# Биотехнологии и современные медицинские технологии

Технология · 8 класс · Производство и его виды
Источник: https://razlozheno.ru/subject/tehnologiya/8/biotehnologii-i-sovremennye-medicinskie-tehnologii

Что такое биотехнологии, какие у них шесть направлений и как они работают в еде, сельском хозяйстве и медицине.

## Чему научишься

- Ты сможешь объяснить, что такое биотехнология, и назвать её главные задачи
- Ты сможешь отличить бионику, генную инженерию и биоинженерию и привести пример каждой
- Ты сможешь рассказать, как биотехнологии применяют в сельском хозяйстве и в современной медицине

## С чего начать

На Земле уже 8 млрд человек, и около 500 млн из них голодают или питаются недостаточно (данные ООН от 15 ноября 2022 г.). Земли больше не становится. Как накормить всех, если поле не растянуть? Оказывается, ответ ищут в генах бактерии, в хвосте скорпиона и в крошечных роботах внутри человека.

## 1. Что такое биотехнология и зачем она нужна

*Живые организмы как рабочие инструменты*

Представь, что у человека есть помощники, которые работают бесплатно и сами размножаются: дрожжи, бактерии, растения. Раньше мы просто пользовались ими вслепую. Хлеб поднимается, сыр созревает, уксус киснет, и никто не знал почему. Биотехнология — это когда мы делаем это осознанно и ещё учимся улучшать самих помощников.

**Биотехнология**

Технология использования живых организмов, систем этих организмов и продуктов их жизнедеятельности, а также создание в интересах человека новых живых организмов с необходимыми свойствами.

**Как запомнить**

Аналогия: биотехнология — это «завод», где вместо станков работают живые существа, а продукцию делает их обычная жизнь. Зацепка по форме слова: БИО — живое, ТЕХНОЛОГИЯ — способ производства. Правило самопроверки: если живой организм или система живых организмов используется как часть целенаправленной технологии или источника нужного продукта, это биотехнология.

Слово придумали не так давно: термин «биотехнология» ввёл венгерский инженер Карл Эреки в 1917 г. До 1971 г. его использовали преимущественно в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, а с 1979 г. — для лабораторных методов создания и модификации живых организмов.

Что она должна решать (ключевые задачи):

- повышать продуктивность сельскохозяйственных растений и животных, то есть обеспечивать людей качественным продовольствием;
- создавать новые породы животных и виды растений для сельского хозяйства;
- защищать окружающую среду и утилизировать отходы;
- создавать новые экологически чистые процессы преобразования энергии и получения минеральных ресурсов;
- предотвращать разрушение среды обитания и глобальное изменение климата;
- принципиально улучшать современные медицинские технологии.

Направлений у биотехнологии шесть: научные основы получения пищевых продуктов, технологии пищевой промышленности, бионика, генная инженерия, биоинженерия и нейротехнологии. С первых двух мы и начнём, потому что они самые привычные: хлеб, сыр, уксус. Современная пищевая биотехнология идёт дальше: создаёт новые виды продуктов, снижает себестоимость, обогащает пищу аминокислотами, витаминами, белками и пищевой клетчаткой, увеличивает сроки хранения.

**Проверь себя:** Дрожжи поднимают тесто для хлеба. Это биотехнология или нет? Почему?
**Ответ:** Да. Здесь используется живой организм (дрожжи) и продукты его жизнедеятельности. Это традиционный метод пищевой биотехнологии.

### Проверь себя

**Какие из перечисленных задач являются приоритетными для современной биотехнологии?**
- Защита окружающей среды и утилизация отходов.
- Полная замена естественных продуктов питания синтетическими химическими аналогами.
- Принципиальное улучшение современных медицинских технологий. — верно
- Повышение продуктивности сельскохозяйственных культур для обеспечения населения продовольствием.
> Развитие медицины напрямую зависит от достижений в области биологических систем и генетики.

**В какой период времени ученые начали применять термин «биотехнология» преимущественно к лабораторным методам создания или изменения живых организмов?**
- С $1979$ г. — верно
- В начале XXI века
- С $1917$ г.
- В середине XIX века
> Именно с этого момента акцент сместился с традиционных пищевых производств на высокотехнологичные манипуляции в лабораториях.

