Što je biotehnologija? Povijest i postignuća biotehnologije

Biotehnologija je disciplina koja proučava kako se organizmi koriste za rješavanje tehnoloških problema. Drugim riječima, to je znanost koja proučava žive organizme u potrazi za novim načinima za zadovoljavanje ljudskih potreba. Na primjer, genetski inženjering ili kloniranje su nove discipline koje se koriste s istom aktivnošću kao i organizmi i najnovija računalna tehnologija.

Biotehnologija: ukratko

Vrlo često, pojam "biotehnologije" pomiješan je s genetskim inženjeringom, koji je nastao u XX-XXI stoljeću, a zapravo se biotehnologija odnosi na širu specifičnost rada. Biotehnologija je specijalizirana za modifikaciju biljaka i životinja hibridizacijom i umjetnom selekcijom ljudske potrebe.

Ova disciplina je čovječanstvu pružila priliku za poboljšanje kvalitete prehrambenih proizvoda, povećanje životnog vijeka i produktivnosti živih organizama - to je biotehnologija.

Do 70-ih godina prošlog stoljeća ovaj se izraz koristio isključivo u prehrambenoj industriji i poljoprivredi. I tek 1970. godine znanstvenici su počeli koristiti termin "biotehnologija" u laboratorijskim istraživanjima, kao što su uzgoj živih organizama u epruvetama ili pri stvaranju rekombinantne DNA. Ova se disciplina temelji na znanostima kao što su genetika, biologija, biokemija, embriologija, kao i na robotici, kemijskim i informacijskim tehnologijama.

Na temelju novih znanstvenih i tehnoloških pristupa razvijene su metode biotehnologije koje se sastoje od dvije glavne pozicije:

• Velika i duboka kultivacija bioloških objekata u periodičnom stalnom načinu.
• Uzgoj stanica i tkiva pod posebnim uvjetima.

Nove metode biotehnologije omogućuju manipuliranje genima, stvaranje novih organizama ili promjenu svojstava postojećih živih stanica. To omogućuje opsežniju uporabu potencijala organizama i olakšava ih gospodarske aktivnosti osoba.

Povijest biotehnologije

Koliko god to čudno zvučalo, biotehnologija potječe iz daleke prošlosti, kada su se ljudi tek počeli baviti vinarstvom, pečenjem i drugim načinima kuhanja. Primjerice, biotehnološki proces fermentacije, u kojem su mikroorganizmi aktivno sudjelovali, bio je poznat u drevnom Babilonu, gdje se naširoko koristio.

Kao znanost, biotehnologija se počela razmatrati tek početkom 20. stoljeća. Njezin je utemeljitelj bio francuski znanstvenik, mikrobiolog Louis Pasteur, a pojam je prvi put uveo mađarski inženjer Karl Ereki (1917.). 20. stoljeće obilježeno je naglim razvojem molekularne biologije i genetike, gdje su se aktivno koristila postignuća kemije i fizike. Jedna od ključnih faza istraživanja bila je razvoj metoda za uzgoj živih stanica. U početku, za industrijske svrhe, počeli su rasti samo gljive i bakterije, ali nakon nekoliko desetljeća, znanstvenici mogu stvoriti bilo koje stanice, potpuno kontrolirati njihov razvoj.

Početkom 20. stoljeća aktivno se razvijala fermentacijska i mikrobiološka industrija. U to se vrijeme pokušavaju uspostaviti proizvodnja antibiotika. Razvijaju se prvi koncentrati hrane, kontrolira se razina enzima u proizvodima životinjskog i biljnog podrijetla. Godine 1940. znanstvenici su uspjeli dobiti prvi antibiotik, penicilin. To je bio poticaj za razvoj industrijske proizvodnje lijekova, postoji cijela industrija farmaceutske industrije, koja je jedna od stanica suvremene biotehnologije.

Danas se biotehnologija koristi u prehrambenoj industriji, medicini, poljoprivredi i mnogim drugim područjima ljudske djelatnosti. Prema tome, pojavilo se mnogo novih znanstvenih smjernica s prefiksom "bio".

