V posledním desetiletí se termín „biotechnologie“ stále častěji objevuje v titulcích a objevy v této oblasti se staly příčinou vášnivých debat. Věda skutečně dosáhla největšího rozvoje v posledních letech a technický pokrok k tomu přispěl větší měrou, ale biotechnologie se v každodenním životě používá po mnoho staletí.

Historie vývoje biotechnologie

Biotechnologie byla od pradávna využívána člověkem k výrobě vína, sýru a dalším možnostem vaření. Biotechnologický proces, totiž fermentace, se používal ve starověkém Babylonu k výrobě piva. Dokládají to záznamy nalezené na tabulkách nalezených při vykopávkách. Ale i přes aktivní používání těchto metod zůstávaly procesy, které jsou základem těchto průmyslových odvětví, záhadou.

Louis Pasteur v roce 1867 řekl, že procesy jako fermentace a fermentace nejsou nic jiného než výsledek životně důležité činnosti mikroorganismů. Eduard Buchner tyto předpoklady doplnil důkazem, že katalyzátorem je bezbuněčný extrakt, který obsahuje enzymy způsobující chemickou reakci.

Později byly pro tuto dobu učiněny senzační objevy, které pomohly formovat tuto vědu v jejím moderním smyslu:

V roce 1865 představil rakouský panovník Gregor Mendel svou zprávu „Experimenty on Plant Hybrids“, která popsala vzorce přenosu dědičnosti;
V roce 1902 Theodore Boveri a Walter Sutton navrhli, že přenos dědičnosti přímo souvisí s chromozomy.

Rok, kdy se termín objevil, byl rok 1919, po zveřejnění manifestu maďarským agroekonomem Carlem Erekim. Na základě tehdy dostupných dat se pod pojmem biotechnologie rozumělo využití mikroorganismů ke fermentaci potravin.

Ale jak víte, nejzajímavější objevy vznikají na průsečíku znalostí, v případě biotechnologie se spojil potravinářský a ropný průmysl. V roce 1970 byla v praxi vyzkoušena technologie výroby bílkovin z odpadů ropného průmyslu.

Co je biotechnologie: pojem a hlavní typy

Biotechnologie je věda o tom, jak vytvořit různé látky pomocí přírodních biologických složek, ať už jsou to mikroorganismy, živočišné nebo rostlinné buňky. V podstatě se jedná o manipulaci živých buněk za účelem získání určitých výsledků.

Hlavní směry vývoje vědy jsou:

Bioinženýrství je disciplína zaměřená na rozšíření znalostí v oblasti medicíny (léčba, podpora zdraví) a inženýrství

Biomedicína je vysoce specializovaný obor medicíny, který z teoretického hlediska studuje stavbu lidského těla, diagnostiku patologických stavů a možnosti jejich nápravy. Obor medicíny, který se zabývá kontrolou a léčbou biologických systémů živých organismů na molekulární úrovni, se nazývá nanomedicína.

Hybridizace je proces získávání hybridů (rostlin, zvířat). Je založen na principu získání jedné buňky (odolné vůči určitým podmínkám) spojením dalších buněk.

Nyní již máme prostředky nezbytné k tomu, abychom žili dostatečně dlouho, dokud se nestaneme nesmrtelnými. Je možné agresivně aplikovat existující znalosti k drastickému zpomalení procesu stárnutí a zůstat životaschopné, dokud nebudou dostupné zcela radikální terapie pro prodloužení života využívající bio- a nanotechnologie.
Ray Kurzweil (vynálezce, futurista)

Nejvyšším úspěchem biotechnologie je genetické inženýrství. Genetické inženýrství je soubor znalostí a technologií pro získávání RNA a DNA, izolaci genů z buněk, manipulaci s geny a jejich zavádění do jiných organismů. Jedná se o „správu“ genomu živé bytosti nebo rostliny za účelem získání požadovaných vlastností. Čínští vědci, vedeni znalostmi v oblasti genetického inženýrství, plánují například masivně aplikovat metodu „opravy“ genomu lidí s rakovinou. Nikdo však nespěchá se zahájením projektů v plném rozsahu, protože K dnešnímu dni je nemožné předvídat důsledky pro tělo v dlouhodobém horizontu.

Klonování si zaslouží zvláštní pozornost. Tento proces je chápán jako vznik několika geneticky identických organismů prostřednictvím nepohlavního (včetně vegetativního) rozmnožování. Dosud byly naklonovány nejen rostliny, ale také několik desítek druhů zvířat (ovce, psi, kočky, koně). O faktech o klonování lidí zatím neexistují žádné údaje, i když podle vědců je po technické stránce vše připraveno k procesu. Právě tento vývoj se stal nejkontroverznějším a nejdiskutovanějším světovým společenstvím. Jde nejen o pravděpodobnost získání méněcenných lidí, ale také o etická a náboženská stránka problému.

Rozsah použití

Principy biotechnologických procesů se zavádějí do výroby všech průmyslových odvětví:

potravinářský průmysl. Výroba alkoholu, aminokyselin, enzymů způsobem šetrným k životnímu prostředí se nazývá bílá biotechnologie.
chemické nebo farmaceutické. Tomuto směru se také říká červená biotechnologie. Biotechnologové vyvíjejí vylepšené léky, vakcíny a séra proti nemocem, které byly dříve považovány za nevyléčitelné. V západních zemích, a zejména v Rakousku, je věda velmi populární a aktivně se používá k diagnostice různých onemocnění (biosenzory, DNA čipy).
zpracování a likvidace odpadů (bioremediace). Metody šedé biotechnologie se používají pro sanitaci půdy, odpadních vod a čištění odpadního vzduchu.
Zemědělství. Zelená biotechnologie umožňuje vědcům vytvářet vzorky plodin, které jsou schopny odolávat chorobám a plísním, s vysokými výnosy bez ohledu na klimatické podmínky (během sucha). Kromě toho se vědci naučili používat určité enzymy, které přeměňují celulózový zemědělský odpad na glukózu a poté na palivo.

Hlavním cílem buněčného inženýrství je kultivace živočišných a rostlinných buněk. Objevy v oblasti buněčného inženýrství umožnily řídit a regulovat produktivitu, kvalitu, odolnost vůči chorobám nových forem a linií živočichů a rostlin.

Investice a rozvoj

I když lze biotechnologii jen stěží nazvat „mladou“ vědou, dnes je na začátku svého rozvoje. Směry a možnosti, které se díky rozvoji těchto znalostí otevírají, mohou být nekonečné. Mohou, pokud dostanou řádné financování a podporu. Hlavními investičními účastníky ve směru jsou samotní inženýři a biotechnologie, a to je celkem pochopitelné. Dnes se nenabízí samotný produkt, ale spíše nápad a možné způsoby jeho realizace.

A k realizaci této myšlenky jsou potřeba desítky a stovky experimentů, experimentů a drahého vybavení. Ne každý investor je připraven jít pouze za nápadem a riskovat své investice. Ne každý ale mobilní komunikaci věřil a dnes je všude.

V současné době je počet velkých společností zabývajících se vývojem biotechnologií malý. Tyto zahrnují:

Illumina (genetický výzkum, analýza, technologie DNA microarray),
Oxford Nanopore (vývoj a prodej produktů pro interakci s DNA),
Roche (farmaceutická společnost),
Editas Medicine (přizpůsobení laboratorních technik úpravy genů pro rozsáhlé použití v nemocnicích),
Counsyl (poskytoval levnou metodu pro automatizovanou analýzu DNA pro následné použití dat při léčbě).

Nejatraktivnější oblastí pro investice do biotechnologií jsou podle odborníků sekvenační společnosti. Toto je obecný název metod, které umožňují stanovit sekvenci nukleotidů v molekule DNA. Dešifrování dat DNA (sekvenování) umožňuje identifikovat oblasti, které jsou zodpovědné za dědičné choroby a eliminovat je. Jakmile bude proces zdokonalen, lidé se budou moci zbavit nemoci namísto léčby příznaků. To změní naše chápání diagnostiky a přinese velké dividendy těm, kteří budou schopni zvážit potenciál společnosti ve fázi nápadu.

Biotechnologie: Dobro nebo zlo?

Již dnes se světová populace potýká s problémem nedostatku potravin, a pokud bude počet lidí nadále růst, může se situace v blízké budoucnosti stát kritickou. Znalost toho, co je biotechnologie a jak ji aplikovat, vám pomůže dosáhnout maximálního výnosu bez ohledu na vnější faktory. A tyto úspěchy nelze ignorovat. Nezpochybnitelným důkazem přínosů vědy je navíc vynález antibiotik, která umožnila kontrolovat a v některých případech zcela vymýtit stovky nemocí.

Ne každý ale vědu hodnotí jednoznačně. Existují obavy, že nedostatek kontroly může vést k nevratným následkům. Například již dnes se biotechnologické produkty, jako jsou steroidy pro sportovce, stávají příčinou předčasných srdečních patologií. Ve snaze o vytvoření superčlověka, který přemohl stáří a nemoci, společnost riskuje ztrátu své podstaty.

Nezůstali jsme v jeskyních. Nezůstáváme na naší planetě. S pomocí biotechnologie, genetického sekvenování, nebudeme ani omezeni na samotnou biologii.
Jason Silva (řečník, filozof, televizní hvězda).

Rozvoj biotechnologií je tak rychlý, že světové státy čelí problému nedostatečné kontroly na právní úrovni. To způsobilo pozastavení mnoha projektů, takže o klonování lidí a vítězství nad smrtí je předčasné hovořit a dva konfrontační tábory mohou volně podlehnout filozofické reflexi.

Biotechnologie je věda, která studuje možnosti využití živých organismů nebo jejich metabolických produktů k řešení určitých technologických problémů.

Pomocí biotechnologií jsou uspokojovány určité lidské potřeby, např. vývoj léků, modifikace nebo tvorba nových druhů rostlin a živočichů, což zvyšuje kvalitu potravinářských výrobků.

Biotechnologie v moderní medicíně

Biotechnologie se jako věda prosadila na konci dvacátého století, konkrétně na počátku 70. let. Všechno to začalo genetickým inženýrstvím, kdy vědci dokázali přenést genetický materiál z jednoho organismu do druhého bez sexuálních procesů. K tomu byla použita rekombinantní DNA nebo rDNA. Tato metoda se používá ke změně nebo zlepšení určitého organismu.

K vytvoření molekuly rDNA potřebujete:

extrahovat molekulu DNA ze zvířecí nebo rostlinné buňky;
zpracovat izolovanou buňku a plazmid a poté je smíchat;
poté je modifikovaný plazmid přenesen do bakterie, která zase množí kopie informace, která do ní byla vložena.

Lékařské biotechnologie se dělí do 2 velkých skupin:

Diagnostický, což jsou zase: chemické (stanovení diagnostických látek a metabolických parametrů); fyzikální (určení fyzikálních polí těla);
Terapeutický.

Lékařská biotechnologie zahrnuje takové výrobní procesy, při kterých vznikají biologické předměty nebo látky pro lékařské účely. Jedná se o enzymy, vitamíny, antibiotika, jednotlivé mikrobiální polysacharidy, které lze použít jako samostatné prostředky nebo jako pomocné látky při tvorbě různých lékových forem, aminokyselin.

Používají se tedy biotechnologické metody:

pro výrobu lidského inzulínu pomocí geneticky modifikovaných bakterií;
k tvorbě erytropoetinu (hormonu, který stimuluje tvorbu červených krvinek v kostní dřeni.

Lékařská genetika bude v budoucnu schopna nejen zabránit narození handicapovaných dětí diagnostikou genetických onemocnění, ale také provést transplantaci genu k vyřešení stávajícího problému.

Biotechnologie v budoucnu dá lidstvu velké možnosti nejen v medicíně, ale i v dalších oblastech moderní vědy.

Biotechnologie v moderní vědě

Biotechnologie v moderní vědě je velkým přínosem. Díky objevu genetického inženýrství bylo možné vyvinout nové odrůdy rostlin a plemena zvířat, která budou přínosem pro zemědělství.

Studium biotechnologií je spojeno nejen s vědami biologického směru. V mikroelektronice byly vyvinuty iontově selektivní tranzistory založené na jevu pole (Hpal). Biotechnologie je potřebná ke zlepšení těžby ropy z ropných ložisek. Nejrozvinutějším směrem je využití biotechnologií v ekologii pro čištění průmyslových a domácích odpadních vod. K rozvoji biotechnologie přispěla řada dalších oborů, a proto by měla být biotechnologie klasifikována jako komplexní věda.

Dalším důvodem aktivního studia a zdokonalování znalostí v biotechnologiích byl nedostatek (či budoucí nedostatek) socioekonomických potřeb.

Ve světě jsou takové problémy jako:

nedostatek čerstvé nebo čištěné vody (v některých zemích);
znečištění životního prostředí různými chemikáliemi;
nedostatek zdrojů energie;
potřeba zdokonalit a získat zcela nové materiály a produkty šetrné k životnímu prostředí;
zvýšení úrovně medicíny.

Vědci si jsou jisti, že tyto a mnohé další problémy je možné vyřešit pomocí biotechnologií.

Hlavní typické technologické postupy moderní biotechnologie

Biotechnologii lze rozlišit nejen jako vědu, ale také jako oblast lidské praktické činnosti, která je zodpovědná za výrobu různých typů produktů za účasti živých organismů nebo jejich buněk.

Teoretickým základem pro biotechnologii byla kdysi taková věda jako genetika, to se stalo ve dvacátém století. Ale prakticky biotechnologie byla založena na mikrobiologickém průmyslu. Mikrobiologický průmysl zase dostal silný impuls k rozvoji po objevu a aktivní výrobě antibiotik.

Objekty, se kterými biotechnologie pracuje, jsou viry, bakterie, různí zástupci flóry a fauny, houby, ale i organely a izolované buňky.

Vizuální biotechnologie. Genetické a buněčné inženýrství

Genetické a buněčné inženýrství kombinované s biochemií jsou hlavními oblastmi moderní biotechnologie.

Buněčné inženýrství - pěstování buněk různých živých organismů (rostlin, zvířat, bakterií) za speciálních podmínek, různé druhy výzkumu na nich (kombinace, extrakce nebo transplantace).

Inženýrství rostlinných buněk je považováno za nejúspěšnější. S pomocí inženýrství rostlinných buněk bylo možné urychlit šlechtitelské procesy, což umožňuje vyvíjet nové odrůdy zemědělských plodin. Nyní se šlechtění nové odrůdy zkrátilo z 11 let na 3-4.

Genetické (nebo genetické) inženýrství je oddělení molekulární biologie, ve kterém studují a izolují geny z buněk živých organismů, načež jsou manipulovány k dosažení konkrétního cíle. Hlavními nástroji používanými v genetickém inženýrství jsou enzymy a vektory.

Klonovací biotechnologie

Klonování je proces získávání klonů (tedy potomků, kteří jsou zcela identičtí s prototypem). První zkušenost s klonováním byla provedena na rostlinách, které byly klonovány vegetativně. Každá jednotlivá rostlina, která vznikla klonováním, se nazývala klon.

V procesu vývoje genetiky se tento termín začal aplikovat nejen na rostliny, ale i na genetické šlechtění bakterií.

Již na konci dvacátého století začali vědci aktivně diskutovat o klonování lidí. V médiích, později v literatuře a umění se tak začal používat termín „klon“.

Co se týče bakterií, klonování je pro ně prakticky jediný způsob, jak se rozmnožovat. Právě „klonování bakterií“ se používá v případech, kdy je proces umělý a je řízen člověkem. Tento termín se nevztahuje na přirozenou reprodukci mikroorganismů.

genetické inženýrství

Genetické inženýrství je umělá změna genotypu mikroorganismu, způsobená zásahem člověka, za účelem získání kultur s potřebnými kvalitami.

Genetické inženýrství se zabývá výzkumem a studiem nejen mikroorganismů, ale i lidí, aktivně studuje nemoci spojené s imunitním systémem a onkologií.

Biotechnologie rostlinných buněk

Buněčná biotechnologie je založena na využití buněk, tkání a protoplastů. Pro úspěšné zvládnutí buněk je nutné je oddělit od rostliny a vytvořit jim všechny potřebné podmínky pro úspěšnou existenci a rozmnožování mimo rostlinné tělo. Tato metoda pěstování a množení buněk se nazývá "izolovaná tkáňová kultura" a získala zvláštní význam pro možnost aplikace v biotechnologii.

Biotechnologie v moderním světě a lidském životě

Potenciál, který biotechnologie lidem otevírá, je velký nejen v základní vědě, ale i v jiných oblastech činnosti a oblastech poznání. S využitím biotechnologických metod bylo možné hromadně vyrábět všechny potřebné proteiny.

Procesy získávání fermentačních produktů se staly mnohem jednoduššími. V budoucnu biotechnologie zlepší zvířata a rostliny. Vědci zvažují možnosti, jak bojovat s dědičnými chorobami pomocí genetického inženýrství.

Genetické inženýrství jako hlavní směr v biotechnologii výrazně urychluje řešení problému potravinových, agrárních, energetických a ekologických krizí.

Biotechnologie má největší dopad na medicínu a farmacii. Předpokládá se, že v budoucnu bude možné diagnostikovat a léčit ty nemoci, které mají status „neléčitelné“.

Etické aspekty některých pokroků v biotechnologii

Poté, co vyšlo najevo, že některé vědecké laboratoře nejen prováděly pokusy na lidských embryích, ale také se pokoušely klonovat lidi, začala vlna vzrušených diskusí o této problematice nejen mezi vědci, ale i mezi obyčejnými lidmi.

V biotechnologii existují dva etické problémy spojené s klonováním lidí:

terapeutické klonování (kultivace lidských embryí za účelem použití jejich buněk pro účely léčby);
reprodukční klonování (vytváření lidských klonů).

Moderní výdobytky a problémy biotechnologie

Pomocí biotechnologií bylo a bude získáno obrovské množství produktů pro zdravotnictví, zemědělství, potravinářský a chemický průmysl. Za zmínku stojí, že mnoho produktů nebylo možné získat jiným způsobem.

Pokud jde o problémy, hlavní jsou etické aspekty související s tím, že společnost popírá a považuje klonování člověka nebo lidského embrya za negativní.

Současný stav a perspektivy biotechnologie

V biotechnologii se začalo aktivně rozvíjet odvětví mikrobiální syntézy látek cenných pro lidstvo. To může znamenat posun v rozdělení role potravinové základny založené na rostlinách a zvířatech směrem k mikrobiální syntéze.

Další důležitou a perspektivní oblastí vědy je získávání čisté energie pomocí biotechnologií.

Společnosti vyvíjející nové biotechnologie

Časopis Forbes představil seznam nejinovativnějších biotechnologických společností světa, zahrnuje takové společnosti jako: Genentech, Novartis International AG, Merck & Co, Pfizer, Sanofi, Perrigo. Všechny tyto společnosti přímo souvisejí s léčivy a vyvíjejí se tímto směrem.

Mnoho společností se úspěšně aktivně podílí na rozvoji ruského biotechnologického trhu:

"Novartis International AG" - společnost se zabývá vývojem vakcín a výrobou léků v oblasti onkologie, jeden z podniků působí v Petrohradě.
"Pfizer" - vyrábí volně prodejné léky v různých odvětvích medicíny. Pfizer zavádí v Rusku program More Than Education již několik let na základě dohod s Moskevskou státní univerzitou. M.V. Lomonosova a St. Petersburg State Chemical Pharmaceutical Academy.
"Sanofi" - společnost se zabývá výrobou léků pro léčbu cukrovky a sklerózy. Unikátní podnik společnosti, Sanofi-Aventis Vostok, továrna na výrobu inzulínu s plným cyklem, úspěšně funguje v Rusku.

