Основные направления развития методов

Биотехнологии в ветеринарии

За последние 40-50 лет произошло скачкообразное развитие большинства наук, что привело к форменной революции в производстве ветеринарных и медицинских биопрепаратов, созданию трансгенных растений и животных с заданными уникальными свойствами. Подобные исследования являются приоритетными направлениями научно-технического прогресса и в XXI веке займут ведущее место среди всех наук.

Некоторые основные направления развития биотехнологии в области технологических процессов, технологического оборудования и технических средств контроля и управления приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Основные направления развития биотехнологии

№	Область развития	Краткая характеристика
1. Технологии
	Создание универсальных, более дешевых, простых в изготовлении, малокомпонентных питательных сред	Требования к средам для производства моноклональных антител
	Гибридомные и ДНК-рекомбинантные технологии	Получение широкого спектра новых биопрепаратов
	Производство гормональных препаратов с использованием клеточных культур	Гормоны, имеющие в своем составе аминокислоты
	Масштабирование процессов культивирования клеток животных и вирусов	Увеличение объемов производства
2. Оборудование
	Биореакторы для систем культивирования	Для получения биомассы и продуктов метаболизма аэробных и анаэробных микроорганизмов с дистанционным управлением процессов.
	Разработка специализированных биореакторов для специфических процессов	Культивирование иммобилизированных клеток.
	Разработка универсального биореактора	Для гомогенного и квазигомогенного (на микроносителях) культивирования клеток животных.
	Управляемые ЭВМ блочно-модульные гибкие системы культивирования	Легко переналаживаемые и простые в монтаже и управлении установки.
3. Параметры, контроль, датчики
	Ионоселективные электроды	Для определения основных микроэлементов биологических систем.
	Биодатчики	Экспресс-определение видов микроорганизмов и компонентов сред.
	Датчики: РНК, ДНК, НАД, НАДФ, АТФ, АДФ, АМФ	Для выявления массообменных процессов.

Даже простое перечисление товарных форм биопрепаратов указывает на неограниченные возможности биотехнологии. Однако этот важный вопрос заслуживает некоторой детализации.

На наш взгляд, возможности биотехнологии особенно впечатляющи в трех основных направлениях.

Первое – это крупнотоннажное производство микробного белка для кормовых целей вначале на основе гидролизатов древесины, а затем на основе углеводородов нефти.

Важную роль играет производство незаменимых аминокислот, необходимых для сбалансированности по аминокислотному составу кормовых добавок.

Кроме кормового белка, аминокислот, витаминов и других кормовых добавок, увеличивающих питательную ценность кормов, быстро расширяются возможности массового производства и применения вирусных и бактериальных препаратов для профилактики болезней птиц и сельскохозяйственных животных, для эффективной борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений.

Микробиологические препараты, в отличие от многих химических, обладают высокой специфичностью действия на вредных насекомых и фитопатогенные микроорганизмы, они безвредны для человека и животных, птиц и полезных насекомых. Наряду с прямым уничтожением вредителей в период обработки они действуют на потомство, снижая его плодовитость, не вызы­вают образования устойчивых форм вредных организмов.

Огромны возможности биотехнологии в области производства ферментных препаратов для переработки сельскохозяйственного сырья, создания новых кормов для животноводства.

Второе направление - разработки в интересах развития био­логической науки, здравоохранения и ветеринарии. На основе дости­жений генной инженерии и молекулярной биологии биотехнология может обеспечить здравоохранение высокоэффективными вакци­нами и антибиотиками, моноклональными антителами, интерфероном, витаминами, аминокислотами, а также ферментами и други­ми биопрепаратами для исследовательских и лечебных целей. Некоторые из этих препаратов уже сегодня с успехом применяются не только в научных экспериментах, но и в практической медицине и ветеринарии.

Наконец, третье направление - разработки для промышлен­ности. Уже сегодня продукцию биотехнологических производств потребляют или применяют пищевая и легкая промышленность (ферменты), металлургия (использование некоторых веществ в процессах флотации, точного литья, прецезионного проката), нефтегазовая промышленность (использование ряда препаратов комплексной переработки растительных и микробных биомасс при бурении скважин, при селективной очистке и др), резиновая и лакокрасочная промышленность (улучшениекачества синтетического каучука за счет некоторых белковых добавок) а также ряд других производств.