Bio-inžinjering

Na pitanje što je biotehnologija, većina stanovništva će bez sumnje odgovoriti da to nije ništa drugo nego genetski inženjering. To je djelomično točno, ali inženjering je samo dio opsežne biotehnološke discipline.

Bioinženjering je disciplina čija je glavna djelatnost usmjerena na jačanje ljudskog zdravlja spajanjem znanja iz područja inženjerstva, medicine, biologije i njihove primjene u praksi. Puno ime ove discipline je biomedicinski inženjering. Glavna mu je specijalizacija rješavanje medicinskih problema. Korištenje biotehnologije u medicini omogućuje nam modeliranje, razvoj i proučavanje novih tvari, razvoj farmaceutskih pripravaka i čak spašavanje osobe od urođenih bolesti koje se prenose putem DNK. Stručnjaci u ovom području mogu stvoriti instrumente i opremu za provođenje novih postupaka. Zahvaljujući uporabi biotehnologije u medicini razvijeni su umjetni zglobovi, pejsmejkeri, proteze kože, kardiopulmonalni premosnici. Pomoću novih računalnih tehnologija stručnjaci u području bioinženjerstva mogu pomoću računalne simulacije stvarati proteine ​​s novim svojstvima.

Biomedicina i farmakologija

Razvoj biotehnologije omogućio je novi pogled na medicinu. Razvijajući teorijsku osnovu za ljudsko tijelo, stručnjaci u ovom području imaju priliku koristiti nanotehnologiju za promjenu bioloških sustava. Razvoj biomedicine dao je poticaj nastanku nano-medicine, čija se glavna djelatnost sastoji u praćenju, ispravljanju i projektiranju živih sustava na molekularnoj razini. Na primjer, ciljana isporuka lijekova. To nije kurirska dostava iz ljekarne u kuću, već prijenos lijeka izravno u bolesnu stanicu tijela.

Razvija se i biofarmakologija. Ona proučava učinke koje tvari biološkog ili biotehnološkog porijekla imaju na tijelo. Istraživanja u ovom području znanja usmjerena su na proučavanje biofarmaceutika i razvoj metoda za njihovo stvaranje. U biofarmakologiji, lijekovi se dobivaju iz živih bioloških sustava ili tjelesnih tkiva.

Bioinformatika i bionika

No, biotehnologija nije samo proučavanje molekula tkiva i stanica živih organizama, već i korištenje računalne tehnologije. Tako se odvija bioinformatika. Uključuje skup pristupa kao što su:

• Genomska bioinformatika. To su metode računalne analize koje se koriste u komparativnoj genomici.
• Strukturna bioinformatika. Razvoj računalnih programa koji predviđaju prostornu strukturu proteina.
• Proračun. Stvaranje računalnih metodologija koje mogu upravljati biološkim sustavima.

U ovoj se disciplini, uz biološke metode, koriste metode matematike, statističkih proračuna i informatike. Kako se tehnike računalne znanosti i matematike koriste u biologiji, tako i danas u egzaktnim znanostima mogu koristiti teoriju organizacije živih organizama. Kao u bionici. Jeste primijenjena znanost gdje se načela i strukture žive prirode primjenjuju u tehničkim uređajima. Možemo reći da je to neka vrsta simbioze biologije i tehnologije. Disciplinski pristupi u bionici razmatraju s nove točke gledišta i biologiju i tehnologiju. Bionici su ispitivali slične i karakteristične značajke tih disciplina. Ova disciplina ima tri podvrste - biološke, teorijske i tehničke. Biološka bionika proučava procese koji se događaju u biološkim sustavima. Teorijska bionika gradi matematičke modele biosustava. Tehnička bionika primjenjuje teorijske bionike za rješavanje različitih problema.

Kao što se može vidjeti, dostignuća u biotehnologiji raširena su u modernoj medicini i javnom zdravstvu, ali to je samo vrh ledenog brijega. Kao što je već spomenuto, biotehnologija se počela razvijati od trenutka kada je osoba počela pripremati vlastitu hranu, a nakon toga se naširoko koristila u poljoprivredi za uzgoj novih usjeva za uzgoj i uzgoj novih pasmina domaćih životinja.

Inženjering stanica

Jedna od najvažnijih metoda u biotehnologiji je gen i inženjerstvo stanica, koji se fokusiraju na stvaranje novih stanica. S tim alatima, čovječanstvo je bilo u stanju stvoriti održive stanice iz potpuno različitih elemenata koji pripadaju različitim vrstama. Tako se stvara novi set gena koji ne postoji u prirodi. Genetski inženjering omogućuje osobi da dobije željene kvalitete od modificiranih biljnih ili životinjskih stanica.

Posebno se cijene postignuća genetskog inženjeringa u poljoprivredi. To vam omogućuje da rastu biljke (ili životinje) s poboljšanim kvalitetama, tzv. Uzgojne vrste. Odabir se temelji na odabiru životinja ili biljaka s izraženim povoljnim znakovima. Nakon što su ti organizmi prešli i dobili hibrid sa željenom kombinacijom korisnih osobina. Naravno, riječima sve zvuči jednostavno, ali dobivanje željenog hibrida je vrlo teško. U stvarnosti, organizam se može dobiti samo s jednim ili više korisnih gena. Odnosno, izvornom materijalu dodaje se samo nekoliko dodatnih osobina, ali je i to omogućilo veliki korak u razvoju poljoprivrede.

Uzgoj i biotehnologija omogućili su poljoprivrednicima da povećaju prinose, čine voće većim, ukusnijim i, što je najvažnije, otpornim na mraz. Ne zaobilazi bočnu selekciju i aktivnosti stoke. Svake godine postoje nove pasmine domaćih životinja koje mogu osigurati više stoke i hrane.

postignuća

U stvaranju uzgajivača biljaka znanstvenici razlikuju tri valova:

1. Kraj 80-ih. Tada su znanstvenici najprije počeli uklanjati biljke otporne na viruse. Da bi to učinili, uzeli su jedan gen od vrsta koje su se odupirale bolestima, "presadile" ga u DNA strukturu drugih biljaka i prisilile ga da "radi".
2. Početak 2000-ih. U tom razdoblju počele su se stvarati biljke s novim potrošačkim svojstvima. Na primjer, s visokim sadržajem ulja, vitamina itd.
3. Naši dani. U sljedećih 10 godina, znanstvenici planiraju lansirati biljke za cjepivo, biljke lijekova i biljke biorekkatkor, koje će proizvoditi komponente za plastiku, boje i sl.

Čak i u stočarstvu, izgledi za biotehnologiju su nevjerojatni. Već dugo su stvorene životinje koje imaju transgenični gen, odnosno posjeduju neki funkcionalni hormon, na primjer, hormon rasta. Ali to su bili samo početni eksperimenti. Kao rezultat istraživanja, uzgojene su transgene koze koje mogu proizvesti protein koji zaustavlja krvarenje kod pacijenata koji pate od slabog zgrušavanja krvi.

Krajem 90-ih godina prošlog stoljeća, američki znanstvenici su se uhvatili u koštac s kloniranjem stanica životinjskog embrija. To bi omogućilo uzgoj stoke u epruvetama, ali sada je potrebno poboljšati ovu metodu. Međutim, kod ksenotransplantacije (transplantacija organa nekih vrsta životinjama od strane drugog), znanstvenici u području primijenjene biotehnologije postigli su značajan napredak. Na primjer, svinje s ljudskim genomom mogu se koristiti kao donori, onda postoji minimalni rizik od odbacivanja.

Biotehnologija hrane

Kao što je već spomenuto, izvorne metode biotehnoloških istraživanja počele su se koristiti u proizvodnji hrane. Jogurti, kiseli testovi, pivo, vino, pekarski proizvodi su proizvodi dobiveni pomoću biotehnologije hrane. Ovaj segment studije uključuje procese usmjerene na promjenu, poboljšanje ili stvaranje specifičnih svojstava živih organizama, posebice bakterija. Stručnjaci u ovom području znanja bave se razvojem novih metoda za proizvodnju raznih prehrambenih proizvoda. Tražiti i poboljšavati mehanizme i metode njihove pripreme.

Hrana koju čovjek svakodnevno jede mora biti bogata vitaminima, mineralima i aminokiselinama. Međutim, od danas, prema UN-u, postoji problem pružanja hrane ljudima. Gotovo polovica stanovništva nema odgovarajuću količinu hrane, 500 milijuna gladuje, četvrtina svjetske populacije jede nedovoljnu kvalitetu hrane.

Danas na planeti živi 7,5 milijardi ljudi, a ako ne poduzmete potrebne korake za poboljšanje kvalitete i količine hrane, ako to ne učinite, ljudi u zemljama u razvoju će imati katastrofalne posljedice. A ako možete zamijeniti lipide, minerale, vitamine, antioksidante s prehrambenim biotehnološkim proizvodima, tada je gotovo nemoguće zamijeniti proteine. Više od 14 milijuna tona proteina svake godine nije dovoljno da zadovolji potrebe čovječanstva. Ali ovdje dolazi biotehnologija. Moderna proizvodnja proteina temelji se na činjenici da su umjetno stvorena proteinska vlakna. Oni su impregnirani s potrebnim tvarima, daju oblik, odgovarajuću boju i miris. Ovaj pristup omogućuje zamjenu gotovo svih proteina. A okus i izgled ne razlikuju se od prirodnog proizvoda.

kloniranje

Važno područje znanja u suvremenoj biotehnologiji je kloniranje. U proteklih nekoliko desetljeća znanstvenici pokušavaju stvoriti identične potomke, a da pri tom ne pribegavaju spolnoj reprodukciji. U procesu kloniranja treba dobiti organizam koji je sličan roditelju, ne samo izvana, već i s genskim informacijama.

U prirodi, proces kloniranja je čest među nekim živim organizmima. Ako osoba ima identične blizance, može se smatrati prirodnim klonovima.

Kloniranje je prvi put provedeno 1997. godine, kada su umjetno stvorili ovce Dolly. Na kraju dvadesetog stoljeća znanstvenici su počeli govoriti o mogućnosti kloniranja ljudi. Osim toga, istražen je koncept kao što je djelomično kloniranje. To jest, ne možete stvoriti cijeli organizam, već njegove pojedinačne dijelove ili tkiva. Ako poboljšate ovu metodu, možete dobiti "idealnog donatora". Osim toga, kloniranje će pomoći očuvanju rijetkih vrsta životinja ili obnovi izumrle populacije.

Moralni aspekt

Unatoč činjenici da osnove biotehnologije mogu imati odlučujući utjecaj na razvoj cijelog čovječanstva, javnost nije jako osjetljiva na ovaj znanstveni pristup. Velika većina modernih religioznih figura (i neki znanstvenici) pokušavaju upozoriti biotehnologe na prekomjerno korištenje njihovih istraživanja. To je osobito akutno za pitanja genetskog inženjeringa, kloniranja i umjetne reprodukcije.

S jedne strane, čini se da je biotehnologija sjajna zvijezda, san i nada koja će postati stvarnost u novom svijetu. U budućnosti će ova znanost dati čovječanstvu mnoge nove mogućnosti. Bit će moguće prevladati smrtonosne bolesti, fizički problemi će biti eliminirani, a osoba će, prije ili kasnije, biti u stanju postići zemaljsku besmrtnost. Iako, s druge strane, stalna upotreba genetski modificiranih proizvoda ili pojava ljudi koji su umjetno stvoreni mogu utjecati na genetski fond. Pojavit će se problem promjene društvenih struktura i vrlo je vjerojatno da ćemo se morati suočiti s tragedijom medicinskog fašizma.

To je biotehnologija. Znanost koja čovječanstvu može dati sjajne izglede stvaranjem, mijenjanjem ili poboljšavanjem stanica, živih organizama i sustava. Ona će moći dati čovjeku novo tijelo, a san vječnog života postati će stvarnost. Ali za to morate platiti znatnu cijenu.