Биотехнологии в строительстве – Биотехнологии в строительстве. Как будем строить завтра?

Содержание

Биотехнологии в строительстве. Как будем строить завтра?

Биологические технологии являются одним из основных общемировых направлений научно-технического прогресса, обеспечивающих прорыв к получению новых материалов, обладающих уникальными свойствами, которое представляет собой интегрированное использование биохимии, микробиологии и инженерных наук для обеспечения возможности технологического (промышленного) применения микроорганизмов.

Материалы, получаемые посредством биотехнологий имеют высокий инновационный потенциал и к настоящему времени уже востребованы во многих отраслях промышленности, в том числе и в строительной. Биотехнологии стали находить применение во многих технологических процессах получения строительных материалов – предварительной обработке сырья, производстве клеев, био-ПАВ строительного назначения и т.д.

ХХ столетие – время небывалого технического прогресса, изменившего образ жизни и мышления общества. В строительной отрасли ушедший век можно по праву назвать веком бурного развития технологии бетона и железобетона, а также других материалов на минеральных, органических, металлических и прочих вяжущих. Начиная с античных времен, и по сей день бетон, пожалуй, является одним из самых лучших строительных материалов, когда-либо созданных человеком для построения домов, мостов, дорог и других сооружений. Это объясняет его огромную популярность во всем мире. Главным недостатком материала является его хрупкость, что в результате износа приводит к возникновению трещин и повреждений, требующих дополнительного технического обслуживания.

Кроме того имеет место такой процесс, как биокоррозия, который приводит к разрушению бетона, вызванного заселением и развитием бактерий, грибов, актиномицетов. Как известно множество строительных материалов (бетон, кирпич, дерево и т.д.), потенциально являются благоприятной средой обитания для микроорганизмов (бактерий, грибов, лишайников и т.д.), что оказывает влияние как на прочностные, декоративные свойства материала, так и на срок их службы.

Идея создания строительного материала, который восстанавливается самостоятельно, еще недавно была из области фантастики, однако команда ученых Нидерландского Технического университета в Делфте разработала бетон, который может самовосстанавливаться благодаря особым бактериям внутри него.

Микробиолог Хенк Джонкерс, и исследователь бетона Эрик Шлаген, во время исследований подмешали в цемент некие бактерии, и через месяц они обнаружили, что три вида из этих бактерий все еще были жизнеспособными. Тогда ученые добавили в бетон безвредные бактерии под названием Bacillus genus, отличающиеся живучестью и приспособляемостью к любым температурным условиям, которые проявляют активность лишь тогда, когда дождевая вода попадает в трещины. Для регенерации материала эти бактерии используют лактат кальция (компонент молока), который ученые добавили в цемент. При добавлении воды происходит химическая реакция, во время которой образуется известняк. Именно он и заполняет все микротрещины.

Столкнувшись с нарастающей угрозой истощения природных ресурсов и коллапса мировой экосистемы, отношение человека к окружающей среде в некоторой степени меняться. Стали более популярны концепции «профилактики», а не «исправления» содеянного. К профилактическому средству против нарастающей экологической угрозы относится создание и использование на практике таких строительных материалов, которые приводят к максимальному снижению воздействия человека на окружающую среду.

Так, группа испанских исследователей во главе с Антонио Агуадо (Antonio Aguado) из Политехнического университета в испанской провинции Каталонии разработали принципиально новый строительный материал – биобетон, основное отличие которого от обычного заключается в том, что в его состав входят химические компоненты, позволяющие материалу сохранять все свои свойства в условиях прорастания в нем растений.

С его использованием здания можно превратить в настоящие вертикальные сады, поскольку в новом составе вместо обычного связующего вещества – портландцемента – используется фосфат магния, который не только отлично выполняет скрепляющие функции, но и обуславливает наличие кислотной среды, обеспечивающей благоприятные условия для прорастания и развития различных растений, таких как лишайники, мхи и т.п. Здесь они могут свободно расти, без какого-либо вреда для строительных конструкций, преображая при этом внешний вид домов и сооружений. При этом проросшие поверхности хорошо поддерживают процессы естественного очищения воздуха в загазованных мегаполисах.

К основным достоинствам данного биобетона специалисты относят: более высокие теплосохраняющие свойства, чем у обычного; высокие эстетические качества; наличие защитного слоя из растений в зданиях, построенных из биобетона, что создает особый микроклимат. В виду чего специалисты предсказывают необыкновенную популярность биобетона в будущем, особенно в высокоразвитых странах.

Выше уже говорилось о хрупкости бетона, поэтому в ситуациях, когда бетонное строение испытывает серьезные нагрузки, например, землетрясения, существует серьезный риск разрушения сооружения. Сегодня специалистами уже разработан способ укрепления зданий, расположенных в сейсмоопасных районах. Способ этот заключается в том, что придать большую устойчивость зданиям помогут специальные микроорганизмы, превращающие почву в бетон.

Профессор Карлос Сантамарина (Carlos Santamarina) из Технологического института Джорджии утверждает, что использование бактерий для преобразования почвы является одной из самых перспективных строительных технологий XXI века.

Технологию укрепления почвы с помощью живых микроорганизмов разработала группа ученых из Калифорнийского университета под руководством профессора Джейсона Дейона (Jason DeJong). Согласно проведенным исследованиям, бактерия

Bacillus pasteuri, добавленная во влажную землю, способствует слипанию содержащихся в ней твердых частиц. Bacillus pasteurii обладают способностью повышать щелочность воды, в результате чего она начинает активно растворять кальций и карбонаты, соли угольной кислоты. В растворе они реагируют друг с другом, образуя кристаллы карбоната кальция: именно это вещество является цементом, который связывает частицы природного песчаника и строительного бетона – кристаллы карбоната кальция заполняют промежутки между песчинками и заставляют их слипаться друг с другом. Подобному грунту не страшны ни оползни, ни землетрясения.

Сегодня идет активный поиск различных новых альтернативных источников энергии. Микробиологи считают перспективными экологически безопасные, неиссякаемые и дешевые микробные топливные элементы. Принцип их работы основан на способности бактерий к перевариванию органики.

В этом направлении работает и группа исследователей Бристольского Университета Западной Англии (UWE), которая разрабатывает «умные кирпичи», представляющие собой специализированные биореакторы различного назначения. Основой каждого «кирпича» будут колонии микроорганизмов под названием микробные топливные элементы (MFC), способные в процессе жизнедеятельности разлагать органические или неорганические отходы и генерировать электричество. «Умные» кирпичи позволят стенам генерировать электричество, чистую воду и кислород.

Здания из таких «умных кирпичей» смогут не только поддерживать внутри оптимальную экологическую обстановку, но и обеспечивать себя различными видами энергии. Встроенные биореакторы будут компенсировать отклонения температуры, влажности, содержания углекислого и других газов, а также уничтожать различные органические и неорганические загрязнения.

ardexpert.ru

Биотехнологии в строительстве

Биологические технологии являются одним из основных общемировых направлений научно-технического прогресса, обеспечивающих прорыв к получению новых материалов, обладающих уникальными свойствами, которое представляет собой интегрированное использование биохимии, микробиологии и инженерных наук для обеспечения возможности технологического (промышленного) применения микроорганизмов.

Материалы, получаемые посредством биотехнологий имеют высокий инновационный потенциал и к настоящему времени уже востребованы во многих отраслях промышленности, в том числе и в строительной. Биотехнологии стали находить применение во многих технологических процессах получения строительных материалов – предварительной обработке сырья, производстве клеев, био-ПАВ строительного назначения и т.д.

ХХ столетие – время небывалого технического прогресса, изменившего образ жизни и мышления общества. В строительной отрасли ушедший век можно по праву назвать веком бурного развития технологии бетона и железобетона, а также других материалов на минеральных, органических, металлических и прочих вяжущих. Начиная с античных времен, и по сей день бетон, пожалуй, является одним из самых лучших строительных материалов, когда-либо созданных человеком для построения домов, мостов, дорог и других сооружений. Это объясняет его огромную популярность во всем мире. Главным недостатком материала является его хрупкость, что в результате износа приводит к возникновению трещин и повреждений, требующих дополнительного технического обслуживания.

Кроме того имеет место такой процесс, как биокоррозия, который приводит к разрушению бетона, вызванного заселением и развитием бактерий, грибов, актиномицетов. Как известно множество строительных материалов (бетон, кирпич, дерево и т.д.), потенциально являются благоприятной средой обитания для микроорганизмов (бактерий, грибов, лишайников и т.д.), что оказывает влияние как на прочностные, декоративные свойства материала, так и на срок их службы.

Идея создания строительного материала, который восстанавливается самостоятельно, еще недавно была из области фантастики, однако команда ученых Нидерландского Технического университета в Делфте разработала бетон, который может самовосстанавливаться благодаря особым бактериям внутри него.

Микробиолог Хенк Джонкерс, и исследователь бетона Эрик Шлаген, во время исследований подмешали в цемент некие бактерии, и через месяц они обнаружили, что три вида из этих бактерий все еще были жизнеспособными. Тогда ученые добавили в бетон безвредные бактерии под названием Bacillus genus, отличающиеся живучестью и приспособляемостью к любым температурным условиям, которые проявляют активность лишь тогда, когда дождевая вода попадает в трещины. Для регенерации материала эти бактерии используют лактат кальция (компонент молока), который ученые добавили в цемент. При добавлении воды происходит химическая реакция, во время которой образуется известняк. Именно он и заполняет все микротрещины.

Столкнувшись с нарастающей угрозой истощения природных ресурсов и коллапса мировой экосистемы, отношение человека к окружающей среде в некоторой степени меняться. Стали более популярны концепции «профилактики», а не «исправления» содеянного. К профилактическому средству против нарастающей экологической угрозы относится создание и использование на практике таких строительных материалов, которые приводят к максимальному снижению воздействия человека на окружающую среду.

Так, группа испанских исследователей во главе с Антонио Агуадо (Antonio Aguado) из Политехнического университета в испанской провинции Каталонии разработали принципиально новый строительный материал – биобетон, основное отличие которого от обычного заключается в том, что в его состав входят химические компоненты, позволяющие материалу сохранять все свои свойства в условиях прорастания в нем растений.

