<<
>>

Применение биотехнологий в здравоохранении и сельском хозяйстве

Ожидается, что биотехнологии произведут революцию в сфере здравоохранения, устроив прорыв в точной медицине (ТМ) – подходе, который предполагает подбор курсов лечения индивидуально для каждого человека вместо составления их для усредненного пациента (рис.

21). Продвижению ТМ способствует рост доступности исчерпывающих наборов данных о молекулярной структуре человека, включая генетические, транскриптомические, протеомические, метаболические и микробиотические профили. Развитие машинного обучения может не только помогать выбору лечения, но и создавать новые практики с участием «больших данных». Диагностические тесты способны производить сотни гигабайт данных, и необходимо научить алгоритмы машинного обучения извлекать из них информацию, которая нужна для определения проблем и прогнозирования реакции пациентов на лечение. Наиболее широко ТМ используется для лечения рака, но также были зафиксированы успешные случаи в лечении кистозного фиброза, астмы, моногеничных форм диабета, аутоиммунных, сердечных и нейродегенеративных заболеваний.
Однако в данный момент возможности ТМ сильно ограничены ее высокой стоимостью, а также невозможностью сведения нескольких наборов данных в единую картину здоровья пациента, что мешает широкому применению этого подхода. Вероятно, по мере снижения стоимости мы увидим экспоненциальный рост объема знаний, пригодных к переводу в клиническую практику, которые будут извлекаться из больших наборов биологических данных.

Вторая сфера, в которой потенциал для использования биотехнологий огромен, – это сельское хозяйство. Для того чтобы прокормить человечество в следующие пятьдесят лет, потребуется столько же пищи, сколько было произведено за предыдущие десять тысяч. Классический пример применения биотехнологий – это золотой рис: модифицированный рис, способный ликвидировать куриную слепоту и дефекты развития, которые связаны с недостатком витамина А и которые каждый год приводят к смерти почти двух миллионов детей.

Кроме того, на сельское хозяйство повлияет новое специализированное оборудование: к примеру, почвенные и погодные сенсоры, дроны и системы сканирования, призванные следить за развитием посевов и прогнозировать его. Привязка собранных данных к генотипу посевов может позволить создать агротехническую систему, способную удовлетворить глобальный спрос на количество, качество и функциональность пищи. Конечно, для того чтобы реализовать такую схему глобальной продовольственной безопасности, необходимо будет усовершенствовать законодательство, связанное с генетически модифицированными культурами. Реальность состоит в том, что генная инженерия является точным, эффективным и безопасным методом улучшения сельскохозяйственных культур, и законодательство должно это отражать.

Рисунок 21. Новый сдвиг парадигмы. Переход от медицины «на все случаи жизни» к модели точной медицины с многоуровневой стратификацией пациентов.

Источник: Das (2010)

Еще одна область, в которой развитие биотехнологий оказывает влияние на здоровье человека, – это биоматериалы, что особенно важно, учитывая нынешнюю тенденцию к увеличению среднего возраста населения. Биотехнологии способны решить многие из типичных проблем старения, объединив биоматериалы с передовыми инженерными технологиями. К примеру, остеопороз – это одно из самых распространенных костных заболеваний. Достижения в биотехнологиях способны открыть возможность замены пораженных костей пациента на новые, которые будут выращиваться из размноженных 3D-печатью стволовых клеток пациента. Этот прорыв ближе, чем кажется, – сейчас ученые проводят активные исследования в этом направлении, а предприниматели ищут, как обратить исследования в жизнеспособный бизнес.

Кроме того, новая волна биотехнологий способна уменьшить влияние нашей жизнедеятельности на экологию, увеличив вероятность устойчивого развития многих отраслей промышленности. Так, биоперерабатывающие предприятия могут дополнять работу крупных нефтеперерабатывающих заводов, используя возобновляемое сырье и каталитические возможности микроорганизмов.

В данный момент метаболическая инженерия, синтетическая биология и системная биология сводятся вместе с целью разработки микробных фабрик, которые будут способны производить различные химические соединения из непищевой биомассы{162}. Мы будем и дальше находить хитроумные пути к использованию природного разнообразия для развития экологичной биоиндустрии; к примеру, бактерии вида Halomonas, которые растут в условиях сильного осмотического давления, могут применяться для процессов микробной ферментации с использованием морской воды, если пресная вода недоступна. Создание различных типов «умных» бактериальных фабрик способно также дать нам способность бороться с новыми видами инфекционных заболеваний, к примеру ускоряя процесс выработки вакцин и лечебных антител, включая даже антитела против биотеррористических угроз. Также возможно, что рядовые граждане получат возможность производить биопродукты прямо у себя дома. Такие материалы, как биопластик, вполне доступны для подобного вида производств. Наконец, современные бионауки могут не только помочь в сокращении выбросов парниковых газов, они также способны превратить CO2 в сырье для биотехнологической промышленности{163}.

Такие разработки потребуют новых методик, которые будут выходить за рамки традиционных лабораторных исследований – например, предиктивного количественного моделирования. Биологические системы очень сложны, поэтому их очень трудно оптимизировать. Изменения одного компонента способны вызывать непредвиденные и рекурсивные эффекты в других. Количественные модели постепенно «учатся» лучше симулировать биомолекулярные сети и физиологию клеток, и это может позволить биотехнологам устанавливать связь между эффективностью системы и компонентами внутриклеточных процессов. Сочетание предиктивных платформ, растущей вычислительной мощности и революции «больших данных» способно создать динамическую основу для разработки, прототипирования и внедрения искусственных биологических систем. В итоге совмещение биотехнологий и количественного моделирования может положить начало созданию устойчивых и надежных биотехнологических систем в цикле «разработка-прототип-испытание», аналогично другим инженерным дисциплинам.

Слияние молекулярной биологии, материаловедения, вычислительных подходов и предиктивного математического моделирования непременно затронет наше общество, промышленность и мировую экологию. Конечно, обладая таким потенциалом влияния на мир, мы должны тщательно обдумывать последствия решений, которые мы будем принимать в ходе продвижения к биотехнологически развитому будущему.

<< | >>
Источник: Клаус Шваб, Николас Дэвис. Технологии Четвертой промышленной революции. 2018

Еще по теме Применение биотехнологий в здравоохранении и сельском хозяйстве:

  1. Трудовые ресурсы в сельском хозяйстве
  2. Продукция сельского хозяйства и структура ее производства
  3. Финансы организаций (предприятий) сельского хозяйства
  4. Производство и наличие ресурсов для сельского хозяйства
  5. Состояние и тенденции развития АПК. Организационная структура сельского хозяйства
  6. Формирование расходов бюджета на сельское, лесное, водное, рыбное хозяйство и мероприятия по охране природы
  7. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия субъектов РФ на 20082012 гг.
  8. Светлана Бычкова. Бухгалтерский учет в сельском хозяйстве, 2008
  9. Естественное право, сельское хозяйство, laissez-faire и единый налог
  10. Сельское хозяйство. Железные дороги, отрасли коммунальных услуг, «тресты» и картели
  11. 6.2. ГОТОВАЯ ПРОДУКЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И МЕТОДЫ ЕЕ ОЦЕНКИ К готовой продукции
  12. 11.3. Хозяйство переходного типа. Переход хозяйства современной России на рыночный путь развития
  13. Глава 11. Социально-экономические формы товарного хозяйства. Хозяйство переходного типа
  14. Здравоохранение
  15. Здравоохранение
  16. Формирование расходов на здравоохранение
  17. Школа здравоохранения.