Biotehnoloģija ir bioloģijas nozare, kas attīstās tehnoloģijas no dzīviem organismiem, vai izejvielas no tām, pamatojoties uz biomolekulāriem un šūnu procesiem, lai radītu vai modificētu produktus un risinātu sabiedrības problēmas.
Lietišķo bioloģisko zinātņu radīto produktu un metožu piemēri ir:
- Vakcīnas;
- Antibiotikas;
- Klonēšana;
- Transgenics;
- In vitro apaugļošana.
Biotehnoloģijas veidi
Lai atvieglotu identifikāciju, biotehnoloģija tiek klasificēta 10 krāsās pēc darbības apgabala.
- sarkanā biotehnoloģija: medicīnas un cilvēku veselībai izstrādātas tehnoloģijas.
- baltā biotehnoloģija: tehnoloģijas rūpniecisko procesu uzlabošanai.
- zaļā biotehnoloģija: tehnoloģijas lauksaimniecībai.
- zilā biotehnoloģija: jūras resursu izmantošanas tehnoloģijas.
- Dzeltenā biotehnoloģija: uztura un pārtikas ražošanas tehnoloģijas.
- pelēkā biotehnoloģija: tehnoloģijas vides aizsardzībai un atjaunošanai.
- brūnā biotehnoloģija: augsnes apstrādes tehnoloģijas.
- zelta biotehnoloģija: bioinformātikas un nanobiotehnoloģijas tehnoloģijas.
- violeta biotehnoloģija: intelektuālā īpašuma un biodrošības tehnoloģijas.
- melnā biotehnoloģija: tehnoloģijas, ko izmanto kā bioloģiskos ieročus.
Biotehnoloģijas nozīme
Kaut arī cilvēki tūkstošiem gadu izmanto biotehnoloģiju, maizes, dzērienu un dzērienu ražošanai izmanto, piemēram, mikroorganismus sieri, zināšanas dažādās zinātniskajās jomās radīja lielus grozījumus organismu manipulācijās, lai iegūtu noteiktus produktus un Likuma uzvalks.
Biotehnoloģijas attīstība ar mikrobioloģijas, molekulārās bioloģijas, ģenētikas, inženierzinātņu un informātikas atbalstu, cita starpā, ir svarīga:
- Novērst slimības, samazinot smagumu un nāvi;
- Laicīgi diagnosticēt slimības un glābt dzīvības;
- Samazināt izmaksas, vienkāršot un paātrināt rūpniecisko ražošanu;
- Lai palielinātu lauksaimniecības ražu, izveidojiet augus un resursus ar vēlamām īpašībām.
Ir vērts atzīmēt, ka šie piemēri ir saistīti ar vislielākās attīstības jomām biotehnoloģijā, taču to nozīme neaprobežojas tikai ar to.
Biotehnoloģijas pielietojumi
Svarīgākie biotehnoloģijas pielietojumi ir saistīti ar medicīnu, papildus lauksaimniecībai un pārtikas ražošanai, kā arī ar vidi.
medicīnā:
- Insulīna, zāļu un vakcīnu ražošana;
- Dzīvnieku, piemēram, cūku, manipulēšana ar orgānu izmantošanu transplantācijā;
- Antivielu ražošana laboratorijā pacientiem ar nepietiekamu imūnsistēmu;
- Gēnu terapija tādu slimību ārstēšanai kā vēzis, neiroloģiskas un sirds un asinsvadu slimības, kuru tradicionālā ārstēšana nav efektīva;
- Cilmes šūnu izpēte terapeitiskiem nolūkiem.
Zemkopībā:
- Izejvielu ražošana, piemēram: mēslojums, sēklas un pesticīdi;
- Augu ģenētiskā uzlabošana;
- Pārtikas pārstrāde: transgēna pārtika
vidē:
- Bioremediācija: atkarībā no piesārņojuma veida un vides apstākļiem tiek izmantotas dažādas metodes, lai samazinātu vai novērstu piesārņojumu vidē;
- Lauksaimniecības atkritumu biokonversija;
- Biodegvielas ražošana no dzīviem organismiem vai augu atliekām;
- Bioloģiski noārdāma plastmasas ražošana no mikro aļģēm.
