Co je biotechnologie? Historie a úspěchy biotechnologie

Disciplína, která zkoumá, jak se organismu používá při řešení technologických problémů, je biotechnologie. Jinými slovy, je to věda, která studuje živé organismy při hledání nových způsobů, jak uspokojit lidské potřeby. Například genetické inženýrství nebo klonování jsou nové disciplíny, které se používají se stejnou aktivitou jako organismy a nejnovější výpočetní technologie.

Biotechnologie: stručně

Velmi často je koncept "biotechnologie" zaměněn s genetickým inženýrstvím, které se objevilo v XX-XXI století, a ve skutečnosti se biotechnologie týká širší specifičnosti práce. Biotechnologie se specializuje na modifikaci rostlin a zvířat hybridizací a umělým výběrem pro lidských potřeb.

Tato disciplína dala lidstvu příležitost zlepšit kvalitu potravinářských výrobků, zvýšit očekávanou délku života a produktivitu živých organismů - to je biotechnologie.

Až do 70. let minulého století byl tento termín používán výhradně v potravinářském průmyslu a zemědělství. A teprve v roce 1970 začali vědci v laboratorním výzkumu používat termín "biotechnologie", jako jsou rostoucí živé organismy ve zkumavkách nebo při vytváření rekombinantní DNA. Tato disciplína je založena na takových vědách, jako je genetika, biologie, biochemie, embryologie, robotika, chemické a informační technologie.

Na základě nových vědeckých a technologických přístupů byly vyvinuty metody biotechnologie, které se skládají ze dvou hlavních pozic:

• Velkoplošná a hluboká kultivace biologických objektů v pravidelném konstantním režimu.
• Pěstování buněk a tkání za zvláštních podmínek.

Nové metody biotechnologie vám umožňují manipulovat s geny, vytvářet nové organismy nebo měnit vlastnosti stávajících živých buněk. To umožňuje rozsáhlejší využití potenciálu organismů a usnadňuje hospodářské činnosti osoba

Historie biotechnologie

Bez ohledu na to, jak to zní divně, biotechnologie vychází ze vzdálené minulosti, když se lidé začali věnovat vinařství, pečení a dalším způsobům vaření. Například biotechnologický proces fermentace, v němž se mikroorganismy aktivně účastnil, byl známý ve starověkém Babylonu, kde byl široce používán.

Jako věda se biotechnologie začala zvažovat teprve počátkem 20. století. Jeho zakladatelem byl francouzský vědec, mikrobiolog Louis Pasteur, a termín poprvé představil maďarský inženýr Karl Ereki (1917). 20. století bylo poznamenáno rychlým rozvojem molekulární biologie a genetiky, kde se aktivně využívaly výsledky chemie a fyziky. Jedním z klíčových fází výzkumu bylo vyvinutí metod pro pěstování živých buněk. Zpočátku pro průmyslové účely začaly růst pouze houby a bakterie, ale po několika desetiletích mohou vědci vytvářet buňky, které zcela ovlivňují jejich vývoj.

Počátkem 20. století se aktivně rozvíjel fermentační a mikrobiologický průmysl. V tomto okamžiku se začínají první pokusy o zavedení antibiotik. Vyvíjejí se první potravinářské koncentráty, reguluje se hladina enzymů v produktech živočišného a rostlinného původu. V roce 1940 se vědci podařilo získat první antibiotikum, penicilin. To byl impuls pro rozvoj průmyslové výroby drog, existuje celá průmyslová odvětví farmaceutického průmyslu, která je jednou z buněk moderní biotechnologie.

Dnes je biotechnologie používána v potravinářském průmyslu, medicíně, zemědělství a mnoha dalších oblastech lidské činnosti. V souladu s tím se objevilo mnoho nových vědeckých směrů s předponou "bio".

Bioinženýrství

K otázce, co je biotechnologie, většina obyvatelstva nepochybně odpoví, že to není nic jiného než genetické inženýrství. To je částečně pravda, ale inženýrství je jen součástí rozsáhlé disciplíny biotechnologie.

Bioinženýring je disciplína, jejímž hlavním cílem je posílit lidské zdraví spojením znalostí z oblasti strojírenství, medicíny, biologie a jejich aplikace v praxi. Úplným názvem této disciplíny je biomedicínské inženýrství. Jeho hlavní specializací je řešení zdravotních problémů. Použití biotechnologie v medicíně nám umožňuje modelovat, rozvíjet a zkoumat nové látky, rozvíjet farmaceutické přípravky a dokonce zachránit člověka před vrozeným onemocněním, které jsou přenášeny prostřednictvím DNA. Odborníci v této oblasti mohou vytvořit nástroje a vybavení pro provádění nových postupů. Díky využití biotechnologie v medicíně byly vytvořeny umělé klouby, kardiostimulátory, kožní protézy a kardiopulmonální bypass. S pomocí nových počítačových technologií mohou odborníci v oblasti bioinženýrství vytvářet proteiny s novými vlastnostmi pomocí počítačové simulace.

