ביוטכנולוגיה היא ענף הביולוגיה שמתפתח טכנולוגיות מאורגניזמים חיים, או חומר גלם מהם, המבוסס על תהליכים ביו-מולקולריים ותאים, כדי ליצור או לשנות מוצרים ולפתור בעיות בחברה.
דוגמאות למוצרים ושיטות שנוצרו ממדעים ביולוגיים יישומיים הם:
- חיסונים;
- אַנְטִיבִּיוֹטִיקָה;
- שיבוט;
- טרנסגנים;
- הפריית מבחנה.
סוגי ביוטכנולוגיה
כדי להקל על הזיהוי, ביוטכנולוגיה מסווגת לעשרה צבעים בהתאם לאזור הפעולה.
- ביוטכנולוגיה אדומה: טכנולוגיות שפותחו לרפואה ובריאות האדם.
- ביוטכנולוגיה לבנה: טכנולוגיות לשיפור תהליכים תעשייתיים.
- ביוטכנולוגיה ירוקהטכנולוגיות לחקלאות.
- ביוטכנולוגיה כחולהטכנולוגיות לשימוש במשאבים ימיים.
- ביוטכנולוגיה צהובה: טכנולוגיות לתזונה וייצור מזון.
- ביוטכנולוגיה אפורה: טכנולוגיות להגנה ושיקום הסביבה.
- ביוטכנולוגיה חומהטכנולוגיות לטיפול בקרקע.
- ביוטכנולוגיית זהב: טכנולוגיות לביואינפורמטיקה וננו-ביוטכנולוגיה.
- ביוטכנולוגיה סגולה: טכנולוגיות לקניין רוחני וביטחון ביולוגי.
- ביוטכנולוגיה שחורהטכנולוגיות המשמשות כנשק ביולוגי.
חשיבות הביוטכנולוגיה
למרות שבני אדם משתמשים בביוטכנולוגיה במשך אלפי שנים, משתמשים, למשל, במיקרואורגניזמים לייצור לחם, שתייה ו גבינות, ידע בתחומים מדעיים שונים חוללו מהפכה בדרך לתפעל אורגניזמים במטרה להשיג מוצרים מסוימים תביעה משפטית.
פיתוח הביוטכנולוגיה, בתמיכת מיקרוביולוגיה, ביולוגיה מולקולרית, גנטיקה, הנדסה ואינפורמטיקה, בין היתר, חשוב ל:
- מניעת מחלות, הפחתת החומרה וההרוגים;
- לאבחן מחלות מוקדם ולהציל חיים;
- להוזיל עלויות, לפשט ולהאיץ את הייצור התעשייתי;
- צור צמחים ותשומות עם מאפיינים רצויים להגדלת התשואה החקלאית.
ראוי לציין כי דוגמאות אלו קשורות לתחומי ההתפתחות הגדולים ביותר בביוטכנולוגיה, אך חשיבותן אינה מוגבלת בדיוק לכך.
יישומי ביוטכנולוגיה
היישומים החשובים ביותר של הביוטכנולוגיה קשורים לתחום הרפואה, בנוסף לחקלאות וייצור מזון, וגם בסביבה.
בתרופה:
- ייצור אינסולין, תרופות וחיסונים;
- מניפולציה של בעלי חיים, כגון חזירים, לשימוש באיברים בהשתלות;
- ייצור נוגדנים במעבדה לחולים עם מערכת חיסון לקויה;
- טיפול גנטי לטיפול במחלות כגון סרטן, נוירולוגי ולב וכלי דם, שהטיפולים הקונבנציונליים שלהם אינם יעילים;
- מחקר תאי גזע למטרות טיפוליות.
בחקלאות:
- ייצור תשומות כגון: דשנים, זרעים והדברה;
- שיפור גנטי בצמחים;
- עיבוד מזון: מזון מהונדס
בסביבה:
- ביורמדיקציה: בהתאם לסוג הזיהום ולתנאי הסביבה, משתמשים בטכניקות שונות להפחתת זיהום בסביבה;
- המרה ביולוגית של פסולת מחקלאות;
- ייצור דלקים ביולוגיים מאורגניזמים חיים או משאריות צמחים;
- ייצור פלסטיק מתכלה מתאי מיקרו-אצות.
