие части организма.
Американские ученые клонировали ухо знаменитого голландского художника Винсента Ван Гога, мочку которого он себе отрезал при жизни. Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии Создание клеточной теории позволило связать наследственность и изменчивость с их материальной основой — ДНК, а также определить, что клетка является элементарной единицей живых организмов. Уже в середине ХХ века были получены первые растения, выращенные из отдельных клеток на питательной среде, а в 1973 году родился первый «ребенок из пробирки». Операции с клетками генная и клеточная инженерии позволили клонировать сначала холоднокровных животных, а затем и млекопитающих.
Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты Прогресс биотехнологии позволил совершить прорыв в таких отраслях человеческой деятельности, как селекция, сельское хозяйство, медицина, фармация и др. Так, введение в растения бактериальных генов устойчивости к поеданию насекомыми и поражению вирусами, а также способных расти на бедных или загрязненных почвах способствует решению продовольственной проблемы, особенно в странах с быстро растущим населением. В настоящее время значительная часть посевных площадей занята трансгенными культурами в США, Канаде и Китае. Культивирование клеток растений на фоне высоких концентраций солей и других соединений позволяет сократить сроки выведения новых сортов пшеницы, сои и других важнейших сельскохозяйственных культур до… Культивирование клеток растений на фоне высоких концентраций солей и других соединений позволяет сократить сроки выведения новых сортов пшеницы, сои и других важнейших сельскохозяйственных культур до одного-двух лет.
Клонирование животных, особенно с генетически измененными признаками и свойствами, позволяет вывести более продуктивные породы и добиться их быстрого размножения, однако этот процесс пока еще слишком трудоемок и дорог, чтобы применяться в промышленном масштабе. Трансформация бактерий позволила уже в начале 80-х годов Трансформация бактерий позволила уже в начале 80-х годов ХХ века получать биологически активные вещества — инсулин, соматотропный гормон, интерферон, которые применяются в медицине, а также создать новые штаммы микроорганизмов, предназначенных для очистки сточных вод, ликвидации нефтяных разливов и т. Путем селекции выведены также и формы бактерий, с помощью которых получают антибиотики, извлекают цветные металлы, получают биогаз. В будущем возможно использование клонирования в сочетании с другими отраслями биотехнологии не только для размножения растений, микроорганизмов и грибов, но и для восстановления исчезнувших видов… В будущем возможно использование клонирования в сочетании с другими отраслями биотехнологии не только для размножения растений, микроорганизмов и грибов, но и для восстановления исчезнувших видов животных, возобновления природных популяций исчезающих видов.
Однако для этого необходимо вначале создать генные банки, поскольку ДНК довольно быстро подвергается разрушению в окружающей среде. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии клонирование человека, направленные изменения генома Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии клонирование человека, направленные изменения генома С помощью биотехнологии стало возможным преодоление бесплодия, лечение многих наследственных и приобретенных заболеваний, решение продовольственных и экологических проблем современности. С другой стороны, активное вторжение современных технологий в медицину сопряжено с операциями с клетками и тканями человека.
Можно не сомневаться, что исследователи найдут удобное решение. Ранее мы рассказывали, например, что японские учёные смогли научить роботов обрастать кожей из живых человеческих клеток, хотя это уже другая история. Первый шаг в этом направлении сделали российские разработчики. Впервые в мире под присмотром хирурга робот самостоятельно восстановил повреждение мягких тканей пациента непосредственно на ране без какой-либо предварительной подготовки. Источник изображений: НИТУ МИСИС «Мы сделали первый шаг в то будущее, в котором хирурги будут не просто манипулировать роботическими системами, но роботы будут полноправными автономными участниками операций. Создан важнейший прецедент использования биопринтера для залечивания крупных повреждений мягких тканей сразу на пациенте без предварительной подготовки 3Д-моделей и без необходимости имплантации напечатанных заранее эквивалентов ткани», — сообщил директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов. Её главной особенностью стало использование коммерчески доступной компонентной базы. В частности, роботизированного манипулятора белорусской компании Rozum Robotics. Печать непосредственно на ране представляется наиболее быстрым и доступным способом восстановить ткани пациента. До сих пор для этого ткани для восстановления выращивались отдельно в стерильных условиях, что требовало времени и затрат. Роботизированный комплекс сразу в процессе операции сканировал рану, создавал её 3D-модель и корректировал заполнение с учётом перемещений тела, например, в процессе дыхания. Ранее комплекс был испытан на животных и показал свою состоятельность. Первая операция на человеке была проведена в Главном Военном