Biomedicín a farmakologie

Vývoj biotechnologie umožnil nový pohled na medicínu. Rozvoj teoretického základu pro lidské tělo má odborníci v této oblasti možnost využívat nanotechnologie ke změně biologických systémů. Rozvoj biomedicíny dává impuls vzniku nano-medicíny, jehož hlavní činností je sledování, korekce a navrhování živých systémů na molekulární úrovni. Například cílené doručení léků. To není doručení kurýra z lékárny do domu, ale přenos léku přímo do nemocné buňky těla.

Biopharmacology také vyvíjí. Studie vlivů látek na biologický nebo biotechnologický původ na tělo. Výzkum v této oblasti znalostí se zaměřuje na studium biofarmaceutik a vývoj metod pro jejich tvorbu. V biofarmakologii se léky získávají z živých biologických systémů nebo tělesných tkání.

Bioinformatika a bionika

Biotechnologie však není jen studiem molekul tkání a buněk živých organismů, ale také využití počítačové techniky. Tak dochází k bioinformatice. Zahrnuje soubor přístupů, jako jsou:

• Genomová bioinformatika. To znamená, metody počítačové analýzy, které se používají v komparativní genomice.
• Strukturální bioinformatika. Vývoj počítačových programů, které předpovídají prostorovou strukturu bílkovin.
• Výpočet. Vytvoření výpočetních metodologií, které mohou řídit biologické systémy.

V této disciplíně se spolu s biologickými metodami používají metody matematiky, statistických výpočtů a informatiky. Vzhledem k tomu, že v biologii se používají techniky počítačové vědy a matematiky, dnes v exaktních vědách mohou využívat teorii organizace živých organismů. Stejně jako v bionice. To je aplikovaná věda kde se v technických prostředcích používají principy a struktury živé přírody. Můžeme říci, že jde o druh symbiózy biologie a technologie. Disciplinární přístupy v bionice zvažují z nového hlediska biologii i technologii. Bionika zkoumala podobné a charakteristické rysy těchto disciplín. Tato disciplína má tři poddruhy - biologické, teoretické a technické. Biologická bionika zkoumá procesy, které se vyskytují v biologických systémech. Teoretická bionika vytváří matematické modely biosystémů. Technická bionika aplikuje teoretickou bioniku na řešení různých problémů.

Jak lze vidět, úspěchy biotechnologie jsou rozšířené v moderní medicíně a veřejném zdraví, ale to je jen špička ledovce. Jak již bylo řečeno, biotechnologie se začala vyvíjet od okamžiku, kdy si člověk začal připravovat vlastní jídlo, a poté byl široce používán v zemědělství pro pěstování nových chovných plodin a chov nových plemen domácích zvířat.

Buněčné inženýrství

Jednou z nejdůležitějších metod v biotechnologii je gen buněčné inženýrství, které se zaměřují na vytváření nových buněk. Pomocí těchto nástrojů lidstvo dokázalo vytvořit životaschopné buňky z zcela odlišných prvků, které patří k různým druhům. Tak je vytvořena nová sada genů, která v přírodě neexistují. Genetické inženýrství umožňuje osobě získat požadované vlastnosti z upravených rostlinných nebo živočišných buněk.

Výkony genetického inženýrství v zemědělství jsou zvláště oceněny. To vám umožní pěstovat rostliny (nebo zvířata) se zlepšenými vlastnostmi, tzv. Chovným druhem. Výběrová činnost je založena na výběru zvířat nebo rostlin s výraznými známkami. Po překročení těchto organismů získáte hybrid s požadovanou kombinací užitných vlastností. Samozřejmě, ve slovech všechno zní jednoduše, ale získání požadovaného hybridu je poměrně obtížné. Ve skutečnosti lze organismus získat pouze s jedním nebo několika užitečnými geny. To znamená, že k zdrojovému materiálu je přidáno jen několik dalších vlastností, ale dokonce to umožnilo udělat obrovský krok v rozvoji zemědělství.

Šlechtění a biotechnologie umožňují zemědělcům zvýšit výnosy, zvětšit ovoce větší, chutnější a především odolné proti mrazu. Nepřebírá výběr boků a činnosti v oblasti dobytka. Každý rok se vyskytují nové plemeny domácích zvířat, které mohou poskytnout více hospodářských zvířat a potravin.

Úspěchy

Při vytváření vědců chovu rostlin rozlišují tři vlny:

1. Konec 80. let. Potom vědci nejprve začali odstraňovat rostliny, které jsou odolné proti virům. K tomu došlo k jednomu genu z druhů, které by mohly odolat chorobám, "transplantovaly" ho do struktury DNA jiných rostlin a donutili ho "pracovat".
2. Začátek roku 2000. Během tohoto období se začaly vyrábět rostliny s novými spotřebitelskými vlastnostmi. Například s vysokým obsahem olejů, vitamínů atd.
3. Naše dny. V příštích 10 letech vědci plánují zahájit vakcinační rostliny, léčiva a rostliny biorekkatkor, které budou vyrábět komponenty pro plasty, barviva atd.

Dokonce i v chovu zvířat jsou vyhlídky na biotechnologii úžasné. Již dlouhou dobu byly vytvořeny zvířata, které mají transgenní gen, tj. Mají nějaký funkční hormon, například růstový hormon. Ale to byly jen počáteční pokusy. Výsledkem výzkumu byly transgenní kozy, které mohou produkovat proteiny, které zastavují krvácení u pacientů trpících špatnou srážení krve.

Koncem devadesátých let minulého století se Američtí vědci zabývali klonováním buněk embryonálních zvířat. To by umožnilo pěstování skotu ve zkumavkách, ale nyní je třeba tuto metodu ještě zlepšit. Ale při xenotransplantaci (transplantace orgánů některých druhů zvířat jiným) vědci v oblasti aplikované biotechnologie dosáhli významného pokroku. Například prasata s lidským genomem mohou být použita jako dárci, pak existuje minimální riziko odmítnutí.

Biotechnologie potravin

Jak již bylo řečeno, původní metody biotechnologického výzkumu se začaly používat při výrobě potravin. Jogurty, sourdoughs, pivo, víno, pekařské výrobky jsou produkty získané pomocí potravinářské biotechnologie. Tento segment studie zahrnuje procesy zaměřené na změnu, zlepšení nebo vytváření specifických vlastností živých organismů, zejména bakterií. Specialisté v této oblasti znalostí se zabývají vývojem nových metod pro výrobu různých potravinářských výrobků. Vyhledat a zlepšit mechanismy a metody jejich přípravy.

Potraviny, které člověk každý den požívá, by měly být bohaté na vitamíny, minerály a aminokyseliny. Nicméně, podle dnešního dne je podle OSN problém poskytnout člověku potravu. Téměř polovina obyvatel nemá správné množství jídla, 500 milionů lidí vyhladovělo, čtvrtina světové populace jedla nedostatečně kvalitní potraviny.

Dnes žije na planetě 7,5 miliard lidí a pokud neprovedete potřebná opatření ke zlepšení kvality a množství potravin, pokud tak neučiníte, lidé v rozvojových zemích budou mít katastrofální následky. A pokud můžete nahradit lipidy, minerály, vitamíny, antioxidanty s potravinovými biotechnologickými produkty, pak je téměř nemožné nahradit bílkoviny. Více než 14 milionů tun bílkovin ročně nestačí k uspokojení potřeb lidstva. Ale tady přichází biotechnologie. Moderní výroba bílkovin je založena na skutečnosti, že uměle vytvořená bílkovina. Jsou impregnovány potřebnými látkami, poskytují tvar, vhodnou barvu a vůni. Tento přístup umožňuje nahradit téměř všechny bílkoviny. A chuť a vzhled se neliší od přírodního produktu.

Klonování

Důležitou oblastí znalostí v moderní biotechnologii je klonování. Za posledních několik desetiletí se vědci pokoušejí vytvořit identické potomky, aniž by se uchýlili k sexuální reprodukci. V procesu klonování by se měl dostat organismus, který je podobný rodiči, a to nejen externě, ale také s informacemi o genu.

V přírodě je proces klonování běžný u některých živých organismů. Pokud má člověk identické dvojčata, mohou být považovány za přirozené klony.

Klonování bylo poprvé provedeno v roce 1997, kdy uměle vytvořili Dolly ovce. A na konci dvacátého století vědci začali mluvit o možnosti klonování lidí. Kromě toho byla zkoumána koncepce, jako je částečné klonování. To znamená, že nemůžete znovu vytvořit celý organismus, ale jeho jednotlivé části nebo tkáně. Pokud tuto metodu vylepšíte, můžete získat "ideálního dárce". Navíc klonování pomůže zachovat vzácné druhy zvířat nebo obnovit vyhynulou populaci.

Morální aspekt

Navzdory skutečnosti, že základy biotechnologie mohou mít rozhodující vliv na rozvoj celého lidstva, veřejnost na tento vědecký přístup velmi nereaguje. Převážná většina moderních náboženských osobností (a někteří učenci) se snaží varovat biotechnology před nadužíváním jejich výzkumu. To je obzvláště akutní v otázkách genetického inženýrství, klonování a umělé reprodukce.

Na jedné straně se zdá, že biotechnologie je jasná hvězda, sen a naděje, které se stanou skutečnými v novém světě. V budoucnu tato věda dá lidstvu mnoho nových příležitostí. Bude možné překonat smrtící nemoci, odstranit fyzické problémy a člověk dříve nebo později dokáže dosáhnout pozemské nesmrtelnosti. I když na druhé straně neustálé používání geneticky modifikovaných produktů nebo vzhled lidí, kteří byli vytvořeni uměle, mohou ovlivnit genetický fond. Problém změn sociálních struktur se objeví a je pravděpodobné, že budeme čelit tragédii zdravotního fašismu.

To je to, co je biotechnologie. Věda, která může člověku přinést brilantní vyhlídky tím, že vytvoří, mění nebo zlepšuje buňky, živé organismy a systémy. Bude schopna dát člověku nové tělo a sen věčného života se stane realitou. Ale za to musíte zaplatit značnou cenu.