авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет ...»

-- [ Страница 3 ] --

Этот противоречивый вопрос обсуждается более детально в лекции 8.

Безопасность продуктов. Большинство процессов получения продуктов позволяет исключать из конечного продукта опасные мик роорганизмы или токсичные вещества. Большой набор традиционных длительных процедур обычно используется для идентификации, кон троля, уменьшения или полного удаления таких контаминантов.

Главными патогенами пищевых продуктов являются Salmonella и Campylobacter, Listeria, а из токсинов это бактериальные эндотоксины и грибковые микотоксины. В биотехнологии в настоящее время раз работано много методов выявления патогенов и токсинов, основан ных на выявлении антигенов с помощью МАт и фрагментов генома с применением ПЦР. Некоторые из этих методов используются для об наружения ГМО в пищевых продуктах или кормах животных, что по зволяет значительно увеличить их безопасность.

Биотехнология будет усиливать интеграцию сельского хозяйст ва и пищевой промышленности. В настоящее время новая биотехно логия успешно внедряется в развитых странах. Есть надежда, что эти достижения могут быть также взяты на вооружение развивающимися странами, где дефицит продуктов все больше увеличивается.

Контрольные вопросы 1. Какова роль ферментации в производстве продуктов питания и напитков?

2. Какие ферменты используются в производстве продуктов пи тания и напитков?

3. Какие микроорганизмы находят наибольшее применение в производстве молочных продуктов и алкогольных напитков?

4. Какие основные патогены и токсины могут содержаться в продуктах питания?

5. Назовите основные пути получения пищевого белка.

6. Какие существуют мнения на получение продуктов питания из ГМО?

Лекция 6. БИОТЕХНОЛОГИЯ И ПОЛУЧЕНИЕ ЭНЕРГИИ В мире имеется три основных экономически значимых источни ка топлива: уголь, природный газ и нефть. Современные индустри альные государства полностью зависят от полезных ископаемых, ко торые служат им в качестве источника энергии и сырьем для получе ния разнообразных продуктов. Приблизительно 93 % добытых горю чих ископаемых используется для получения энергии и только 7 % для получения растворителей, пластмасс и множества других органи ческих веществ. За срок чуть больше века индустриальный мир из расходовал большое количество топлива, которое образовывалось миллионы лет на дне океанов и в глубинах земли. Более того, расхо дование этих материалов происходит неравномерно. Европа, имею щая 8 % населения от общего количества людей на планете расходует 20 %, США – 6 % населения расходует 31% мировой добычи горю чих ископаемых.

Следует отметить, что невосполняемые источники энергии и за пасы горючих материалов, на базе которых развивается современное общество, а именно нефть, газ и уголь возникли из древних типов биомассы. В то время как запасов угля может хватить на сотни лет, этого нельзя сказать о нефти и газе. При современных темпах их рас ходования разведанные запасы могут быть исчерпаны в текущем веке.

Выходом из данного положения можно считать использование био массы, полученной в процессе фотосинтеза, для получения энергии и сырья для промышленности. На сегодня широкомасштабное исполь зование биомассы для получения топлива и сырья сдерживается низ кой стоимостью горючих полезных ископаемых, гетерогенной приро дой источников биомассы и диффузным ее распространением.

6.1. Субстраты для получения энергии Биомасса. Она может быть получена тремя различными путями:

– использованием обычных растений;

– выращиванием специальных, так называемых энергетических культур;

– утилизацией сельскохозяйственных и других органических от ходов.

Подсчитано, что ежегодный выход биомассы растений, возни кающий в результате биосинтеза, составляет 120 млрд т сухого мате риала на суше и около 50 млрд т в мировом океане. Из биомассы, синтезируемой на суше, приблизительно 50 % составляет сложная форма – лигнинцеллюлозы. Наибольшая часть биомассы, синтези руемой на суше, – около 44 %, образуется в лесах. Интересно отме тить, что хотя сельскохозяйственный урожай составляет всего около 6 % первично фотосинтезируемой продукции, из этого количества получают основную часть продуктов питания для человека и кормов животным, а также ценное сырье для промышленности – хлопок, лен и др. Превращение полученной биомассы в полезное горючее можно проводить биологическими и/или химическими способами. В настоя щее время получают два главных конечных продукта: этанол и метан, хотя можно получать и другие вещества, что зависит от исходной биомассы и процесса ее утилизации, например, твердое топливо, во дород, низко энергетические газы, метанол и углеводороды с длинной цепочкой.

Концепция выращивания растительной биомассы специально для получения энергии базируется на том факте, что таким путем можно получить более высокие выходы связанного углерода, чем сбором продуктов природной вегетации или сельскохозяйственных и промышленных отходов. Программы такого типа запланированы и интенсивно выполняются во многих странах мира. Плантации энергетических культур, несомненно, займут большое место для выращивания растений с целью получения энергии. В некоторых областях мира такие плантации быстро станут реальностью, но для большинства стран основным путем станет использование органи ческих отходов, а именно сельскохозяйственных, промышленных и бытовых.

Техническая переработка биомассы зависит от многих факто ров, включая уровень влажности, химический состав и др. Мате риалы с высоким содержанием воды лучше подвергать переработке в водной фазе, что исключит необходимость высушивания сырья.

При этом можно использовать спиртовую ферментацию (получе ние этанола), анаэробное расщепление (получение метана), а также химическое восстановление (получение масел). Материалы с низ ким содержанием влаги, такие как древесина, могут быть сожжены для получения тепла или пара, для получения электричества;

под вергнуты термохимической обработке путем проведения газифика ции и пиролиза для получения богатых энергией соединений, таких как газовые масла (газойль), уголь и сопутствующие вещества, та кие как метанол и аммиак;

подвергнуты щелочному или биологиче скому гидролизу с целью получения химического сырья для ис пользования в дальнейших биологических превращениях его в энергию.

Биомасса, получаемая в результате деятельности сельского хо зяйства и лесоводства, может представлять большой экономический потенциал для многих стран. Это в основном углеводы различной хи мической сложности, включая сахар, крахмал, целлюлозу, гемицел люлозу и лигнин. Из биомассы могут быть получены следующие не обходимые продукты (табл. 6.1).

Таблица 6. Различные пути использования биомассы Т о п л и в о Метан, особенно в развивающихся странах. Продукты пиролиза (газ, древесный уголь). Этанол (из сахаро-, крахмал- и целлюлозосодержащего сырья). Масла (гидрогенизированием). Прямое сжигание отходов биомассы Сырье Этанол (потенциальное сырье для промышленности).

Синтетический газ (химическая газификация) У д о б р е- Компост, ил, торф ния Корма Прямое скармливание биомассы.

Получение из биомассы белка одноклеточных Источники сахара и крахмала, такие как сахарная свекла, сахар ный тростник кукуруза, рис, пшеница, а также картофель и другие овощи – это хорошее сырье для биотехнологических процессов. Не большим неудобством является то, что крахмал должен быть разрушен до моно- или олигосахаридов перед ферментацией путем расщепления ферментами или химическим гидролизом. Целлюлозу, полученную как в сельском хозяйстве, так и в лесоводстве, также можно использовать для этих целей. Известно, что это очень сложное вещество и, как пра вило, в природе встречается вместе с лигнином. О способности лигно целлюлозного комплекса противостоять процессам биодеградации можно судить по длительному разложению древесины.

Лигноцеллюлоза – наиболее распространенный и восполнимый природный источник, который считается широкодоступным. Однако большие технические трудности могут встретиться при разработке экономичных технологий по переработке этого комплекса. В настоя щее время дорогая энергозатратная обработка требуется для того, чтобы эта сложная структура стала доступной микроорганизмам.

Чистая целлюлоза может быть деградирована химическим или фер ментативным гидролизом до растворимого сахара, который может быть превращен микроорганизмами в этанол, бутанол, ацетон, белок одноклеточных, метан и многие другие необходимые человеку про дукты. Успехи, которые достигнуты в лабораториях разных стран, показывают, что для преодоления трудностей требуется определенное время. Ежегодно растения связывают около 2х1011 т углерода с энер гией, содержащей 2х1021 Дж, что примерно в 10 раз больше энергии, используемой ежегодно во всем мире. Масштабы и роль фотосинтеза представляются значительными, если учесть, что мы потребляем не значительную часть связываемого углерода. Эффективность погло щения солнечной энергии зелеными растениями очень высока и мо жет достигать 3 – 4 %.

Таким образом, возникающий энергетический кризис заставляет обращать внимание на то, что ископаемые горючие источники не бес конечны. Биомасса является восполнимым источником энергии, она может быть использована непосредственно для получения энергии или энергетических соединений.

6.2. Получение этанола, метана и водорода Этанол из биомассы. Производство спиртов путем ферментации сахаров и крахмала – очень древняя технология и, по-видимому, одна из первых микробиологических технологий, использованных челове чеством С6Н12О6 2СН3СН2ОН+2CО2.