С его использованием здания можно превратить в настоящие вертикальные сады, поскольку в новом составе вместо обычного связующего вещества – портландцемента – используется фосфат магния, который не только отлично выполняет скрепляющие функции, но и обуславливает наличие кислотной среды, обеспечивающей благоприятные условия для прорастания и развития различных растений, таких как лишайники, мхи и т.п. Здесь они могут свободно расти, без какого-либо вреда для строительных конструкций, преображая при этом внешний вид домов и сооружений. При этом проросшие поверхности хорошо поддерживают процессы естественного очищения воздуха в загазованных мегаполисах.

К основным достоинствам данного биобетона специалисты относят: более высокие теплосохраняющие свойства, чем у обычного; высокие эстетические качества; наличие защитного слоя из растений в зданиях, построенных из биобетона, что создает особый микроклимат. В виду чего специалисты предсказывают необыкновенную популярность биобетона в будущем, особенно в высокоразвитых странах.

Выше уже говорилось о хрупкости бетона, поэтому в ситуациях, когда бетонное строение испытывает серьезные нагрузки, например, землетрясения, существует серьезный риск разрушения сооружения. Сегодня специалистами уже разработан способ укрепления зданий, расположенных в сейсмоопасных районах. Способ этот заключается в том, что придать большую устойчивость зданиям помогут специальные микроорганизмы, превращающие почву в бетон.

Профессор Карлос Сантамарина (Carlos Santamarina) из Технологического института Джорджии утверждает, что использование бактерий для преобразования почвы является одной из самых перспективных строительных технологий XXI века.

Технологию укрепления почвы с помощью живых микроорганизмов разработала группа ученых из Калифорнийского университета под руководством профессора Джейсона Дейона (Jason DeJong). Согласно проведенным исследованиям, бактерия Bacillus pasteuri, добавленная во влажную землю, способствует слипанию содержащихся в ней твердых частиц. Bacillus pasteurii обладают способностью повышать щелочность воды, в результате чего она начинает активно растворять кальций и карбонаты, соли угольной кислоты. В растворе они реагируют друг с другом, образуя кристаллы карбоната кальция: именно это вещество является цементом, который связывает частицы природного песчаника и строительного бетона – кристаллы карбоната кальция заполняют промежутки между песчинками и заставляют их слипаться друг с другом. Подобному грунту не страшны ни оползни, ни землетрясения. Сегодня идет активный поиск различных новых альтернативных источников энергии. Микробиологи считают перспективными экологически безопасные, неиссякаемые и дешевые микробные топливные элементы. Принцип их работы основан на способности бактерий к перевариванию органики.

В этом направлении работает и группа исследователей Бристольского Университета Западной Англии (UWE), которая разрабатывает «умные кирпичи», представляющие собой специализированные биореакторы различного назначения. Основой каждого «кирпича» будут колонии микроорганизмов под названием микробные топливные элементы (MFC), способные в процессе жизнедеятельности разлагать органические или неорганические отходы и генерировать электричество. «Умные» кирпичи позволят стенам генерировать электричество, чистую воду и кислород.

Здания из таких «умных кирпичей» смогут не только поддерживать внутри оптимальную экологическую обстановку, но и обеспечивать себя различными видами энергии. Встроенные биореакторы будут компенсировать отклонения температуры, влажности, содержания углекислого и других газов, а также уничтожать различные органические и неорганические загрязнения.

Эксперты ИНДЕКСа готовы проконсультировать и провести экспертизу проектов застройщиков в области применения строительных материалов в проектировании различного назначения зданий для безопасного, экологического и экономного строительства.

www.indeks.ru

АНО "Образовательные системы и проекты"

Биологические технологии являются одним из основных общемировых направлений научно-технического прогресса, обеспечивающих прорыв к получению новых материалов, обладающих уникальными свойствами, которое представляет собой интегрированное использование биохимии, микробиологии и инженерных наук для обеспечения возможности технологического (промышленного) применения микроорганизмов. Материалы, получаемые посредством биотехнологий имеют высокий инновационный потенциал и к настоящему времени уже востребованы во многих отраслях промышленности, в том числе и в строительной. Биотехнологии стали находить применение во многих технологических процессах получения строительных материалов – предварительной обработке сырья, производстве клеев, био-ПАВ строительного назначения и т.д.

ХХ столетие - время небывалого технического прогресса, изменившего образ жизни и мышления общества. В строительной отрасли ушедший век можно по праву назвать веком бурного развития технологии бетона и железобетона, а также других материалов на минеральных, органических, металлических и прочих вяжущих. Начиная с античных времен, и по сей день бетон, пожалуй, является одним из самых лучших строительных материалов, когда-либо созданных человеком для построения домов, мостов, дорог и других сооружений. Это объясняет его огромную популярность во всем мире. Главным недостатком материала является его хрупкость, что в результате износа приводит к возникновению трещин и повреждений, требующих дополнительного технического обслуживания.

Кроме того имеет место такой процесс, как биокоррозия, который приводит к разрушению бетона, вызванного заселением и развитием бактерий, грибов, актиномицетов. Как известно множество строительных материалов (бетон, кирпич, дерево и т.д.), потенциально являются благоприятной средой обитания для микроорганизмов (бактерий, грибов, лишайников и т.д.), что оказывает влияние как на прочностные, декоративные свойства материала, так и на срок их службы.