Клиническом Госпитале им. Живые клетки для «чернил» принтера брались из костного мозга пациента. Композиция состоит из смеси высокоочищенного концентрированного стерильного раствора коллагена и клеток. Такая методика проводилась впервые, она особенно актуальна при множественных осколочных ранениях конечностей, когда донорский ресурс ограничен. При обширных ранениях в перспективе мы планируем сканировать тело полностью и замещать все раны таким методом. Это ускорит время их заживления и позволит сократить время пребывания пациентов в стационаре», — подчеркнул травматолог-ортопед 1 квалификационной категории, хирург Владимир Беседин, контролировавший операцию в ГВКГ им. Как отметил директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов, в скором будущем мы можем ожидать более масштабного внедрения в клиническую практику технологии биопечати in situ непосредственно в рану. Колония живых нейронов обучалась быстрее искусственных моделей с почти таким же результатом. Если отбросить вопрос с этикой, до проблем с которой пока далеко, живые клетки человеческого мозга могут превзойти современные и будущие нейронные сети, работающие на кремниевых чипах, как по производительности, так и по экономическим соображениям. Источник изображений: Nature Electronics С помощью стволовых клеток учёные вырастили так называемый органоид мозга — объёмную колонию клеток, повторяющих структуру нейронов и их связей в мозге. Это не первый и наверняка не последний эксперимент с живыми клетками, позаимствованными у человека. Ранее органоид мозга, например, научили игре в «Понг», с чем он успешно справился. В таких исследованиях самым сложным бывает донести информацию до «мозга» и считать её. Группа профессора Го Фэня из Университета штата Индиана в Блумингтоне США предложила достаточно простое решение — они вырастили органоид на высокоплотном массиве электродов. Электроды, а это, по сути, компьютерный интерфейс, вносили данные в клетки «мозга» и считывали результат его последующей активности. Тем самым на практике была реализована такая архитектура спайковой импульсной нейросети, как резервуарная. Что происходило в массиве нейронов, учёным было неизвестно, но условно живая модель показала способность к быстрому обучению и расчётам. Свою нейросеть учёные назвали Brainoware. Система прошла двухдневное обучение на наборе из 240 аудиозаписей речи восьми японских мужчин, произносящих гласные звуки. Также система смогла решать уравнения по отображениям Эно примерно с такой же точностью. На это ушло ещё четыре дня обучения. Более того, решение дифференциальных уравнений проходило с большей точностью, чем в случае искусственной нейронной сети без блока длинной цепи элементов краткосрочной памяти. Мозг Brainoware в «возрасте» 7, 14, 28 дней и через несколько месяцев нижний ряд в увеличенном виде Живой искусственный «мозг» был не такой точный, как искусственные нейронные сети с длинной цепью элементов краткосрочной памяти, но каждая из этих сетей прошла 50 этапов обучения. Для этого раствор армируется волокнами со спорами особых бактерий. Разработка может избавить от дорогостоящих ремонтных работ, что также снизит потребность в стройматериале, производство которого наносит один из тяжёлых уронов окружающей среде. Источник изображения: Drexel University Человечество бесконечно строит и ремонтирует. Бетон стал самым востребованным материалом в этом процессе. Самовосстанавливающиеся бетонные конструкции помогли бы сэкономить на средствах для ремонта, и это также сократило бы вредные выбросы в атмосферу. Группа физиков, химиков, биологов, материаловедов и строителей из Дрексельского университета нашла возможное решение проблемы. Учёным давно известны бактерии, которые минерализуют добытый из воздуха углерод, превращая его в «камень». Если в трещинах бетона поселить колонии таких бактерий, то они самостоятельно заполнят трещины минералами и сцементируют её края. Исследователи подобрали перспективный для поставленной задачи штамм бактерий Lysinibacillus sphaericus. Оставался вопрос, как сохранить бактерии и активировать их только для случая появления трещин. Для этого споры бактерий поместили в гидрогель и покрыли всё это полимерной оболочкой. Получилась тончайшая полимерная арматура, которая сама по себе придавала бетону дополнительную прочность. Если в бетоне с полимерной арматурой возникала трещина, то когда она доходила до волокна, внутреннее давление высвобождало гидрогель и споры бактерий. Споры превращались в живых бактерий, которые питались кальцием и поглощали углерод из воздуха, образуя взамен минеральные соединения в виде карбоната кальция. Трещина зарастала с такой скоростью, которая обещает залечивать подобные раны в бетоне за сутки или двое. Разработанный учёными материал пока не годится для коммерческого применения, для этого с ним ещё предстоит много работы. Однако идея вполне рабочая и может со временем воплотиться в жизнь. Бактерии можно будет даже подселять лишь в трещины, не добавляя изначально в раствор. Ремонт сведётся до прогулки вдоль строений с бутылкой аэрозоля вместо замеса, вёдер с раствором, мастерков и всего вот этого. Ждём видео в интернете, как в домашних условиях вырастить полезных цементирующих бактерий, например, на перловке.
