Czym jest biotechnologia? Historia i osiągnięcia biotechnologii

Dyscypliną, która bada, w jaki sposób organizmy są wykorzystywane do rozwiązywania problemów technologicznych, jest właśnie biotechnologia. Innymi słowy, jest to nauka badająca żywe organizmy w poszukiwaniu nowych sposobów zaspokajania ludzkich potrzeb. Na przykład inżynieria genetyczna lub klonowanie to nowe dyscypliny, które są używane z tą samą działalnością, co organizmy i najnowszą technologią komputerową.

Biotechnologia: krótko

Bardzo często pojęcie "biotechnologii" jest mylone z inżynierią genetyczną, która pojawiła się w XX-XXI wieku, a faktycznie biotechnologia odnosi się do szerszej specyfiki pracy. Biotechnologia specjalizuje się w modyfikacji roślin i zwierząt poprzez hybrydyzację i sztuczną selekcję ludzkie potrzeby.

Ta dyscyplina dała ludzkości możliwość poprawy jakości produktów spożywczych, zwiększenia długości życia i produktywności żywych organizmów - czyli biotechnologii.

Do lat 70. ubiegłego wieku termin ten był używany wyłącznie w przemyśle spożywczym i rolnictwie. I dopiero w 1970 r. Naukowcy zaczęli używać terminu "biotechnologia" w badaniach laboratoryjnych, takich jak hodowanie żywych organizmów w probówkach lub podczas tworzenia rekombinowanego DNA. Dyscyplina ta opiera się na takich naukach, jak: genetyka, biologia, biochemia, embriologia, a także na robotyce, technologiach chemicznych i informatycznych.

W oparciu o nowe podejścia naukowe i technologiczne opracowano metody biotechnologii, które składają się z dwóch głównych pozycji:

• Wielkoskalowa i głęboka uprawa obiektów biologicznych w okresowym trybie ciągłym.
• Hodowanie komórek i tkanek w specjalnych warunkach.

Nowe metody biotechnologii pozwalają manipulować genami, tworzyć nowe organizmy lub zmieniać właściwości istniejących żywych komórek. Umożliwia to szersze wykorzystanie potencjału organizmów i ułatwia działalność gospodarcza osoba

Historia biotechnologii

Bez względu na to, jak dziwnie to zabrzmi, biotechnologia bierze początek z odległej przeszłości, kiedy ludzie zaczęli angażować się w produkcję wina, pieczenie i inne sposoby gotowania. Na przykład biotechnologiczny proces fermentacji, w którym aktywnie uczestniczyły mikroorganizmy, był znany w starożytnym Babilonie, gdzie był szeroko stosowany.

Jako nauka biotechnologia zaczęła być rozważana dopiero na początku XX wieku. Jej założycielem był francuski naukowiec, mikrobiolog Louis Pasteur, a termin ten został po raz pierwszy wprowadzony przez węgierskiego inżyniera Karla Erekiego (1917). Wiek XX charakteryzował się szybkim rozwojem biologii molekularnej i genetyki, w których aktywnie wykorzystywano osiągnięcia chemii i fizyki. Jednym z kluczowych etapów badań było opracowanie metod uprawy żywych komórek. Początkowo, w celach przemysłowych, zaczęli uprawiać tylko grzyby i bakterie, ale po kilku dekadach naukowcy mogą stworzyć dowolne komórki, całkowicie kontrolując ich rozwój.

Na początku XX wieku aktywnie rozwijał się przemysł fermentacji i mikrobiologii. W tej chwili podejmowane są pierwsze próby ustanowienia produkcji antybiotyków. Opracowywane są pierwsze koncentraty spożywcze, kontrolowany jest poziom enzymów w produktach pochodzenia zwierzęcego i roślinnego. W 1940 r. Naukowcom udało się zdobyć pierwszy antybiotyk, penicylinę. Był to impuls do rozwoju przemysłowej produkcji leków, istnieje cały przemysł przemysłu farmaceutycznego, który jest jedną z komórek nowoczesnej biotechnologii.

Dziś biotechnologia jest wykorzystywana w przemyśle spożywczym, medycynie, rolnictwie i wielu innych dziedzinach ludzkiej działalności. W związku z tym pojawiło się wiele nowych naukowych wskazówek z prefiksem "bio".