К числу активно разрабатываемых направлений биотехнологии относятся биоэлектроника и биоэлектрохимия, бионика, нанотехнологии, в которых используются либо био­логические системы, либо принципы действия таких систем.

Широко в научных исследованиях применяются фермент-содержащие датчики. На их основе разработан ряд устройств, например, дешевые, точные и надежные приборы для проведения анализов in vivo. Появляются и биоэлек­тронные иммуносенсоры, причем в некоторых из них используется полевой эффект транзисторов. На их основе предполагается создавать относительно де­шевые приборы, способные определять и поддерживать на заданном уровне концентрацию широкого круга веществ в жидкостях тела, что может вызвать переворот в биологической диагностике.

В таблице 4.1. приведены достижения в различных отраслях науки, влияющие на развитие биотехнологии.

Таблица 4.1. Достижения различных областей науки, влияющие

На развитие биотехнологии

Область биотехнологии	Достижение
Генетическая инженерия	Технология рекомбинантных ДНК
Биокатализ	Выделение, иммобилизация, стабилизация ферментов; иммобилизация, стабилизация микроорганизмов
Иммунология	Гибридомная технология, моноклональные антитела
Технология культивирования	Производство, переработка отходов
Бионика	Биосенсоры

В ветеринарии биотехнологические процессы используются для получе­ния вакцин, диагностикумов, сывороток, глобулинов и других биологически активных веществ. Если в ближайшем будущем ряд вакцин удастся получать при помощи микроорганизмов, модифицированных методами генетической инженерии, мы должны стать свидетелями окончательного искоренения особо опасных болезней (табл. 5.1.).

Таблица 5.1. Новые направления в биотехнологии

Отрасль

Область применения

Сельское хозяйство   Пищевая промышленность   Медицина и ветеринария     Контроль за состоянием окру­жающей среды

Новые методы селекции растений и животных (включая клонирование). Создание новых методов переработки и хранения пище­вых продуктов; получение пищевых добавок (например, полимеров и амино­кислот, продуцируемых микроорганизмами); использование белка, синтезируемого однокле­точными организмами, и ферментов при переработке пищевого сырья. Применение ферментов для усовершенствования диагно­стики, создание датчиков на основе ферментов, исполь­зование микроорганизмов и ферментов при производстве сложных лекарств (например, стероидов), синтез новых антибиотиков, применение ферментов в терапии, получе­ние новых штаммов. Совершенствование методов тестирования и мониторинга, про­гнозирование превращений ксенобиотиков благодаря бо­лее глубокому пониманию биохимии микроорганизмов, разработка методов утилизации отходов, осо­бенно промышленных.

Достижения ветеринарной биотехнологии. В России биотехнология как наука начала развиваться с 1896 года. Толчком послужила необходимость создавать профилактические и терапевтические средства против таких болезней как сибирская язва, чума крупного рогатого скота, бешенство, ящур, трихинеллез. В конце 19 века ежегодно от сибир­ской язвы гибло более 50 тыс. животных и 20 тыс. людей. За 1881-1906 годы от чу­мы пало 3,5 млн. коров. Значительный ущерб наносил сап, от которого гибло конское поголовье и люди.

Успехи отечественной ветеринарной науки и практики в проведении специфической профилактики инфекционных болезней связаны с крупными научными открытиями, сделанными в конце ХIХ и начале ХХ столетий. Это касалось разработки и внедрения в ветеринарную практику профилактических и диагностических препаратов при карантинных и особо опасных болезнях животных (вакцины против сибирской язвы, чумы, бешенства, аллергенов для диагностики туберкулеза, сапа и др). Была научно доказана возможность приготовления лечебных и диагностических гипериммунных сывороток.

На этот период приходится фактическая организация в России самостоятельной биологической промышленности.

С 1930 года существующие в России ветеринарные бактериологические лаборатории и институты стали существенно расширяться и на их базе было начато строительство крупных биологических фабрик и биокомбинатов по производству вакцин, сывороток, диагностикумов для ветеринарных целей. В этот период разрабатываются технологические процессы, научно-технологическая документация, а также единые методы (стандарты) изготовления, контроля и применения препаратов в животноводстве и ветеринарии.

В 30-е годы были построены первые заводы по получению кормовых дрожжей на гидролизатах древесины, сельскохозяйственных отходах и сульфитных щелоках под руководством В.Н.Шапошникова. Успешно внедрена технология микробиологического производства ацетона и бутанола (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Биопредприятие с замкнутым циклом производства,