Герцена и готов к дальнейшим этапам исследований. Проведённый через некоторое время анализ ран показал, что процесс заживления прошёл со значительным ускорением. По мнению специалистов, данная технология биопечати in situ, то есть непосредственно в дефект, в будущем может стать прогрессивным терапевтическим методом лечения ожогов, язв и обширных повреждений мягких тканей. В то же время логика на ДНК способна на колоссальный параллелизм, что позволит умножить мощность компьютеров, в чём далеко продвинулись китайские учёные. Это базовая опция дезоксирибонуклеиновой кислоты. Запись и хранение данных относительно нетребовательны к скорости работы платформы, которая зависит от скорости протекания биохимических реакций. Другое дело вычислительные цепи, скорость работы которых должна быть максимальной. В принципе, параллелизм частично решает эту проблему. Но до последнего времени электронные цепи на ДНК, с которыми работали учёные, не могли похвастаться универсальностью — они выполняли лишь ограниченный круг алгоритмов. Группа исследователей из Китая разработала интегральную схему ДНК, которая способна выполнять множество разнообразных операций. По словам учёных, реконфигурируемый базовый элемент электронная цепь с 24 адресуемыми двухканальными затворами может быть представлен в виде 100 млрд вариаций цепей, каждая из которых сможет выполнять собственную подпрограмму. Из этого следует, что на основе этого решения можно спроектировать процессор общего назначения для запуска любых программ. В своей работе, которая была опубликована в журнале Nature, исследователи показали, как с помощью трёхслойной матрицы из цепей на базе их ДНК-чипа можно обеспечивать простейшие математические операции. Представленная платформа легко масштабируется, что позволяет рассчитывать на создание в будущем очень мощных процессоров. Для решения вопроса масштабирования учёные проделали другую работу. Ведь для прохождения сигнала в цепях из ДНК потребуется передача биохимических данных в заданном направлении и без затухания. И чем длиннее будет этот путь масштаб , тем выше будет вероятность потери «сигнала» — фрагмента ДНК или концентрации фрагментов ДНК. В качестве «сигнала» китайские учёные испытали олигонуклеотиды — короткие фрагменты ДНК, которые уже используются как детекторы и носители ДНК-информации. В своих экспериментах китайцы показали, что типовые одноцепочечные олигонуклеотиды хорошо работают в качестве унифицированного сигнала для передачи, что позволяет надёжно интегрировать крупномасштабные цепи с минимальной утечкой и высокой точностью для вычислений общего назначения. Вычисления в пробирке. Источник изображения: Nature В качестве примера учёные создали схему, решающую квадратные уравнения, которая собрана с использованием трёх слоев каскадных ЦВМ, состоящих из 30 логических вентилей и содержащих около 500 нитей ДНК. Иными словами, предложенная платформа сможет не только работать как обычный компьютер, но также будет способна на мгновенную диагностику вирусных и других заболеваний. И ещё большой вопрос, которая из этих возможностей окажется наиболее полезной. Такое кажется невозможным, но поставленный учёными эксперимент показал , что активностью генов в клетках человека можно управлять электрическими импульсами. Учёные представили то, что они назвали «электрогенетическим» интерфейсом. Перспективный интерфейс способен запускать целевые гены по команде в те моменты, когда наш организм будет нуждаться в стимуляции или в коррекции состояния здоровья. Здесь мы предоставляем недостающее звено». Как сообщается в статье учёных в журнале Nature Metabolism, эксперимент был поставлен на мышах, больных диабетом 1-го типа. Мышам имплантировали клетки поджелудочной железы человека. Раздражение этих клеток электрическим током по команде с внешнего устройства приводило к принудительной выработке инсулина. С оговорками, но животных фактически избавили от неизлечимой болезни. Источник изображения: Nature Metabolism Стимуляция клеток происходит в процессе образования активных форм кислорода — очень активных и «агрессивных» молекул, уровень которых, впрочем, контролировался и не достигал концентрации, после которой молекулы кислорода становятся для организма ядом. Молекулы кислорода напрямую воздействуют на ДНК при делении клеток и могут направлять этот процесс в нужное русло, обеспечивая генную терапию с помощью контролируемых электрических импульсов. Очевидно, что такое произойдёт очень и очень нескоро. Но потенциал в этом есть, и он обещает когда-нибудь справиться с генетическими заболеваниями и не только. Например, получить возможность выбрать в меню браслета режим «форсаж» и догнать уходящий поезд. Вместо выбросов в атмосферу, где CO2 будет создавать парниковый эффект, открытая цепочка биохимических реакций приводит к синтезу аминокислоты, необходимой для производства кормового белка. При этом территория под комплекс для синтеза будет ощутимо меньше сельхозугодий под те же задачи. Так можно будет «накормить будущее», уверены учёные. Немецкие учёные придумали реакцию для синтеза аминокислоты L-аланина и намерены разработать процессы для синтеза других необходимых аминокислот, чтобы в конечном итоге из углекислого газа синтезировать полные белковые комплексы. В основе биохимической реакции синтеза L-аланина лежит метанол и не простой, а «зелёный» — полученный из CO2 с использованием возобновляемой энергетики — от ветряных или солнечных ферм. Метанол необходим как промежуточный продукт, потому что напрямую аминокислоту синтезировать из углекислого газа нельзя. Получив из CO2 метанол, учёные запускают с ним серию реакций с использованием синтетических ферментов. На выходе получается необходимая для синтеза кормового белка аминокислота. Для синтеза этой же аминокислоты природным способом необходимы земля, люди и длительные процессы по выращиванию. В случае природного подхода ресурсные затраты и произведённые в его процессе вредные выбросы проигрывают синтетическим, уверены исследователи. К тому же, синтетический способ производства аминокислот и белков не производит вредных выбросов, если использует возобновляемую энергию. Предложенное решение поможет устранить конфликт между растущим населением Земли и производством продуктов. Еды хватит всем, и производиться она будет без ущерба для экологической обстановки. Группа учёных смогла решить эту проблему в сфере 3D-печати живых тканей человека — она создала сложнейшее и дорогое оборудование из обычных наборов LEGO и готова поделиться опытом со всеми желающими. Самыми дорогими, по-видимому, оказались интеллектуальный блок Lego Mindstorms и лабораторный насос. LEGO-принтер печатает биогелем, в котором растворены клетки кожи человека. Сопло принтера создаёт трёхмерную модель тканей кожи в чашке Петри, укладывая в неё слой за слоем. В дальнейшем учёные намерены изучить работу с разными составами геля и соплами разного диаметра, чтобы попытаться максимально точно воспроизводить кожную ткань человека. Всё эту нужно для получения множества образцов живой ткани для проведения медицинских опытов.