Bioinżynieria

Na pytanie, czym jest biotechnologia, większość ludności bez wątpienia odpowie na to, że jest to tylko inżynieria genetyczna. Jest to częściowo prawda, ale inżynieria jest tylko częścią rozległej dyscypliny biotechnologicznej.

Bioinżynieria to dyscyplina, której podstawową działalnością jest wzmacnianie zdrowia ludzkiego poprzez łączenie wiedzy z dziedziny inżynierii, medycyny, biologii i jej zastosowania w praktyce. Pełna nazwa tej dyscypliny to inżynieria biomedyczna. Jego główną specjalizacją jest rozwiązanie problemów medycznych. Wykorzystanie biotechnologii w medycynie pozwala nam modelować, rozwijać i badać nowe substancje, opracowywać preparaty farmaceutyczne, a nawet ratować człowieka przed chorobami wrodzonymi przenoszonymi przez DNA. Specjaliści w tej dziedzinie mogą tworzyć instrumenty i sprzęt do przeprowadzania nowych procedur. Dzięki zastosowaniu biotechnologii w medycynie opracowano sztuczne stawy, rozruszniki serca, protezy skórne, pomostowanie sercowo-płucne. Przy pomocy nowych technologii komputerowych eksperci w dziedzinie bioinżynierii mogą tworzyć białka o nowych właściwościach za pomocą symulacji komputerowej.

Biomedycyna i farmakologia

Rozwój biotechnologii umożliwił świeże spojrzenie na medycynę. Opracowując teoretyczne podstawy dla ludzkiego ciała, eksperci w tej dziedzinie mają możliwość wykorzystania nanotechnologii do zmiany systemów biologicznych. Rozwój biomedycyny dał impuls do pojawienia się nanomedycyny, której głównym działaniem jest śledzenie, korygowanie i projektowanie żywych systemów na poziomie molekularnym. Na przykład ukierunkowane dostarczanie leków. To nie jest przesyłka kurierska z apteki do domu, ale przeniesienie leku bezpośrednio do chorej komórki ciała.

Rozwija się również biofarmakologia. Badaczka bada wpływ substancji pochodzenia biologicznego lub biotechnologicznego na organizm. Badania w tej dziedzinie wiedzy koncentrują się na badaniu biofarmaceutyków i opracowywaniu metod ich tworzenia. W biofarmakologii środki są uzyskiwane z żywych systemów biologicznych lub tkanek ciała.

Bioinformatyka i bionika

Ale biotechnologia to nie tylko badanie cząsteczek tkanek i komórek żywych organizmów, to także wykorzystanie technologii komputerowej. Tak więc ma miejsce bioinformatyka. Obejmuje zestaw podejść, takich jak:

• Genomiczna bioinformatyka. To znaczy metody analizy komputerowej, które są stosowane w genomice porównawczej.
• Strukturalna bioinformatyka. Opracowanie programów komputerowych prognozujących przestrzenną strukturę białek.
• Obliczanie. Tworzenie metod obliczeniowych, które mogą zarządzać systemami biologicznymi.

W tej dyscyplinie, wraz z metodami biologicznymi, stosowane są metody matematyczne, obliczenia statystyczne i informatyka. Ponieważ techniki informatyki i matematyki są wykorzystywane w biologii, więc w dzisiejszych naukach ścisłych mogą stosować teorię organizacji organizmów żywych. Jak w bionice. Tak jest stosowana nauka gdzie zasady i struktury przyrody życia są stosowane w urządzeniach technicznych. Można powiedzieć, że jest to rodzaj symbiozy biologii i technologii. Dyscyplinarne podejścia w bionice rozważają z nowego punktu widzenia zarówno biologię, jak i technologię. Bionika badała podobne i charakterystyczne cechy tych dyscyplin. Ta dyscyplina ma trzy podgatunki - biologiczne, teoretyczne i techniczne. Bionika biologiczna bada procesy zachodzące w układach biologicznych. Teoretyczna bionika buduje matematyczne modele biosystemów. Techniczna bionika stosuje teoretyczną bionikę do rozwiązywania różnych problemów.

Jak widać, osiągnięcia biotechnologii są szeroko rozpowszechnione we współczesnej medycynie i zdrowiu publicznym, ale to tylko wierzchołek góry lodowej. Jak już wspomniano, biotechnologia zaczęła się rozwijać od momentu, w którym człowiek zaczął przygotowywać własną żywność, a następnie był szeroko stosowany w rolnictwie do uprawy nowych roślin hodowlanych i hodowli nowych ras zwierząt domowych.

Inżynieria komórkowa

Jedną z najważniejszych metod w biotechnologii jest gen i inżynieria komórkowa, które koncentrują się na tworzeniu nowych komórek. Dzięki tym narzędziom ludzkość była w stanie stworzyć żywotne komórki z całkowicie różnych elementów należących do różnych gatunków. W ten sposób powstaje nowy zestaw genów, który nie istnieje w przyrodzie. Inżynieria genetyczna umożliwia osobie uzyskanie pożądanych właściwości ze zmodyfikowanych komórek roślinnych lub zwierzęcych.

Szczególnie doceniane są osiągnięcia inżynierii genetycznej w rolnictwie. Pozwala to na uprawę roślin (lub zwierząt) o ulepszonych właściwościach, tak zwanych gatunków hodowlanych. Aktywność selekcji opiera się na selekcji zwierząt lub roślin o wyraźnych oznakach sprzyjających. Po przejściu tych organizmów i uzyskaniu hybrydy z pożądaną kombinacją przydatnych cech. Oczywiście, w słowach wszystko brzmi łatwo, ale uzyskanie pożądanej hybrydy jest dość trudne. W rzeczywistości organizm można uzyskać tylko z jednym lub kilkoma użytecznymi genami. Oznacza to, że do materiału źródłowego dodano tylko kilka dodatkowych cech, ale nawet to umożliwiło dokonanie ogromnego kroku w rozwoju rolnictwa.

Hodowla i biotechnologia umożliwiły rolnikom zwiększenie plonów, sprawiają, że owoce są większe, smaczniejsze i, co najważniejsze, odporne na mróz. Nie omija selekcji ubocznych i czynności związanych z hodowlą zwierząt. Każdego roku pojawiają się nowe rasy zwierząt domowych, które mogą zapewnić więcej żywego inwentarza i żywności.

Osiągnięcia

W tworzeniu naukowców zajmujących się hodowlą roślin rozróżnić trzy fale:

1. Koniec lat 80. Następnie naukowcy zaczęli najpierw usuwać rośliny odporne na wirusy. Aby to zrobić, wzięli jeden gen z gatunku, który był odporny na choroby, "przeszczepił" go do struktury DNA innych roślin i zmusił do "pracy".
2. Początek lat 2000. W tym okresie zaczęto tworzyć rośliny o nowych właściwościach konsumenckich. Na przykład przy wysokiej zawartości olejków, witamin itp.
3. Nasze dni. W ciągu najbliższych 10 lat naukowcy planują uruchomienie fabryk szczepionek, roślin lekowych i roślin biorekkatkor, które będą produkować komponenty do tworzyw sztucznych, barwników itp.

Nawet w hodowli zwierząt perspektywy biotechnologii są niesamowite. Przez długi czas stworzono już zwierzęta, które mają gen transgeniczny, to znaczy, że posiadają pewien funkcjonalny hormon, na przykład hormon wzrostu. Ale to były tylko początkowe eksperymenty. W wyniku badań wyhodowano transgeniczne kozy, które mogą wytwarzać białko, które zatrzymuje krwawienie u pacjentów cierpiących na złą krzepliwość krwi.

Pod koniec lat 90. ubiegłego wieku amerykańscy naukowcy zajęli się klonowaniem komórek embrionalnych zwierząt. Umożliwiłoby to hodowanie bydła w probówkach, ale teraz ta metoda wciąż wymaga poprawy. Jednak w przypadku ksenotransplantacji (przeszczepianie narządów niektórych gatunków zwierzętom przez inne) naukowcy zajmujący się biotechnologią stosowaną osiągnęli znaczny postęp. Na przykład świnie z ludzkim genomem mogą być używane jako dawcy, wtedy istnieje minimalne ryzyko odrzucenia.

Biotechnologia żywności

Jak już wspomniano, oryginalne metody badań biotechnologicznych zaczęto wykorzystywać w produkcji żywności. Jogurty, zakwasy, piwo, wino, produkty piekarnicze to produkty uzyskiwane przy użyciu biotechnologii żywności. Ten segment badania obejmuje procesy mające na celu zmianę, poprawę lub tworzenie specyficznych cech organizmów żywych, w szczególności bakterii. Specjaliści w tej dziedzinie wiedzy zajmują się opracowywaniem nowych metod produkcji różnych produktów spożywczych. Poszukuj i ulepszaj mechanizmy i metody ich przygotowania.

Jedzenie, które osoba spożywa codziennie, powinno być bogate w witaminy, minerały i aminokwasy. Jednak od dzisiaj, według ONZ, istnieje problem zaopatrzenia człowieka w żywność. Prawie połowa populacji nie ma odpowiedniej ilości żywności, 500 milionów głoduje, a jedna czwarta światowej populacji spożywa niedostateczną ilość żywności.

Obecnie na świecie żyje 7,5 miliarda ludzi, a jeśli nie podejmiecie niezbędnych działań w celu poprawy jakości i ilości żywności, jeśli tego nie zrobicie, ludzie w krajach rozwijających się ucierpią z powodu katastrofalnych konsekwencji. A jeśli zastąpisz lipidy, minerały, witaminy, przeciwutleniacze produktami biotechnologii żywności, wtedy prawie niemożliwe jest zastąpienie białka. Ponad 14 milionów ton białka rocznie nie wystarcza, aby zaspokoić potrzeby ludzkości. Ale tu przychodzi biotechnologia. Nowoczesna produkcja białka opiera się na fakcie, że sztucznie formowane włókna białkowe. Są impregnowane niezbędnymi substancjami, nadają kształt, odpowiedni kolor i zapach. Takie podejście pozwala zastąpić prawie każde białko. A smak i wygląd nie różnią się niczym od naturalnego produktu.

Klonowanie

Ważnym obszarem wiedzy we współczesnej biotechnologii jest klonowanie. Przez ostatnie kilkadziesiąt lat naukowcy próbowali stworzyć identycznych potomków bez uciekania się do rozmnażania płciowego. W procesie klonowania powinien pojawić się organizm podobny do rodzica, nie tylko zewnętrznie, ale również z informacjami o genach.

W przyrodzie proces klonowania jest powszechny wśród niektórych żywych organizmów. Jeśli dana osoba ma identyczne bliźnięta, można je uznać za klony naturalne.

Klonowanie przeprowadzono po raz pierwszy w 1997 roku, kiedy sztucznie stworzyli owce Dolly. Pod koniec XX wieku naukowcy zaczęli mówić o możliwości klonowania ludzi. Ponadto zbadano koncepcję, taką jak częściowe klonowanie. Oznacza to, że można odtworzyć nie cały organizm, ale jego poszczególne części lub tkanki. Jeśli ulepszysz tę metodę, możesz uzyskać "idealnego dawcę". Ponadto klonowanie pomoże zachować rzadkie gatunki zwierząt lub przywrócić wymarłe populacje.

Aspekt moralny

Pomimo faktu, że podstawy biotechnologii mogą mieć decydujący wpływ na rozwój całej ludzkości, opinia publiczna nie reaguje bardzo dobrze na to naukowe podejście. Przytłaczająca większość współczesnych postaci religijnych (i niektórzy uczeni) próbuje ostrzec biotechnologów przed nadużywaniem ich badań. Jest to szczególnie ważne w przypadku inżynierii genetycznej, klonowania i sztucznego rozmnażania.

Z jednej strony biotechnologia wydaje się być jasną gwiazdą, marzeniem i nadzieją, które staną się rzeczywistością w nowym świecie. W przyszłości nauka ta da ludzkości wiele nowych możliwości. Będzie można przezwyciężyć śmiertelne choroby, fizyczne problemy zostaną wyeliminowane, a osoba, wcześniej czy później, będzie w stanie osiągnąć ziemską nieśmiertelność. Z drugiej strony, ciągłe stosowanie genetycznie zmodyfikowanych produktów lub pojawienie się ludzi, którzy zostali sztucznie stworzeni, może wpłynąć na pulę genową. Pojawi się problem zmiany struktur społecznych i jest całkiem prawdopodobne, że będziemy musieli zmierzyć się z tragedią faszyzmu medycznego.

Taka jest biotechnologia. Nauka, która może dać ludzkości genialne perspektywy poprzez tworzenie, zmienianie lub ulepszanie komórek, żywych organizmów i systemów. Będzie mogła dać człowiekowi nowe ciało, a sen o życiu wiecznym stanie się rzeczywistością. Ale za to trzeba zapłacić znaczną cenę.