Идея создания строительного материала, который восстанавливается самостоятельно, еще недавно была из области фантастики, однако команда ученых Нидерландско-го Технического университета в Делфте разработала бетон, который может самовосстанавливаться благодаря особым бактериям внутри него.

Микробиолог Хенк Джонкерс, и исследователь бетона Эрик Шлаген, во время исследований подмешали в цемент некие бактерии, и через месяц они обнаружили, что три вида из этих бактерий все еще были жизнеспособными. Тогда ученые добавили в бетон безвредные бактерии под названием Bacillus genus, отличающиеся живучестью и приспособляемостью к любым температурным условиям, которые проявляют активность лишь тогда, когда дождевая вода попадает в трещины. Для регенерации материала эти бактерии используют лактат кальция (компонент молока), который ученые добавили в цемент. При добавлении воды происходит химическая реакция, во время которой образуется известняк. Именно он и заполняет все микротрещины.

Столкнувшись с нарастающей угрозой истощения природных ресурсов и коллапса мировой экосистемы, отношение человека к окружающей среде в некоторой степени меняться. Стали более популярны концепции «профилактики», а не «исправления» содеянного. К профилактическому средству против нарастающей экологической угрозы относится создание и использование на практике таких строительных материалов, которые приводят к максимальному снижению воздействия человека на окружающую среду.

Так, группа испанских исследователей во главе с Антонио Агуадо (Antonio Aguado) из Политехнического университета в испанской провинции Каталонии разработали принципиально новый строительный материал - биобетон основное отличие, которого от обычного заключается в том, что в его состав входят химические компоненты, позволяющие материалу сохранять все свои свойства в условиях прорастания в нем растений.

С его использованием здания можно превратить в настоящие вертикальные сады, поскольку в новом составе вместо обычного связующего вещества – портландцемента – используется фосфат магния, который не только отлично выполняет скрепляющие функции, но и обуславливает наличие кислотной среды, обеспечивающей благоприятные условия для прорастания и развития различных растений, таких как лишайники, мхи и т.п. Здесь они могут свободно расти, без какого-либо вреда для строительных конструкций, преображая при этом внешний вид домов и сооружений. При этом проросшие поверхности хорошо поддерживают процессы естественного очищения воздуха в загазованных мегаполисах.

К основным достоинствам данного биобетона специалисты относят: более высокие теплосохраняющие свойства, чем у обычного; высокие эстетические качества; наличие защитного слоя из растений в зданиях, построенных из биобетона, что создает особый микроклимат. В виду чего специалисты предсказывают необыкновенную популярность биобетона в будущем, особенно в высокоразвитых странах.
Выше уже говорилось о хрупкости бетона, поэтому в ситуациях, когда бетонное строение испытывает серьезные нагрузки, например, землетрясения, существует серьезный риск разрушения сооружения. Сегодня специалистами уже разработан способ укреп-ления зданий, расположенных в сейсмоопасных районах. Способ этот заключается в том, что придать большую устойчивость зданиям помогут специальные микроорганизмы, превращающие почву в бетон.

Профессор Карлос Сантамарина (Carlos Santamarina) из Технологического инсти-тута Джорджии утверждает, что использование бактерий для преобразования почвы явля-ется одной из самых перспективных строительных технологий XXI века.

Технологию укрепления почвы с помощью живых микроорганизмов разработала группа ученых из Калифорнийского университета под руководством профессора Джейсона Дейона (Jason DeJong). Согласно проведенным исследованиям, бактерия Bacillus pasteuri, добавленная во влажную землю, способствует слипанию содержащихся в ней твердых частиц. Bacillus pasteurii обладают способностью повышать щелочность воды, в результате чего она начинает активно растворять кальций и карбонаты, соли угольной кислоты. В растворе они реагируют друг с другом, образуя кристаллы карбоната кальция: именно это вещество является цементом, который связывает частицы природного песчаника и строительного бетона - кристаллы карбоната кальция заполняют промежутки меж-ду песчинками и заставляют их слипаться друг с другом. Подобному грунту не страшны ни оползни, ни землетрясения.

Сегодня идет активный поиск различных новых альтернативных источников энергии. Микробиологи считают перспективными экологически безопасные, неиссякаемые и дешевые микробные топливные элементы. Принцип их работы основан на способности бактерий к перевариванию органики.

В этом направлении работает и группа исследователей Бристольского Университета Западной Англии (UWE), которая разрабатывает «умные кирпичи», представляющие собой специализированные биореакторы различного назначения. Основой каждого «кирпича» будут колонии микроорганизмов под названием микробные топливные элементы (MFC), способные в процессе жизнедеятельности разлагать органические или неорганические отходы и генерировать электричество. «Умные» кирпичи позволят стенам генерировать электричество, чистую воду и кислород.

Здания из таких «умных кирпичей» смогут не только поддерживать внутри оптимальную экологическую обстановку, но и обеспечивать себя различными видами энергии. Встроенные биореакторы будут компенсировать отклонения температуры, влажности, содержания углекислого и других газов, а также уничтожать различные органические и неорганические загрязнения.