למידע נוסף על Bioremediation.
היסטוריה של ביוטכנולוגיה
בעת העתיקה, לפני למעלה מ 4000 שנה, כבר השתמשו בטכניקות לתמרון יצורים חיים כדי להשיג תוצאות מסוימות; למשל, להכין יין או לחם, כאשר המפתח הוא תסיסה המתבצעת על ידי מיקרואורגניזמים, שמרים.
תחילת המיקרוביולוגיה
עם התפתחות התחומים המדעיים השונים ניתן היה להבין כיצד התהליכים התרחשו. בסוף המאה ה -19, המחקרים המיקרוביולוגיים של לואי פסטר הובילו אותו לגלות תסיסה בניסויים שלו.
גילוי מולקולת DNA
עם זאת, אנשים הפסיקו להאמין בדור ספונטני ותשומת הלב הופנתה לחקר מיקרואורגניזמים ותורת התאים.
המדענים ג'יימס ווטסון, פרנסיס קריק ומוריס וילקינס זכו בפרס נובל בשנת 1962 על תיאור מבנה מולקולת ה- DNA בשנת 1953 במגזין. טֶבַע.
המודל שהציג הזוג התבסס על מידע מארווין צ'רגף על בסיסי חנקן תוך שימוש בטכניקת הכרומטוגרפיה ובתמונות עקיפה של רנטגן שהושגו על ידי רוזלינד פרנקלין.
הנדסה גנטית ו- DNA רקומביננטי
המחקרים העמיקו ובשנת 1978 הוענק שוב לשלושה חוקרים פרס נובל על בידוד אנזימי הגבלה, הבסיס לטכניקת ה- DNA רקומביננטי.
קרא על דור ספונטני ב מקור החיים.
ביוטכנולוגיה ברפואה
מעבדה למחקר ביולוגי.
המטרות הראשוניות של הביוטכנולוגיה המודרנית התמקדו בנושאי בריאות האדם ובעלי החיים, תוך שימוש במיקרואורגניזמים לייצור תרופות.
עם זאת, הטכניקות גוונו רבות וכיום ישנן אפשרויות יישום רבות, הן בתחום הרפואה והן בתחומים אחרים.
ראוי לציין כי המחקר החל להתפתח במעבדות של אוניברסיטאות ומרכזי מחקר ציבוריים, אולם כיום אלה השולטים ב המחקר ושוק הביו-טכנולוגיה הם חברות פרטיות, חברות רב-תרמותיות גדולות ואגרוכימיות, כך שהערכים והיעדים שונים.
יישומים של הנדסה גנטית
ישנן ביוטכנולוגיות רבות המשמשות בתחום הבריאות, שהוא אחד מתחומי היישום הגדולים ביותר של טכניקות אלה בברזיל.
איברי בעלי חיים משמשים להשתלות, ייצור אינסולין וחיסונים באמצעות טכניקת ה- DNA רקומביננטי, בין היתר לייצור תרופות, הורמונים ונוגדנים.
מאוד שנויות במחלוקת בין הגישות הקשורות ל שיבוט, הכרוך בסוגיות אתיות.
כמו כן, המחקר נמשך ומוחל עליו שיבוט רבייה, במקרים של פוריות או למניעת מחלות עתידיות, וכן שיבוט טיפולי, המצביע על טיפול במחלות ניווניות באמצעות תאי גזע, כיתרון בשיטה.
קרא גם על טיפול גנטי.
ביוטכנולוגיה בחקלאות
תרבית רקמת הצמח.
בתחום החקלאות והמזון הם השימושים העתיקים ביותר בביוטכנולוגיה, למשל, כאשר ההוויה חוצה בין מיני צמחים כדי להשיג זנים אחרים או לשפר את התוצאות של קְצִיר.
"מהפכה ירוקה"
במחצית השנייה של המאה ה -20 מודל שהתפתח בעיקר בארה"ב, נעשה בינלאומי באמצעות מה שמכונה "מהפכה ירוקה”.
בברזיל, משנות השישים ואילך, בעקבות התבניות של "המהפכה הירוקה", החלו להתרחש שינויים בסביבה הכפרית, שמטרותיה היו: מודרניזציה של המגזר לחקלאות, להגדיל את היצע המזון והמוצרים לייצוא, וגם לפנות עבודה שישמשו את המגזר עירוני-תעשייתי.
טכנולוגיות מיובאות שפותחו עבור אקלים ממוזג ולא עבור מערכות אקולוגיות טרופיות, בהן הקרקעות שונות מאוד ויש מגוון ביולוגי גדול יותר, כגון בְּרָזִיל.
שינויים גנטיים (GMO) ואורגניזמים מהונדסים
ייצור הטרנסגנים הוא מציאות והמזונות המהונדסים העיקריים הם תירס, סויה וחיטה.
ה סויה, למשל, קיים ברוב המזונות המתועשים בצורות שונות, הוא אחד העיקריים מזון מהונדס ולא תמיד מידע זה מועבר כהלכה לצרכן.
ביוטכנולוגיה סביבתית
השימוש בביוטכנולוגיות סביבתיות הן דרכים להפוך מצב שנוצר על ידי בני אדם אשר גדל ברחבי העולם, ייצור פסולת מפעילויות שונות בני אנוש.
זוהי דרך להשתמש בתהליכים טבעיים מבוקרים לשיפור מצבם של מערכות אקולוגיות מזוהמות או ליצירת פתרונות מתכלים המונעים זיהום.
לפיכך משתמשים ביצורים חיים: חיידקים, אצות, צמחים, בין היתר, לביצוע תהליכים כגון תסיסה, נשימה אירובית ואנאירובית ושולטים בזיהום של מסוים סביבה.
יישום מעניין נוסף של הביוטכנולוגיה באזור הסביבתי הוא שימוש חוזר בפסולת חקלאיים (כגון קנה סוכר bagasse), או שפכים מוצקים (ביוב) לייצור אנרגיה ו דלקים ביולוגיים.
יתרון או חסרון?
רבים מהיישומים של הביוטכנולוגיה יכולים להועיל לאנושות, אך הם נוצרים מחלוקות לגבי ההשלכות על בריאות האדם ובעלי החיים, ההשפעות הסביבתיות והחברה. מה שבטוח זה עדיין לא ידוע בוודאות ההשפעות ארוכות הטווח.
יתרונות הביוטכנולוגיה
- ייצור מזון מוגבר, שמקורו בעיקר באפשרות לסיים את הרעב בעולם;
- אפשרות להשיג מזונות מזינים יותר בעלי סגולות רפואיות;
- טכניקות טיפוליות למחלות שעדיין אין להן תרופה, כמו סרטן, או שהטיפולים שלהן לא יעילים באותה מידה;
- ייצור תרופות, בנוסף להורמונים, נוגדנים ואינסולין;
- שימוש בביו-מדיה לשליטה וסילוק זיהומים בסביבות;
- ייצור מוצרים מתכלים להפחתת זיהום סביבתי;
השפעות שליליות
- שימוש אינטנסיבי בחומרי הדברה ודשנים אנאורגניים;
- הפרעה לאיזון הטבע;
- יצירת זרעים מהונדסים גנטית (פוריות);
- "זיהום גנטי", מכיוון שלא ניתן לשלוט על השפעות התפשטותם של אורגניזמים מהונדסים בסביבה;
- מזון מהונדס עלול לגרום לאלרגיות, בין היתר.
- סוגיות אתיות הקשורות לשיבוט יצורים חיים;
- ייצור תאי גזע מייצר מתח תאית שעלול להוביל להזדקנות מוקדמת, בין היתר;
