Реферат: Надежность биотехнологических систем и охрана окружающей среды

Современная биотехнология далеко ушла от той науки о живой материи, которая зародилась в середине прошлого века. Успехи молекулярной биологии, генетики, цитологии, а также химии, биохимии, биофизики, электроники позволили получить новые сведения о процессах жизнедеятельности микроорганизмов. Быстрый рост численности населения нашей планеты, увеличение потребления природных ресурсов при постоянном уменьшении площадей агросферы привели к образованию диспропорций в окружающей среде, к деформации установившихся равновесий экосистем, к ухудшению экологической ситуации во всех сферах деятельности человека.

Биотехнология призвана сыграть значительную роль при создании безотходных технологий и, конечно, при разработке различных схем очистки производственных стоков и твердых отходов.

Однако нельзя забывать, что биотехнологические производства сами по себе могут быть опасными как для обслуживающего персонала, так и для потребителей продукции. Таких примеров можно привести много.

Например, серьёзная экологическая ситуация складывается и на биохимических заводах, производящих кормовые дрожжи на основе парафинов нефти. Здоровью человека угрожают не только стоки, но и атмосферный воздух, в котором увеличено содержание дрожжей из рода Candida. Деятельность таких заводов сейчас в основном, приостановлена.

Поэтому, с целью обеспечения защиты жизни и здоровья граждан, животных, растений, а также охраны окружающей среды и обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия созданы и утверждены документы (стандарты GLP, GCP, GMP и GPP и пр.), регламентирующие деятельность предприятий фармацевтического профиля, в т.ч. микробиологических и биотехнологических, по проведению исследований, производству, хранению, перевозке, использованию, утилизации и уничтожении их продукции.

1. Правила работы с биотехнологическими объектами (GLP, GMP, GPP.

Правила GLP

Правила надлежащей лабораторной практики (GLP) формально определяются как система качества проведения неклинических исследований. Они распространяются на работу фармакологических, токсикологических и других лабораторий биологического профиля и направлены на обеспечение приемлемости результатов научных исследований на этапе экспериментального изучения новых лекарственных препаратов. Под приемлемостью в данном случае понимается как доказательность и надежность данных, так и соблюдение принципов гуманного обращения с лабораторными животными. В странах с развитой контрольно-разрешительной системой результаты исследований, выполненных без соблюдения указанных правил, не принимаются к рассмотрению при подаче заявок на регистрацию новых лекарств.

Вместе с GMP и GCP, эти правила образуют комплекс базовых стандартов или кодексов профессиональной практики, регулирующих изучение, оценку и производство лекарственных препаратов. Все три стандарта одновременно преследуют две цели: защиту интересов потребителей медикаментов и содействие международной торговле ими за счет признания другими странами результатов работ, проведенных в одной стране.

Впервые “Правила GLP” были сформулированы в США в 1976 г. и вступили в силу с 1979 г. Наиболее широкое международное признание получили правила GLP Организации экономического сотрудничества и развития, выпущенные в 1981 г. и пересмотренные в 1997г. Формированию и распространению принципов GLP содействовал успех Правил GMP, получивших во второй половине 1970 гг. мировое признание.

При разработке Правил GLP были использованы принципы обеспечения качества, ранее воплощенные в требованиях GMP. Наряду с этим, в них было включено положение о необходимости гуманного обращения с лабораторными животными.

В СССР в 1991 г. коллективом сотрудников ВНЦ БАВ были разработаны отечественные правила GLP (РД 64-126-91). При их составлении использовался американский стандарт и некоторые национальные документы. Кроме того, в текст Правил были включены требования в отношении объема доклинических испытаний, безопасности химических веществ и конкретные методические указания по изучению различных видов токсичности. По ряду причин работа над этим документом была приостановлена.

В настоящее время в России доклинические исследования лекарственного средства (ЛС) проводятся разработчиком в соответствии с требованиями международных правил лабораторной практики (GLP).

В 2000 году группой авторов были предложены "Правила доклинических исследований безопасности и эффективности фармакологических веществ" (ПДИ). Эти Правила не утверждены каким-либо органом власти или общественной организацией и имеют характер научных рекомендаций.

На систему GLP опираются в случаях испытания веществ: на микробную обсемененность, на пирогенность, токсичность, канцерогенность, мутагенность, тератогенность и т.д. Соблюдение правил GLP должно подкрепляться совершенством организации всех вспомогательных служб и достаточным материальным обеспечением.