 

stroy-esp.ru

БИОТЕХНОЛОГИЯ – ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

УДК.691

В.И. Соломатов,
профессор, зав.кафедрой СмиТ МГУПС, г. Москва.
А.И. Бек-Булатов,
доцент, к.т.н., СамИИТ, г.Самара.

В настоящее  время все более широкое развитие в различных областях промышленности получают ресурсосберегающие технологии. Создание высоких технологий стало невозможно без использования  достижений физики, химии, и особенно в последнее время – микробиологии. И как следствием этого – развитие биохимических подходов к решению традиционных задач. Одной из областей, в которой  находят применение достижения микробиологии, является промышленность строительных материалов, где они используются при предварительной  обработке сырья, производстве клеев  и  био-ПАВ [1].

Авторами данной статьи на основании анализа ряда публикаций выдвинуто  предположение  о возможности  разработки технологии  изготовления  силикатных  строительных  материалов  и изделий с применением биотехнологических процессов, так,  ряд бактерий,  внесенных  в  минеральную  среду  способен разрушать исходные минералы и переводить в растворимую форму соединения многих минералов,  из ортоклаза за 2 недели переводится в раствор около 15% K2O. По другим данным бактерии в сменных растворах за 15 дней высвобождают 27% K2O, 23% Al2O3 и 13% SiO в  несменных культурах до 12% K2O,  а из биотита за 30 дней в протоке освобождается 51,7% K2O, 57,8% Al2O3 и 50,3% SiO2.   Кроме того, что бактерии способствуют значитель-ному  изменению  химического состава обрабатываемых материалов, отмечается изменение дисперсного состава частиц.  При обработке глины доля частиц с размерами 0,001-0,25 мм уменьшается, а доля частиц размерами менее 0,001 мм увеличивается, при обработке кварца бактериями также увеличивается его дисперсность, средний размер зерен уменьшается с 630 до 495 мкм  [2,3,4,5,6].

Основываясь  на  том  факте, что  бактерии  при   благоприятных условиях переводят в раствор  оксиды  щелочноземельных металлов, оксид  кремния и алюминия, было высказано предположение о том, что данный раствор обладает вяжущими свойствами и может использоваться  при  изготовлении силикатных материалов  кристаллизационно-конденсационного твердения.

Разрабатываемая технология предполагает следующие технологические  переделы.  Минеральное сырье, представляющее  собой смесь минералов в оптимальной пропорции смешанных между собой (песок, глина…), дозируется  и  подается в емкость – ферментер, в котором содержится культуральная жидкость, имеющая определенную концентрацию бактерий и содержащая питательную среду. Обработка бактериями производится при оптимальном тепловом режиме, режиме аэрации и т.д. В процессе биообработки бактерии переводят в раствор значительное количество  K2O, Al2O3 и SiO2. После отделения культуральной жидкости обработанная масса высушивается до формовочной или прессовочной влажности, затем из которой в зависимости от предполагаемой технологии формуется или прессуется  изделие,  которое подвергается  высокотемпературной сушке.  Сушка изделий в зависимости от требуемого конечного результата (прочности изделия, водостойкости и т.д.) может быть низкотемпературной до 150 оC и высокотемпературной до 300 оC.  В первом случае в качестве связки будут использоваться органические продукты жизнедеятельности бактерий – слизь и растворенные оксиды, во-втором переведенные в раствор оксиды. Прогнозируемая прочность  изделий,  изготовленных  по  данной технологии, составит 10 – 35 МПа.

Библиографический список

  1. Соломатов В.И., Черкасов В.Д., Ерофеев В.Т. Строительные биотехнологии и биокомпозиты. М.:МИИТ, 1998.-165с.
  2. Вайнберг С.Н. Воздействие силикатных бактерий на состав и свойства керамического сырья: Автореф. канд. дисс. МХТИ им. Менделеева.М.:1983, -16с.
  3. Мишустин Е.К., Смирнова Г.А., Лохмачева Р.А. Разрушение силикатов  микроорганизмами и использование “силикатных” бактерий как бактериальных удобрительных препаратов//Изв. АНСССР. Серия Биологическая.-1981.-№5.-С.698-708.
  4. Терновская М.И. О физиологических свойствах силикатных бактерий и влияние их на растение: Автореф.канд.дис.  Одесса, 1958.
  5. Благодарь Р.Н. Способность  Bac. Mucilaginosus s.n. siliceus расщеплять алюмо-силикаты  в семенных растворах.-Тезисы докл. на научн. конф. Одесского с.-х. института  по результатам работ 1965 г. Одесса,1966, С.49.
  6. Вайнберг С.Н. и др. Обработка глины силикатными бактериями// Стекло и керамика. №8. С.14-16.

sbcmi.ru

о самом главном и перспективном в науке

Сегодня перед биотехнологом стоит много нерешённых технологических задач. Можно изменять биологические организмы для обеспечения потребностей людей с помощью клеточных и генно-инженерных методов. Например, улучшать качество продуктов, получать новые виды растений и модифицировать животных, придавать живым организмам необходимые свойства и создавать новые лекарственные препараты методами генной инженерии, искусственного отбора, гибридизации. 