Презентация: Биотехнология
Ну и, наконец, нельзя забывать о знаменитом золотом рисе. Он был специально модифицирован, чтобы содержать большое количество ретинола — провитамина А. Позже были созданы культуры, обогащенные другими полезными веществами: ресвератролом, витамином С, фолатами и прочими. ГМО-продукты способны решить проблемы, связанные с количеством и качеством продовольствия в мире. Вот почему их можно считать настоящим прорывом биотехнологической науки. Только вместо пластмассы и смолы для создания органов используют стволовые клетки человека о них мы рассказывали в предыдущей статье , коллаген свиньи или биологически совместимый пластик.
Для начала делают компьютерную модель с помощью магнитно-резонансной или компьютерной томографии пациента, а затем на ее основе на 3D-принтере печатают нужный орган. По форме и строению он будет повторять собственный орган человека. Более того, в случае печати из стволовых клеток, полученных от пациента, этот орган будет полностью иммунологически совместим с ним, то есть будет приживаться и не будет отторжен. Это хорошая возможность решить проблему, связанную с донорскими органами, ведь в этом случае решаются проблемы совместимости и долгого ожидания подходящего органа для пересадки.
Нейроны начали образовывать связи в обоих типах тканей и между ними, а также показали признаки активности на уровне работы нейромедиаторов. Через синаптический зазор между одним нейроном и другим сигнал передаётся химическим путём с использованием, в том числе нейромедиаторов. Всё это ожило и заработало в тканях, напечатанных на 3D-принтере.
Источник изображения: Cell Stem Cell Учёные рассказали, что тонкость в предложенном ими процессе печати заключается в использовании биочернил — связующего клетки геля — такой плотности, которая уже не позволяет ткани растекаться и, в то же время, обеспечивает нейронам и их отросткам свободный рост внутри состава. Также предложенный метод делает упор на горизонтальную печать, а не на вертикальную. Тонкие слои нервной ткани в таком случае лучше снабжаются кислородом и питательными веществами. Даже когда мы печатали разные клетки, принадлежащие к разным частям мозга, они все равно могли связываться друг с другом совершенно особым образом», — заявил профессор Чжан в пресс-релизе. Такой привод может превзойти по эффективности иные способы приведения конечностей роботов в движение. К тому же, он будет мягкий на ощупь и сможет легко копировать способы перемещения людей. Иначе говоря, будет приспособлен жить в окружении человека.
Источник изображения: Shoji Takeuchi research group, University of Tokyo Экспериментальная конструкция не отличалась сложностью. Мышечная ткань была натянута вдоль гибкой конструкции каждой из пластиковых ног робота. Ноги заканчивались поплавком, и вся конструкция была помещена в сосуд с питательным раствором. Мышечные клетки хоть и искусственные, но живые, поэтому требовали подвода питания. Сокращение мышц происходило после пропускания тока через жидкость вблизи мышц от одного электрода к другому. Учёные вручную приближали электроды то к одной ноге, то к другой, заставляя их подниматься и совершать шажок вперёд. Отключение тока расслабляло мышцы, и нога совершала движение.
Таким образом, были проверены режимы ходьбы по прямой и развороты на месте, когда сокращалась только одна мышца на той или иной ноге. Поднесённые к ноге робота электроды, по которым через жидкость и мышцу пропускается ток Учёные отметили, что предложенное ими решение работает, и робот с живыми мышцами способен перемещаться и совершать манёвры на местности. В будущем они планируют разработать устройства подвода питания к мышцам, чтобы они могли работать на воздухе, а также эффективные схемы подачи электрических сигналов для управления движением. Можно не сомневаться, что исследователи найдут удобное решение. Ранее мы рассказывали, например, что японские учёные смогли научить роботов обрастать кожей из живых человеческих клеток, хотя это уже другая история. Первый шаг в этом направлении сделали российские разработчики. Впервые в мире под присмотром хирурга робот самостоятельно восстановил повреждение мягких тканей пациента непосредственно на ране без какой-либо предварительной подготовки.
Источник изображений: НИТУ МИСИС «Мы сделали первый шаг в то будущее, в котором хирурги будут не просто манипулировать роботическими системами, но роботы будут полноправными автономными участниками операций. Создан важнейший прецедент использования биопринтера для залечивания крупных повреждений мягких тканей сразу на пациенте без предварительной подготовки 3Д-моделей и без необходимости имплантации напечатанных заранее эквивалентов ткани», — сообщил директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов. Её главной особенностью стало использование коммерчески доступной компонентной базы. В частности, роботизированного манипулятора белорусской компании Rozum Robotics. Печать непосредственно на ране представляется наиболее быстрым и доступным способом восстановить ткани пациента. До сих пор для этого ткани для восстановления выращивались отдельно в стерильных условиях, что требовало времени и затрат. Роботизированный комплекс сразу в процессе операции сканировал рану, создавал её 3D-модель и корректировал заполнение с учётом перемещений тела, например, в процессе дыхания.
Ранее комплекс был испытан на животных и показал свою состоятельность. Первая операция на человеке была проведена в Главном Военном Клиническом Госпитале им. Живые клетки для «чернил» принтера брались из костного мозга пациента. Композиция состоит из смеси высокоочищенного концентрированного стерильного раствора коллагена и клеток. Такая методика проводилась впервые, она особенно актуальна при множественных осколочных ранениях конечностей, когда донорский ресурс ограничен. При обширных ранениях в перспективе мы планируем сканировать тело полностью и замещать все раны таким методом. Это ускорит время их заживления и позволит сократить время пребывания пациентов в стационаре», — подчеркнул травматолог-ортопед 1 квалификационной категории, хирург Владимир Беседин, контролировавший операцию в ГВКГ им.
Как отметил директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов, в скором будущем мы можем ожидать более масштабного внедрения в клиническую практику технологии биопечати in situ непосредственно в рану. Колония живых нейронов обучалась быстрее искусственных моделей с почти таким же результатом. Если отбросить вопрос с этикой, до проблем с которой пока далеко, живые клетки человеческого мозга могут превзойти современные и будущие нейронные сети, работающие на кремниевых чипах, как по производительности, так и по экономическим соображениям. Источник изображений: Nature Electronics С помощью стволовых клеток учёные вырастили так называемый органоид мозга — объёмную колонию клеток, повторяющих структуру нейронов и их связей в мозге. Это не первый и наверняка не последний эксперимент с живыми клетками, позаимствованными у человека. Ранее органоид мозга, например, научили игре в «Понг», с чем он успешно справился. В таких исследованиях самым сложным бывает донести информацию до «мозга» и считать её.
Группа профессора Го Фэня из Университета штата Индиана в Блумингтоне США предложила достаточно простое решение — они вырастили органоид на высокоплотном массиве электродов. Электроды, а это, по сути, компьютерный интерфейс, вносили данные в клетки «мозга» и считывали результат его последующей активности. Тем самым на практике была реализована такая архитектура спайковой импульсной нейросети, как резервуарная. Что происходило в массиве нейронов, учёным было неизвестно, но условно живая модель показала способность к быстрому обучению и расчётам. Свою нейросеть учёные назвали Brainoware. Система прошла двухдневное обучение на наборе из 240 аудиозаписей речи восьми японских мужчин, произносящих гласные звуки. Также система смогла решать уравнения по отображениям Эно примерно с такой же точностью.
На это ушло ещё четыре дня обучения. Более того, решение дифференциальных уравнений проходило с большей точностью, чем в случае искусственной нейронной сети без блока длинной цепи элементов краткосрочной памяти. Мозг Brainoware в «возрасте» 7, 14, 28 дней и через несколько месяцев нижний ряд в увеличенном виде Живой искусственный «мозг» был не такой точный, как искусственные нейронные сети с длинной цепью элементов краткосрочной памяти, но каждая из этих сетей прошла 50 этапов обучения.
Если материал и наш сайт презентаций Вам понравились — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере. Слайды и текст этой презентации Слайд 1 Биотехнология Направления развития и достижения Слайд 2 Описание слайда: Население планеты В 1980 г. В настоящее время на планете - 6 млрд. Чтобы этого не произошло, нужно удовлетворять возрастающие потребности людей в продуктах питания Слайд 3 Биотехнология Нужны принципиально новые технологии производства.
Слайд 11 Это растения, в ДНК которых введен ген, не данный им природой, ген из другого организма. Он наделяет своего «хозяина» новыми свойствами: высокая урожайность, пищевая и вкусовая ценность, устойчивость к болезням, пестицидам, выносливость и др. Встраиваются гены не только растений, но и бактерий , вирусов, рыб, млекопитающих и даже человека.
В России с 1999 года зарегистрировано 7 трансгенных культур: соя, сахарная свёкла, 3 сорта кукурузы, 2 сорта картофеля.
Отраслевые биотехнологии
В своих экспериментах китайцы показали, что типовые одноцепочечные олигонуклеотиды хорошо работают в качестве унифицированного сигнала для передачи, что позволяет надёжно интегрировать крупномасштабные цепи с минимальной утечкой и высокой точностью для вычислений общего назначения. Вычисления в пробирке. Источник изображения: Nature В качестве примера учёные создали схему, решающую квадратные уравнения, которая собрана с использованием трёх слоев каскадных ЦВМ, состоящих из 30 логических вентилей и содержащих около 500 нитей ДНК. Иными словами, предложенная платформа сможет не только работать как обычный компьютер, но также будет способна на мгновенную диагностику вирусных и других заболеваний. И ещё большой вопрос, которая из этих возможностей окажется наиболее полезной. Такое кажется невозможным, но поставленный учёными эксперимент показал , что активностью генов в клетках человека можно управлять электрическими импульсами. Учёные представили то, что они назвали «электрогенетическим» интерфейсом.