Можно выделить несколько главных требований, содержащихся в правилах GLP:

- заблаговременная разработка стандартной методики проведения испытаний, или стандартной операционной процедуры (СОП) для всех этапов;

- назначение руководителя и ответственных за каждый вид испытаний;

- результаты выполнения всех операций должны быть запротоколированы, датированы и подписаны;

- в случае выполнения сложных операций, во избежание ошибок, рекомендуется прибегать к двойной проверке;

- фактические данные, записи и препараты (вещества) должны храниться в полном порядке таким образом, чтобы всегда можно было отыскать требуемое (необходимое);

- должна быть создана и функционировать независимая Служба обеспечения качества, подотчетная непосредственно руководству исследовательской организации, в обязанности которой входит проведение внутренних проверок (аудитов) и выдача рекомендаций, направленных на совершенствование процессов проведения испытаний.

Надлежащая клиническая практика (GCP)

Одобренный по результатам биотестирования препарат допускается к клиническим исследованиям на людях, в ходе которых подтверждается высокая лечебная эффективность и выясняется наличие или отсутствие неблагоприятных побочных эффектов при лечении больных. На данном этапе руководствуются правилами GCP.

Под правилами “Надлежащей (или качественной) клинической практики” (GCP) понимается стандарт проведения клинического испытания, разработанный для того, чтобы предотвратить ошибки и подлог в процессе испытания лекарственного препарата и защитить права субъекта испытания. Принципы GCP охватывают планирование, организацию, мониторинг, аудит, анализы, отчетность и документацию клинического испытания, а также гарантируют, что это исследование научно и этически обосновано.

Правила GCP являются логическим продолжением GLP в области клинических исследований. Главная их цель – стандартизировать подготовку исследования, сбор данных, их проверку и анализ, ведение документации. Они определяют обязанности фармацевтической промышленности (спонсоров исследований), клинических исследователей и тех, кто контролирует ход исследований. В них также включены указания о порядке получения согласия пациентов или здоровых лиц на участие в испытаниях и сборе данных о побочных действиях препаратов.

Внедрение правил GCP позволяет:

- улучшить методологию клинических испытаний и получить более надежные результаты исследований относительно эффективности и безопасности;

- гарантировать защиту интересов участников испытаний;

- ускорить разработку новых препаратов и, следовательно, доступ пациентов к новым лекарствам;

- ускорить спонсорам (разработчикам/производителям) выход к новым рынкам;

- участвовать клиническим учреждениям в многоцентровых международных клинических испытаниях.

Правила GMP

Если препарат проходит все необходимые доклинические испытания по системе GLP и клиническую проверку, то он разрешатся к промышленному выпуску. На стадии производства действуют правила GMP (Good manufacturing practice).

Первые стандарты GMP были утверждены в 1968 году Всемирной Организацией Здравоохранения, для обеспечения высокого качества фармацевтической продукции, в 1971 г. они были изданы в виде приложения ко второму изданию Международной фармакопеи.

В настоящее время GMP Европейского Союза и США являются основными “законодателями” в производственной практике, с их помощью ведется активная подготовительная работа по сближению этих основополагающих документов, чтобы, в конечном счете, был создан единый регламентирующий документ для всех. Для контроля над исполнением стандартов GMP существует Конвенция по фармацевтической инспекции (Pharmaceutical Inspection Convention – PIC). Под Конвенцией подписалось 22 европейские страны, представители которых получили право инспектировать предприятия фармацевтической промышленности любой страны – участника PIC.

В России требования GMP утверждены в 1991 году применительно к контролю и производству лекарственных средств, эти правила соответствуют международной системе GMP. С 1 января 2005 года в РФ действует ГОСТ Р 52249-2004 «Правила производства лекарственных средств».

GMP – это свод основных требований и методов, которые подлежат соблюдению при производстве и контроле качества лекарственных средств согласно современным достижениям науки и практики.

Основной концепцией GMP является понимание того, что все производственные стадии и операции, включая ручные манипуляции, должны быть, регламентированы, протокольно зафиксированы и подлежать проверке. Даже перемещение неэтикетированных материалов и продуктов, упаковочного материала должны быть организованы таким образом, чтобы исключить риск перемешивания и ошибок.

Исходя из особенностей лекарственных препаратов, контроль готового продукта не является гарантией качества. Качество обеспечивается технологией и организацией производства, что и является целью Правил GMP.

Содержание GMP:

● подчинение всего гарантии качества;

● требования к персоналу, обучение персонала;

● сплошное документирование;

● валидация процессов и оборудования;

● требования к помещениям и оборудованию;

● требования к производству;

● самоконтроль;

● измерение и регистрация всех критических параметров.

Применительно к производству лекарственных средств указано, что оно должно опираться на принцип четкого соблюдения методов ведения технологического процесса согласно нормативно- технической документации с целью получения продукта требуемого качества и в соответствии с разрешением на его изготовление и продажу.

По возможности следует избегать любых отклонений от методик или инструкций. При наличии отклонений необходимо согласование, разрешение, утверждение и подпись назначенного ответственного лица, а при необходимости – привлечение службы контроля качества.

Операции с продуктами не должны выполняться одновременно или последовательно в одном и том же помещении пока не устранен риск перемешивания или перекрестного загрязнения.

Перекрестное загрязнение может быть предотвращено изготовлением каждого целевого продукта в раздельных зонах (пенициллины, живые вакцины и другие БАВ) или, по крайней мере, разделением изготовления их по времени; обеспечением соответствующих воздушных шлюзов; ношением защитной технологической одежды; использованием средств эффективной деконтаминации оборудования, стен и пр.; использования «закрытых систем производства».

Контроль качества продукции касается процесса забора проб, проведения исследований, документации и пр. Все исследования должны проводиться согласно утвержденным инструкциям для каждого материала или продукта. Забор проб осуществляют таким образом, чтобы не загрязнить или не подвергнуть нежелательному воздействию, сказывающемуся на качестве продукта или, напротив, чтобы отбираемый материал не был токсичным (вредным) для здоровья оператора.

Приложения к требованиям GMP включают разделы о стерильных фармацевтических продуктах и практике качественного производства основной массы лекарственных субстанций.

Отражая различные аспекты единой концепции обеспечения качества, эффективности и безопасности лекарств, правила GMP, GCP и GLP тесно связаны между собой внутренней логикой и подходами. Эти правила основаны на комплексном учете всех факторов, могущих отрицательно повлиять на качество результатов труда. Они предусматривают наличие соответствующих предприятий и учреждений, необходимых для выполнения запланированных работ, кадров, помещений, оборудования и материалов. В каждом из них большое значение уделяется документации - наличию инструкций по выполнению всех операций, протоколированию, выполненных работ и архивированию составленных документов.

Общим является требование наличия у каждого предприятия и учреждения внутренней, независимой службы качества, а также положения о внешнем, чаще всего государственном, контроле. На основании каждого кодекса заключены международные соглашения о проверке. Проверки осуществляются форме инспектирования зарубежных предприятий или учреждений, либо путем взаимного признания результатов проверок силами национальных контрольных органов.

Кодексы взаимозависимы в сфере применения. Ведущие руководства по GMP требуют, чтобы передаваемые в серийное производство новые препараты были разработаны и испытаны в соответствии с правилами GLP и GCP. Биохимические и другие лаборатории, участвующие в клинических испытаниях препаратов, должны отвечать требованиям GLP.

Правила оптовой торговли GDP и Правила надлежащей аптечной практики GPP

Существуют ещё два стандарта, регулирующие деятельность по оптовой и розничной торговле лекарственными средствами – Правила оптовой торговли GDP и Правила надлежащей аптечной практики GPP.

Аналог GDP - ОСТ 915000.05.00055-2002 "Правила оптовой торговли лекарственными средствами. Основные положения" был утвержден Приказом Минздрава РФ от 15 марта 2002 г. № 80. Текст ОСТа представляет собой компиляцию главы VII Федерального закона "О лекарственных средствах", устаревших руководящих материалов в отношении аптечных складов и некоторых положений Руководства Евросоюза по GDP.

На заключительном этапе доведения лекарственного средства (ЛС) до непосредственных потребителей находятся специализированные организации – аптеки. Основная задача аптеки – обеспечение населения ЛС. Именно от деятельности аптеки в большой степени зависит качество лекарственной помощи.

Международная практика в области регулирования аптечной деятельности заключается во внедрении правил Надлежащей аптечной практики – Good Pharmacy Practice (GPP), направленных на обеспечение качества лекарственной помощи на этапе непосредственного поступления ЛС к пациентам. Правила GPP базируются на концепции оказания лекарственной помощи, предоставляемой фармацевтическими работниками.

Большая роль в правилах GPP отводится необходимости надлежащего информационного обеспечения фармацевтических работников аптек. Фармацевтические работники должны иметь объективную, полную и современную информацию по применению ЛС. Правилами GPP предусматривается постоянное повышение уровня профессиональных знаний фармацевтических работников аптек путем освоения специальных образовательных программ, адекватно отражающих происходящие изменения.

В соответствии с идеологией GPP должны быть разработаны национальные стандарты в системе лекарственного обеспечения (по процедуре отпуска ЛС по рецептам, оценке назначения ЛС, ведению документации, относящейся к профессиональной деятельности, и пр.). Так, стандарты в отношении отпуска ЛС по рецептам устанавливают, требования к помещениям, непосредственно к процедуре отпуска ЛС, квалификации персонала. Стандарты по оценке фармацевтическими работниками назначения ЛС предусматривают соблюдение фармацевтических, фармакологических, социальных, правовых и экономических требований, а также соответствие назначения индивидуальным особенностям конкретного пациента. Правилами GPP регламентируются условия хранения ЛС, включая требования к помещениям, организации рабочих мест, используемому оборудованию, а также процедура уничтожения ЛС с истекшим сроком годности. Особое внимание уделяется обеспечению качества ЛС, индивидуально изготовляемых в условиях аптек.

Следует отметить, что Минздравом России в 2003 г. был принят отраслевой стандарт 91500.05.0007-2003 “Правила отпуска (реализации) лекарственных средств в аптечных организациях. Основные положения”. Принятие данного ОСТа является в определенной степени позитивным моментом в упорядочении деятельности аптечной службы.

Требования Правильной Практики Производства (Good Manufacturing Practice – GMP), Правильной Лабораторной Практики (Good Clinical Practice – GCP) регламентируют весь “жизненный цикл” лекарственного средства: изготовление, изучение и контроль качества, лечебное применение. Все три этапа правильной практики необходимо рассматривать, как единый механизм достижения эффективности системы качества, функционирующей в международном масштабе, в рамках одного государства или в пределах конкретного предприятия.

2.1 Источники опасности на биотехнологических производствах. Общие требования к биобезопасности

Микробиологические и биотехнологические производства и их продукция могут оказывать на человека, животных и растительный мир следующие виды повреждающего действия:

- развитие инфекционных, паразитарных и других заболеваний;

- токсическое действие;

- аллергенное действие;

- общее и местное неспецифическое (раздражающее) действие;

- действие на генетический аппарат клеток;

- воздействие на экологическую обстановку.

Источниками биологической опасности могут быть патогенные и генно-модифицированные микроорганизмы, используемые в производстве, продукты их метаболизма, токсины, различные химические вещества, содержащиеся в отходах производства, вызывающие заболевания человека, животных, растений, разрушение материалов, резкое ухудшение качества окружающей среды.

Можно выделить следующие общие требования к биобезопасности микробиологических и биотехнологических производств и их продукции:

1) Безопасность означает отсутствие фактического или прогнозируемого нежелательного воздействия микроорганизмов, их модифицированных вариантов, генно-инженерных материалов, оборудования и лабораторных животных, используемых в производстве и контроле препаратов, на здоровье человека и животных, а также на окружающую среду.

2) необходимо иметь полную информацию об используемых в производстве микроорганизмах, их генно-инженерных вариантов, материалах, оборудовании и животных;

3) для определения безопасности микробиологической и биотехнологической продукции необходимо использовать информативные лабораторные методы, позволяющие получить данные, предположительно коррелирующие с ее безопасностью для людей и животных. Заключение о безопасности микробиологической и биотехнологической продукции должно базироваться на комплексной оценке повреждающего действия продукции на организм человека и животных, а также на окружающую среду при кратковременном и длительном воздействии;

4) производственный процесс должен быть организован таким образом, чтобы обеспечить его безопасность внутри и вне производственных помещений и предусматривать превентивные действия для недопущения выпуска в окружающую среду потенциально опасных микроорганизмов (токсинов), их генно-инженерных вариантов, а также материалов и веществ, используемых в производстве;

5) каждый производитель должен обеспечивать безопасность микробиологической и биотехнологической продукции и гарантировать ее соответствие назначению и требованиям нормативной документации и обязан обеспечивать мониторинг безопасности продукции после размещения ее на рынке. Аналогичные обязанности возлагаются на уполномоченные органы исполнительной власти в области здравоохранения.

6) для контроля над соблюдением на производстве режима безопасности и анализа чрезвычайных случаев нарушения безопасности должен быть создан постоянно действующий орган (комиссия) по режиму безопасности. На каждом производственном участке должен быть сотрудник, ответственный за соблюдение безопасности.

За микробиологическими и биотехнологическими производствами и их продукцией должен осуществляться санитарно-эпидемиологический надзор органами и учреждениями Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, а также Государственный контроль (надзор) за соблюдением требований технического регламента и нормативной документации по безопасности микробиологических и биотехнологических производств и их продукции.

2.2 Контроль и обеспечение безопасных условий эксплуатации биотехнологического производства

Специфика производства микробиологической и биотехнологической продукции требует строгого соблюдения нормативно-правовых актов, устанавливающих санитарно-эпидемиологические требования, в том числе критерии безопасности, на всех этапах технологического процесса, включая контроль продукции.

Все производственные процессы должны быть регламентированы и документированы и должны обеспечить неизменность производства продукции, отвечающей требованиям безопасности и другим параметрам качества.

Безопасность производственных помещений должна определяться специальными требованиями к проектированию, строительству и эксплуатации зданий, строений, сооружений. Территория, на которой располагаются производственные помещения, должна быть отделена санитарно-защитной зоной от жилой застройки или от объектов промышленной застройки.

Для безопасного производства микробиологической и биотехнологической продукции должно быть предусмотрено изолированное размещение технологических помещений: отдельные здания или размещение на отдельных этажах одного здания с отдельным входом. Особое внимание должно быть уделено вопросам создания герметизации помещений для того, чтобы избежать перекрёстной контаминации и возможных выбросов инфекционных и биологических агентов или химических реагентов, применяемых в технологии производства, в окружающую среду.

Необходимо проектировать помещения таким образом, чтобы избежать пересечения потоков движения стерильной продукции, стерильной лабораторной посуды и реактивов, расходных материалов, необходимых для производства, с потоками движения отработанных реагентов, грязной посуды, мусора и т.д.

Производственные помещения должны иметь разделение на «заразную» зону, где осуществляется работа с микроорганизмами I - IV групп патогенности и их хранение, и на «чистую» зону, где проводятся работы с продукцией после прохождения процедуры инактивации и контроля на специфическую безопасность. Помещения «заразной» и «чистой» зон должны быть разделены специальным помещением – санпропускником.

В производственных помещениях трубы отопления, водопровода, провода электроснабжения, радио- и телефонной связи должны быть убраны в потолочные и настенные покрытия. Настенные или потолочные светильники, лампы ультрафиолетового облучения должны быть закрытыми и доступными для очистки. Все стыки между стенами, стенами и потолком, стенами и полом должны иметь закруглённую форму, удобную для уборки и дезинфекции.

Оборудование должно быть сконструировано, смонтировано и размещено таким образом, чтобы:

- обеспечивать непрерывность процесса производства;

- оптимизировать потоки исходного сырья, материалов и свести к минимуму перемещение персонала;

- гарантировать условия асептичности или стерильности в процессе эксплуатации;

- создавать удобства для выполнения производственных операций и уменьшать риск ошибок;

- допускать эффективную уборку.

Помещения блока для работы с инфицированными животными, боксированные помещения и помещения для микробиологических исследований должны быть оборудованы автономными системами приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением. Указанные системы должны быть оснащены фильтрами тонкой очистки на выходе, проверенными на защитную эффективность. Рециркуляция воздуха не допускается.

Особое внимание уделяется в Правилах безопасности работе с экспериментальными животными. Необходимо обеспечить максимальную изоляцию всех помещений клиники (вивария) от остальных подразделений учреждения, а также помещений для изоляторов и карантина от остальных помещений клиники (вивария).

При проектировании помещений для лабораторных животных следует предусмотреть степень опасности используемых микроорганизмов и виды животных, на которых проводятся исследования. При этом необходимо иметь в виду, что отдельные возбудители могут передаваться от животных к человеку и наоборот (вирусы бешенства, шигеллы, сальмонеллы, микобактерии туберкулеза). Помещение должно быть спроектировано, а оборудование размещено таким образом, чтобы исключить заражение инфекционными агентами или получения персоналом физических травм.

Помещения, предназначенные для зараженных животных, и помещения, где содержатся чистые животные, должны быть отделены от вспомогательных помещений исследовательских лабораторий. Эти помещения должны иметь специальную маркировку, доступ в них должен быть разрешен только определенному кругу лиц.

Для работ с инфекционным материалом, зараженными животными, трупами клиника (виварий) должна быть обеспечена боксовыми помещениями, а материалы, представляющие угрозу для персонала и окружающей среды, должны оставаться внутри боксовых помещений.

С целью предупреждения случайных выбросов опасных материалов за пределы клиники (вивария) и воздействия на окружающую среду необходимо наличие «вторичных барьеров» (шлюзов, воздушных фильтров и т.д.) с их периодическим контролем.

3. Роль биологических техногенных факторов в обеспечении безопасности опытного производства

3.1 Общие требования к обезвреживанию отходов биотехнологических производств

Биотехнологические отходы относятся, как правило, к типу разлагающихся в природных условиях под действием различных факторов (биологических — минерализация с участием микроорганизмов, химических — окисление, физико-химических благодаря комплексному воздействию, например, лучистой энергии и химических веществ). Однако они могут содержать патогенные микроорганизмы, остатки куриных эмбрионов при культивировании, например, вируса гриппа, некоторые тканевые культуры млекопитающих и т.д., а также органические и неорганические вещества, используемые в биотехнологическом процессе, которые при попадании в окружающую среду могут послужить причиной экологической катастрофы.

Поэтому на предприятии должны быть созданы условия для предотвращения хищений подлежащих уничтожению вспомогательных материалов, исходного сырья, отходов и забракованной продукции, с целью исключить попадание используемых микроорганизмов и отходов в окружающую среду.

Качество отходов диктует выбор метода их обезвреживания. Так, патогенные микробы – продуценты сильных ядов (токсинов) должны быть обезврежены полностью, и наиболее эффективный способ для этого – сжигание. Нетоксичные отходы по возможности отправляют на утилизацию, например биомасса клеток стрептомицетов после термической обработки может быть направлена на корм скоту.

Общие требования к сбору, обеззараживанию и хранению отходов должны включать следующие положения:

Инфицированные отходы производства должны помещаться в специальные промаркированные контейнеры, конструкция которых должна быть герметичной, влагонепроницаемой, препятствующей контакту посторонних лиц, животных и членистоногих.

Все материалы и жидкие отходы, контаминированные микроорганизмами I-IV групп патогенности, должны быть обезврежены термическим или химическим способом перед их спуском в канализацию независимо от наличия стерилизующих установок в канализационной системе. Жидкие отходы не должны храниться в производственных зданиях.

Для обезвреживания сточных вод из подразделений, работающих с возбудителями I-II групп патогенности и спорообразующими бактериями III группы патогенности, должны быть смонтированы специальные обезвреживающие установки (монжусы с паровым обогревом или стерилизаторы непрерывного действия), позволяющие проводить термическую обработку сточных вод по специально установленным режимам, обеспечивающим полное обеззараживание. Канализационные трубопроводы от приемников отходов до стерилизующих установок должны быть выполнены из нержавеющей стали на сварных соединениях и снабжены приспособлениями для пропаривания.

Инфицированные твердые отходы и биологические отходы вивария должны уничтожаться сжиганием в специальных установках для термического обезвреживания. Запрещается сжигание зараженных отходов и трупов животных в топках котельных и мусоросжигательных печах общего назначения.

При обезвреживании плотных отходов в микробиологических производствах лишь убиванием необходимо иметь в виду антигенные особенности такой микробной биомассы, — в любом случае необходимо исключить сенсибилизирующее действие ее на макроорганизмы во избежание возникновения аллергических заболеваний.

В аэротенках очистных сооружений, где происходит обезвреживание жидких отходов, лимитирующими факторами выступают главным образом качество и площадь биологической пленки, состоящей из микро- и макрофлоры, микро- и макрофауны. В этой связи необходимо быть убежденным, что привносимые плотные отходы, богатые органическими веществами, не приведут к ухудшению работы аэротенков.

Если по технологической схеме плотные и жидкие отходы подаются в воду в виде смешанного стока, то вначале осуществляют грубое разделение первых от вторых, затем производят отжим влаги с последующей передачей уплотненной биомассы клеток на обезвреживание вышеуказанными путями. Аналогичным образом подходят к плотным отходам растительного или животного происхождения — токсичные из них сжигают, не токсичные, по возможности, отправляют на утилизацию.

3.2 Экологически безопасная технологическая схема опытного производства

Экологические проблемы промышленной биотехнологии определяются тем, что эта область производства связана с использованием огромных масс технологической воды и воздуха, т.е. является источником большого количества воздушных и водных выбросов. Экологическая опасность этих выбросов определяется, в первую очередь, присутствием живых или убитых клеток микроорганизмов. Попадание их в окружающую среду может вызвать в ней нежелательные и неконтролируемые изменения.

Следствием выброса живых клеток продуцентов из аппаратов, где протекает микробиологический синтез или идет переработка его продуктов, может быть изменение структуры экологических ниш в окружающей заводы почве, воде и как результат – нарушение состава сообществ микроорганизмов, взаимодействующих в этих нишах, а значит, и их роли в круговороте веществ в природе.

Известны случаи, когда необработанные стоки от промышленных предприятий поступают непосредственно в водоемы или в почву. В таких ситуациях нормальные обитатели водоема или почвенного слоя погибают либо из-за популяционного давления одних видов над другими («цветение воды»), либо вследствие невыносимости экстремальных условий жизни, поскольку в природном водоеме нарушается биологическое равновесие за счет изменения степени аэрации воды, возрастания уровня содержания органических (фенольные соединения, ПАВ) и неорганических веществ (фосфор, сера, тяжелые металлы), изменения рН, температуры.

Другим нежелательным последствием, связанным с выбросом клеток или продуктов их распада, может быть прямое или косвенное воздействие на человеческий организм, т.е. влияние на здоровье обслуживающего персонала и населения. Здесь речь идет не столько о заражении, сколько о повышенной индивидуальной чувствительности в форме аллергии или сенсибилизации к другим неблагоприятным факторам внешней среды.

При рассмотрении связанных с биотехнологией экологических проблем необходимо учитывать, что важной составной частью современной биотехнологии является очистка воды от загрязнений.

Жидкие отходы в биотехнологических производствах достаточно разнообразны по своему составу. Например, в производстве антибиотиков, в состав жидких отходов могут входить углеводы и углеводистые продукты, масла, соевая мука, кукурузный экстракт, нитраты, соли аммония, серо- и фосфорсодержащие соединения, возможные предшественники антибиотиков (например, амид фенилуксусной кислоты в качестве предшественника пенициллина; н-пропанол в качестве предшественника эритромицина и т. д.), неорганические кислоты и щелочи, органические экстрагенты и пр.

Рис.1 Схема биологической очистки сточных вод

В зависимости от качества сточных вод возможна также их очистка до целесообразного уровня (например, получение оборотной воды, реализуемой повторно в том же биотехнологическом производстве). На рисунке 1 приведена схема очистки сточных вод.

Надежность биотехнологических систем и охрана окружающей среды Методы очистки воды основаны на использовании специфических биологических сообществ, носящих общее название активного ила, для глубокой утилизации как органических, так и неорганических загрязнений, оставшихся в воде после осуществления всех других возможных вариантов ее очистки. Содержащиеся в технологической воде клетки продуцентов и продукты метаболизма легко утилизируются активным илом. Существует много видов одноклеточных микроорганизмов, перерабатывающих подобные отходы.

Растворенные органические вещества можно удалять с помощью активного ила в аэротенках или при аэробной обработке, на биологических капельных фильтрах. Нитраты обезвреживают с помощью микробов-денитрификаторов (Pseudomonas spp., Вас. lichemformis, Paracoccusdenitrifleans, Thiobacillusdenitrifleans), соли фосфорной кислоты коагулируют и осаждают. Вновь образующиеся твердые (плотные) осадки концентрируют, обезвоживают (фильтрованием, центрифугированием, отстоем на песчаном слое), а затем сжигают либо используют в качестве удобрения.

При очистке сточных вод до уровня чистой воды можно выделить следующие фазы: отделение крупных, легко осаждающихся частиц и масляных пленок (грубая очистка), отделение суспендированных частиц и растворенных органических веществ (умеренно тонкая очистка), и, наконец, отделение всех других примесей (тонкая очистка). При грубой очистке воды отделяются частицы размером 100 мкм и более, при умеренно тонкой — от 1 мкм до 100 мкм, при тонкой - от 0,1 нм до 1 мкм.

Тонкой очистки сточных вод последовательно достигают с помощью фильтрации через песчаные слои, хлорирования, фильтрации через активированный уголь, упаривания (жидкостной экстракции, вымораживания, обратного осмоса), ионного обмена. Если в этой фазе образуются осадки (плотные вещества), то их присоединяют к другим осадкам и обрабатывают, как сказано выше.

Перед промышленной биотехнологией стоит задача активного использования симбиоза и кометаболизма и создание метаболически замкнутых циклов. Действительно, остаточная культуральная жидкость сама по себе или после определенного регулирования ее состава может стать питательной средой для роста соответствующего нового продуцента. Ее можно применять до тех пор, пока на очередной стадии она станет вновь подходящей или даже лучшей (за счет стимуляторов) питательной средой для проведения исходного основного процесса. В таком метаболическом цикле на каждом этапе будут получаться полезные продукты и уже нельзя будет выделить основную и вспомогательные стадии.

Однако полностью безотходным процесс может стать только при рациональном решении проблемы воздушных выбросов.

Газообразным отходом биотехнологических производств является «отработанный воздух», представляющий высокодисперсный аэрозоль, в котором дисперсной фазой оказываются капли жидкости и микроорганизмы. Поэтому отработанный воздух не должен поступать в атмосферу без очистки и обезвреживания. Высокодисперсные аэрозоли легко переносятся воздушными потоками на большое расстояние, поэтому не исключено неблагоприятное их воздействие их на людей и животных. Воздух, содержащий микроорганизмы, должен быть термически обработан.

Отработанный воздух со стадии ферментации в простейшем случае очищается водой в трубе Вентури, обеспечивающей хорошее смешение потоков за счет разрежения в сопле, создаваемого потоком очищающей воды. Выбросы из сушилок очищаются от пылевидного продукта в последовательно установленных циклонах, что позволяет одновременно увеличить выход продукта.

В последнее время требования к очистке отработанных газов биотехнологических производств значительно возросли. Это связано с общим стремлением к повышению чистоты воздушного бассейна и полностью отвечает решениям директивных органов по оздоровлению экологической обстановки. Поэтому на всех основных заводах воздушные потоки из сушилок направляются на стадию сжигания в печах.

Экологическая биотехнология бурно развивается, появляются системы для утилизации органических и неорганических веществ, загрязняющих среду и попадающих в нее с жидкими и газовыми выбросами. В аэробных и анаэробных условиях обычно с помощью иммобилизованных культур микроорганизмов в жидких стоках разрушают большое количество органических соединений. Примером может быть окисление сульфидов до сульфатов в жидких стоках аутотрофными бактериями Thiobacillus denitrificans, иммобилизованными в геле альгината.

Учёными-биотехнологами разработана также биотехнологическая система для окисления металлов в грязеобразной среде с содержанием сухого вещества 10—30 %. Так, бактерии рода Leptespirillum окисляют ртуть, серебро, молибден, селен и др. (Е. A. Griffin et. al., 1989). Достаточно широко практикуют денитрификацию стоков, биологическую утилизацию фосфора и удаление из стоков углеводородов нефти.

Таким образом, создание метаболически замкнутых биотехнологических процессов в сочетании с полной очисткой газовых выбросов от биологического материала позволяет создавать безотходные технологические процессы.

Заключение

Деятельность любого биотехнологического производства может привести к возникновению экологических проблем общего и частного характера:

1) истощению и гибели естественных экосистем вокруг биотехнологических предприятий или неадекватному популяционному давлению одних видов живых существ на другие (например, разрастание цианобактерий в водохранилищах);

2) возрастанию стрессовых нагрузок на людей, проживающих вблизи крупных биотехнологических предприятий (выхлопные газы, шум, испарения, корпускулярные аллергены в атмосфере и пр.);

3) загрязнению воздуха, природных водоемов почв биологическими и химическими агентами, используемых в технологическом процессе и содержащихся в отходах производства.

Поэтому, экологически безопасная схема биотехнологического производства обязательно должна включать стадии изоляции и обеззараживания твердых, жидких и газообразных технологических отходов.

Выбор системы обеззараживания и очистки — дело инженерного расчета с учетом экономической оценки вариантов. Но главным критерием всегда должно быть отсутствие рисков для человека и окружающей среды.

И в данном случае, государство должно не только обеспечить контроль над соблюдением нормативов по безопасности биотехнологических производств, но и централизованно покрыть часть расходов на установление таких систем. Такого подхода требуют интересы современного общества и будущих поколений.

Литература

1. Елинов Н.П. Основы биотехнологии, СПб: Наука, 1995, 600 стр.

2. Проект ФЗ «О безопасности микробиологических и биотехнологических производств и их продукции», Москва

3. Т.Ю. Жармухамедова, Т.А. Заргарова, Т.Ф. Горелкова, Т.А. Гуськова, А.Н. Мурашев. Роль службы обеспечения качества в проведении исследований по химической и биологической безопасности в соответствии с правилами надлежащей лабораторной практики. // Химическая и биологическая безопасность, 2008, № 1-2

4. О новых правилах сертификации лекарственных средств. Часть 1. // «Фармацевтическое Обозрение», http://www.farmoboz.ru/, 12 октября 2008.

5. Р.У. Хабриев, Р.И. Ягудина, Е.А. Тельнова, Л.В. Титова. Качество розничной торговли ЛС в рамках концепции технического регулирования //Новая аптека, http://www/nov-ap.ru

6. А.П. Мешковский. Надлежащая лабораторная практика (GLP): сравнительный анализ международных и российских требований. // Фарматека, №7 (49)

7. ГОСТ Р 52249-2004 Правила производства и контроля качества лекарственных средств. Введен в действие 10 марта 2004 г.

8. Правила доклинических исследований безопасности и эффективности фармакологических веществ (Правила качественной лабораторной практики в РФ - GLP или ПДИ). В кн. "Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ". Министерство здравоохранения Российской Федерации, Департамент контроля качества, эффективности и безопасности лекарственных средств, Научный центр экспертизы и государственного контроля лекарственных средств, Фармакологический государственный комитет. Москва, 2000.

9. Биотехнология, под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д., в 8 кн., кн.6: Микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов, М.: «Высшая школа», 1987, 143 стр.

Реферат: Надежность биотехнологических систем и охрана окружающей среды

Похожие работы: