Kaj je biotehnologija? Zgodovina in dosežki biotehnologije

Biotehnologija je disciplina, ki preučuje, kako se organizmi uporabljajo za reševanje tehnoloških problemov. Z drugimi besedami, to je znanost, ki preučuje žive organizme v iskanju novih načinov za zadovoljitev človeških potreb. Na primer, genetski inženiring ali kloniranje so nove discipline, ki se uporabljajo z isto dejavnostjo kot organizmi in najnovejša računalniška tehnologija.

Biotehnologija: na kratko

Zelo pogosto je koncept "biotehnologije" zamenjan z genskim inženiringom, ki se je pojavil v XX-XXI stoletju, in dejansko se biotehnologija nanaša na širšo specifičnost dela. Biotehnologija je specializirana za modifikacijo rastlin in živali s hibridizacijo in umetno selekcijo človeških potreb.

Ta disciplina je človeštvu omogočila izboljšanje kakovosti živilskih proizvodov, povečanje pričakovane življenjske dobe in produktivnosti živih organizmov - to je biotehnologije.

Do 70. let prejšnjega stoletja se je ta izraz uporabljal izključno v živilski industriji in kmetijstvu. In šele leta 1970 so znanstveniki začeli uporabljati izraz "biotehnologija" v laboratorijskih raziskavah, kot je rastoče žive organizme v epruvetah ali pri ustvarjanju rekombinantne DNA. Ta disciplina temelji na znanostih, kot so genetika, biologija, biokemija, embriologija, pa tudi na robotiki, kemijski in informacijski tehnologiji.

Na podlagi novih znanstvenih in tehnoloških pristopov so bile razvite metode biotehnologije, ki so sestavljene iz dveh glavnih položajev:

• Obsežno in globoko gojenje bioloških objektov v periodičnem stalnem načinu.
• Gojenje celic in tkiv pod posebnimi pogoji.

Nove metode biotehnologije vam omogočajo manipulacijo genov, ustvarjanje novih organizmov ali spreminjanje lastnosti obstoječih živih celic. Na ta način je mogoče bolj izkoristiti potencial organizmov in olajšati gospodarske dejavnosti oseba

Zgodovina biotehnologije

Ne glede na to, kako čudno se sliši, biotehnologija izvira iz daljne preteklosti, ko so se ljudje šele začeli ukvarjati z vinarstvom, pečenjem in drugimi načini kuhanja. Na primer, biotehnološki proces fermentacije, v katerem so aktivno sodelovali mikroorganizmi, je bil znan v starem Babilonu, kjer je bil široko uporabljen.

Biotehnologija se je kot znanost začela obravnavati šele na začetku 20. stoletja. Ustanovitelj je bil francoski znanstvenik, mikrobiolog Louis Pasteur, izraz pa je prvič predstavil madžarski inženir Karl Ereki (1917). 20. stoletje je zaznamoval hiter razvoj molekularne biologije in genetike, kjer so se aktivno uporabljali dosežki kemije in fizike. Ena od ključnih stopenj raziskave je bila razvoj metod za gojenje živih celic. Sprva, za industrijske namene, so začeli rasti le gobe in bakterije, vendar po nekaj desetletjih lahko znanstveniki ustvarijo celice, ki popolnoma nadzorujejo njihov razvoj.

V začetku 20. stoletja se je aktivno razvijala fermentacijska in mikrobiološka industrija. V tem času so prvi poskusi vzpostavitve proizvodnje antibiotikov. Razvijajo se prvi prehrambeni koncentrati, nadzoruje se raven encimov v proizvodih živalskega in rastlinskega izvora. Leta 1940 so znanstveniki uspeli dobiti prvi antibiotik, penicilin. To je bila spodbuda za razvoj industrijske proizvodnje zdravil, obstaja celotna industrija farmacevtske industrije, ki je ena od celic sodobne biotehnologije.

Danes se biotehnologija uporablja v živilski industriji, medicini, kmetijstvu in mnogih drugih področjih človekove dejavnosti. V skladu s tem se je pojavilo veliko novih znanstvenih usmeritev s predpono "bio".

Bioinženiring

Na vprašanje, kaj je biotehnologija, bo večina prebivalstva nedvomno odgovorila, da to ni nič drugega kot genski inženiring. To je deloma res, vendar je inženiring le del obsežne biotehnološke discipline.

Bioinženiring je disciplina, katere glavna dejavnost je krepitev zdravja ljudi z združevanjem znanja s področja tehnike, medicine, biologije in njihove uporabe v praksi. Polno ime te discipline je biomedicinski inženiring. Njena glavna specializacija je reševanje zdravstvenih težav. Uporaba biotehnologije v medicini nam omogoča, da modeliramo, razvijamo in proučujemo nove snovi, razvijamo farmacevtske izdelke in celo rešimo osebo pred prirojenimi boleznimi, ki se prenašajo prek DNK. Strokovnjaki na tem področju lahko ustvarijo instrumente in opremo za izvajanje novih postopkov. Zaradi uporabe biotehnologije v medicini so bili razviti umetni sklepi, srčni spodbujevalniki, proteze kože, kardiopulmonalni obvod. S pomočjo novih računalniških tehnologij lahko strokovnjaki s področja bioinženiringa z računalniško simulacijo ustvarijo proteine ​​z novimi lastnostmi.

Biomedicina in farmakologija

Razvoj biotehnologije je omogočil nov pogled na medicino. Strokovnjaki na tem področju imajo z razvojem teoretične osnove za človeško telo priložnost, da z nanotehnologijo spremenijo biološke sisteme. Razvoj biomedicine je spodbudil nastanek nano-medicine, katere glavna dejavnost je sledenje, popravljanje in načrtovanje živih sistemov na molekularni ravni. Na primer, ciljna dostava zdravil. To ni kurirska dostava iz lekarne v hišo, ampak prenos zdravila neposredno v obolelo celico telesa.

Razvija se tudi biofarmakologija. Raziskuje učinke, ki jih imajo na telo telesa biološki ali biotehnološki izvor. Raziskave na tem področju se osredotočajo na proučevanje biofarmacevtskih izdelkov in razvoj metod za njihovo ustvarjanje. V biofarmakologiji so zdravila pridobljena iz živih bioloških sistemov ali telesnih tkiv.

Bioinformatika in bionika

Toda biotehnologija ni le študija molekul tkiv in celic živih organizmov, ampak tudi uporaba računalniške tehnologije. Tako poteka bioinformatika. Vključuje vrsto pristopov, kot so:

• Genomska bioinformatika. To so metode računalniške analize, ki se uporabljajo v primerjalni genomiki.
• Strukturna bioinformatika. Razvoj računalniških programov, ki napovedujejo prostorsko strukturo proteinov.
• Izračun. Ustvarjanje računalniških metodologij, ki lahko upravljajo biološke sisteme.

V tej disciplini se poleg bioloških metod uporabljajo tudi matematične metode, statistični izračuni in informatika. Ker se tehnike biologije in računalništva in matematike uporabljajo v biologiji, lahko danes v natančnih znanostih uporabijo teorijo organizacije živih organizmov. Kot v bioniki. To je uporabna znanost kjer se v tehničnih napravah uporabljajo načela in strukture žive narave. Lahko rečemo, da je to nekakšna simbioza biologije in tehnologije. Disciplinski pristopi v bioniki obravnavajo z novega vidika tako biologijo kot tehnologijo. Bioniki so proučevali podobne in posebne značilnosti teh disciplin. Ta disciplina ima tri podvrste - biološke, teoretične in tehnične. Biološka bionika preučuje procese, ki se pojavljajo v bioloških sistemih. Teoretična bionika gradi matematične modele biosistemov. Tehnična bionika uporablja teoretične bionike za reševanje različnih problemov.

Kot je razvidno, so dosežki biotehnologije zelo razširjeni v sodobni medicini in javnem zdravju, vendar je to le vrh ledene gore. Kot smo že omenili, se je biotehnologija začela razvijati od trenutka, ko je oseba začela pripravljati lastno hrano, nato pa se je širše uporabljala v kmetijstvu za gojenje novih plemenskih pridelkov in vzrejo novih pasem domačih živali.

Inženiring celic

Ena najpomembnejših metod v biotehnologiji je gen in celični inženiring, ki se osredotočajo na ustvarjanje novih celic. S temi orodji je človeštvo lahko ustvarilo žive celice iz popolnoma različnih elementov, ki pripadajo različnim vrstam. Tako se ustvari nov niz genov, ki v naravi ne obstaja. Genetski inženiring omogoča osebi, da pridobi želene lastnosti iz spremenjenih rastlinskih ali živalskih celic.

Posebej cenjeni so dosežki genskega inženiringa v kmetijstvu. To vam omogoča, da rastejo rastline (ali živali) z izboljšanimi lastnostmi, tako imenovane plemenske vrste. Izbirna dejavnost temelji na izbiri živali ali rastlin z izrazito ugodnimi znaki. Po prehodu teh organizmov dobimo hibrid z želeno kombinacijo uporabnih lastnosti. Seveda, z besedami vse zveni preprosto, toda pridobivanje želenega hibrida je zelo težko. V resnici se lahko organizem dobi le z enim ali več uporabnimi geni. To pomeni, da se izvorni surovini doda le nekaj dodatnih lastnosti, toda tudi to je omogočilo velik korak v razvoju kmetijstva.

Reja in biotehnologija sta omogočili kmetom, da povečajo pridelek, da bi sadje večje, okusno in kar je najpomembnejše, odporno proti zmrzali. Ne obide stranskega izbora in živinorejske dejavnosti. Vsako leto obstajajo nove pasme domačih živali, ki lahko zagotovijo več živine in hrane.

Dosežki

Pri ustvarjanju gojitve rastlin znanstveniki razlikujejo tri valove:

1. Konec osemdesetih. Potem so znanstveniki najprej začeli odstranjevati rastline, ki so odporne na viruse. Da bi to naredili, so vzeli en gen iz vrst, ki bi se lahko uprli boleznim, ga »presadili« v strukturo DNK drugih rastlin in ga prisilili, da »dela«.
2. Začetek 2000. V tem obdobju so se začele ustvarjati rastline z novimi potrošniškimi lastnostmi. Na primer, z visoko vsebnostjo olj, vitaminov itd.
3. Naši dnevi. V naslednjih 10 letih bodo znanstveniki načrtovali rastlinske rastline, rastline za zdravila in rastline biorekkatkor, ki bodo proizvajale komponente za plastiko, barvila itd.

Tudi v živinoreji so možnosti za biotehnologijo neverjetne. Že dolgo so že nastajale živali, ki imajo transgenski gen, kar pomeni, da imajo nekaj funkcionalnega hormona, na primer rastnega hormona. Toda to so bili samo začetni poskusi. Kot rezultat raziskav so bile vzgojene transgene koze, ki lahko proizvajajo beljakovine, ki ustavijo krvavitev pri bolnikih, ki trpijo zaradi slabega strjevanja krvi.

V poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja so se ameriški znanstveniki spopadli s kloniranjem celic živalskih zarodkov. To bi omogočilo gojenje goveda v epruvetah, zdaj pa je treba to metodo še izboljšati. Toda pri ksenotransplantaciji (presaditvi organov nekaterih vrst živali na druge) so znanstveniki s področja uporabne biotehnologije dosegli pomemben napredek. Na primer, prašiči s človeškim genomom se lahko uporabijo kot darovalci, potem obstaja minimalno tveganje za zavrnitev.

Biotehnologija hrane

Kot smo že omenili, so se pri proizvodnji hrane začele uporabljati originalne metode biotehnoloških raziskav. Jogurti, kisla testa, pivo, vino, pekarski izdelki so proizvodi, pridobljeni z uporabo biotehnologije živil. Ta segment študije vključuje procese, katerih cilj je spreminjanje, izboljšanje ali ustvarjanje posebnih značilnosti živih organizmov, zlasti bakterij. Strokovnjaki s tega področja znanja se ukvarjajo z razvojem novih metod za proizvodnjo različnih živilskih izdelkov. Poiščite in izboljšajte mehanizme in metode njihove priprave.

Hrana, ki jo oseba poje vsak dan, mora biti bogata z vitamini, minerali in aminokislinami. Vendar danes po mnenju ZN obstaja težava, da se osebi zagotovi hrana. Skoraj polovica prebivalstva nima primerne količine hrane, 500 milijonov jih bo stradalo, četrtina svetovnega prebivalstva bo jedla premalo kakovostne hrane.

Danes na planetu živi 7,5 milijarde ljudi, in če ne naredite potrebnih ukrepov za izboljšanje kakovosti in količine hrane, če tega ne storite, bodo ljudje v državah v razvoju imeli katastrofalne posledice. In če lahko nadomestite lipide, minerale, vitamine, antioksidante z živilskimi biotehnološkimi proizvodi, potem je skoraj nemogoče nadomestiti beljakovine. Več kot 14 milijonov ton beljakovin letno ne zadošča za potrebe človeštva. Ampak tukaj prihaja biotehnologija. Sodobna proizvodnja beljakovin temelji na dejstvu, da so umetno oblikovana beljakovinska vlakna. Impregnirane so s potrebnimi snovmi, dajejo obliko, primerno barvo in vonj. Ta pristop omogoča zamenjavo skoraj vseh beljakovin. In okus in videz se ne razlikuje od naravnega proizvoda.

Kloniranje

Pomembno področje znanja v sodobni biotehnologiji je kloniranje. V zadnjih nekaj desetletjih so znanstveniki poskušali ustvariti enake potomce, ne da bi pri tem uporabili spolno reprodukcijo. V procesu kloniranja je treba dobiti organizem, ki je podoben staršem, ne samo zunaj, ampak tudi z genskimi informacijami.

V naravi je postopek kloniranja pogost pri nekaterih živih organizmih. Če ima oseba identične dvojčke, se lahko štejejo za naravne klonove.

Kloniranje je bilo prvič izvedeno leta 1997, ko so umetno ustvarili ovce Dolly. Konec dvajsetega stoletja so znanstveniki začeli govoriti o možnosti kloniranja ljudi. Poleg tega je bil raziskan koncept, kot je delno kloniranje. To pomeni, da ne morete ustvariti celotnega organizma, temveč njegove posamezne dele ali tkiva. Če izboljšate to metodo, lahko dobite »idealnega darovalca«. Poleg tega bo kloniranje pomagalo ohraniti redke vrste živali ali obnoviti izumrle populacije.

Moralni vidik

Kljub temu, da lahko temelji biotehnologije odločilno vplivajo na razvoj celotnega človeštva, se javnost ne odziva zelo na ta znanstveni pristop. Velika večina sodobnih religioznih osebnosti (in nekateri znanstveniki) poskušajo biotehnologe opozoriti na prekomerno uporabo njihovih raziskav. To je še posebej pereče pri vprašanjih genskega inženiringa, kloniranja in umetnega razmnoževanja.

Po eni strani se zdi, da je biotehnologija svetla zvezda, sanje in upanje, ki bo postalo resnično v novem svetu. V prihodnosti bo ta znanost človeštvu dala veliko novih priložnosti. Lahko bo premagati smrtonosne bolezni, fizične težave bodo odpravljene in človek bo prej ali slej zmožen doseči zemeljsko nesmrtnost. Na drugi strani pa lahko stalna uporaba gensko spremenjenih proizvodov ali pojav ljudi, ki so bili umetno ustvarjeni, vpliva na genski sklad. Pojavil se bo problem spreminjanja družbenih struktur in zelo verjetno se bomo morali soočiti s tragedijo medicinskega fašizma.

To je biotehnologija. Znanost, ki lahko človeštvu daje odlične možnosti z ustvarjanjem, spreminjanjem ali izboljševanjem celic, živih organizmov in sistemov. Ona bo osebi lahko dala novo telo in sanje o večnem življenju bodo postale resničnost. Ampak za to moraš plačati precejšnjo ceno.