Перспективный интерфейс способен запускать целевые гены по команде в те моменты, когда наш организм будет нуждаться в стимуляции или в коррекции состояния здоровья. Здесь мы предоставляем недостающее звено». Как сообщается в статье учёных в журнале Nature Metabolism, эксперимент был поставлен на мышах, больных диабетом 1-го типа. Мышам имплантировали клетки поджелудочной железы человека. Раздражение этих клеток электрическим током по команде с внешнего устройства приводило к принудительной выработке инсулина. С оговорками, но животных фактически избавили от неизлечимой болезни.
Источник изображения: Nature Metabolism Стимуляция клеток происходит в процессе образования активных форм кислорода — очень активных и «агрессивных» молекул, уровень которых, впрочем, контролировался и не достигал концентрации, после которой молекулы кислорода становятся для организма ядом. Молекулы кислорода напрямую воздействуют на ДНК при делении клеток и могут направлять этот процесс в нужное русло, обеспечивая генную терапию с помощью контролируемых электрических импульсов. Очевидно, что такое произойдёт очень и очень нескоро. Но потенциал в этом есть, и он обещает когда-нибудь справиться с генетическими заболеваниями и не только. Например, получить возможность выбрать в меню браслета режим «форсаж» и догнать уходящий поезд. Вместо выбросов в атмосферу, где CO2 будет создавать парниковый эффект, открытая цепочка биохимических реакций приводит к синтезу аминокислоты, необходимой для производства кормового белка.
При этом территория под комплекс для синтеза будет ощутимо меньше сельхозугодий под те же задачи. Так можно будет «накормить будущее», уверены учёные. Немецкие учёные придумали реакцию для синтеза аминокислоты L-аланина и намерены разработать процессы для синтеза других необходимых аминокислот, чтобы в конечном итоге из углекислого газа синтезировать полные белковые комплексы. В основе биохимической реакции синтеза L-аланина лежит метанол и не простой, а «зелёный» — полученный из CO2 с использованием возобновляемой энергетики — от ветряных или солнечных ферм. Метанол необходим как промежуточный продукт, потому что напрямую аминокислоту синтезировать из углекислого газа нельзя. Получив из CO2 метанол, учёные запускают с ним серию реакций с использованием синтетических ферментов.
На выходе получается необходимая для синтеза кормового белка аминокислота. Для синтеза этой же аминокислоты природным способом необходимы земля, люди и длительные процессы по выращиванию. В случае природного подхода ресурсные затраты и произведённые в его процессе вредные выбросы проигрывают синтетическим, уверены исследователи. К тому же, синтетический способ производства аминокислот и белков не производит вредных выбросов, если использует возобновляемую энергию. Предложенное решение поможет устранить конфликт между растущим населением Земли и производством продуктов. Еды хватит всем, и производиться она будет без ущерба для экологической обстановки.
Группа учёных смогла решить эту проблему в сфере 3D-печати живых тканей человека — она создала сложнейшее и дорогое оборудование из обычных наборов LEGO и готова поделиться опытом со всеми желающими. Самыми дорогими, по-видимому, оказались интеллектуальный блок Lego Mindstorms и лабораторный насос. LEGO-принтер печатает биогелем, в котором растворены клетки кожи человека. Сопло принтера создаёт трёхмерную модель тканей кожи в чашке Петри, укладывая в неё слой за слоем. В дальнейшем учёные намерены изучить работу с разными составами геля и соплами разного диаметра, чтобы попытаться максимально точно воспроизводить кожную ткань человека. Всё эту нужно для получения множества образцов живой ткани для проведения медицинских опытов.
В обычных условиях биологический материал получают либо от доноров, либо в виде отходов после операций. В обоих случаях процедура и порядок получения биоматериалов достаточно сложные и становятся всё сложнее и сложнее, поэтому даже такой доморощенный принтер из конструктора LEGO может быть приемлемым решением для медицинских экспериментов. Данные о разработке с детальным описанием сборки, настройки и работы принтера изложены в журнале Advanced Materials и свободно доступны по ссылке. Повторить работу может любой желающий. Фермент добывается из бактерий, способных выживать во льдах и в термальных источниках. Чувствительность фермента настолько высока, что он улавливает водород в следовых количествах.
Когда-нибудь с его помощью можно будет питать гаджеты и другую электронику. Атомная структура фермента Huc. Обнаруженный исследователями с факультета биомедицинских открытий Университета Монаша в Мельбурне фермент извлекает энергию из водорода, а не из кислорода. Учёных давно занимал тот факт, что некоторые бактерии могут благополучно жить как в условиях экстремально низких, так и высоких температур. Работа с одними из таких бактерий привела к интересному результату — открытию фермента Huc. Никакие другие известные науке катализаторы или ферменты не способны реагировать с водородом в подобных концентрациях.
Учёные подробно изучили механизм взаимодействия фермента с водородом и научились добывать его из бактерий в объёмах достаточных для исследований. Также выяснилось, что фермент очень устойчив и может долго храниться, например, в замороженном состоянии. Для серийного производства источников питания на основе ферментов это удобное свойство. Правда, у учёных пока нет рецепта, как массово производить нужный фермент и каким должен быть элемент питания на его основе. На этих задачах они обещают сосредоточиться на следующих этапах исследования. Добавим, статья о работе вышла в журнале Nature.
Были разработаны два варианта конструкции микрочипов на стеклянной подложке и с гелевыми спотами , а также портативный флуоресцентный детектор для их анализа. Биочипы представляют собой миниатюрные приборы для параллельного анализа специфических биологических макромолекул. Идея создания подобных устройств родилась в Институте молекулярной биологии им. Энгельгардта Российской академии наук Москва еще в конце 1980-х гг. За короткое время биочиповые технологии выделились в самостоятельную область анализа с огромным спектром практических приложений, от исследования фундаментальных проблем молекулярной биологии и молекулярной эволюции до выявления лекарственно устойчивых штаммов бактерий. Сегодня в ИМБ РАН производятся и используются в медицинской практике оригинальные тест-системы для идентификации возбудителей ряда социально значимых инфекций, в том числе таких как туберкулез, с одновременным выявлением их резистентности к антимикробным препаратам; тест-системы для оценки индивидуальной переносимости препаратов группы цитостатиков и многое другое.
На одном таком чипе на площади менее 2 см2 могут располагаться миллионы точек-спотов размером в несколько микрон. Такой биосенсор позволяет в реальном времени отслеживать взаимодействие биомолекул. Его составной частью является одна из таких взаимодействующих молекул, которая играет роль молекулярного зонда. Зонд захватывает из анализируемого раствора молекулярную мишень, по наличию которой можно судить о конкретных характеристиках здоровья пациента. Глубокое понимание механизма возникновения заболевания, в который вовлечены нуклеиновые кислоты, дает возможность сконструировать терапевтические нуклеиновые кислоты, восполняющие утраченную функцию либо блокирующие возникшую патологию. Двуцепочечные молекулы нуклеиновых кислот, ДНК и РНК, формируются благодаря взаимодействию пар нуклеотидов, способных к взаимному узнаванию и образованию комплексов за счет формирования водородных связей.
В Новосибирске были созданы и первые препараты ген-направленного действия для избирательной инактивации вирусных и некоторых клеточных РНК. Подобные ген-направленные терапевтические препараты сегодня активно разрабатываются на основе нуклеиновых кислот, их аналогов и конъюгатов антисмысловых олигонуклеотидов, интерферирующих РНК, аптамеров, систем геномного редактирования. Было доказано, что с помощью подобных соединений можно подавить функционирование определенных матричных РНК живой клетки, воздействуя на синтез белков, а также защитить клетки от вирусной инфекции. Так, олигонуклеотиды, комплементарные последовательности матричной РНК, подавляют экспрессию генов на стадии трансляции, т. Но терапевтические нуклеиновые кислоты могут вмешиваться и в другие молекулярно-биологические процессы, например, исправлять нарушения в процессе сплайсинга при созревании мРНК. Ведутся испытания ряда противовирусных и противовоспалительных препаратов, созданных на основе искусственных аналогов олигонуклеотидов, а некоторые из них уже начинают внедряться в клиническую практику.
Ее организатором стал профессор Йельского университета, Нобелевский лауреат С. В лаборатории ведутся исследования физико-химических и биологических свойств новых перспективных искусственных олигонуклеотидов, на основе которых разрабатываются РНК-направленные противобактериальные и противовирусные препараты. В рамках проекта, руководимого С. Альтманом, было выполнено масштабное систематическое исследование воздействия различных искусственных аналогов олигонуклеотидов на патогенные микроорганизмы: синегнойную палочку, сальмонеллу, золотистый стафилококк, а также вирус гриппа. Были определены гены-мишени, воздействием на которые можно наиболее эффективно подавить эти патогены; проводится оценка технологических и терапевтических характеристик самых действующих аналогов олигонуклеотидов, в том числе проявляющих антибактериальную и противовирусную активность. Эти новые соединения электронейтральны, устойчивы в биологических средах и прочно связываются с РНК- и ДНК-мишенями в широком диапазоне условий.
Благодаря спектру уникальных свойств они перспективны для применения в качестве терапевтических агентов, а также могут быть использованы для повышения эффективности средств диагностики, основанных на биочиповых технологиях. Среди коммерческих фирм лидером в создании терапевтических нуклеиновых кислот является американская компания Ionis Pharmaceuticals, Inc. Препараты Ionis против ряда других заболеваний проходят клинические испытания. Более эффективным является ферментативное разрезание мРНК, спровоцированное связыванием терапевтического олигонуклеотида с мишенью. Этот фермент и сам представляет собой РНК с каталитическими свойствами рибозим. Чрезвычайно мощным средством подавления активности генов оказались не только антисмысловые нуклеотиды, но и двуцепочечные РНК, действующие по механизму РНК-интерференции.
Использование этого механизма открывает новые возможности для создания широкого спектра высокоэффективных нетоксичных препаратов для подавления экспрессии практически любых, в том числе вирусных, генов. Молекулы нуклеиновых кислот, избирательно связывающие определенные вещества, называются аптамерами. На их основе могут быть получены препараты, блокирующие функции любых белков: ферментов, рецепторов или регуляторов активности генов. В настоящее время получены уже тысячи самых разных аптамеров, находящих широкое применение в медицине и технике. Модификации по азотистому основанию придают таким аптамерам дополнительную «белковоподобную» функциональность, что обеспечивает высокую стабильность их комплексам с мишенями. Кроме того, это увеличивает вероятность успешного отбора сомамеров к тем соединениям, к которым подобрать обычные аптамеры не удалось.
Развитие синтетической биологии происходит на базе революционного прорыва в области олигонуклеотидного синтеза.
В рамках Форума пройдет Третья Международная конференция «Перспективные подходы и технологии в задачах биомедицины и клинической практики» Сопредседатели: академик Ю. Гуляев, научный руководитель ИРЭ им. Левшина Сеченовского университета, профессор Сурендра Кумар Верма, действительный член Индийской академии биомедицинских наук. В рамках конференции будут представлены, как результаты экспериментов, например, нетепловое воздействие мощных ультракоротких электромагнитных импульсов на карциному академик РАН Черепенин В. Котельникова РАН и коллагеновая мембрана для применения в кардиохирургии B. Будут обсуждаться актуальные вопросы и достижения в области пищевых технологий и функциональных продуктов питания в России и за рубежом.
Благодаря спектру уникальных свойств они перспективны для применения в качестве терапевтических агентов, а также могут быть использованы для повышения эффективности средств диагностики, основанных на биочиповых технологиях. Среди коммерческих фирм лидером в создании терапевтических нуклеиновых кислот является американская компания Ionis Pharmaceuticals, Inc.
Препараты Ionis против ряда других заболеваний проходят клинические испытания. Более эффективным является ферментативное разрезание мРНК, спровоцированное связыванием терапевтического олигонуклеотида с мишенью. Этот фермент и сам представляет собой РНК с каталитическими свойствами рибозим. Чрезвычайно мощным средством подавления активности генов оказались не только антисмысловые нуклеотиды, но и двуцепочечные РНК, действующие по механизму РНК-интерференции. Использование этого механизма открывает новые возможности для создания широкого спектра высокоэффективных нетоксичных препаратов для подавления экспрессии практически любых, в том числе вирусных, генов. Молекулы нуклеиновых кислот, избирательно связывающие определенные вещества, называются аптамерами. На их основе могут быть получены препараты, блокирующие функции любых белков: ферментов, рецепторов или регуляторов активности генов. В настоящее время получены уже тысячи самых разных аптамеров, находящих широкое применение в медицине и технике. Модификации по азотистому основанию придают таким аптамерам дополнительную «белковоподобную» функциональность, что обеспечивает высокую стабильность их комплексам с мишенями.
Кроме того, это увеличивает вероятность успешного отбора сомамеров к тем соединениям, к которым подобрать обычные аптамеры не удалось. Развитие синтетической биологии происходит на базе революционного прорыва в области олигонуклеотидного синтеза. Синтез искусственных генов стал возможным благодаря созданию высокопроизводительных синтезаторов генов, в которых использованы микро- и нанофлюидные системы. Примером развития микрочиповых технологий могут служить американская фирма LC Sciences и немецкая Febit Gmbh. Биочиповый реактор производства LC Sciences с использованием стандартных реагентов для олигонуклеотидного синтеза позволяет одновременно синтезировать 4—8 тыс. Микрочиповый реактор фирмы Febit Gmbh состоит из 8 независимых фрагментов, на каждом из которых одновременно синтезируется до 15 тыс. И на очереди множество подобных препаратов. Этот сенсор способен «улавливать» молекулы лишь определенных белков, которые необходимо детектировать в образце. В настоящее время по этой схеме конструируются переключаемые биосенсоры к модифицированным белкам крови, служащим маркерами диабета.
Новым объектом среди терапевтических нуклеиновых кислот является и сама матричная информационная РНК. При попадании в клетку мРНК действуют в ней как ее собственные. В результате клетка получает возможность производить белки, которые могут предотвратить или остановить развитие заболевания. Большая часть таких потенциальных терапевтических препаратов направлена против инфекционных вирус гриппа, вирус Зика, цитомегаловирус и др. Белки как лекарство Огромные успехи синтетической биологии за последние годы отразились и в разработке технологий производства терапевтических белков, уже широко применяющихся в клинике. В первую очередь это относится к противоопухолевым антителам, с помощью которых стала возможной эффективная терапия целого ряда онкологических заболеваний. Сейчас появляются все новые противоопухолевые белковые препараты. С использованием методов генной инженерии был получен ряд структурных аналогов лактаптина, из которых был выбран наиболее эффективный. Испытания на лабораторных животных подтвердили безопасность препарата и его противоопухолевую и антиметастатическую активность в отношении ряда опухолей человека.
Уже разработана технология получения лактаптина в субстанции и лекарственной форме, изготовлены первые экспериментальные партии препарата. Терапевтические антитела все шире применяются и для лечения вирусных инфекций. Препарат прошел все доклинические испытания, доказав свою высокую эффективность. Оказалось, что защитные свойства искусственного антитела в сто раз выше, чем коммерческого препарата антител, получаемого из сыворотки доноров. Вторжение в наследственность Открытия последних лет расширили возможности генотерапии, которые до недавнего времени представлялась фантастикой. При «ремонте» репарации таких нарушений можно исправлять мутации, ответственные за заболевания, или вводить в терапевтических целях новые генетические элементы. Редактирование генов открывает перспективы радикального решения проблемы генетических заболеваний путем модификации генома при использовании экстракорпорального оплодотворения. Принципиальная возможность направленного изменения генов эмбриона человека уже доказана экспериментально, и создание технологии, обеспечивающей появление на свет детей, свободных от наследственных заболеваний, задача ближайшего будущего.