Bioteknologi

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 26. september 2021; checks kræver 14 redigeringer .

Bioteknologi (fra gr. βίος - "liv", τέχνη - "kunst, dygtighed, evne", λόγος - "ord, mening, tanke, begreb") er en disciplin, der studerer mulighederne for at bruge levende organismer , deres systemer eller produkter af deres vitale aktivitet for at løse teknologiske opgaver, samt muligheden for at skabe levende organismer med de nødvendige egenskaber ved genteknologi .

Bioteknologi omtales ofte som brugen af ​​genteknologi i det 20. og 21. århundrede , men begrebet refererer også til en bredere vifte af processer til at modificere biologiske organismer for at opfylde menneskelige behov, startende med modifikation af planter og dyr gennem kunstig selektion og hybridisering . Ved hjælp af moderne metoder har traditionel bioteknologisk produktion været i stand til at forbedre kvaliteten af ​​fødevarer og øge produktiviteten af ​​levende organismer.

Indtil 1971 blev udtrykket "bioteknologi" primært brugt i fødevareindustrien og landbruget. Siden 1970'erne har videnskabsmænd brugt udtrykket til at henvise til laboratoriemetoder såsom brugen af ​​rekombinant DNA og in vitro cellekulturer .

Bioteknologi er baseret på genetik , molekylærbiologi , biokemi , embryologi og cellebiologi samt de anvendte discipliner inden for kemisk og informationsteknologi og robotteknologi.

Bioteknologiens historie

Udtrykket "bioteknologi" blev første gang brugt af den ungarske ingeniør Karl Ereki i 1917 .

Brugen af ​​mikroorganismer eller deres enzymer i industriel produktion , som giver den teknologiske proces, har været kendt siden oldtiden, men systematisk videnskabelig forskning har gjort det muligt betydeligt at udvide arsenalet af metoder og midler til bioteknologi.

Så i 1814 opdagede St. Petersburg- akademikeren K. S. Kirchhoff ( biografi Arkivkopi af 17. oktober 2019 på Wayback Machine ) fænomenet biologisk katalyse og forsøgte at biokatalytisk opnå sukker fra tilgængelige indenlandske råmaterialer (indtil midten af ​​det 19 . århundrede, blev sukker kun opnået fra sukkerrør ). I 1891, i USA, blev den japanske biokemiker Dz. Takamine modtog det første patent på brugen af ​​enzympræparater til industrielle formål: videnskabsmanden foreslog brugen af ​​diastase til forsukring af planteaffald.

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede udviklede fermenterings- og mikrobiologiske industrier sig aktivt . I de samme år blev der gjort de første forsøg på at etablere produktion af antibiotika, fødevarekoncentrater fremstillet af gær, for at kontrollere fermenteringen af ​​produkter af vegetabilsk og animalsk oprindelse.

Det første antibiotikum - penicillin  - blev isoleret og oprenset til et acceptabelt niveau i 1940 , hvilket gav nye udfordringer: søgning og etablering af industriel produktion af medicinske stoffer produceret af mikroorganismer, arbejde for at reducere omkostningerne og øge niveauet af biosikkerhed for nye lægemidler .

Typer af bioteknologi

Bioengineering

Bioengineering (eller biomedicinsk teknik) er en disciplin, der sigter mod at uddybe viden inden for teknik, biologi og medicin og forbedre menneskers sundhed gennem tværfaglige udviklinger, der kombinerer ingeniørtilgange med resultaterne af biomedicinsk videnskab og klinisk praksis. Bioengineering/biomedicinsk teknik er anvendelsen af ​​tekniske tilgange til at løse medicinske problemer for at forbedre sundhedsplejen. Denne ingeniørdisciplin har til formål at bruge viden og erfaring til at finde og løse problemer inden for biologi og medicin. Bioingeniører arbejder til gavn for menneskeheden, beskæftiger sig med levende systemer og anvender avancerede teknologier til at løse medicinske problemer. Specialister i biomedicinsk teknik kan deltage i skabelsen af ​​instrumenter og udstyr, i udviklingen af ​​nye procedurer baseret på tværfaglig viden, i forskning rettet mod at indhente ny information til at løse nye problemer. Blandt de vigtige resultater af bioteknik kan man nævne udviklingen af ​​kunstige led, magnetisk resonansbilleddannelse , pacemakere , artroskopi , angioplastik, biomanipulerede hudproteser, nyredialyse, hjerte-lunge-maskiner. Et af hovedområderne for bioingeniørforskning er også brugen af ​​computermodelleringsmetoder til at skabe proteiner med nye egenskaber, samt modellering af interaktionen mellem forskellige forbindelser med cellereceptorer for at udvikle nye lægemidler ("lægemiddeldesign").

Biomedicin

En gren af ​​medicin , der studerer den menneskelige krop fra et teoretisk synspunkt , dens struktur og funktion under normale og patologiske tilstande , patologiske tilstande, metoder til deres diagnose , korrektion og behandling [1] . Biomedicin omfatter den akkumulerede viden og forskning, mere eller mindre almen medicin , veterinærmedicin , tandlæge og grundlæggende biologiske videnskaber, såsom kemi , biologisk kemi , biologi , histologi , genetik , embryologi , anatomi , fysiologi , patologi , biomedicinsk teknik [2 ] zoologi , botanik og mikrobiologi [3] [4] . [5]

Nanomedicin

Sporing, fiksering, design og kontrol af menneskelige biologiske systemer på molekylært niveau ved hjælp af nanoenheder og nanostrukturer [6] . En række teknologier til den nanomedicinske industri er allerede blevet skabt i verden. Disse omfatter målrettet levering af lægemidler til syge celler [7] , laboratorier på en chip og nye bakteriedræbende midler.

Biofarmakologi

Den gren af ​​farmakologi , der studerer de fysiologiske virkninger produceret af stoffer af biologisk og bioteknologisk oprindelse. Faktisk er biofarmakologi frugten af ​​konvergensen mellem to traditionelle videnskaber - bioteknologi, nemlig den gren af ​​den, som kaldes "rød", medicinsk bioteknologi og farmakologi , som tidligere kun var interesseret i kemikalier med lille molekylvægt, som et resultat af gensidig interesse.

Objekterne for biofarmakologisk forskning er studiet af biofarmaceutiske stoffer , planlægningen af ​​deres produktion, tilrettelæggelsen af ​​produktionen. Biofarmakologiske terapeutiske midler og midler til forebyggelse af sygdomme opnås ved hjælp af levende biologiske systemer, væv af organismer og deres derivater, ved anvendelse af bioteknologiske midler, det vil sige medicinske stoffer af biologisk og bioteknologisk oprindelse.

Bioinformatik

Et sæt metoder og tilgange [8] , herunder:

  1. matematiske metoder til computeranalyse i komparativ genomik (genomisk bioinformatik);
  2. udvikling af algoritmer og programmer til forudsigelse af den rumlige struktur af proteiner ( strukturel bioinformatik );
  3. undersøgelse af strategier, passende beregningsmetoder og generel styring af informationskompleksiteten i biologiske systemer [9] .

Bioinformatik anvender metoder fra anvendt matematik , statistik og datalogi . Bioinformatik bruges inden for biokemi , biofysik , økologi og andre områder.

Sekvensjustering

En bioinformatisk metode baseret på placering af to eller flere sekvenser af DNA , RNA eller proteinmonomerer under hinanden på en sådan måde, at lignende områder i disse sekvenser er let synlige. Ligheden mellem de primære strukturer af to molekyler kan afspejle deres funktionelle, strukturelle eller evolutionære forhold [10] . Sekvensjusteringsalgoritmer bruges også i NLP .

Bionics

Anvendt videnskab om anvendelsen i tekniske enheder og systemer af principperne for organisation, egenskaber, funktioner og strukturer af levende natur, det vil sige former for levende ting i naturen og deres industrielle modstykker. Enkelt sagt er bionik en kombination af biologi og teknologi. Bionics betragter biologi og teknologi fra en helt ny vinkel og forklarer, hvilke fællestræk og hvilke forskelle der findes i natur og teknologi.

Skelne:

  • biologisk bionik, som studerer de processer, der forekommer i biologiske systemer;
  • teoretisk bionik, som bygger matematiske modeller af disse processer;
  • teknisk bionik, som bruger modeller af teoretisk bionik til at løse tekniske problemer.

Bionics er tæt knyttet til biologi , fysik , kemi , kybernetik og ingeniørvidenskab: elektronik , navigation , kommunikation , maritim videnskab og andre.

Bioremediering

Et kompleks af metoder til rensning af vand, jord og atmosfære ved hjælp af biologiske objekters metaboliske potentiale - planter , svampe , insekter , orme og andre organismer .

Kunstig udvælgelse

Selektiv adgang til reproduktion af dyr, planter eller andre organismer med det formål at fremavle nye sorter og racer. Forløberen og hovedmetoden for moderne avl . Resultatet af kunstig selektion er mangfoldigheden af ​​plantesorter og dyreracer.

Kloning

Fremkomsten på en naturlig måde eller opnåelse af flere genetisk identiske organismer gennem aseksuel (herunder vegetativ ) reproduktion. Udtrykket "kloning" i samme betydning bruges ofte i relation til cellerne i flercellede organismer. Kloning kaldes også at opnå flere identiske kopier af arvelige molekyler (molekylær kloning). Endelig omtales kloning også ofte som bioteknologiske metoder, der bruges til kunstigt at opnå kloner af organismer, celler eller molekyler. En gruppe af genetisk identiske organismer eller celler er en klon.

Menneskelig kloning

En prædiktiv metodologi, der består i at skabe et embryo og derefter vokse fra de embryofolk, der har genotypen af ​​et bestemt individ, aktuelt eksisterende eller tidligere eksisterende. Indtil videre er teknologien til menneskelig kloning ikke blevet udviklet. I øjeblikket er der ikke registreret et eneste tilfælde af menneskelig kloning. Og her opstår en række både teoretiske og tekniske spørgsmål. Men i dag er der metoder, der giver os mulighed for med en høj grad af tillid at sige, at hovedspørgsmålet om teknologi er blevet løst. Frygt er forårsaget af sådanne øjeblikke som en høj procentdel af fejl i kloning og den tilhørende mulighed for udseendet af mindreværdige mennesker. Samt spørgsmål om faderskab, moderskab, arv, ægteskab og mange andre. Set fra de vigtigste verdensreligioners ( kristendom , islam , jødedom ) synspunkt er menneskelig kloning enten en problematisk handling eller en handling, der går ud over dogmet og kræver, at teologer klart begrunder den ene eller anden holdning af religiøse hierarker . I nogle stater er brugen af ​​disse teknologier i forhold til mennesker officielt forbudt - Frankrig , Tyskland , Japan . Disse forbud betyder imidlertid ikke, at lovgiverne i disse stater har til hensigt at afholde sig fra at bruge menneskelig kloning i fremtiden, efter en detaljeret undersøgelse af de molekylære mekanismer for interaktion mellem cytoplasmaet i oocytten - modtageren og kernen af ​​den somatiske celledonor , samt forbedring af selve kloningsteknikken .

Pædagogisk bioteknologi

Pædagogisk bioteknologi bruges til at formidle bioteknologi og uddanne personale inden for dette område. Det udvikler tværfaglige materialer og uddannelsesstrategier relateret til bioteknologi (f.eks. rekombinant proteinproduktion), der er tilgængelige for hele samfundet, herunder mennesker med særlige behov, såsom høre- og/eller synsnedsættelser. [elleve]

Hybridisering

Processen med dannelse eller produktion af hybrider , som er baseret på kombinationen af ​​det genetiske materiale fra forskellige celler i en celle. Det kan udføres inden for den samme art (intraspecifik hybridisering) og mellem forskellige systematiske grupper (fjernhybridisering, hvor forskellige genomer kombineres ). Den første generation af hybrider er ofte karakteriseret ved heterose , som kommer til udtryk i bedre tilpasningsevne, større frugtbarhed og levedygtighed af organismer. Med fjernhybridisering er hybrider ofte sterile .

Genteknologi

På trods af at de første vellykkede eksperimenter med transformation af celler med eksogent DNA blev lavet tilbage i 1940'erne af Avery , McLeod og McCarthy , blev det første kommercielle præparat af humant rekombinant insulin opnået i begyndelsen af ​​1980'erne eller 1982 [12] [13 ] . Introduktionen af ​​gener, der er fremmede for bakteriecellers genom, udføres ved hjælp af den såkaldte. vektor-DNA'er , såsom plasmider til stede i bakterieceller, såvel som bakteriofager og andre mobile genetiske elementer kan anvendes som vektorer til at overføre eksogent DNA til modtagercellen.

Du kan få et nyt gen:

  1. Udskæring af det fra værtens genomiske DNA ved hjælp af en restriktionsendonuklease, som katalyserer brydningen af ​​phosphodiesterbindinger mellem visse nitrogenholdige baser i DNA i områder med en bestemt nukleotidsekvens ;
  2. Kemisk-enzymatisk syntese;
  3. Syntese af cDNA baseret på messenger-RNA isoleret fra en celle ved hjælp af enzymerne reversetase og DNA-polymerase , mens man isolerer et gen, der ikke indeholder ubetydelige sekvenser og er i stand til at udtrykkes, forudsat at en passende promotorsekvens udvælges i prokaryote systemer uden efterfølgende modifikationer. hvilket oftest er nødvendigt for transformationen af ​​prokaryote eukaryote gensystemer indeholdende introner og exoner .

Derefter behandles vektor-DNA-molekylet med et restriktionsenzym for at danne et dobbeltstrenget brud, og genet "klistres" ind i vektoren i det resulterende "gab" ved hjælp af DNA-ligase -enzymet , og derefter bliver modtagercellerne transformeret med sådanne rekombinante molekyler, for eksempel E. coli- celler . Når de transformeres under anvendelse af f.eks. plasmid-DNA som vektor, er det nødvendigt, at cellerne er kompetente til indtrængning af eksogent DNA i cellen, hvortil f.eks. elektroporering af modtagercellerne anvendes. Efter vellykket indtræden i cellen begynder eksogent DNA at replikere og blive udtrykt i cellen.

Transgene planter

Transgene planter  er de planter, der er blevet "transplanteret" med gener fra andre organismer.

Kartoffel resistent over for Colorado kartoffelbillen blev skabt ved at introducere et gen isoleret fra genomet af jorden Thüringer bacillus Bacillus thuringiensis , som producerer proteinet Cry , som er et protoksin, i insekternes tarme, dette protein opløses og aktiveres til en ægte toksin, der har en skadelig virkning på insektlarver og voksne Sprøjtning med Bacillus thuringiensis -sporer blev brugt til plantebeskyttelse, før den første transgene plante blev opnået, men med lav effektivitet øgede produktionen af ​​endotoksin i plantevævene væsentligt effektiviteten af ​​beskyttelsen og øgede også den økonomiske effektivitet på grund af det faktum, at planten selv begyndte at producere et beskyttende protein. Ved at transformere en kartoffelplante med Agrobacterium tumefaciens blev der opnået planter, der syntetiserer dette protein i bladets mesofyl og andre plantevæv, og som følgelig ikke påvirkes af Colorado-kartoffelbillen. Denne tilgang bruges også til at skabe andre landbrugsplanter, der er resistente over for forskellige typer insekter.

Transgene dyr

De mest almindeligt anvendte transgene dyr er grise . For eksempel er der grise med menneskelige gener – de er opdrættet som donorer af menneskelige organer.

Japanske geningeniører har introduceret spinatgenet i svinens genom , som producerer enzymet FAD2, som kan omdanne mættede fedtsyrer til linolsyre  , en umættet fedtsyre. Modificerede grise har 1/5 mere umættede fedtsyrer end normale grise. [fjorten]

Grønt lysende grise er transgene grise opdrættet af en gruppe forskere fra National Taiwan University ved at indføre i det embryonale DNA fra det grønne fluorescerende proteingen , lånt fra den fluorescerende vandmand Aequorea victoria . Embryonet blev derefter implanteret i livmoderen på en hungris. Smågrise lyser grønt i mørke og har en grønlig farvetone på deres hud og øjne i dagslys. Hovedformålet med at opdrætte sådanne grise er ifølge forskerne muligheden for visuel observation af vævsudvikling under stamcelletransplantation.

Moralsk aspekt

Mange moderne religiøse figurer og nogle videnskabsmænd advarer det videnskabelige samfund mod overdreven entusiasme for sådanne bioteknologier (især biomedicinske teknologier) som genteknologi , kloning og forskellige metoder til kunstig reproduktion (såsom IVF ).

En person over for de nyeste biomedicinske teknologier , en artikel af V.N. Filyanova , en seniorforsker ved RISS :

Problemet med bioteknologi er kun en del af problemet med videnskabelige teknologier, som er forankret i det europæiske menneskes orientering mod transformationen af ​​verden, naturens erobring, som begyndte i moderne tid. Bioteknologier, der har udviklet sig hurtigt i de seneste årtier, bringer ved første øjekast en person tættere på realiseringen af ​​en langvarig drøm om at overvinde sygdomme, eliminere fysiske problemer og opnå jordisk udødelighed gennem menneskelig erfaring. Men på den anden side giver de anledning til helt nye og uventede problemer, der ikke er begrænset til konsekvenserne af langvarig brug af genetisk modificerede produkter, forringelsen af ​​den menneskelige genpulje på grund af fødslen af ​​en masse fødte mennesker kun takket være lægers indgriben og de nyeste teknologier. I fremtiden opstår problemet med transformationen af ​​sociale strukturer, spøgelset af "medicinsk fascisme" og eugenik, fordømt ved Nürnberg-processerne , genopstår .

Se også

Bemærk

  1. ↑ Medicin Definition . Hentet 30. maj 2013. Arkiveret fra originalen 8. juli 2009.
  2. ↑ Bronzino, Joseph D. (april 2006). The Biomedical Engineering Handbook, tredje udgave. C.R.C. Tryk. ISBN 978-0-8493-2124-5 . http://crcpress.com/product/isbn/9780849321245 Arkiveret 24. februar 2015 på Wayback Machine
  3. ↑ "Bakteriologi i den gratis onlineordbog". http://www.thefreedictionary.com/bacteriologist Arkiveret 6. juni 2011 på Wayback Machine . Hentet 2007-03-11.
  4. ↑ Virologi i The Free Online Dictionary. http://www.thefreedictionary.com/virology Arkiveret 6. juni 2011 på Wayback Machine . Hentet 2007-03-11.
  5. ↑ Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology. Oxford: Oxford Scienxe Publications, 1997. ISBN 0-19-854768-4 .740 s.
  6. ↑ Nanomedicine, bind I: Basic Capabilities Arkiveret 14. august 2015 på Wayback Machine , af Robert A. Freitas Jr. 1999, ISBN 1-57059-645-X
  7. ↑ LaVan DA, McGuire T., Langer R. Small-scale systems for in vivo drug delivery  // Nature Biotechnology  : journal  . - Nature Publishing Group , 2003. - Vol. 21 , nr. 10 . - S. 1184-1191 . - doi : 10.1038/nbt876 .
  8. ↑ E. Kunin Suppe fra et søm. Den førende evolutionist talte om multiverset og det antropiske princip. // Lenta.ru, 1. december 2012 . Dato for adgang: 30. maj 2013. Arkiveret fra originalen 9. august 2014.
  9. ↑ Ivan Y. Torshin Bioinformatics in the Post-Genomic Era: The Role of Biophysics Arkiveret 27. december 2006 på Wayback Machine , Novapublishers, 2006, ISBN 1-60021-048-1
  10. ↑ Monter DM. Bioinformatik: Sekvens- og  genomanalyse . — 2. - Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor, NY., 2004. - ISBN 0-87969-608-7 .
  11. ↑ Los Colores de la Biotecnologia . Bioteknologi S.i. Hentet 29. oktober 2016. Arkiveret fra originalen 29. oktober 2016.
  12. ↑ Filatov O. Yu., Malyshev I. Yu. Cellulær bioteknologi i endokrinologi (lærebog for studerende fra det medicinske fakultet og studerende fra fakultetet for postgraduate uddannelse). - M., 2010.
  13. ↑ Tof, Ilanit (1994). "Rekombinant DNA-teknologi i syntesen af ​​human insulin" Arkiveret 30. november 2007 på Wayback Machine . Little Tree Publishing.
  14. ↑ Gene Cooking: Mutanter er de lækreste! Arkiveret 31. oktober 2013 på Wayback Machine  (Få adgang 19. december 2011)

Litteratur

  • Glick B., Pasternak J. Molekylær bioteknologi. Principper og anvendelse. — M .: Mir, 2002.
  • Egorova T. A., Klunova S. M., Zhivu hin E. A. Fundamentals of biotechnology. - M. , 2003.
  • Patrushev L.I. Ekspression af gener. - M . : Nauka, 2000. - ISBN 5-02-001890-2 .
  • Shevelukha, V. S., Kalashnikova, E. A., Degtyarev, S. V. et al. Landbrugsbioteknologi. - M. , 1998. - 416 s. — ISBN 5-06-003535-2 .
  • Manual for industriel mikrobiologi og bioteknologi. 2. udg. - Wash., 1999.
  • Sasson A. Bioteknologi: Præstationer og håb. - M . : Mir, 1987. - 60.000 eksemplarer.

Foreslået læsning

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
 Bioteknik
Områder inden for bioteknik
Relaterede artikler
Videnskabsmænd
Popularisatorer