Uzziniet vairāk par Bioremediācija.
Biotehnoloģijas vēsture
Senatnē, pirms vairāk nekā 4000 gadiem, noteiktu rezultātu iegūšanai jau tika izmantotas metodes, kā manipulēt ar dzīvām būtnēm; piemēram, lai pagatavotu vīnu vai maizi, kur galvenais ir fermentācija, ko veic mikroorganismi, raugi.
Mikrobioloģijas sākums
Attīstoties dažādām zinātnes jomām, bija iespējams saprast, kā procesi notika. 19. gadsimta beigās Luisa Pastēra mikrobioloģiskie pētījumi lika viņam eksperimentos atklāt fermentāciju.
DNS molekulu atklāšana
Līdz ar to cilvēki pārstāja ticēt spontānai paaudzei, un uzmanība tika pievērsta mikroorganismu izpētei un šūnu teorijai.
Zinātniekiem Džeimsam Vatsonam, Frensiskam Krikam un Morisam Vilkinsam 1962. gadā tika piešķirta Nobela prēmija par DNS molekulas struktūras aprakstīšanu 1953. gadā žurnālā daba.
Pāra iesniegtais modelis tika balstīts uz Ervina Chargafa informāciju par slāpekļa bāzēm izmantojot hromatogrāfijas tehniku un Rosalind iegūtos rentgena difrakcijas attēlos Franklins.
Gēnu inženierija un rekombinantā DNS
Pētījumi padziļinājās, un 1978. gadā 3 pētniekiem atkal tika piešķirta Nobela prēmija par restrikcijas enzīmu izolēšanu, kas ir rekombinantās DNS tehnikas pamats.
Lasiet par spontānu radīšanu vietnē Dzīves izcelsme.
Biotehnoloģija medicīnā
Bioloģisko pētījumu laboratorija.
Mūsdienu biotehnoloģijas sākotnējie mērķi bija vērsti uz cilvēku un dzīvnieku veselības jautājumiem, medikamentu ražošanai izmantojot mikroorganismus.
Tomēr metodes ir daudzveidojušās, un pašlaik ir daudz pielietošanas iespēju gan medicīnā, gan citās jomās.
Jāatzīmē, ka pētījumus sāka izstrādāt universitāšu un sabiedrisko pētījumu centru laboratorijās, tomēr pašlaik tie, kas dominē pētījumi un biotehnoloģijas tirgus ir privāti uzņēmumi, lieli farmācijas un agroķīmijas daudznacionāli uzņēmumi, tāpēc vērtības un mērķi ir atšķirīgi.
Gēnu inženierijas pielietojumi
Veselības nozarē tiek izmantotas daudzas biotehnoloģijas, kas ir viena no lielākajām šo metožu pielietošanas jomām Brazīlijā.
Dzīvnieku orgāni tiek izmantoti transplantācijām, insulīna ražošanai un vakcīnām, izmantojot rekombinanto DNS metodi, cita starpā zāļu, hormonu un antivielu ražošanai.
Ļoti pretrunīgas ir pieejas, kas saistītas ar klonēšana, kas ietver ētikas jautājumus.
Tāpat pētījumi ir turpināti un tiek izmantoti reproduktīvā klonēšananeauglības gadījumos vai turpmāku slimību profilaksei, un terapeitiskā klonēšana, kas norāda uz deģeneratīvo slimību ārstēšanu, izmantojot cilmes šūnas, kā metodes priekšrocību.
Lasiet arī par gēnu terapija.
Biotehnoloģija lauksaimniecībā
Augu audu kultūra.
Lauksaimniecības un pārtikas nozarē biotehnoloģija ir visvecākā izmantošana, piemēram, kad tā ir krustojas starp augu sugām, lai iegūtu citas šķirnes vai uzlabotu raža.