**Согласно данным ООН, какова была численность населения Земли по состоянию на 15 ноября $2022$ года?**
- $8$ млрд человек — верно
- $10$ млрд человек
- $7$ млрд человек
- $500$ млн человек
> Это официальный рубеж, зафиксированный организацией, который подчеркивает проблему обеспечения продовольствием.

**Какую роль в современной пищевой биотехнологии играет введение в продукты аминокислот и витаминов?**
- Снижение калорийности продукта до нулевого значения.
- Замена процесса термической обработки (печения, варки).
- Повышение питательной ценности и увеличение сроков хранения. — верно
- Исключительно улучшение внешнего вида и цвета продукта.
> Эти добавки обогащают состав и помогают сохранить продукт пригодным для употребления дольше.

**Какую основную проблему, связанную с использованием ГМО, выделяют исследователи помимо преимуществ в борьбе с вредителями?**
- Полное исчезновение насекомых-опылителей по всей планете.
- Невозможность выращивания ГМО-растений в почве.
- Мгновенное разрушение озонового слоя Земли.
- Влияние модифицированных организмов на традиционные, немодифицированные виды. — верно
> Существует риск бесконтрольного распространения измененных генов в дикой природе или обычных посевах.

**Какая биотехнологическая идея была вдохновлена способностью некоторых насекомых светиться?**
- Производство сверхмощных лазерных скальпелей.
- Создание растений, которые заменяют уличные фонари.
- Создание светящихся таблеток для диагностики желудка.
- Разработка одежды и обуви со встроенным автономным освещением. — верно
> Это пример применения принципа бионики в дизайне потребительских товаров.

## 2. Бионика и генная инженерия: учимся у природы и правим гены

*Копировать форму или менять гены*

Природа перебирала решения миллионы лет. Можно подсмотреть готовое решение и повторить его в железе. А можно пойти глубже и поменять сам «чертёж» организма. Первый путь — бионика, второй — генная инженерия.

**Бионика**

Наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структуры живой природы.

**Как запомнить бионику**

Аналогия: бионика — это списывание у лучшего ученика в классе, а лучший ученик — природа. Она уже решила задачу, остаётся понять как и перенести в технику. Зацепка: БИОника — «БИО» значит живое: бионика переносит принципы живой природы в технику.

*Рисунок: Живой лист, который превращается в механический элемент технического устройства*

Примеры из учебника: одежда и обувь со встроенным автономным освещением (идея взята у светящихся насекомых) и компьютерное кресло «Скорпион», в котором повторено строение тела скорпиона.

*Рисунок: Чёрный скорпион с поднятым хвостом и раскрытыми клешнями на песке*

**Генная инженерия**

Совокупность приёмов, методов и технологий создания новых генетических структур, входящих в состав каждой клетки живого организма, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Проще: ген — это строчка инструкции в клетке. Генный инженер находит нужную строчку у одного организма, вырезает и вставляет в другой, как абзац из одного документа в другой. Так получают трансгенные растения.

**Трансгенные растения**

Растения, в которые пересажены гены других организмов.

**Как запомнить трансгенные**

Аналогия: растение получает «приложение» из чужой программы, и у него появляется новое умение. Зацепка: ТРАНСгенные растения — ТРАНС: гены «трансфером» пересаживаются от другого организма в растение. Правило самопроверки: в трансгенном растении есть ген, которого у его вида раньше не было.

*Рисунок: Генетический фрагмент переносится из одного организма внутрь растущего растения*

**Пример: Как появился картофель, который не любит колорадский жук**

1. Проблема: колорадский жук съедает ботву картофеля, и приходится опрыскивать поле химией.
2. Находим организм с нужным свойством: у почвенной тюрингской бациллы есть подходящий ген.
3. Выделяем этот ген из бациллы и вводим его в картофель.
4. Получаем трансгенное растение — картофель, устойчивый к колорадскому жуку.

Так же создавали морозоустойчивые томаты и кукурузу, устойчивую к пестицидам. Методы генной инженерии применены к более чем 50 видам сельскохозяйственных растений. Польза — сокращение использования химических средств защиты на 40—60%.

**Проверь себя:** Чем бионика отличается от генной инженерии: что в каждом случае берут у живой природы?
**Ответ:** Бионика берёт принцип, форму или функцию и воплощает их в технике (кресло по образцу скорпиона). Генная инженерия берёт сам ген и вводит его в другой организм (картофель с геном бациллы).

### Проверь себя

**Как называется область науки, занимающаяся применением принципов организации и структур живой природы в создании технических устройств, таких как компьютерное кресло, повторяющее форму скорпиона?**
- Генная инженерия
- Нейротехнология
- Бионика — верно
- Биоинженерия
> Бионика изучает свойства и функции живой природы для их интеграции в технические системы и дизайн.

**Какое преимущество получили томаты благодаря методам генной инженерии, согласно материалам параграфа?**
- Способность расти без использования воды.
- Способность легко переносить заморозки. — верно
- Идеально кубическая форма для удобства транспортировки.
- Полное отсутствие семян внутри плода.
> Трансгенные томаты были созданы для расширения географии выращивания и устойчивости к холоду.

**Какую особенность приобрела кукуруза благодаря методам генной инженерии, упомянутую в параграфе?**
- Свечение в темноте для облегчения ночного сбора урожая.
- Устойчивость к воздействию пестицидов. — верно
- Способность расти в соленой морской воде.
- Увеличение количества початков на одном стебле до десяти штук.
> Это позволяет обрабатывать поля от сорняков, не повреждая саму культуру.

## 3. Биоинженерия, лазеры, нанороботы и нейротехнологии в медицине

*Когда инженер и врач работают вместе*

Четвёртое направление — генная инженерия, пятое — биоинженерия, а шестое — нейротехнологии. В этом разделе сосредоточимся на биоинженерии и нейротехнологиях, которые применяются в медицине.

**Биоинженерия**

Направление, объединяющее технические, инженерные подходы к решению медицинских проблем с достижениями биомедицинской науки и клинической практики.

**Как запомнить биоинженерию**

Аналогия: врач — это диагност, инженер — это мастер по запчастям, а биоинженер умеет и то и другое. Правило самопроверки: если для лечения создали устройство или искусственную деталь организма, то это биоинженерия. Её достижения: искусственные суставы, кровеносные сосуды, аппараты искусственного кровообращения, магниторезонансная томография.

**Нейротехнологии**

Технологии, предназначенные для улучшения и исправления функций мозга.

**Как запомнить нейротехнологии**

Аналогия: мозг — это главный пульт управления телом, а нейротехнологии чинят его проводку и подключают к нему новые устройства. Зацепка по форме слова: НЕЙРО — нерв, мозг. Примеры: нейрокомпьютерные интерфейсы, нейропротезирование органов чувств и конечностей, искусственные органы, управляемые центральной нервной системой.

Кроме этого, в современной медицине работают:

- лазерные технологии: операции на органах брюшной полости и лёгких, малоинвазивные операции в ЖКТ, зубоврачебная практика, удаление опухолей головного и спинного мозга, операции на глазах;
- нанотехнологии: нанороботы рассматриваются как перспективная технология: планируется использовать их для доставки лекарств к поражённым клеткам человека и для наблюдения, исправления и контроля биосистем на молекулярном уровне; идёт разработка таких систем.

**Три направления, которые легко перепутать**

|  | Бионика | Генная инженерия | Биоинженерия |
| --- | --- | --- | --- |
| Что берут | принцип или форму природы | гены организмов | инженерные методы для медицины |
| Что получают | технику, дизайн | новые организмы и сорта | протезы, приборы, томографы |
| Пример | кресло «Скорпион» | картофель с геном бациллы | искусственный сустав |

**Проверь себя:** К какому направлению отнести искусственную руку, которой управляет мозг?
**Ответ:** К нейротехнологиям (нейропротезирование конечностей); при этом сам протез — достижение биоинженерии.

### Проверь себя

**Какие возможности открывает развитие нейротехнологий и нейрокомпьютерных интерфейсов в будущем?**
- Управление искусственными конечностями с помощью центральной нервной системы.
- Мгновенное изменение генетического кода взрослого человека усилием мысли.
- Создание гибридного человеко-машинного мозга. — верно
- Обмен информацией между мозгом и внешними устройствами (дронами, телевизорами).
> Прогнозы указывают на возможность объединения биологического и цифрового интеллекта в 30-х годах XXI века.

**В каких областях медицины находят применение лазерные технологии?**
- Стоматологическая (зубоврачебная) практика. — верно
- Удаление опухолей головного и спинного мозга.
- Проведение офтальмологических операций (на глазах).
- Дистанционное изменение группы крови пациента.
> Лазеры используются как альтернатива или дополнение к традиционным методам лечения зубов.

**Какие достижения современной медицины относятся к результатам биоинженерии?**
- Аппараты искусственного кровообращения. — верно
- Разработка искусственных кровеносных сосудов.
- Магниторезонансная томография (МРТ).
- Традиционное использование лекарственных трав.
> Технические устройства, временно заменяющие функции сердца и легких, создаются на стыке медицины и техники.

**Какие типы приборов и систем в современных клиниках способствуют повышению качества медицинского обслуживания благодаря информационным технологиям?**
- Компьютеризированная аппаратура для диагностики.
- Автоматизированные медицинские приборы для лечения. — верно
- Механические песочные часы для измерения пульса.
- Следящие системы для мониторинга состояния пациентов.
> Роботизированные системы обеспечивают точность процедур, недоступную человеку вручную.

**В чем заключается суть «малоинвазивных операций», ставших возможными благодаря лазерным технологиям?**
- Лечение заболеваний исключительно с помощью приема таблеток.
- Операции, проводимые исключительно роботами без участия врача.
- Операции, которые длятся не более пяти минут.
- Проведение хирургического вмешательства без разрезов, через небольшие проколы. — верно
> Это значительно сокращает время восстановления и снижает риск осложнений.

**Какое из определений наиболее точно описывает биоинженерию как современное направление?**
- Направление, объединяющее инженерные подходы с достижениями биомедицины для решения медицинских проблем. — верно
- Метод лечения болезней исключительно при помощи гипноза и внушения.
- Технология производства только экологически чистой энергии из биомассы.
- Наука о выращивании растений исключительно в космических условиях.
> Биоинженерия использует технические знания для создания инструментов лечения и протезирования.

## Ключевые термины

- **Биотехнология** — Технология использования живых организмов, систем этих организмов и продуктов их жизнедеятельности, а также создание в интересах человека новых живых организмов с необходимыми свойствами.
- **Бионика** — Наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структуры живой природы.
- **Генная инженерия** — Совокупность приёмов, методов и технологий создания новых генетических структур, входящих в состав каждой клетки живого организма, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.
- **Трансгенные растения** — Растения, в которые пересажены гены других организмов.
- **Биоинженерия** — Направление, объединяющее технические, инженерные подходы к решению медицинских проблем с достижениями биомедицинской науки и клинической практики.
- **Нейротехнологии** — Технологии, предназначенные для улучшения и исправления функций мозга.

## Итог

- Биотехнология использует живые организмы и продукты их жизнедеятельности и создаёт новые организмы с нужными свойствами
- Термин «биотехнология» ввёл Карл Эреки в 1917 г.
- Бионика переносит принципы живой природы в технику, например кресло «Скорпион»
- Генная инженерия пересаживает гены: так получают трансгенные растения, и химии нужно на 40—60% меньше
- Биоинженерия, лазеры, нанороботы и нейротехнологии улучшают медицину

## Шпаргалка

### Термины биотехнологии

- **Биотехнология** — использование живых организмов и создание новых с нужными свойствами
- **Бионика** — применение принципов живой природы в технике
- **Генная инженерия** — выделение генов и введение их в другие организмы
- **Трансгенные растения** — растения с пересаженными генами других организмов
- **Биоинженерия** — инженерные подходы плюс биомедицина для решения медицинских проблем
- **Нейротехнологии** — улучшение и исправление функций мозга

### Бионика, гены, биоинженерия

|  | Бионика | Генная инженерия | Биоинженерия |
| --- | --- | --- | --- |
| Берут | принципы природы | гены | инженерные методы |
| Результат | техника, дизайн | новые сорта | протезы, приборы |
| Пример | кресло «Скорпион» | картофель с геном бациллы | искусственный сустав |

### Даты и числа

- **1917 г.** — Карл Эреки ввёл термин «биотехнология»
- **1979 г.** — термин применяют к лабораторным методам модификации организмов
- **Более 50 видов** — сельскохозяйственных растений изменены генной инженерией
- **40—60%** — сокращение химических средств защиты растений

## Любопытное

- Профессии в этой области: инженер-биотехнолог, биоинформатик, биохимик, молекулярный биолог.
- Сначала слово «биотехнология» относилось к хлебу, сыру и сельскому хозяйству, а лабораторные методы создания живых организмов стали так называть только с 1979 г.