Однако, чтобы работать биотехнологом, нужно знать не только генетику, молекулярную биологию, биохимию, клеточную биологию, но также ботанику, химию, математику, информационные технологии, физику и другое. Грубо говоря, биотехнологи — это инженеры в области естественных и точных наук. Генеральный директор инновационной биотехнологической Biocad Дмитрий Морозов рассказал об этой интересной профессии и будущем биотехнологий.

Biocad — это международная инновационная биотехнологическая компания. В ней есть научно-исследовательский центр, проводятся доклинические и клинические исследования собственных фармацевтических препаратов. Департамент перспективных исследований Biocad занимается разработкой лекарственных препаратов передовой генной и клеточной терапии, а, кроме того, поиском и анализом сигнальных путей, закономерностей и мишеней, которые позволяют разрабатывать препараты превентивной медицины.

Дмитрий Морозов,

генеральный директор компании Biocad

 

Биотехнология — это использование живых систем, клеток, организмов для практических нужд человека. То есть использование современной науки для манипуляции с живыми объектами, чтобы получить некую выгоду и улучшить жизнь человека. 

Биотехнология отталкивается от потребностей. Например, не зря люди ездят на север и изучают гейзеры. Они понимают, что 10 лет могут искать и ничего не найти. Но они всё равно это делают, потому что рано или поздно найдут какую-нибудь бактерию, которая позволит делать дешёвое биотопливо, используя один ген этой бактерии. Так или иначе каждый человек, когда занимается наукой, надеется её применить (кроме теоретических физиков, хотя, наверное, они тоже захотели бы в космос полететь). В компании Biocad мы используем микроорганизмы для создания лекарств.

В биотехнологии много дисциплин, и все успешные проекты и направления связаны с их комбинацией.

Говорят, все открытия происходят на стыке разных специальностей: математика, биология — биоинформатика; биология, химия — биохимия; медицина, информатика, биология — биомедицинская информатика. Это всё отдельные блоки, которыми занимаются разные люди. Биотехнология сегодня, наверное, более всего уделяет внимание созданию лекарств разных типов. Кроме фармацевтического направления биотехнологии интересно сельское хозяйство (улучшение свойств еды), экология, энергетика (получение биотоплива) и прочее. И, конечно, в будущем можно думать о коррекции человека.

Генная инженерия и биотехнология

В биотехнологии важное место занимает генная инженерия. Она широко распространена в исследованиях, однако вовсе не обязательно использовать её методы, чтобы получить полезные свойства у объекта. Например, можно разобраться в особенностях метаболизма организма: как он живёт в нормальной среде обитания и что получится, если мы переведём его в другую среду обитания, с другими питательными факторами, в другую атмосферу — возможно, это поможет ему в итоге , и это может быстрее размножаться. Но это же не генная инженерия.

Биотехнология — это манипуляции со знаниями, которые есть о данном объекте. Генная инженерия просто расширяет круг возможностей, разных комбинаций, даёт возможность совершать манипуляции на уровне молекул, поэтому более точна.

Биотехнология на самом деле существует столько, сколько сельское хозяйство. В сельском хозяйстве часто есть конкретная практическая цель — например, вывести породу быстрых лошадей или устойчивое к холоду растение. Этим люди занимаются уже сотни лет с помощью селекции, которая на самом деле является генетическим методом отбора.

Биотехнологическая этика: как общество относится к биотеху?

Люди по-разному воспринимают нововведения в биотехнологии. Есть негативные и позитивные примеры восприятия.

Негативные — это, например, мнение, что внедрение нового приведёт к появлению вирусов, которые будут распространяться по всему миру и от которых нет ни вакцины, ни лечения, и что периодические эпидемии именно с этим и связаны.

Из позитивных — например, можно создать вирус, который на время меняет цвет глаз. Постепенно они становятся своего цвета, и каплями антибиотиков можно снова сделать их голубыми. Это мало связано со здравоохранением в привычном смысле, но всё равно здорово. Подобные манипуляции уже в теории можно делать, и к таким технологиям общество относится позитивно и с улыбкой. Однако в целом люди боятся внедрения новых технологий. Да и чтобы внедрить новое, нужно на высшем уровне обсудить этические вопросы того или иного воздействия препарата, и обычно это происходит долго.

Фото предоставлено компанией Biocad.

Два года назад в Biocad мы открыли Департамент перспективных исследований, основная цель которого — создание лекарственных продуктов передовой генной терапии. Этот термин объединяет три группы лекарственных препаратов, которые не похожи на все остальные лекарства, к которым мы привыкли. 

Во-первых, это препараты для генной терапии, во-вторых, это препараты, в основе которых лежит манипуляция с соматическими и стволовыми клетками человека, в-третьих, это препараты тканевой инженерии.

В основе действия классических лекарств лежит либо малая молекула химической природы, либо какой-то белок, например, антитело, который можно легко получить с помощью биотехнологических методов. В нашей разработке лекарственным веществом, то есть действующим фактором, является нуклеиновая кислота РНК или ДНК. 

Это новый способ воздействия на организм человека. Это направление не так давно стало бурно развиваться, поэтому к нему пока что относятся  с осторожностью.