Их производство стало возможным благодаря накопленным знаниям по брожению и дистилляции. В настоящее время промыш ленное получение спирта основано на синтетическом, т.е. немикроб ном получении с помощью петрохимических процессов. Во многих развивающихся странах, где сырье очень дешевое и доступное, этанол продолжают получать в промышленности традиционным фермента ционным методом.

Этанол в качестве топлива является очень хорошим компонен том, поскольку при его сгорании не образуется токсичной окиси уг лерода и поэтому происходит меньшее загрязнение окружающей сре ды, чем при использовании бензина. Его использование позволяет ис ключить добавление тетраэтилсвинца для повышения октанового числа. Исследования показали, что работающий на этаноле двигатель выделяет на 57 % меньше окиси углерода, на 64 % меньше гидрокар бонов и на 13 % меньше окисей азота, чем при работе на бензине. Та ким образом, хотя мировые цены на нефть ниже, чем на этанол, ос новное преимущество его, снижение загрязнения окружающей среды остается очень важным. Для этих целей он нигде так широко не ис пользуется, как в Бразилии. Огромные заводы работают по всей стра не, превращая сахар тростника в этанол (“зеленый бензин”) путем дрожжевой ферментации. Производство его составляет миллионы ку бометров. Кроме того, полученный этанол широко используется в химической промышленности.

Однако с учетом повышения цен на нефть и новой конструк ции двигателей, работающих на эталоне, эти показатели постоянно изменяются в пользу производства эталона.

Чтобы сделать пригодным для процесса ферментации многие виды сырья, требуется их предобработка в зависимости от химиче ского состава. В случае с сахарным тростником такая обработка ми нимальна и сводится к перемалыванию, в то время как многие корне плоды (содержащие 25 – 38 % крахмала от сырого веса) требуют про ведения операции сахарификации – кислотного или ферментативного гидролиза.

Целлюлозное сырье, такое как древесина или солома, требует более интенсивной предобработки, что отражается на затратах энер гии, требующейся для предобработки (табл. 6.2).

Таблица 6. Затраты энергии при производстве этанола из различных субстратов методом микробной ферментации, МДж/кг эталона Физическое Сахарный Древе Древесинаа Солома синаб потребление тростник Субстрат 7,27 12,67 20,00 4, Дополнительные хим.

0,60 4,74 6,37 4, вещества Вода 0,30 0,80 0,30 0, Электроэнергия 7,00 175,70 7,84 166, Масляное топливо 8,00 42,13 62,40 42, Капитальные вложения 0,46 3,34 0,64 3, (здания и др.) Общее количество 23,63 239,38 97,55 222, Примечание: а – ферментативный гидролиз;

б – кислотный гидролиз.

Бразильские программы основаны почти полностью на цикличе ской ферментации. В настоящее время показатели этих ферментаций являются скромными и могут быть значительно улучшены. Совер шенствования в непрерывной ферментации вобрали в себя многие достижения, включая повторное использование дрожжевых клеток в биореакторах путем разделения и рециклирования, а также постоян ного выпаривания ферментативного бульона. Следует отметить, что биотехнология достигла в этой области значительных успехов. Она использует микроорганизмы, полученные генетической инженерией, что обеспечивает высокую скорость ферментации и высокий выход целевого продукта, устойчивость дрожжей к повышенным температу рам и высокому уровню спирта. Улучшенная конструкция ферменте ров основана на технологии иммобилизованных ферментов.

Ферментация в условиях небольшого вакуума и рециклирование дрожжевых клеток позволили увеличить производство этанола в 10 - 12 раз по сравнению с обычным ферментированием. Применение этих биотехнологических новшеств снизило капитальные затраты и потребности в энергии при проведении ферментативных процессов.

Одновременно с этим возникла новая проблема утилизации огромных объемов отходов, образующихся при получении спирта. Были прове дены многочисленные исследования по их утилизации, в результате чего внесены следующие предложения:

1) Упаривание с целью получения кормов или удобрений.

2) Минерализация.

3) Анаэробная ферментация для получения метана.

4) Получение белка одноклеточных организмов.

Метан из биомассы. Метан это газ, который в настоящее время широко используется как топливо в быту и промышленности или для получения метанола. Кроме того, его можно использовать в виде топ лива для двигателей внутреннего сгорания. Этот природный газ по лучали из биомассы в давние времена. При производстве метана про текают сложные процессы с участием анаэробных микроорганизмов.

Анаэробная ферментация сложных органических смесей прохо дит в три основные биохимические фазы, каждая из которых требует специфических условий. Начальная стадия требует расщепления сложных молекул, таких как целлюлоза, жиры и белки, которые име ются в большинстве органических материалов. В результате чего об разуются низкомолекулярные продукты, которые на следующей ста дии превращаются в органические кислоты. На последней стадии микробной активности эти кислоты (главным образом уксусная) спе цифически превращаются метанообразующими бактериями в метан и СО2.

Наиболее эффективно образование метана происходит в рубце жвачных животных. Эту анаэробную систему не удалось воспроизве сти. Известно, что в ней возникает сложное взаимодействие большого числа бактерий, простейших и грибов. Все интенсивно исследуемые программы по созданию метанообразования при контролируемых ус ловиях показали, что высокий выход газа можно получить только при постоянном лабораторном мониторинге, поддерживая с высокой точ ностью условия протекания процесса, такие как температура, рН, уровень влажности, перемешивание, добавление сырья и т.д. На сего дня большинство практически используемых устройств по получению метана работают на низком технологическом уровне.

Анаэробная обработка сточных вод – давно используемый на практике процесс, и многие городские системы очистки используют разнообразные методы получения метана. Имеются и другие дешевые источники сырья, из которых может быть получен метан, выгодный с экономической точки зрения: солома и другие сельскохозяйственные и бытовые отходы.

Метан из отходов. Производство метана из сельскохозяйствен ных и бытовых отходов – довольно-таки сложный процесс, который имеет множество ограничений. Используя бытовые отходы, можно превратить 30 – 50 % заложенной в них энергии в метан, в то время как при использовании некоторых отходов сельскохозяйственного производства можно достигнуть 70 % превращения.

Однако остается еще много нерешенных проблем: затраты на сбор органических отходов очень высокие;

в большинстве процессов скорость образования метана и его выход очень низкие. Необходимо провести значительные биотехнологические исследования по опреде лению баланса перерабатываемых веществ с целью оптимизации про цесса. Основной проблемой является присутствие лигнина в большин стве сельскохозяйственных и бытовых отходов. Лигнин в ходе ана эробного процесса трудно расщепляется и требует физической и хими ческой предобработки, которая значительно удорожают процесс. Био логические аспекты касаются смеси культур микроорганизмов и несо мненно, что термодинамическая эффективность процесса также может быть улучшена. Необходимо найти новые дешевые материалы для из готовления ферментеров (биореакторов), а также сосудов для хранения газа. Нет сомнения, что в будущем будут предложены различные ана эробные технологии, пригодные для биодеградации большинства ви дов биомассы. Хотя метан – это основной конечный продукт, другие горючие вещества, такие как пропанол и бутанол, а также удобрения следует добавить к положительному балансу стоимости процесса.

Метан как источник энергии играет большое экономическое значение в случае использования малых установок, но при попытке создания установок большого масштаба возникают серьезные про блемы. Основными из них являются:

– микробное производство метана значительно дороже природ ного газа;

– метана очень много в природе, в частности в природном газе, а также в нефтяных сопутствующих газах;

– производство метана коммерчески более выгодно путем гази фикации угля;

– метан не может быть использован в качестве топлива для ав томобилей, поскольку его очень трудно и дорого превращать в жид кость.

Однако основным преимуществом данной технологии считается то, что в ней сопряжены два процесса – утилизация отходов и полу чение метана. При оценке экономической стороны производства ме тана, необходимо учитывать побочные продукты, которые могут быть использованы как удобрение или в виде корма. Это возможно потому, что в ходе такой обработки вредные и патогенные отходы могут быть превращены в безвредные и полезные материалы.

Хотя получение энергии из биомассы имеет много недостатков по сравнению с нефтью и углем, но тот факт, что это восполнимый источник энергии имеет большой стимул к проведению дальнейших исследований. Уже в настоящее время биомасса становится доступ ным и экономически выгодным источником энергии. В связи с выше изложенным производство биогаза рассматривается как перспектив ный, альтернативный путь получения энергии.

Водород. Использование водорода в виде топлива или в спе циальных устройствах для получения электричества является пер спективным направлением. Хотя возможно получать водород из глюкозы путем внесения соответствующих бактерий, однако ско рость образования его очень мала, чтобы использовать данный под ход на практике. Эффективность производства водорода путем ана эробной ферментации значительно меньше, чем метана. Известно, что метан содержит больше энергии, чем водород, следовательно, производство метана с использованием микроорганизмов – процесс значительно более выгодный для практического применения. Водо род можно получать, используя фотосинтетические бактерии, био фотолизом воды и путем ферментации. В первых двух системах производство водорода может быть осуществлено, но для оценки экономического эффекта необходимы дополнительные исследова ния. Подсчитано, что потребуется около 20 лет, прежде чем подхо дящая система будет создана.

6.3. Дизельное топливо из рапсового масла В последние годы значительный интерес в Европе вызвало ис пользование модифицированного масла, полученного из семян рапса, в качестве дизельного топлива. Этот продукт получен в результате взаимодействия рапсового масла и метанола в присутствии катализа тора - гидроксида натрия при 50 оС с образованием диэфира и глице рина.

Рапсовое масло + метанол диэфир + глицерин (1 тонна) (0,1 тонна) (1 тонна) (0,1 тонна) Глицерин отстаивается, а диэфир очищается и используется в качестве топлива. Имеется несколько достоинств данного диэфира.

Он близок по физическим и химическим свойствам к дизельному то пливу и его применение не требует какой-либо модификации двига теля. Стоимость энергии, образующейся при его сгорании, значитель но больше средств, затраченных на его получение. Эта разница может быть увеличена благодаря улучшению рапса методами генетической инженерии. Он не токсичен, его вклад в парниковый эффект в 3-5 раз меньше, чем обычного дизельного топлива. И, наконец, источник его получения восполним. Общественный транспорт некоторых стран Европы уже использует биодизель, внося вклад в защиту окружаю щей среды. Италия отдает преимущество биодизелю при использова нии его для отопления жилых помещений. Таким образом, выращи вание рапса для получения топлива сулит коммерческие выгоды и снижает загрязнение окружающей среды. Поэтому почти все Евро пейские страны проявили к этой технологии большой интерес.

6.4. Микробное превращение нефти Вне зависимости от того, бьет ли нефть фонтаном или выкачи вается насосом, обычно удается извлечь не более 1/3 её объема. Для увеличения количества извлекаемой нефти используют различные приемы, включая применение полимеров, производимых в больших масштабах путем ферментации с использованием специфических бак терий. Такие полимеры имеют низкую вязкость и высокую текучесть, которые позволяют им проходить через небольшие поры, извлекая связанную нефть. Кроме того, использование микроорганизмов воз можно in situ для извлечения нефти путем производства веществ, снижающих поверхностное натяжение;

образования газа или даже изменения вязкости нефти в результате частичной ее деградации. Ис пользование дополнительных технологий позволяет извлечь до 60 % нефти.

Для решения энергетической проблемы необходимо выполнить следующие условия:

– минимизировать расходы невозобновляемых источников энергии;

– увеличивать использование возобновляемых источников энер гии – солнечной, получение биогаза, водорода, этанола, топлива из растительных масел и др;

– проводить теоретическую разработку принципиально новых способов получения энергии.

Кроме перечисленных выше источников, не исключается воз можность промышленной добычи из земных недр газообразного во дорода как неисчерпаемого экологически чистого топлива. Перспек тивным является создание энергетических установок прямого преоб разования энергии вещества в тепловую и электрическую.

На основе пептидов разработаны новые нанобиологические ма териалы. В воде и жидкостях организма они образуют хорошо упоря доченные каркасы из нановолокон, которые могут использоваться в создании биосолнечных молекулярных машин для поглощения энер гии, использующих фотосистемы растений. Хотя не совсем ясны эко номические затраты, необходимые для их успешной работы, однако ясно одно, что их необходимо создавать, поскольку применяемые в настоящее время источники топлива будут исчерпаны в недалеком будущем. Таким образом, постоянное снижение мировых запасов ука занных выше источников энергии вынуждает искать альтернативные пути получения топлива. Это уже известные в настоящее время эко логически безопасные гидростанции, построенные на реках, исполь зующие энергию приливов и отливов, энергию ветра, солнечную и геотермальную энергию, более опасную, но и более значимую ядер ную энергию.

Многие страны решают проблемы пост-нефтегазового сущест вования. Лидером является ЕС, который планирует к 2020 году дове сти долю возобновляемых источников энергии в общем энергобалан се до 20 %. А в некоторых странах ЕС, например в Исландии и Шве ции, доля возобновляемой энергии уже сегодня превышает 50 %. Су дя по подготовленной Минпромэнерго концепции развития энергети ки до 2020 года, доля возобновляемых источников энергии в России увеличится с нынешних 0,6 % (5,6 млрд кВт/ч) до 1,5 % к 2010 году и 4,5 % к 2020 году. Развитию альтернативной энергетики в России, по мнению правительственных экспертов, мешает ее низкая рентабель ность. Основной путь решения этой проблемы – субсидии.

Контрольные вопросы 1. Каковы причины поиска альтернативных источников энер гии?

2. Какие энергетические вещества можно получить из биомас сы?

3. Что такое биодизель и какова технология его получения?

4. Какие преимущества и недостатки использования этанола в двигателях внутреннего сгорания?

5. Какие условия необходимо выполнять для решения энергети ческой проблемы?

6. С помощью каких приемов можно увеличить выход нефти?

Лекция 7. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ И БИОТЕРРОРИЗМ Возможность применения биологического оружия в террори стических целях или в целях ведения "скрытой биологической войны" определяется уникальным сочетанием свойств этого вида оружия, возможностями его применения не только против человека, но и про тив животных и растений, составляющих основу для получения про дуктов питания человека. Интенсивное развитие биотехнологии, ге нетической и клеточной инженерии на протяжении последних деся тилетий существенно изменило взгляды на возможность получения новых видов биологического оружия, что и обусловливает его особую угрозу мировой стабильности, а может, и существованию человечест ва. Биоэтика, гражданская ответственность ученых и политических деятелей, обеспечение биобезопасности человека, животных и расте ний, продуктов питания и окружающей среды, риски, связанные с на нобиотехнологией – вопросы, все больше волнующие население пла неты.

Стратегия использования биологического оружия состоит в том, что оно может быть применено непосредственно в ходе военных дей ствий и террористами. Оно может быть использовано как против ар мии, так и гражданского населения.

Раньше применяли термин бактериологическое оружие, по скольку в качестве биологических агентов применяли бактерии. Био логическое оружие состоит из биологического агента и средств дос тавки. Для доставки биологических агентов используются различные носители, кроме того, они могут быть применены диверсионным пу тем.

Человек не может обнаружить патогены с помощью органов чувств. Тем не менее, применение противником биологического ору жия может быть обнаружено по следующим видимым признакам: об разование аэрозольного облака после взрыва боеприпасов или в ре зультате работы генераторов;

обнаружение остатков специальных контейнеров и других устройств доставки;

наличие большого коли чества насекомых, клещей, грызунов, особенно если они неизвестны для данной местности и т. п. Однако быстрая индикация возможна только с помощью технических устройств, разработанных на основе современных средств и методов диагностики.

Основная проблема при подозрении применения биологическо го оружия состоит в том, чтобы дифференцировать его от естествен ной вспышки болезни. Обнаружить и идентифировать используемый биологический агент следует как можно быстрее с тем, чтобы диагно стировать болезнь и применить надлежащее лечение и меры профи лактики. Это даст возможность уменьшить величину потерь, возник ших в результате нападения. Сложность идентификации состоит в том, что многие биологические агенты вызывают заболевание с не специфическими симптомами. Поэтому следует иметь в виду, что:

1) естественная вспышка того или иного заболевания часто на блюдается в одном месте. После применения биологического оружия заболевание может появиться одновременно в нескольких местах;

2) могут быть отличия в инкубационном периоде болезни, воз никшей в результате применения биологического оружия, и естест венной вспышке;

3) заболевание вызывается не эпидемическим штаммом, а отли чающимся по ряду биологических и молекулярно-биологических харктеристик;

4) наблюдаются нехарактерное географическое или временное распространение инфекции и другие особенности (большое число случаев заболевания, высокий процент смертности и т.д.).

Существенной особенностью, усложняющей борьбу с последст виями применения биологических патогенов, считается наличие у них скрытого (инкубационного) периода, в течение которого инфициро ванные люди или животные являются источником заражения. Он может быть различным, например, при заражении чумой и холерой его продолжительность может колебаться от нескольких часов до 3 суток, туляремией – до 6 суток, сыпным тифом – до 14 суток.

7.1. Патогены для биологического оружия Можно привести большой список болезнетворных микроорга низмов, потенциально пригодных в качестве биологического оружия, но только немногие из них можно легко приготвить и применить.

Большая часть их относится к зоонозам.

Биологическое оружие опасно тем, что в нем могут использо ваться экзотические агенты или патогены, полученные с помощью современных молекулярно-биологических методов. Как уже отмеча лось, оно может использоваться не только вооруженными силами, но и террористами и может содержать реплицирующиеся (бактерии и вирусы) и нереплицирующиеся агенты (токсины, физиологически ак тивные белки или пептиды, которые продуцируются живыми орга низмами). Готовые препараты биологического оружия чаще всего ис пользуются путем распыления, поэтому они должны быть дисперги рованы до аэрозоля размером 1-10µМ, что облегчает их попадание в организм.

Известно, что многие патогены могут быть кандидатами в “агенты биологического оружия”. Выбираемый агент должен отве чать следующим требованиям: 1) иметь простую, быструю и дешевую технологию производства;

2) быть стабильным и 3) инфекционным (бактерии, вирусы ) или токсичным (токсины и другие БАВ). Напри мер, бактерия Bacillus anthracis, – вызывающая сибирскую язву, отве чает этим требованиям. Кроме того, она образует споры. Из вирусов, вирус венесуэльского энцефалита лошадей легко накапливается в вы соких титрах. Бактериальные агенты, которые вызывают туляремию, лихорадку Q, бруцеллез – являются эффективными и вызывают забо левание при попадании в организм человека в небольших дозах. Био логические токсины в 1 000-10 000 раз более токсичны, чем химиче ские вещества нервно-паралитического действия. К ним можно отне сти энтеротоксин стафилококка;

токсин, являющийся продуктом жиз недеятельности бациллы ботулизма (Clostridium botulinum). Это де лает их основными кандидатами для получения биологического ору жия.

Кроме вышеуказанных, могут быть использованы следующие возбудители:

– для заражения людей: возбудители бактериальных заболева ний (чума, холера);

возбудители вирусных заболеваний (натуральная оспа, желтая лихорадка);

возбудители риккетсиозов (сыпной тиф, пятнистая лихорадка Скалистых гор);

возбудители грибковых заболе ваний (кокцидиодомикоз, покардиоз, гистоплазмоз);

– для заражения животных: возбудители ящура, чумы крупного рогатого скота, африканской чумы свиней, классической чумы сви ней, оспы верблюдов, сибирской язвы, сапа, псевдобешенства и неко торых других заболеваний;

– для заражения растений: возбудители ржавчины хлебных зла ков, фитофтороза картофеля, бактериального увядания кукурузы (вилт) и других болезней растений.

Как правило, бактерии, вирусы и другие возбудители инфекци онных болезней не устойчивы в естественных условиях, предложено применять их в виде рецептур, то есть в виде порошков и жидкостей, представляющих собой смеси биологического агента (агентов) с раз личными веществами, обеспечивающими условия для сохранения их инфекционности при хранении и применении. Насекомые-вредители сельскохозяйственных растений также могут быть использованы в качестве биологического оружия.

7.2. История применения биологического оружия Биологическое оружие используется более 2500 лет. Большин ство случаев его применения описано в литературе. Как терроризм, так и биотерроризм – это неновые явления. История применения био логического оружия уходит в глубь веков.

Стрелы погружали в кровь больных людей, а затем ими обстре ливали противника (400 лет до н. э.). Карфагенский полководец Ган нибал помещал ядовитых змей в глиняные горшки и обстреливал ими корабли противника и занятые им крепости (190 лет до н. э.). Исполь зовали тела людей, умерших от инфекционных заболеваний. Бросали их в водоемы, где враги брали питьевую воду (1155 год н.э.) или в осажденные крепости. Так, в 1346 году монгольские войска осаждали город Кафу (ныне Феодосия, Крым). В ходе осады в лагере монголов началась эпидемия чумы. Они были вынуждены прекратить осаду, но предварительно забросили трупы людей, умерших от чумы, за крепо стные стены, и эпидемия распространилась внутри города. Считается, что эпидемия чумы, поразившая Европу, была, в частности, вызвана применением биологического оружия.

В 1518 году испанский конкистадор Эрнан Кортес заразил ацте ков (племя индейцев, образовавших могущественное государство на территории современной Мексики) оспой. Местное население, не имевшее иммунитета к этой болезни, сократилось примерно наполо вину.

В 1650 году польский генерал артиллерии Семенович использо вал слюну собак, больных бешенством, помещал их в ядра и обстре ливал ими противника.

В 1710 году во время русско-шведской войны российские вой ска использовали в Ревеле (город в то время принадлежал шведам) тела людей, умерших от чумы, для того, чтобы вызвать эпидемию в стане врага.

В 1763 году продолжался колониальный захват индейцев. В шта те Пенсильвания им выдавали одеяла, зараженные оспой с целью уменьшения количества коренных жителей. Можно привести ряд дру гих примеров, например, применение отравленных пуль (1675 год).

В 1785 году войны армии Туниса разбрасывали на территории врага (христиан) одежду, зараженную чумой.

В XIX веке тенденция такой борьбы продолжалась, особенно на территории Северной Америки. Заражали питьевую воду, одежду ос пой, чумой и другими возбудителями инфекционных болезней. Осо бенно во времена гражданской войны. Необходимо отметить, что хи мическое оружие использовалось чаще, чем биологическое. Первые попытки запрета химического и биологического оружия были пред приняты в 1874 году, когда в Брюсселе была подписана декларация, запрещающая использование ядов.

Первая Гаагская конференция в 1899 году также запретила ис пользование ядов. К этому запрету присоединились США. Вторая Га агская конференция в 1907 году поддержала запрещение.

В ходе первой мировой войны, в 1915 году, Франция и Германия заражали лошадей и коров сибирской язвой и перегоняли их на сто рону противника.

В 1918 году разрабатывалась программа использования токсина рицина для подготовки и использования отравленной шрапнели. Пре имуществом являлось то, что малейшее ранение приводило к леталь ному исходу. Планировалось использовать рицин в виде аэрозоля, но для этого надо было иметь его большое количество.

В 1920 году Лига Наций писала о том, что биологическое ору жие не эффективно, поскольку имеется защита от него: фильтрование и хлорирование питьевой воды, вакцинация населения и другие спо собы, известные медицине. Кроме того, его использование может привести к возникновению неконтролируемой эпидемии, которая мо жет охватить и страну, применившую его. Таким путем она призыва ла отказаться от применения биологического оружия. В 1925 году была подписана Женевская Конвенция, запрещающая использование биологического оружия.

В 1933 году в Японии были начаты работы по созданию биологи ческой бомбы. Действие биологических агентов проверяли на заклю ченных китайцах. В 1939 году на границе с Россией был испытан воз будитель сибирской язвы и других болезней. В 1940 году разработали 9 видов биологических бомб и изготовили их более 1600. Бомбы, начи ненные спорами сибирской язвы, показали неплохую эффективность. В эти же годы Япония проводит широкомасштабные эксперименты с био логическим оружием в Китае. Они были готовы использовать бактерии холеры, чумы, риккетсии, вызывающие эпидемический сыпной тиф.

Жертвами бубонной чумы, предположительно распространенной япон цами, стали несколько сот жителей китайского города Чушен. В про винции Минг Bo от этого заболевания вымерло население 500 деревень.

В 1933 году в Германии была начата программа с Serratia marcescens (грамположительная бактерия) с целью распространения ее в Парижском метро. В том же году начаты работы с вирусом ящура.

В 1936 году Франция развернула большую программу разработ ки биологического оружия с применением вирусов и бактерий.

В 1940 году в Великобритании работала биологическая военная лаборатория в Портон Дауне. В Канаде проводились работы с сибир ской язвой, токсином Clostridium botulinum, чумой и пситтакозом.

Британские войска в 1942 году провели эксперимент по боевому использованию возбудителей сибирской язвы на удаленном островке близ побережья Шотландии. Жертвами сибирской язвы стали овцы.

Остров был настолько заражен, что через 15 лет его пришлось полно стью выжигать напалмом.

В США в 1943 году были начаты крупномасштабные работы по созданию биологического оружия. В конце II Мировой войны амери канцы построили несколько заводов по производству биологических агентов, в том числе известный завод в Кэмп Детрик. Свои работы они объясняли тем, что делают это в противовес Японии.

В начале холодной войны в США проводились работы по раз работке метода распространения вируса желтой лихорадки с помо щью комаров. Они выпускали зараженных комаров с самолета или вертолета, которые за один день распространялись на несколько квадратных милей и успевали покусать большое количество людей.

Была получена высокая эффективность метода заражения. Сущест вующая мощность была равна 0,5 млн комаров в месяц. Планирова лось довести её до 130 миллионов комаров в месяц.

В начале 50-х годов в США разрабатывалось несколько про грамм с использованием различных агентов, поражающих животных, но затем были оставлены только чума КРС и ящур. В 1955 году по добные программы разрабатывались и выполнялись в отношении рас тений. В 1957 году выполнение большинства программ было свернуто и исследования переключены на дефолианты.

В 1969 году США в одностороннем порядке обязались никогда не использовать биологическое оружие. Международная "Конвенция о запрещении разработки, производства и накопления запасов бакте риологического (биологического) и токсинного оружия и об их унич тожении" была подписана 10 апреля 1972 года. Количество подпи савших этот документ стран было по тем временам очень значитель ное - 108. Таким образом, Конвенция запретила производство и при менение биологического оружия в любой форме.

В 1973 году США заявили, что полностью уничтожили свои за пасы биологического оружия за исключением небольшого количест ва, предназначенного для исследовательских целей.

В 1979 году произошла вспышка сибирской язвы под Свердлов ском (ныне Екатеринбург). Погибло 64 человека. Предполагается, что причиной стала утечка с предприятия, производившего биологиче ское оружие.

В сентябре 1984 года около 750 человек заболели после посеще ния четырех (по другим источникам - десяти) ресторанов небольшого городка Даллес, штат Орегон (США). Все пострадавшие были зара жены сальмонеллёзом, возбудитель которого обнаружили в салате. В 1990-1993 годы террористическая организация "Аум Синрике"(Aum Shinrikyo) пыталась заразить сибирской язвой население Токио.

В 1998 году США начинают программу прививок от сибирской язвы военнослужащих. Тысячи американских солдат в Кювейте были иммунизированы против сибирской язвы и токсина, вырабатываемого Clostridium botulinum. В 2001 году письма, содержащие споры сибир ской язвы, рассылались по США. Погибло несколько человек. Терро ристы не найдены.

Известно, что биологическое оружие - это опасный бумеранг.

Болезнетворные микроорганизмы, которыми заражают армию про тивника или мирное население, могут с таким же успехом поразить и самого инициатора заражения. Однако понятно, что, имея эффек тивные средства лечения и профилактики, можно противостоять такой опасности. Параллельно с применением биологического оружия разрабатывались средства защиты против него. Вначале это были примитивные средства: маски, халаты. Вместе с развити ем биологического оружия совершенствовались и средства защиты от него. К ним относятся индивидуальные средства защиты, сред ства профилактики и лечения (вакцины, антисыворотки, фармпре параты).

7.3. Средства и методы защиты от биологического оружия Вакцины, антитела и фармпрепараты. В настоящее время раз работаны вакцины для борьбы с сибирской язвой, оспой, чумой и ту ляремией. На различных стадиях разработки находится еще ряд вак цин против болезней, вызываемых инфекционными агентами, кото рые могут использоваться как биологическое оружие. Самые большие трудности в разработке вакцин заключаются в создании средств, эф фективных в борьбе с отдельными возбудителями, особенно новых ранее неизвестных штаммов, в сокращении времени, необходимого для создания устойчивого иммунитета (в некоторых случаях для этого требуется многократная вакцинация), возможности массового произ водства и обеспечении максимальной эффективности вакцин. Биотех нологические компании работают над решением этих проблем путем создания средств и методов, применимых как в повседневной жизни, так и для защиты от биологического оружия.

Ученые, используя молекулярно-генетические методы, создают новые биопрепараты. К таким препаратам относится вакцина третьего поколения против сибирской язвы. Эта стратегия может использо ваться в отношении целого ряда потенциальных патогенов и обеспе чивает создание длительного иммунитета в результате перорального приема всего одной дозы вакцины. Используя опыт работы с гибрид ными молекулами иммунотоксина, применяемого для уничтожения клеток злокачественных лимфом, ученые создали вакцину, способ ную, не вызывая побочных эффектов, защитить мышей от весьма опасного токсина рицина, потенциально являющегося средством, ис пользуемым для биотерроризма.

Биотехнологи работают над созданием генетически модифициро ванных фруктов и овощей, содержащих вакцины против различных за болеваний. Такие «съедобные» вакцины могут использоваться для обеспечения защиты крупных популяций в весьма ограниченные сроки.

В полевых условиях контингент весьма подвержен естествен ным инфекциям, в том числе гриппу. Биотехнологическая промыш ленность активно работает над созданием вакцин против подобных заболеваний (на стадии разработки находятся несколько препаратов, предназначенных для перорального применения либо использования в виде назального спрея), а также антибактериальных и антивирусных химиопрепаратов.

Организация промышленной биотехнологии (ОПБ) в США была основана в 1993 году для представления интересов биотехноло гических компаний на местном уровне, на уровне штатов, федераль ном и международном уровнях. На декабрь 2006 года членами ОПБ являлись более чем 1100 биотехнологических компаний, академиче ских центров, местных ассоциаций, ассоциаций штатов и родствен ных предприятий. ОПБ имеет в своем распоряжении ряд биопрепара тов, включающих вакцины, лекарственные средства и диагностиче ские тесты, которые при необходимости могут быть задействованы в борьбе с биотерроризмом. Кроме того, разрабатываются методы, об легчающие введение в организм и ускоряющие действие био- и фармпрепаратов, что очень важно в боевых условиях или в условиях гражданского кризиса.

Моноклональные антитела. МАт могут использоваться в каче стве лекарственных препаратов, а также для выявления наличия ин фекционных агентов. На стадии разработки находится комбинация антител, способных прикрепляться к токсину сибирской язвы и выво дить его из организма. Метод может найти применение и в борьбе с другими агентами, такими как вирус Денге (тропическая лихорадка), вирус геморрагической лихорадки Эбола, вирус Марбурга (церкопи тековая геморрагическая лихорадка), которые могут быть использо ваны террористами.

Индикация и диагностика. Угроза распространения сибирской язвы в США в 2001 году показала, что необходимы быстрые и эффек тивные методы выявления возбудителей в окружающей среде и орга низме человека. На настоящий момент для этих целей уже разработано несколько приборов, еще несколько из них будут готовы в ближайшее время. DARPA (США) обеспечило финансирование проекта по созда нию портативного прибора, позволяющего анализировать образцы ДНК на наличие заданного инфекционного агента в течение 30 минут.

Такие приборы ускоряют диагностику и позволяют осуществлять ее в любых условиях, исключая необходимость транспортировки образцов в специально оборудованные лаборатории. Разработаны портативные биосенсоры, позволяющие выявлять патогены по последовательности ДНК. Такие системы позволяют экономить драгоценное время, необ ходимое для своевременной эвакуации, вакцинации и других неотлож ных мероприятий, необходимых для спасения жизни людей.

Методы, основанные на использовании ДНК или РНК. Исследо ватели применяют методы геномики и протеомики для изучения ме ханизмов репродукции вирусов и бактерий с целью создания нового поколения антивирусных и антибактериальных средств. Для этого выявляются важные для микроорганизма молекулы, к которым отно сятся белки, фрагменты ДНК или РНК, необходимые для поддержа ния жизнедеятельности и размножения инфекционных микроорга низмов. DARPA финансирует проекты, целью которых является бы стрый анализ микробной ДНК с последующим синтезом препаратов, способных связывать или разрушать фрагменты ДНК, необходимые для выживания инфекционных агентов. Уже завершена работа по си квенированию геномов многих опасных возбудителей, в том числе малярийного плазмодия, бактерий, вызывающих пищевые отравле ния, а также микроорганизмов, ответственных за внутрибольничные инфекции, возбудителей холеры, пневмонии, хламидиоза и потенци альных патогенов для биологического оружия, таких как возбудитель бубонной чумы (Yersinia pestis).

Другие подходы. Для обезвреживания инфекционных агентов в загрязненных зонах могут распыляться ферменты. Барьерные страте гии основаны на создании молекулярных барьеров для инфекции. На пример, одна из компаний работает над созданием молекул, способ ных адгезироваться на слизистой оболочке предполагаемых ворот инфекции и благодаря блокированию рецепторов предотвращать по падание бактерий и вирусов в кровяное русло.

Понимая важную роль биотехнологической промышленности в обеспечении антитеррористических мер, в январе 2003 года президент Буш объявил о необходимости запуска проекта «BioShield»

(БиоЩит), целью которого является финансирование новых про грамм, осуществляемых национальными институтами здравоохране ния и направленных на разработку антитеррористических мер.

В июле 2004 года этот проект был подписан и согласно ему на разра ботку указанных мер, направленных против химических, биологиче ских и ядерных атак, было выделено 5,6 млрд долларов.

Биотехнология не должна использоваться для создания оружия, содержащего патогены или токсины, целью которого являлось бы причинение вреда людям, животным или растениям. К допустимым областям применения биотехнологии относятся производство про дуктов и оказание услуг, направленных на защиту граждан от инфек ционных агентов, которые могут использоваться при террористиче ских атаках, выявления биологических атак, диагностики и лечения пострадавших от них.

Степень угрозы войны с применением биологического оружия зависит от способности противника использовать биологические сред ства в сценариях сражения или террористических нападениях на воо руженные силы, гражданские или экологически опасные объекты.

Кроме мер, направленных на дифференцировку естественной вспышки от болезни, возникшей в результате биологического нападения, необ ходимо выполнить ряд профилактических мероприятий, включая:

– информированность соответствующих служб, а по возможно сти и всего населения об агентах, примененных в ходе биологическо го нападения;

– борьбу с паникой как психологическим побочным эффектом нападения;

– проведение эпидемиологического обследования и быстрой ди агностики.

Эти мероприятия необходимо выполнить для того, чтобы в мак симально возможной степени уменьшить потери от нападения. В дей ствительности трудно предотвратить каждый акт биотерроризма, но можно смягчить его последствия. Кроме того, законы должны быть же сткими, чтобы нарушители знали, что они понесут суровое наказание.

Контрольные вопросы 1. Каким требованиям должен отвечать патоген – «кандидат в агенты биологического оружия»?

2. Какие возбудители инфекционных болезней могут быть ис пользованы для заражения человека, животных и растений?

3. Против каких объектов-мишеней может быть применено био логическое оружие?

4. По каким характеристикам можно дифференцировать заболе вание, возникшее в результате применения биологического оружия, от естественной вспышки болезни?

5. Какие мероприятия необходимо выполнить для уменьшения потерь от применения биологического оружия?

6. Какие средства и методы могут применяться для защиты от биологического оружия?

Глава 8. БЕЗОПАСНОСТЬ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ И ПРОДУКТОВ В биотехнологии, занимающейся промышленным производст вом, базирующемся на использовании новейших эффективных техно логий с применением процессов, обладающих определенной степе нью риска, исходно подразумеваются экологические защитные про граммы.


На международном уровне при ООН существует ряд органов, курирующих биологическую безопасность: Организация промыш ленного развития (UNIDO), Организация, курирующая программу по охране окружающей среды (UNEP), Всемирная организация здраво охранения (WHO). В 1985 году по их инициативе была сформирована Информационная рабочая группа по биологической безопасности. В 1991 году она была расширена участием в ней международной Орга низации продовольствия и сельского хозяйства при ООН (FAO). Ос новной задачей группы является оказание помощи ученым и всем за интересованным лицам в вопросах применения правил безопасности и в понимании глобальной политики в вопросах биотехнологии. К сожалению, усилия, направленные на унификацию правил безопасно сти в биотехнологии, еще не увенчались окончательным успехом.

8.1. Безопасность биотехнологических производств Известно, что усилия человечества, направленные на развитие цивилизации и улучшение условий жизни, неизбежно сопровождают ся отрицательными последствиями, нанося ущерб экосистеме.

В промышленно развитых странах повсеместно внедрена систе ма качества фарм- и биопрепаратов, которая подразумевает выполне ние правил GMP (Good Manufactoring practice) начиная с переработки сырья до производства готовых препаратов, включая общие требова ния безопасности к помещениям, оборудованию и персоналу. Сегодня актуальна не только проблема стандартизации биотехнологических продуктов и изделий из них, но также важной задачей является опти мизация технологического оснащения предприятий биотехнологиче ской промышленности. Эти проблемы должны решаться при органи зации данного вида производства, обеспечиваться при его сооруже нии, поддерживаться в процессе эксплуатации и восстанавливаться при проведении профилактических мероприятий.

Традиционные микробиологические производства используют непатогенные, условно патогенные и патогенные микроорганизмы.

Попадание этих продуцентов и продуктов их жизнедеятельности в окружающую среду может происходить из-за несовершенства обо рудования и технологического режима по вине персонала или в ре зультате различных случайных природных катастроф – наводнения, землетрясения и т.д. Последствия таких ситуаций могут быть раз личными. Могут возникать вспышки инфекционных болезней, при водящие к распространению заболеваний человека, животных и рас тений. В окружающей среде может происходить увеличение концен трации микроорганизмов, устойчивых к антибиотикам, повышение концентрации аллергенных продуктов, нарушение сложившихся природных геобиоценозов, мутационные изменения живых организ мов и др.

В зависимости от масштаба, сферы приложения и, следователь но, степени риска возможного нарушения существующего экологиче ского равновесия биотехнологические процессы можно разделить:

– на проводимые в контролируемых условиях, т.е. в условиях замкнутых систем – лабораториях и промышленных аппаратах;

– связанные с выпуском организмов в окружающую среду – в открытых системах.

Следовательно, в случае выхода биотехнологических процессов из-под контроля эта область человеческой деятельности может пред ставлять собой опасность как для занятого в технологическом про цессе персонала, так и для населения, а также флоры и фауны в окре стностях предприятия.

Ранее целесообразность строительства промышленных объектов биотехнологического профиля в том или ином регионе обосновыва лась преимущественно экономически: наличие сырьевой базы, при ближение предприятия отрасли к потребителям продукции, наличие и доступность топливно-энергетических ресурсов, надежные источники водоснабжения и т.д. Теперь планирование строительства или рекон струкция сопряжены с обширной экологической экспертизой с целью защиты окружающей среды и в первую очередь человека. Однако че ловек может быть не только жертвой, но и виновником несчастного случая или аварии на биотехнологическом предприятии. Кроме чело веческого фактора, причинами могут быть недостаточная надежность оборудования, в частности его несоответствие требованиям безопас ности, неправильный монтаж, уровень эксплуатации и т.п., а также изменение условий окружающей среды.

Биотехнологические производства как источник экологической опасности, обусловленной биологическим агентом, можно разделить на две категории: одна из них использует в качестве продуцентов обычные микроорганизмы;

другая – генетически модифицированные (ГМО).

Для работы с ГМО в промышленных масштабах предусмотрены три уровня физической защиты: BSL1, BSL2, BSL3. Перед удалением ГМО из ферментера на всех уровнях защиты предусматривается дезактивация методами, доказавшими свою эффективность для немодифицированного организма, а также полная стерилизация выходящих из ферментера газообразных продуктов. Уровень BSL1, предусматривающий использование Ecsherihia coli и векторы на основе плазмид и бактериофага лямбда, предъявляет минимальные требования к физической защите. Уровни защиты BSL2, BSL3 требуют проведения отбора проб без образования аэрозоля, полной герметичности оборудования, а уровень BSL 3 еще и проведения процесса в помещениях, имеющих отрицательное давление. Работы с особо опасными микроорганизмами требуют условий, соответствующих лабораторному уровню BSL4.

8.2. Безопасность полученных продуктов Специфика биотехнологии определяется сложностью биологи ческих систем, что обусловливает необходимость многопрофильного контроля за ними.

Впервые основные принципы обеспечения безопасности генно инженерных работ, которые впоследствии были положены в основу всех последующих руководств и методик, были выработаны Асило марской международной конференцией в 1975 году. Следует отме тить, что первые принятые руководства в дальнейшем несколько раз корректировались в сторону снижения жесткости требований.

Нормативная основа, регулирующая вопросы биотехнологии, была разработана в конце 80-х годов с целью создания необходимой законода тельной базы, которая обеспечивала бы соответствующую охрану здоро вья людей, окружающей среды и способствовала бы при этом созданию внутреннего рынка продуктов биотехнологии. Эта нормативная база включает как законодательство, связанное с защитой работающих от опасности воздействия биологических объектов на своих рабочих мес тах, регулирующее использование ГМО и преднамеренное внесение их в окружающую среду, так и законодательство, касающееся безопасности продуктов, полученных с использованием биотехнологических произ водств: фарм- и биопрепараты, пищевые добавки, корма для животных, средства защиты растений, новые продукты питания, семена и др.

Общие принципы экспертизы безопасности новых ГМО были сформулированы Комиссией национальной академии наук США в 1989 году. Затем на базе регламентов, принятых в 1990 году во Фран ции, после успешного завершения там пятилетней национальной про граммы по созданию норм техники безопасности при работе на био технологических производствах или в медико-биологических лабора ториях, был создан Международный комитет по разработке общеев ропейских норм техники безопасности. В 1991 году UNIDO опубли ковала добровольный кодекс по интродукции организмов в окру жающую среду. На его основе, а также директив по классификации техники безопасности при работах и использовании ГМО в странах Европы, США и Японии строятся принципы обеспечения безопасно сти проведения биотехнологических работ, включая исследования, разработку и применение полученных продуктов.

В России действуют санитарно-противоэпидемиологические правила “Безопасность работы с рекомбинантными молекулами ДНК”, а 12 июля 1996 года вступил в силу Федеральный закон “О го сударственном регулировании в области генно-инженерной деятель ности”. Законом № 313-ФЗ от 30.12.08 в него внесены дополнения.

Устанавлено четыре уровня риска потенциально вредного воздейст вия генно-инженерных работ, проводимых в замкнутых системах (т.е. в условиях, предотвращающих контакт генно-инженерно моди фицированных организмов с населением и окружающей средой).

Эти уровни риска сопоставимы с риском для здоровья человека при работе с непатогенными микроорганизмами (I), условно патоген ными микроорганизмами (II), микроорганизмами, потенциально спо собными к передаче инфекции (III) и возбудителями особо опасных инфекций (IV). Для проведения работ, соответствующих III и IV уровням риска, необходимо получение лицензии в установленном порядке. Лицензированию также подлежат генетические манипуля ции с РНК и ДНК с целью создания ГМО, все виды испытаний ГМО, производства препаратов, получаемых с использованием ГМО, хра нение, уничтожение ГМО и (или) их продуктов и утилизация отходов генно-инженерной деятельности.

Начало деятельности ЕЭК, связанной с разработкой руководя щих положений по безопасности в области биотехнологии, было по ложено на Венской встрече 1986 года представителей государств участников Совещания по безопасности и сотрудничеству в Европе (СБСЕ). В пункте 18 итогового документа упоминается следующее:

“Отмечая прогресс, достигнутый в исследованиях и разработках в об ласти биотехнологии, и создаваемые им новые возможности, государ ства-участники считают желательным расширить обмен информацией о законах и правилах, относящихся к аспектам безопасности генети ческой инженерии”.

В разработке основ законодательства по регулированию произ водства, связанного с использованием трансгенных животных, расте ний и микроорганизмов ограничивающим является то обстоятельство, что получение и свойства их окружены неоправданным ореолом как положительной, так и отрицательной информации. Как уже отмечено, в ближайшие годы усилиями генетической инженерии будут обнов ляться и интенсифицироваться давно известные и широко используе мые биотехнологические процессы. В связи с этим соответствующая деятельность научной общественности и контролирующих ведомств должна протекать в условиях максимальной взвешенности и гласно сти.


Страны-производители продукции должны гарантировать про явление максимальной осторожности при планировании и проведе нии своих экспериментов. Необходима экспертиза, направленная на изучение продукции, неизвестной до настоящего времени, независи мо от того, получены ли данные образцы трансгенным или нетранс генным путем. В Англии в состав соответствующего Комитета вклю чаются не только те специалисты, кто планирует и выпускает такую продукцию, но и те, кто контролирует проведение научных экспери ментов, поскольку ответственность за безопасность лежит на них (Королевская комиссия по охране окружающей среды). В США счи тается нормальным, чтобы в такой Комитет были включены специа листы по этике. Это особенно важно при разработке таких направле ний, как терапия генов.

Важно, чтобы уже на ранней стадии общественность была осве домлена о предполагаемом выпуске продукции. Открытость дискус сий является важной составной частью информации населения о сте пени риска и принятых мерах предосторожности.

Существует многообразие правил в разных странах, занимаю щихся генетической инженерией или использующих продукты, полу ченные из ГМО. Различные подходы к толкованию оценок факторов безопасности привели к разделению стран на две больше группы, имеющие по ряду позиций разногласия. В ряде стран правила, регу лирующие генетическое манипулирование и производство ГМО, на правлены на контроль путей его получения. В других странах боль шее внимание уделяется природе создаваемого организма, а не спосо бу его производства.

Необходимо подчеркнуть, что эти различия будут сохраняться столько, сколько будут продолжаться трудности в достижении кон сенсуса по поводу уникального характера этих правил, связанных с дальнейшим глобальным развитием человечества. Правила безопас ности должны стать необходимым условием при формировании стра тегии развития продукта на корпоративном уровне, а также частью индустриальной политики на национальном уровне. Рациональность в ослаблении общих положений существующих правил по производст ву и выпуску ГМО и рекомбинантных белков должны, по-видимому, сочетаться с жестко ограниченными рамками в проведении конкрет ных режимов биотехнологических процедур, что вызвано быстро уве личивающимся потоком как известных, так и малоизвестных катего рий рекомбинантных продуктов. В то же время необходимо сокра щать обременительные бюрократические процедуры и излишние тес тирования, которые не всегда являются необходимыми, но часто бы вают весьма продолжительными и дорогостоящими. Многими спе циалистами отмечается необходимость разработки законодательства, гарантирующего безопасность жизнедеятельности и не препятствую щего прогрессу биотехнологии.

С этой целью 12 мая 1992 года в г. Найроби (Кения) принята Конвенция ООН о биологическом разнообразии, которая вступила в силу 29 декабря 1993 года. Она нацелена на обеспечение устойчивого развития, сохранение различных природных экосистем, включая при брежные и морские, внедрение и применение экологически безопас ных технологий. Страны имеют право распоряжаться своими биоло гическими ресурсами, но они также несут ответственность за сохра нение их биологического разнообразия и рациональное использова ние их биологических ресурсов. Конвенцию ратифицировали 188 стран.

В рамках мер по реализации положений Конвенции о биологи ческом разнообразии 29 января 2000 года в Канаде (г. Монреаль) был принят и вступил в силу 11 сентября 2003 года Картахенский прото кол по биологической безопасности. Он является первым юридически обязательным международным соглашением. Основная цель его за ключается в содействии обеспечению надлежащего уровня защиты в области безопасной передачи, обработки и использования живых из мененных организмов, являющихся результатом применения совре менных биотехнологий, способных оказать неблагоприятное воздей ствие на сохранение и устойчивое использование биоразнообразия с учетом рисков для здоровья человека. При этом живой измененный организм означает любой живой организм, обладающий новой ком бинацией генетического материала, полученной благодаря использо ванию современных биотехнологий.

В Протоколе отмечается быстрое распространение современных биотехнологий и их роль в получении новых возможностей повыше ния благосостояния людей, если развивать и использовать эти техно логии с соблюдением соответствующих мер безопасности в отноше нии окружающей среды и здоровья человека;

подчеркивается взаимо связь экономических и природоохранных соглашений, их взаимодо полняющий характер в целях устойчивого развития. В нем особое внимание уделяется трансграничному перемещению живых изменен ных организмов, полученных в результате применения современных биотехнологий, способных оказать неблагоприятное воздействие на сохранение и устойчивое использование биологического разнообра зия. Протокол имеет три приложения: 1) информация, требуемая в рамках уведомлений;

2) информация, требуемая в отношении ГМО, предназначенных для использования в пищу людям или корм живот ным;

3) оценка рисков. Протокол ратифицировали 129 стран.

Выход из-под контроля биотехнологических производств, ис пользующих ГМО, по мнению большинства специалистов, не более опасен, чем попадание в окружающую среду обычных производст венных микроорганизмов. Это мнение базируется на неконкуренто способности ГМО в окружающей среде. Тем не менее, возможность генетического обмена путем конъюгации, трансдукции или транс формации нельзя полностью исключить, поэтому получаемые ГМО должны быть лишены таких способов обмена, что на практике очень трудно выполнить. Потенциальная опасность ГМО может быть также связана с недостаточной эффективностью методов обезвреживания отходов.

Рекомбинантные гены и геномы являются особыми продуктами вследствие их способа производства. Он основан на технологиях, ко торым всего лишь около 20 лет. Но безопасность любого продукта определяется его поведением или свойствами, а не методом его про изводства. ГМО нельзя рассматривать в качестве специальной катего рии по способу их производства. Это положение широко распростра нено и принято за исключением тех случаев, когда производство ас социируется со специальной категорией риска. Необходимо учиты вать, что если поведение или свойства рекомбинантного продукта (гена или белка) значительно отличаются от таковых в натуральном продукте, тогда это положение должно стать определяющим, чтобы отнести его к специальному классу.

При разработке законодательства, касающегося безопасности, необходимо обращать внимание на следующие вопросы:

– какой контроль проводится для ГМО и полученных из них продуктов питания, кормов, фарм- или биопрепаратов?

– Кого должен защищать закон (потребителя;

ученых, связан ных с созданием ГМО, или людей, занятых на производстве;

ГМО или окружающую среду, включая виды животных или растений, ко торые будут с ним контактировать)?

– Какие признаки появились в результате генетического мани пулирования: рост и регуляция репродуктивности;

резистентность к болезням, факторам внешней среды;

эксрессия новых белков и др.?

– Какой риск появляется от создания данного ГМО и получен ных из него продуктов?

Новое законодательство для рекомбинантных геномов должно включать не только ГМО, но и другие неизвестные или малоизвест ные организмы, устанавливать состав экспертов, использовать меж дународный опыт (базисные данные, предыдущие выпуски) и экспер тизу;

быть гибким, чтобы его можно было применить к любым ре зультатам, полученным при проведении фундаментальных исследо ваний;

вовлекать общественность в широкое обсуждение сложившей ся ситуации.

За безопасность ГМО отвечают государственные регулирующие службы. Их полный список представлен в 2006 году Организацией экономического сотрудничества и развития (OECD). Во многих стра нах, включая США, Канаду, Аргентину, Японию, страны Европей ского Союза, Австралию, Новую Зеландию, Индию, Россию, Китай и ЮАР, завершены процессы принятия законов и нормативных актов, регулирующих выращивание и применение большого числа гинети чески модифицированных (ГМ) растений.

Несмотря на то что в разных странах существуют различия в мировоззренческих и политических подходах, отталкиваясь от кото рых эти страны вырабатывают системы оценки безопасности ГМО, научные подходы, используемые для оценки их потенциального риска для окружающей среды и здоровья людей, очень похожи. Методы оценки безопасности новых качеств, утверждаемые регулирующими органами, основываются на оценке рисков. Поскольку факторы риска уникальны для каждой культуры и для каждого из введенных с по мощью генной инженерии качеств, специфика сравнения определяет ся в каждом конкретном случае.

ВОЗ (WHO), ФАО (FAO) и Европейское Ведомство по безопас ности пищевых продуктов (EFSA) приняли в 2004 году «Руководство по оценке риска, связанного с применением генетически модифици рованных растений и изготовленных из них пищевых продуктов и кормов», в котором акцент сделан на важные для оценки риска во просы. В основе принципа научной оценки безопасности и пищевой ценности ГМ культур лежит вопрос: являются ли генетически моди фицированные культуры столь же безопасными, как и обычные? В нормативных документах и в общественном мнении традиционные культуры расцениваются как безопасные «по определению», истори чески из-за их многовекового безопасного использования. Поэтому процесс сравнительной оценки важен для идентификации сходных характеристик и намеренных и непреднамеренных различий между традиционными и ГМ культурами.

Общие площади земель, на которых выращиваются ГМ культу ры, с целью реализации полезных свойств, например устойчивые к гербицидам или насекомым-вредителям, продолжают расширяться, их выращиванием занимаются десятки миллионов фермеров. Если экономическая выгода от использования ГМО очевидна, то их безо пасность по-прежнему вызывает жаркие споры, давно вышедшие за пределы лабораторий и научных форумов.

По понятным причинам наибольшее беспокойство вызывает ве роятность переноса генетического материала трансгенного растения в геномы диких или культурных растений. Для предотвращения опас ных ситуаций используют растения-самоопылители, изолируют посе вы трансгенных растений, тщательно анализируют возможные по следствия такого переноса и т.д.

Однако чаще в средствах массовой информации обсуждается воз можность внедрения трансгенов в геномы организмов-симбионтов, жи вотных и, наконец, в геном человека, что, естественно, вызывает наибо лее выраженный эмоциональный отклик в обществе.

Получение нового сорта растений традиционными методами включает мутагенез с помощью радиоактивного излучения или хими ческих препаратов, отбор мутантов с искомыми характеристиками.

Даже если мутагенез не используется, любой новый сорт представля ет собой оригинальную уникальную комбинацию аллелей (природ ных вариантов генов), полученную при скрещивании различных (час то непохожих друг на друга) представителей данного вида. Вероят ность того, что в результате этих манипуляций в метаболизме расте ния нового сорта произойдут сдвиги с негативным эффектом точно такая же, как при получении ГМО или даже выше.

Безусловно, следует детально анализировать биологическую безопасность пищи, в состав которой входят ГМО, и тщательно оце нивать возможные негативные последствия от попадания чужеродной ДНК в клетки желудочно-кишечного тракта человека.

Для решения этого и других вопросов, связанных с биобезопас ностью, приказом № 253 от 17. 02. 09 создан Совет Роспотребнадзора по управлению реализацией мероприятий по комплексному направ лению обеспечения биологической безопасности в рамках федераль ной целевой программы (ФЦП) «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009 - 2013 го ды), утвержденной постановлением Правительства Российской Феде рации от 27 октября 2008 года № 791 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2008, № 44 ст. 5093).

Контрольные вопросы 1. Какова цель выполнения правил GMP?

2. Какие могут быть причины выхода биотехнологического про цесса из-под контроля и каковы последствия этого?

3. Что такое ГМО и какие уровни физической защиты преду смотрены при работе с ними?

4. На что нацелены Конвенция ООН о биологическом разнооб разии и Картахенский протокол по биологической безопасности?

5. Чем определяется безопасность биотехнологического продукта?

6. На какие вопросы необходимо обращать внимание при разра ботке законодательства, касающегося вопросов безопасности ГМО?

Лекция 9. ПАТЕНТОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ Основной задачей биотехнологии является производство продук ции с целью получения прибыли. По оценкам специалистов, оборот только в области современной генной технологии, связанной с фарма цевтическими препаратами, будет возрастать ежегодно на миллиарды долларов. Однако ни одна компания не будет подвергать долгосрочные дорогостоящие проекты высокому риску без уверенности, что резуль таты исследований могут быть легально защищены от конкурентов.

Такой процесс называется защитой интеллектуальной собственности, которая включает торговые секреты, авторские права и патенты.

Для биотехнологии патенты являются наиболее важной формой защиты интеллектуальной собственности. Патент - юридический до кумент, который дает держателю исключительные права на его ис пользование, в то время как конкуренты должны купить право на ис пользование патента. Публикация заявок на патент и/или описаний к патентам на изобретение позволяет другим разработчикам быть в курсе новейших достижений в данной области техники и продолжать свои исследования с их учетом. При отсутствии патентной охраны разработчики были бы вынуждены держать результаты своих иссле дований в секрете, что не только не гарантировало бы им надежной правовой охраны, но и значительно замедлило бы развитие различных направлений биотехнологии.

В настоящее время ведущие биотехнологические организации (Genentech Inc., Inst. Pasteur, Monsanto и др.) имеют патенты практи чески во всех промышленно развитых странах. Патенты формируют новый тип колониальной зависимости стран с меньшим технологиче ским потенциалом от стран, обладающих высокими технологиями.

Весьма важно и то, что патенты способны поддерживать цены на продукцию, включая лекарственные средства, на уровне, значительно превышающем их фактическую стоимость.

Ужесточение мер по защите прав интеллектуальной собственно сти препятствует технологическому прогрессу в беднейших странах мира. В докладе о слаборазвитых странах за 2007 год, выпущенном Конференцией ООН по торговле и развитию (UNCTAD), отмечается, что развитие беднейших стран мира, их дальнейший экономический рост и реальное сокращение масштабов отставания может произойти только в том случае, если для них будут смягчены правила о правах интеллектуальной собственности. Нынешние правила соблюдают ин тересы держателей интеллектуальной собственности, которые часто находятся в промышленно развитых странах, а не интересы потенци альных пользователей, живущих в 50 наименее развитых странах мира.

Законодательная охрана изобретений в биотехнологии обычно осуществляется через выдачу патентов, хотя здесь имеется ряд труд ностей, неизвестных в других сферах технологии. Первая из них за ключается в выяснении характера достижения - это открытие или изобретение. Даже в случаях, близких к открытию, например при вы делении и описании “нового” микроорганизма, нельзя отрицать большую роль человека в сложном процессе его выделения, что предполагает решение технической проблемы. Выделение новых ве ществ, существующих в природе, относится к открытию, а не изобре тению. Однако если вещество, обнаруженное в природе, было впер вые выделено из окружающей его среды и для его выделения был разработан метод, то процесс является патентоспособным. Более того, если вещество может быть охарактеризовано или по химической структуре с помощью метода, которым оно было получено, или по другим параметрам и, если оно “новое” в абсолютном смысле и не выявлялось ранее, такое вещество также будет патентоспособным.

9.1. Краткая история развития патентной службы История Всемирной организации интеллектуальной собственно сти (ВОИС, WIPO) берет свое начало в 1883 году. Необходимость в международной охране интеллектуальной собственности стала оче видной, когда иностранные участники отказались принять участие в Международной выставке изобретений в Вене в 1873 году, опасаясь, что их идеи будут «украдены» и коммерчески использованы в других странах.

В 1883 г. появилась Парижская конвенция по охране промыш ленной собственности – первый важный международный договор, на правленный на оказание помощи гражданам одной страны в получе нии охраны их интеллектуальных творений в других странах в форме прав промышленной собственности. Её участниками были 14 госу дарств. Она вступила в силу в 1884 году. В соответствии с ее положе ниями для выполнения таких административных задач, как организа ция заседаний государств-членов, было создано Международное бюро.

В 1886 году на международной арене появляется авторское право и вместе с ним Бернская конвенция (Берн, Швейцария) об охране ли тературных и художественных произведений. Как и в случае с Париж ской конвенцией, для выполнения административных задач в рамках Бернской конвенции было создано Международное бюро. В 1893 году эти два небольших бюро объединились в одну международную орга низацию, которая называлась Объединенное международное бюро по охране интеллектуальной собственности (БИРПИ, UIBPIP). Со штаб квартирой, расположенной в Берне, и штатом сотрудников, насчиты вающим семь человек, эта маленькая организация стала предшествен ницей сегодняшней ВОИС – динамичного органа, объединяющего 175 государств, использующего труд примерно 760 сотрудников из 83 стран мира и имеющего постоянно расширяющиеся задачи и пол номочия.

По мере роста значения интеллектуальной собственности меня лись также структура и форма бюро. В 1960 году оно переехало из Берна в Женеву (Швейцария), чтобы быть ближе к другим междуна родным организациям, расположенным в этом городе. Через 10 лет в связи со вступлением в силу Конвенции, БИРПИ превратилось в ВОИС, пройдя через период структурных и административных ре форм и получив секретариат, подотчетный государствам - членам этой организации. Конвенция, учреждающая ВОИС, была подписана в Стокгольме 14 июля 1967 года и изменена 2 октября 1979 года. ВОИС – это международная организация, призванная стимулировать использова ние и охрану произведений человеческого разума. Эти произведения – интеллектуальная собственность – раздвигают границы науки и техники и обогащают мир искусства. Благодаря своей деятельности ВОИС игра ет важную роль в повышении качества жизни и лучшем использовании ее благ, а также в создании реального богатства наций.

В 1974 году ВОИС стала одним из специализированных учреж дений системы ООН, признанным государствами - членами ООН мандатом, на осуществление административного управления вопро сами интеллектуальной собственности. ВОИС расширила свою роль и еще убедительнее продемонстрировала важность прав интеллекту альной собственности в регулировании глобализованной торговли, заключив в 1996 году Соглашение о сотрудничестве с Всемирной торговой организацией (ВТО, WTO).

В настоящее время ВОИС – одно из 16 специализированных уч реждений системы ООН. Она осуществляет административные функ ции 23 международных договоров, касающихся различных аспектов охраны интеллектуальной собственности. Членами организации явля ется 181 государство.

Развитие правовой охраны биологического материала в нашей стране происходило медленнее, чем в США, странах ЕС и Японии.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.