"Zaļā revolūcija"
20. gadsimta otrajā pusē modelis, kas galvenokārt tika izstrādāts ASV, kļuva internacionalizēts ar tā saukto “zaļā revolūcija”.
Brazīlijā, sākot no 1960. gadiem, sekojot "zaļās revolūcijas" formām, lauku vidē sāka notikt pārveidojumi, kuru mērķi bija: modernizēt nozari lauksaimniecības, palielināt pārtikas un produktu piedāvājumu eksportam, kā arī atbrīvot darbaspēku nozares izmantošanai pilsētnieciski industriāls.
Importētās tehnoloģijas, kas tika izstrādātas mērenam klimatam, nevis tropu ekosistēmas, kur augsnes ir ļoti atšķirīgas un ir lielāka bioloģiskā daudzveidība, piemēram, Brazīlija.
Ģenētiski modificēti (ĢMO) un transgēni organismi
Transgēnu ražošana ir realitāte, un galvenie modificētie pārtikas produkti ir kukurūza, soja un kvieši.
Sojas, piemēram, ir lielākajā daļā rūpnieciski ražotu pārtikas produktu dažādos veidos, tas ir viens no galvenajiem transgēnu pārtika un šī informācija ne vienmēr tiek pareizi nodota patērētājam.
Vides biotehnoloģija
Vides biotehnoloģiju izmantošana ir veids, kā mainīt cilvēku radīto situāciju un kas pieaug visā pasaulē, dažādu darbību radīto atkritumu ražošana cilvēki.
Tas ir veids, kā izmantot kontrolētus dabiskos procesus, lai uzlabotu piesārņotu ekosistēmu stāvokli vai radītu bioloģiski noārdāmus risinājumus, kas ļauj izvairīties no piesārņojuma.
Tādējādi procesu veikšanai tiek izmantotas dzīvās būtnes: baktērijas, aļģes, augi piemēram, fermentācija, aerobā un anaerobā elpošana un kontrolē konkrētā cilvēka piesārņojumu vide.
Vēl viens interesants biotehnoloģijas pielietojums vides jomā ir atkritumu atkārtota izmantošana lauksaimniecības (piemēram, cukurniedru maisījums) vai cietie notekūdeņi (kanalizācija) enerģijas ražošanai un biodegviela.
Priekšrocība vai trūkums?
Daudzi biotehnoloģijas pielietojumi var būt izdevīgi cilvēcei, taču tie rada strīdi par cilvēku un dzīvnieku veselību, ietekmi uz vidi un sabiedrību. Kas ir skaidrs, tas ir joprojām nav zināms noteikti ilgtermiņa sekas.
Biotehnoloģijas priekšrocības
- Paaugstināta pārtikas ražošana, galvenokārt motivēta ar iespēju izskaust badu pasaulē;
- Iespēja iegūt vairāk barojošu pārtikas produktu ar ārstnieciskām īpašībām;
- Terapeitiskās metodes slimībām, kuras vēl nav izārstētas, piemēram, vēzis vai kuru ārstēšana nav tik efektīva;
- Zāļu ražošana papildus hormoniem, antivielām un insulīnam;
- Bioremediācijas izmantošana, lai kontrolētu un novērstu piesārņojumu vidē;
- Bioloģiski noārdāmu produktu ražošana, lai samazinātu vides piesārņojumu;
Negatīvā ietekme
- Intensīva pesticīdu un neorganisko mēslošanas līdzekļu izmantošana;
- Iejaukšanās dabas līdzsvarā;
- Ģenētiski modificētu (neauglīgu) sēklu radīšana;
- "Ģenētiskais piesārņojums", jo nav iespējams kontrolēt ģenētiski modificēto organismu izplatīšanās sekas vidē;
- Transgēni pārtikas produkti, cita starpā, var izraisīt alerģiju.
- Ētikas jautājumi, kas saistīti ar dzīvo būtņu klonēšanu;
- Cilmes šūnu ražošana rada šūnu stresu, kas cita starpā var izraisīt priekšlaicīgu novecošanos;