Как работают препараты для генной терапии

Наше лекарство — это рекомбинантный вирус, наночастица на базе вируса, внутри которой находится ген, которого недостаёт больному человеку. Направлены эти продукты, как правило, на заболевания, которые плохо поддаются лечению (наследственные заболевания с тяжёлыми проявлениями вплоть до летального исхода в раннем возрасте: дистрофия, нарушение зрения, световосприятия, иммунодефициты). Это в основном моногенные заболевания, в которых проявление болезни обусловлено дефектом одного гена. В таких случаях они очень хорошо лечатся. В лаборатории мы создаем терапевтические вирусные частицы, а биоинформатики помогают нам моделировать их работу.

В случае полигенных заболеваний, например, рака, можно использовать методы генной терапии для модификаций клеток иммунной системы человека, чтобы получать иммунные клетки с высокой специфичностью к опухолевым клеткам. В лабораториях наши учёные осуществляют полный цикл разработки этих двух типов продуктов (от идеи до создания прототипов, готовых для тестирования на животных). Такого в России нет, наверное, нигде.

медицина будущего: Развитие новых типов лекарств

Наш департамент назван по аналогии с Управлением перспективных исследовательских проектов США (DARPA). Они пытаются внедрять достижения науки в целях увеличения обороноспособности страны — это ускоренная регенерация, универсальные доноры, оружие и прочее.

Возможно, в ближайшие 5-10 лет благодаря взаимосвязи кибернетики и биотехнологии действительно будут созданы умные лекарства. Например, создание очень маленьких чипов: это капсула или робот с частицами лекарственного средства, циркулирующие в крови, из которых в зависимости от состояния человека нужное вещество будет впрыскиваться в кровь. Подобным занимаются, например, в MIT. Уже есть успешные примеры: в зависимости от уровня глюкозы в организм вбрасывается инсулин, что минимизирует степень инвазивности лечебной процедуры. Человек один раз внедрил чип, сделал инъекцию и на очень длительное время забыл, что нужно принимать лекарство.

Даже известный футуролог Рэй Курцвелл говорит, что люди начнут жить дольше с помощью нанороботов к 2025 году. Скорее всего, он имеет ввиду препараты, которые будут бороться с онкологическими заболеваниями.

Нанороботы — новый формат препаратов, потому что с точки зрения веществ, из которых состоят лекарства, люди уже всё сделали. Мы ничего больше предложить не можем — типов химических соединений, которые можно использовать для терапии немного. Это либо белки, либо малые молекулы, либо нуклеиновые кислоты, которые теперь тоже применяются. 

Вариантов и тех, и других, и третьих, конечно, можно сделать безграничное количество, но они имеют ограниченный потенциал применения, так как работают по общим химическим принципам. По-другому воздействовать на клетку уже никак невозможно.

Поэтому в будущем главным вопросом будет доставка нанороботами этих трёх «блоков», что приведет к появлению новых форматов терапии. 

Конечно, большинство хочет просто принять таблетку, но не все лекарственные вещества можно в неё «вложить». Более простой вариант — капсула. Более эффективный — инъекция и суппозитории. И если был бы какой-то универсальный способ лечения, например, закалывать какой-то чип с концентратом лекарственного средства под кожу, но раз в год, думаю, многие бы на это пошли.

Фото предоставлено компанией Biocad.

Диагностика заболеваний

Развитие малоинвазивных методов диагностики будет нужно человеку, чтобы, грубо говоря, по капле крови можно было быстро определять состояние человека: есть ли у него онкологическое заболевание и, если да, то есть ли метастазы, что за рак и прочее. 

Сейчас это можно делать по определённому количеству миллилитров крови с помощью высокопроизводительных методов, но пока это довольно дорого. Мы идём к индивидуальному профилированию человека, чтобы знать про себя всё до уровня молекулы. Человек будет понимать, что конкретно с ним происходит в данный момент. 

Может возникнуть нечто вроде социальной сети профайлов, где будут храниться все данные — например, по экспрессии генов за последний месяц. Кажется, что здесь всё легко, но на самом деле это миллиарды последовательностей, сотни генов с разными мутациями, разной степени значимости. Поэтому нужен будет новый класс врачей-теоретиков, которые будут уметь интерпретировать это огромное количество данных.

Регенерация, искусственный интеллект

Наверное, в будущем мы научимся регенерировать ткани и органы. Уже сейчас выращивают органы с нуля до реального размера из клетки благодаря 3D-печати. Также пытаются восстанавливать спинной мозг после травмы — печатать нейроны в месте повреждения. Иными словами, прививать человеку его же клетки, размноженные в лабораторных условиях.

Также учёные будут больше использовать искусственный интеллект и нейросети, чтобы создавать новые лекарственные препараты. Самообучающийся ИИ должен будет сам накапливать достаточное количество знаний, которые позволят ему давать правильные ответы. Если это не контролировать, может, наверное, произойти катастрофа, но, с другой стороны, он сможет значительно развязать руки исследователям и дать возможность генерировать новые идеи, ведь ИИ будет брать на себя все рутинные процедуры.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

newtonew.com

Совершенствование методов биотехнологии в строительстве и эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения

Добавить
  • Читаю
  • Хочу прочитать
  • Прочитал

Жанр: Техническая литература

ISBN: 978-5-7264-0802-6

Год издания: 2014

Серия: Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ

Фрагмент книги

Оцените книгу

Скачать книгу

3 скачивания

Читать онлайн

О книге "Совершенствование методов биотехнологии в строительстве и эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения"

Рассмотрены проблемы повышения эффективности очистки различных по составу сточных вод с целью снижения негативного воздействия на водные источники. Приведены итоги исследований в области совершенствования биотехнологических приемов в системах ВКХ, актуальные для решения вопросов в области водного обеспечения городов, промышленных производств, сельского хозяйства. Представлены методы экологического воздействия на окружающую среду путем максимально сбалансированного функционирования водохозяйственных систем. Изложены проблемы повышения эффективности биологической доочистки сточных вод, сбрасываемых в открытые водные объекты, повышения надежности функционирования систем ВКХ и систем эксплуатации биологической очистки сложных по составу смесей сточных вод. Рассмотрен эффективный метод утилизации газообразных отходов при обработке осадков сточных вод и энергетические характеристики анаэробных систем очистки сточных вод и обработки осадков. Предложены методы борьбы с биологическими обрастаниями в охлаждающих сооружениях и коммуникациях водного хозяйства различных производств. Для бакалавров, магистров, аспирантов, обучающихся по специальности 270800 «Строительство», профиль «Водоснабжение и водоотведение», а так же работников систем ВКХ, сферы проектирования и эксплуатации сооружений водоснабжения и водоотведения.

Книга входит в серию "Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ". На нашем сайте можно скачать книгу "Совершенствование методов биотехнологии в строительстве и эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения" в формате fb2, rtf, epub, pdf, txt или читать онлайн. Здесь так же можно перед прочтением обратиться к отзывам читателей, уже знакомых с книгой, и узнать их мнение. В интернет-магазине нашего партнера вы можете купить и прочитать книгу в бумажном варианте.

Отзывы читателей

Подборки книг

Похожие книги

Другие книги автора

Информация обновлена:

avidreaders.ru

Совершенствование методов биотехнологии в строительстве и эксплуатации систем водоснабжения и водоот. И. И. Павлинова. 2014. Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ. (Техническая литература)

Пожаловаться на книгу

Автор: И. И. Павлинова

Жанр: Техническая литература

Серия: Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ

Год: 2014

Рассмотрены проблемы повышения эффективности очистки различных по составу сточных вод с целью снижения негативного воздействия на водные источники. Приведены итоги исследований в области совершенствования биотехнологических приемов в системах ВКХ, актуальные для решения вопросов в области водного обеспечения городов, промышленных производств, сельского хозяйства.

Представлены методы экологического воздействия на окружающую среду путем максимально сбалансированного функционирования водохозяйственных систем. Изложены проблемы повышения эффективности биологической доочистки сточных вод, сбрасываемых в открытые водные объекты, повышения надежности функционирования систем ВКХ и систем эксплуатации биологической очистки сложных по составу смесей сточных вод.

Рассмотрен эффективный метод утилизации газообразных отходов при обработке осадков сточных вод и энергетические характеристики анаэробных систем очистки сточных вод и обработки осадков. Предложены методы борьбы с биологическими обрастаниями в охлаждающих сооружениях и коммуникациях водного хозяйства различных производств.

Для бакалавров, магистров, аспирантов, обучающихся по специальности 270800 «Строительство», профиль «Водоснабжение и водоотведение», а так же работников систем ВКХ, сферы проектирования и эксплуатации сооружений водоснабжения и водоотведения.

Метки: Негативное воздействие Водные источники Биотехнологические приемы Водное обеспечение Промышленные производства Сельское хозяйство Экологическое воздействие Окружающая среда Сбалансировавшее функционирование Водохозяйственные системы Биологическая доочистка Водные объекты Биологические очистки Эффективный метод Газообразные отходы Энергетическая характеристика Анаэробные системы Биологические обрастания Водное хозяйство Различные производства Книги для студентов и аспирантов Водоснабжение Сточные воды Биотехнологии Инженерно-техническая деятельность Водоотведение

Предлагаем Вам скачать ознакомительный фрагмент книги «Совершенствование методов биотехнологии в строительстве и эксплуатации систем водоснабжения и водоот» автора И. И. Павлинова в электронном виде в форматах FB2 или TXT. Также можно скачать произведение в других форматах, таких как RTF и EPUB (электронные книги). Советуем выбирать для скачивания формат FB2 или TXT, которые на сегодняшний день поддерживаются практически каждым мобильным устроиством (в том числе телефонами / смартфонами / читалками электронных книг под управлением ОС Андроид и IOS (iPhone, iPad)) и настольными компьютерами. Книга издана в 2014 году в серии «Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ».

Сохранить страничку в социалках/поделиться ссылкой: Скачать ознакомительный фрагмент в разных форматах (текст предоставлен ООО «ЛитРес»)
FB2TXTRTFEPUBЧитать книгу «Совершенствование методов биотехнологии в строительстве и эксплуатации систем водоснабжения и водоот» онлайн
Читать онлайнЗакрыть читалкуЛегально скачать полную версию произведения в элетронном виде (а так же заказать печатную книгу) «Совершенствование методов биотехнологии в строительстве и эксплуатации систем водоснабжения и водоот» можно в книжном интернет магазине Литрес
Купить и скачать

bookash.pro

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *