Biotechnológia

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. szeptember 26-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 14 szerkesztést igényelnek .

A biotechnológia ( gr. βίος - "élet", τέχνη - "művészet, készség, képesség", λόγος - "szó, jelentés, gondolat, fogalom") olyan tudományág, amely az élő szervezetek , rendszereik vagy termékeik felhasználásának lehetőségeit vizsgálja. létfontosságú tevékenységük a technológiai feladatok megoldásában, valamint a szükséges tulajdonságokkal rendelkező élő szervezetek génsebészeti úton történő létrehozásának lehetősége .

A biotechnológiát a 20. és 21. században gyakran génsebészet alkalmazásaként emlegetik , de a kifejezés a biológiai szervezetek emberi szükségletek kielégítésére történő módosítására szolgáló eljárások szélesebb körét is jelenti, kezdve a növények és állatok mesterséges szelekcióval , ill . hibridizáció . A modern módszerek segítségével a hagyományos biotechnológiai termelés képes volt javítani az élelmiszerek minőségén és növelni az élő szervezetek termelékenységét.

1971-ig a „biotechnológia” kifejezést főként az élelmiszeriparban és a mezőgazdaságban használták. A tudósok az 1970-es évek óta használják ezt a kifejezést olyan laboratóriumi módszerekre, mint a rekombináns DNS és az in vitro sejtkultúrák alkalmazása .

A biotechnológia a genetikán , a molekuláris biológián , a biokémián , az embriológián és a sejtbiológián, valamint a kémiai és információs technológia, valamint a robotika alkalmazott tudományain alapul.

A biotechnológia története

A "biotechnológia" kifejezést először Karl Ereki magyar mérnök használta 1917 -ben .

A technológiai folyamatot biztosító mikroorganizmusok vagy enzimeik ipari termelésben való felhasználása ősidők óta ismert, azonban a szisztematikus tudományos kutatások lehetővé tették a biotechnológiai módszerek és eszközök arzenáljának jelentős bővítését.

Így 1814-ben a szentpétervári akadémikus , K. S. Kirchhoff ( életrajz Archív másolata 2019. október 17-én a Wayback Machine -en ) felfedezte a biológiai katalízis jelenségét, és megpróbálta biokatalitikus úton előállítani a cukrot a rendelkezésre álló hazai nyersanyagokból ( 19. közepéig). században a cukrot csak cukornádból nyerték ) . 1891- ben az USA-ban a japán biokémikus Dz. A Takamine megkapta az első szabadalmat az enzimkészítmények ipari célokra történő felhasználására: a tudós a diasztáz alkalmazását javasolta növényi hulladék cukrosítására.

A 20. század elején a fermentációs és mikrobiológiai ipar aktívan fejlődött . Ugyanebben az években történtek az első kísérletek az antibiotikumok, élesztőből nyert élelmiszer-koncentrátumok előállításának megalapozására, a növényi és állati eredetű termékek fermentációjának szabályozására.

Az első antibiotikumot - a penicillint - 1940 -  ben izolálták és elfogadható szintre tisztították , ami új kihívásokat jelentett: a mikroorganizmusok által termelt gyógyászati ​​anyagok ipari előállításának felkutatását és létrehozását, az új gyógyszerek költségcsökkentését és biológiai biztonságának növelését. .

A biotechnológia típusai

Biomérnöki

A biomérnökség (vagy orvosbiológiai mérnöki tudomány) egy olyan tudományág, amelynek célja a mérnöki, biológia és orvostudományi ismeretek elmélyítése, valamint az emberi egészség javítása olyan interdiszciplináris fejlesztések révén, amelyek a mérnöki megközelítéseket az orvosbiológiai tudomány és a klinikai gyakorlat eredményeivel ötvözik. A biomérnökség/orvosbiológiai mérnöki technika technikai megközelítések alkalmazása az egészségügyi problémák megoldására az egészségügyi ellátás javítása érdekében. Ez a mérnöki tudományág célja a tudás és a tapasztalat felhasználása a biológia és az orvostudomány problémáinak megtalálására és megoldására. A biomérnökök az emberiség javára dolgoznak, élő rendszerekkel foglalkoznak, és fejlett technológiákat alkalmaznak az orvosi problémák megoldására. Az orvosbiológiai mérnökök szakemberei részt vehetnek műszerek és berendezések létrehozásában, interdiszciplináris ismereteken alapuló új eljárások kidolgozásában, új problémák megoldását célzó új információk megszerzését célzó kutatásokban. A biomérnökség fontos vívmányai közül említhető a mesterséges ízületek, a mágneses rezonancia képalkotás , a pacemakerek , az artroszkópia , az érplasztika, a biomérnöki bőrprotézisek, a vesedialízis, a szív-tüdő gépek fejlesztése. Szintén a biomérnöki kutatások egyik fő területe a számítógépes modellezési módszerek alkalmazása új tulajdonságokkal rendelkező fehérjék létrehozására, valamint a különböző vegyületek sejtreceptorokkal való kölcsönhatásának modellezése új gyógyszerek kifejlesztése érdekében („drug design”).

Biomedicina

Az orvostudomány olyan ága , amely elméleti szempontból vizsgálja az emberi testet , annak szerkezetét és működését normál és kóros állapotokban , kóros állapotokat, diagnosztikai , korrekciós és kezelési módszereket [1] . A biomedicina magában foglalja a felhalmozott tudást és kutatást, többé-kevésbé általános orvoslást , állatorvoslást , fogászatot és alapvető biológiai tudományokat, mint például a kémiát , a biológiai kémiát , a biológiát , a szövettant , a genetikát , az embriológiát , az anatómiát , a fiziológiát , a patológiát , az orvosbiológiai technikát [2] , állattan , botanika és mikrobiológia [3] [4] . [5]

Nanomedicina

Humán biológiai rendszerek nyomon követése, rögzítése, tervezése és vezérlése molekuláris szinten, nanoeszközök és nanostruktúrák segítségével [6] . A világon számos technológiát hoztak létre a nanomedicinális ipar számára. Ezek közé tartozik a gyógyszerek célzott eljuttatása a beteg sejtekhez [7] , a chipen lévő laboratóriumok és az új baktériumölő szerek.

Biofarmakológia

A farmakológia ága , amely a biológiai és biotechnológiai eredetű anyagok élettani hatásait vizsgálja. Valójában a biofarmakológia két hagyományos tudomány – a biotechnológia – konvergenciájának gyümölcse, nevezetesen annak a "vörösnek" nevezett ágának, az orvosi biotechnológiának és a farmakológiának , amely korábban csak a kis molekulatömegű vegyszerek iránt érdeklődött. közös érdek.

A biofarmakológiai kutatások tárgyai a biogyógyszerek tanulmányozása, előállításuk tervezése, a termelés megszervezése. A biofarmakológiai terápiás és betegségek megelőzésére szolgáló szereket élő biológiai rendszerek, szervezetek szövetei és származékaik felhasználásával, biotechnológiai eszközökkel, azaz biológiai és biotechnológiai eredetű gyógyászati ​​anyagokkal állítják elő.

Bioinformatika

Módszerek és megközelítések [8] készlete , beleértve:

  1. számítógépes elemzés matematikai módszerei az összehasonlító genomikában (genomikus bioinformatika);
  2. fehérjék térszerkezetének előrejelzésére szolgáló algoritmusok és programok fejlesztése ( strukturális bioinformatika );
  3. stratégiák, megfelelő számítási módszertanok tanulmányozása és a biológiai rendszerek információs komplexitásának általános kezelése [9] .

A bioinformatika alkalmazott matematikai , statisztikai és számítástechnikai módszereket alkalmaz . A bioinformatikát a biokémia , biofizika , ökológia és más területeken használják.

Sorozat igazítás

Bioinformatikai módszer, amely két vagy több DNS- , RNS- vagy fehérjemonomer -szekvenciát egymás alá helyezve oly módon, hogy ezekben a szekvenciákban a hasonló területek jól láthatóak legyenek. Két molekula primer szerkezetének hasonlósága tükrözheti azok funkcionális, szerkezeti vagy evolúciós kapcsolatait [10] . Szekvencia igazítási algoritmusokat is használnak az NLP -ben .

Bionika

Alkalmazott tudomány az élő természet szerveződési elveinek, tulajdonságainak, funkcióinak és struktúráinak műszaki eszközökben és rendszerekben történő alkalmazásáról, vagyis a természetben lévő élőlények formáiról és ipari megfelelőikről. Egyszerűen fogalmazva, a bionika a biológia és a technológia kombinációja. A Bionics teljesen új szemszögből vizsgálja a biológiát és a technológiát, elmagyarázva, hogy milyen közös jellemzők és különbségek vannak a természetben és a technológiában.

Megkülönböztetni:

  • biológiai bionika, amely a biológiai rendszerekben lezajló folyamatokat vizsgálja;
  • elméleti bionika, amely e folyamatok matematikai modelljeit építi fel;
  • műszaki bionika, amely az elméleti bionika modelljeit használja a mérnöki problémák megoldására.

A bionika szorosan kapcsolódik a biológiához , a fizikához , a kémiához , a kibernetikához és a mérnöki tudományokhoz: elektronika , navigáció , kommunikáció , tengerészet és mások.

Bioremediáció

Módszerek komplexuma a víz, a talaj és a légkör tisztítására, a biológiai objektumok – növények , gombák , rovarok , férgek és más szervezetek – anyagcserepotenciáljának felhasználásával .

Mesterséges szelekció

Állatok, növények vagy más szervezetek szaporodásának szelektív felvétele új fajták és fajták nemesítése céljából. A modern nemesítés előfutára és fő módszere . A mesterséges szelekció eredménye a növényfajták és állatfajták sokfélesége.

Klónozás

Természetes úton történő megjelenés vagy több genetikailag azonos organizmus ivartalan (beleértve a vegetatív ) szaporodás útján történő előállítása. A „klónozás” kifejezést ugyanebben az értelemben gyakran használják többsejtű szervezetek sejtjeivel kapcsolatban. A klónozást örökletes molekulák több azonos másolatának megszerzésének is nevezik (molekuláris klónozás). Végül a klónozást gyakran biotechnológiai módszereknek is nevezik, amelyeket organizmusok, sejtek vagy molekulák klónjainak mesterséges előállítására használnak. A genetikailag azonos organizmusok vagy sejtek csoportja egy klón.

Emberi klónozás

Prediktív módszertan, amely abból áll, hogy embriót hoznak létre , majd az embrióemberekből kinőnek, akik egy adott egyed genotípusával rendelkeznek, jelenleg vagy korábban. Eddig még nem fejlesztették ki az emberi klónozás technológiáját. Jelenleg egyetlen emberi klónozási esetet sem jegyeztek fel megbízhatóan. És itt számos elméleti és technikai kérdés is felmerül. Ma azonban vannak olyan módszerek, amelyek lehetővé teszik, hogy nagy magabiztossággal kijelenthessük, hogy a technológia fő kérdése megoldódott. A félelmeket olyan pillanatok okozzák, mint a klónozás kudarcainak nagy százaléka és az ezzel járó alacsonyabb rendű emberek megjelenésének lehetősége. Valamint az apasággal, az anyasággal, az örökléssel, a házassággal és még sok mással kapcsolatos kérdések. A fő világvallások ( kereszténység , iszlám , judaizmus ) szemszögéből az emberi klónozás vagy problematikus, vagy a dogmán túlmutató cselekedet, amely megköveteli a teológusoktól , hogy egyértelműen igazolják a vallási hierarchák egyik vagy másik álláspontját . Egyes államokban hivatalosan tilos ezeknek a technológiáknak az emberekkel kapcsolatos használata – Franciaországban , Németországban , Japánban . Ezek a tilalmak azonban nem jelentik ezen államok törvényhozóinak azt a szándékát, hogy a jövőben tartózkodjanak az emberi klónozás alkalmazásától, miután részletesen tanulmányozták a pete - recipiens citoplazmája és a szomatikus sejtmag közötti kölcsönhatás molekuláris mechanizmusait. sejtdonor , valamint magának a klónozási technikának a fejlesztése .

Oktatási biotechnológia

Az oktatási biotechnológiát a biotechnológia terjesztésére és a személyzet képzésére használják ezen a területen. A biotechnológiához (pl. rekombináns fehérjetermeléshez) kapcsolódó interdiszciplináris anyagokat és oktatási stratégiákat dolgoz ki, amelyek az egész társadalom számára elérhetőek, beleértve a speciális igényű, például hallás- és/vagy látássérülteket is. [tizenegy]

Hibridizáció

A hibridek kialakulásának vagy előállításának folyamata , amely különböző sejtek genetikai anyagának egy sejtben történő kombinációján alapul. Végezhető ugyanazon a fajon belül (intraspecifikus hibridizáció) és különböző szisztematikus csoportok között (távoli hibridizáció, amelyben különböző genomokat kombinálnak ). A hibridek első generációját gyakran heterozis jellemzi , amely a szervezetek jobb alkalmazkodóképességében, nagyobb termékenységében és életképességében fejeződik ki. Távoli hibridizáció esetén a hibridek gyakran sterilek .

Géntechnológia

Annak ellenére, hogy az első sikeres kísérleteket a sejtek exogén DNS-sel történő transzformációjával kapcsolatban Avery , McLeod és McCarthy végezte még az 1940 - es években , a humán rekombináns inzulin első kereskedelmi készítményét az 1980-as évek elején vagy 1982-ben állították elő [12] [13 ]. ] . A baktériumsejtek genomjától idegen gének bejuttatását az ún. vektor-DNS -ek , például a baktériumsejtekben jelenlévő plazmidok , valamint bakteriofágok és más mobil genetikai elemek használhatók vektorként az exogén DNS-nek a befogadó sejtbe történő átvitelére.

Új gént kaphat:

  1. Kivágása a gazdaszervezet genomiális DNS-éből egy restrikciós endonukleáz segítségével, amely katalizálja a foszfodiészter kötések felszakadását a DNS bizonyos nitrogéntartalmú bázisai között bizonyos nukleotidszekvenciájú régiókban ;
  2. Kémiai-enzimatikus szintézis;
  3. Sejtből izolált hírvivő RNS-en alapuló cDNS szintézise reversetas és DNS polimeráz enzimekkel , miközben olyan gént izolálunk, amely nem tartalmaz jelentéktelen szekvenciákat, és expresszálható, feltéve, hogy megfelelő promóter szekvenciát választanak ki a prokarióta rendszerekben, utólagos módosítások nélkül, amely leggyakrabban az intronokat és exonokat tartalmazó prokarióta eukarióta génrendszerek transzformációjához szükséges .

Ezt követően a vektor DNS-molekulát restrikciós enzimmel kezelik, hogy kettős szálú törést hozzon létre, majd a gént a DNS-ligáz enzim segítségével „beillesztjük” a vektorba a kapott „résbe” , majd a recipiens sejteket ilyen rekombináns molekulákkal, például E. coli sejtekkel transzformálva . Ha például vektorként plazmid DNS-t használunk, akkor szükséges, hogy a sejtek kompetensek legyenek az exogén DNS sejtbe való behatolásában, amelyhez például a recipiens sejtek elektroporációját alkalmazzuk. A sejtbe való sikeres bejutást követően az exogén DNS elkezd replikálódni és expresszálódik a sejtben.

Transzgénikus növények

A transzgénikus növények  azok a növények, amelyekbe más szervezetek génjeit "átültették".

A Colorado burgonyabogárral szemben rezisztens burgonyát úgy hozták létre, hogy a talaj genomjából izolált türingiai bacillus Bacillus thuringiensis gént juttatták be, amely a Cry fehérjét termeli , amely egy protoxin, a rovarok belében ez a fehérje feloldódik és aktiválódik, toxin, amely káros hatással van a rovarlárvákra és az imágókra A Bacillus thuringiensis spórákkal történő permetezést már az első transzgénikus növény előállítása előtt alkalmazták növényvédelemre, de alacsony hatékonyság mellett a növényi szövetekben az endotoxin termelődése jelentősen növelte a védekezés hatékonyságát, és a gazdasági hatékonyságot is növelte, mivel a növény maga elkezdett védőfehérjét termelni. Egy burgonyanövényt Agrobacterium tumefaciens -sel transzformálva olyan növényeket kaptunk, amelyek ezt a fehérjét szintetizálják a levél mezofiljában és más növényi szövetekben, és ennek megfelelően nem befolyásolják őket a Colorado burgonyabogár. Ezt a megközelítést más, különféle rovarokkal szemben ellenálló mezőgazdasági növények létrehozására is használják.

Transzgénikus állatok

A leggyakrabban használt transzgenikus állatok a sertések . Például vannak emberi génekkel rendelkező sertések – emberi szervek donoraiként tenyésztették őket.

Japán génmérnökök bevitték a spenót gént a sertések genomjába , amely a FAD2 enzimet termeli, amely a telített zsírsavakat linolsavvá  , telítetlen zsírsavvá alakítja. A módosított sertés 1/5-tel több telítetlen zsírsavat tartalmaz, mint a normál sertés. [tizennégy]

A zölden izzó malacok a Tajvani Nemzeti Egyetem kutatóinak egy csoportja által tenyésztett transzgénikus sertések, amelyek az Aequorea victoria fluoreszcens medúzától kölcsönzött zöld fluoreszcens fehérjegén embrionális DNS-ét bevitték . Az embriót ezután egy nőstény sertés méhébe ültették be. A malacok sötétben zölden világítanak, nappali fényben pedig zöldes árnyalatú a bőrük és a szemük. Az ilyen sertések tenyésztésének fő célja a kutatók szerint a szövetfejlődés vizuális megfigyelésének lehetősége az őssejt-transzplantáció során.

Erkölcsi szempont

Számos modern vallási személyiség és néhány tudós óvja a tudományos közösséget az olyan biotechnológiák (különösen az orvosbiológiai technológiák) iránti túlzott lelkesedéstől, mint a géntechnológia , a klónozás és a különböző mesterséges reprodukciós módszerek (például IVF ).

Egy személy a legújabb orvosbiológiai technológiákkal szemben , V. N. Filyanova , a RISS vezető kutatójának cikke :

A biotechnológiák problémája csak egy része a tudományos technológiák problémájának, amely az európai embernek a világ átalakítása, a természet meghódítása felé való orientációjában gyökerezik, amely a modern idők korában kezdődött. Az elmúlt évtizedekben rohamosan fejlődő biotechnológiák első pillantásra közelebb viszik az embert a betegségek leküzdésére, a testi problémák kiküszöbölésére, valamint az emberi tapasztalatok által a földi halhatatlanság elérésére vonatkozó régóta fennálló álma megvalósításához. Másrészt azonban teljesen új és váratlan problémákat vetnek fel, amelyek nem korlátozódnak a géntechnológiával módosított termékek hosszú távú használatának következményeire, az emberi génállomány leromlására a megszületett emberek tömegének születése miatt. csak az orvosok beavatkozásának és a legújabb technológiáknak köszönhetően. A jövőben felmerül a társadalmi struktúrák átalakulásának problémája, feltámad a nürnbergi perben elítélt „orvosi fasizmus” és eugenika szelleme .

Lásd még

Megjegyzés

  1. ↑ Az orvostudomány definíciója . Letöltve: 2013. május 30. Az eredetiből archiválva : 2009. július 8..
  2. ↑ Bronzino, Joseph D. (2006. április). The Biomedical Engineering Handbook, harmadik kiadás. C.R.C. Press. ISBN 978-0-8493-2124-5 . http://crcpress.com/product/isbn/9780849321245 Archiválva : 2015. február 24. a Wayback Machine -nél
  3. ↑ "Bakteriológia az ingyenes online szótárban". http://www.thefreedictionary.com/bacteriologist Archiválva : 2011. június 6. a Wayback Machine -nél . Letöltve: 2007-03-11.
  4. ↑ Virológia az ingyenes online szótárban. http://www.thefreedictionary.com/virology Archiválva : 2011. június 6. a Wayback Machine -nél . Letöltve: 2007-03-11.
  5. ↑ Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology. Oxford: Oxford Scienxe Publications, 1997. ISBN 0-19-854768-4 .740 pp.
  6. ↑ Nanomedicina, I. kötet: Alapvető képességek Archiválva : 2015. augusztus 14., a Wayback Machine , szerző: Robert A. Freitas Jr. 1999, ISBN 1-57059-645-X
  7. ↑ LaVan DA, McGuire T., Langer R. Kisméretű rendszerek in vivo gyógyszerszállításhoz  // Nature Biotechnology  : Journal  . - Nature Publishing Group , 2003. - Vol. 21 , sz. 10 . - P. 1184-1191 . - doi : 10.1038/nbt876 .
  8. ↑ E. Kunin Leves körömből. A vezető evolucionista a Multiverzumról és az antropikus elvről beszélt. // Lenta.ru, 2012. december 1 . Hozzáférés dátuma: 2013. május 30. Az eredetiből archiválva : 2014. augusztus 9..
  9. ↑ Ivan Y. Torshin Bioinformatics in the Post-Genomic Era: The Role of Biophysics Archiválva : 2006. december 27., a Wayback Machine , Novapublishers, 2006, ISBN 1-60021-048-1
  10. ↑ Szerelje fel a DM-et. Bioinformatika: szekvencia- és  genomelemzés . — 2. - Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor, NY., 2004. - ISBN 0-87969-608-7 .
  11. ↑ Los Colores de la Biotecnologia . Biotechnology S.i. Letöltve: 2016. október 29. archiválva az eredetiből: 2016. október 29.
  12. ↑ Filatov O. Yu., Malyshev I. Yu. Sejtes biotechnológiák az endokrinológiában (tankönyv az orvosi kar hallgatóinak és a posztgraduális képzés hallgatóinak). - M., 2010.
  13. ↑ Tof, Ilanit (1994). "Rekombináns DNS technológia a humán inzulin szintézisében" Archiválva : 2007. november 30., a Wayback Machine -nél . Little Tree Kiadó.
  14. ↑ Génfőzés: A mutánsok a legízletesebbek! Archiválva : 2013. október 31. a Wayback Machine -nél  (Hozzáférés: 2011. december 19.)

Irodalom

  • Glick B., Pasternak J. Molekuláris biotechnológia. Alapelvek és alkalmazás. - M .: Mir, 2002.
  • Egorova T. A., Klunova S. M., Zhivu hin E. A. A biotechnológia alapjai. - M. , 2003.
  • Patrushev L. I. A gének kifejeződése. - M . : Nauka, 2000. - ISBN 5-02-001890-2 .
  • Shevelukha, V. S., Kalasnyikova, E. A., Degtyarev, S. V. et al., Agricultural biotechnology. - M. , 1998. - 416 p. — ISBN 5-06-003535-2 .
  • Ipari mikrobiológiai és biotechnológiai kézikönyv. 2. kiadás – Mosás, 1999.
  • Sasson A. Biotechnológia: Teljesítmények és remények. - M . : Mir, 1987. - 60 000 példány.

Javasolt olvasmány

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
 Biomérnökség
A biomérnökség területei
Kapcsolódó cikkek
Tudósok
Népszerűsítők