V Rusku je zvláštní role přidělena Klastru biomedicínských technologií inovačního centra Skolkovo, JSC RVC a JSC Rusnano. Farmaceutickými a lékařskými biotechnologiemi se zabývají Akrikhin JSC, Geropharm LLC, Scientific and Production Company Litekh. Himrar Center for High Technologies sdružuje high-tech organizace, které vedou vývoj a výrobu inovativních 14 společností, které vyvíjejí léky založené na nejnovějších „postgenomických“ technologiích.

Kromě toho existují mladé startupy vyvíjející nové biotechnologie:

3D Bioprinting Solutions vytváří orgány z kmenových buněk pacienta na základě 3D biotisku;
"BioMicroGels" nabízí vývoj v čištění vody a půdy pomocí mikrogelů.
Biomedicínský holding „Atlas“ analyzuje mikrobiotu těla v rámci projektu „OhmyGut“.

Přečtěte si naše další články:

Lékařská biotechnologie je nové slovo, moderní etapa ve vývoji lidstva. Dříve neviditelný vývoj umožňuje pozvednout člověka na další úroveň společenského vývoje. Koneckonců vám umožňují radikálně změnit vektor vývoje. Abychom nezůstali jen u obecných frází, bude vyprávění článku vycházet z údajů poskytnutých Republikánským vědeckým a praktickým centrem transfuziologie a lékařské biotechnologie v Minsku.

Úvodní informace

Lidstvo zažívá éru prosperity. V preventivní a klinické medicíně, stejně jako ve farmaceutickém průmyslu, dochází k exponenciálnímu pokroku. To je usnadněno vynikajícími úspěchy v biotechnologii, jakož i v řadě dalších oblastí vědy a techniky. To, co se ještě včera zdálo jako sci-fi, se dnes postupně stává součástí našich životů. Inovace v informačních, genových a dalších technologiích mají potenciál zajistit vítězství v boji proti mnoha nemocem. Jak? Například úpravy lidského genomu mohou prodloužit délku života. Obnova či výměna stárnoucích orgánů díky tomu bude mít také pozitivní dopad na každého, kdo tuto léčbu podstoupil. Těhotenství mimo stěny dělohy? Opravitelný. Vyšetřovat a konzultovat pacienty na dálku? Je docela reálné.

O užívaných lécích

Největšího pokroku bylo dosaženo ve farmacii. Mezi její úspěchy patří:

Polosyntetická/přírodní antibiotika, která mohou inhibovat růst živých buněk. Příklady zahrnují inhibitory buněčné biosyntézy, RNA (na úrovni polymeru, metabolismu kyseliny listové, DNA matrice), narušovatele molekulární organizace.
Steroidní hormony. Mají protirakovinné, anabolické, antikoncepční a protizánětlivé vlastnosti.
Mono- a komplexní léky, které jsou založeny na aminokyselinách. Příkladem je glycin, glutamin, methionin, raveron, rumalon, thymogen, cerebrolysin, cystein, embryoblast.
Vitamíny rozpustné ve vodě a v tucích, které mají vysokou biologickou hodnotu a slouží jako aktivní katalyzátory metabolických procesů v těle. Příkladem je skupina B, stejně jako C, A, E, K.
Probiotika, která optimalizují mikrobiologický stav. Patří sem laktobacily, bifidy a bakterie mléčného kvašení, enterokoky (některé jejich kmeny).
Leukocyt a co je vhodné pro léčbu virových hepatitid a podobných problémů.
Enzymy účastnící se biochemických reakcí v živých organismech. Příklady zahrnují transferázy, lyázy, izomerázy, hydrolázy a ligázy.
Vakcíny, které zvyšují ochranné funkce imunitního systému proti patogenním virům a destruktivním organismům. Mohou být dokonce vyrobeny pomocí technologie rekombinantní DNA.

Bojujte proti stárnutí

Když už mluvíme o tom, co tvoří lékařskou biotechnologii, nelze ignorovat její výjimečný přínos k potlačení procesu chátrání. To je možné díky objevům v molekulární biologii, rozluštění lidského genomu a rozkrývání struktury DNA, ale i řadě dalších úspěchů. Jejich praktické široké uplatnění se blíží realizaci. Genová diagnostika a genová terapie se v příštích desetiletích stanou součástí našeho života. Umožní kvalitativně zlepšit lékařskou péči a již v embryonálním stadiu šetrným způsobem identifikovat a eliminovat počínající některá onemocnění (onkologická, genetická, infekční).

Co je to nanobiotechnologie?

Tento směr si zaslouží zvláštní pozornost v kontextu uvažovaného problému. Téměř každé lékařské biotechnologické centrum má zájem o vynikající výsledky. A jak se často stává, lze je získat na křižovatce různých oblastí práce. Takovou asociací byla syntéza bio- a nanotechnologie. Například cílené podávání léků pomocí nanokapslí. Proč ne možnost? Provádění chirurgických operací pomocí vysoce přesných přístrojů, výroba bioreaktorů pro pěstování kmenových buněk, tvorba sondových mikroskopů a biosenzorů, filtrování tělesných tekutin od škodlivých látek díky membránám s nanopóry, antibakteriální obvazy napuštěné látkou umožňující okamžité zastavení krvácení – to vše je daleko od limitu..

O kontroverzních aspektech

Nutno podotknout, že Republikové vědecko-praktické centrum transfuziologie a lékařských biotechnologií nefunguje bez problémů. Ostatně činnost zahrnuje práci s řadou diskutabilních problémů. Pokud je všechny vyjmenujete, dostanete seznam, který je významný co do velikosti. Proto je vhodnější jednoduše zdůraznit nejdůležitější body:

Nedostatečná znalost důsledků genetické manipulace.
Obtíže při stanovení mezí přípustných antropogenních zásahů do probíhajících biologických procesů.
Morální a etické nejasnosti vykonávaných činností z hlediska lidské důstojnosti a sebepojetí.

Pokud lékařská biotechnologie dokáže poskytnout úspěšné a uspokojivé odpovědi na tyto otázky a výzvy, pak budou existovat všechny předpoklady pro jejich bezpečné použití. A pak si každý bude moci uvědomit, jak rozsáhlý a nezávislý krok k řízené evoluci byl učiněn.

Školení specialistů

V naší době strojů a robotů se lidstvo naučilo svěřovat těžkou a monotónní práci svým nevědomým pomocníkům. Ale bohužel, oblasti výzkumu a vědeckého vývoje jsou příliš složité na to, aby je bylo možné přenést na mechanická a elektronická zařízení. A tady, jako nikde jinde, platí tvrzení, že o všem rozhodují kádry. Proto byla zavedena samostatná specializace – lékařská biotechnologie. V tréninku je nutné studovat fermentaci, jednotlivé živočišné a rostlinné buňky a také genetické inženýrství. Pokud tedy mluvíme o tom druhém, tak zde je nutné zmínit diagnostiku a identifikaci malých forem života. Kromě toho se věnuje klonování a sekvenování genů a také jejich chemické analýze.

Jak funguje Centrum transfuziologie a lékařské biotechnologie?

Řekněme, že výzkumníci stojí před konkrétním úkolem. V tomto případě se stává relevantní otázka, jak jej implementovat a dosáhnout cílů. V závislosti na pracovním faktoru se rozlišují fyzikální a chemické metody a podle povahy účinků - neselektivní (v prvním případě se jedná o dezinfekci a sterilizaci, ve druhém - chemoterapeutikum).

Podívejme se, jaká je první možnost. Fyzikální metody jsou:

Tepelné zpracování. Jedná se o piercing, pasterizaci, vaření, autoklávování.
Ozáření (gama, rentgen, ultrafialové, mikrovlnné).
Filtrace (procházení látky přes určité bariéry a materiály s např. póry 200 nanometrů).

Chemické metody zahrnují:

nespecifická akce. Používá se k ošetření místností a jako antiseptika. Příklady zahrnují jód, chlor, aldehydy, alkoholy, soli těžkých kovů, zásady a kyseliny, kationtové detergenty, oxidační činidla, fenoly.
Selektivní léky. Patří sem léky, které potlačují určitý aspekt života. Nejprve byste měli pamatovat na antibiotika, stejně jako chemoterapeutické léky.

Lékařské a environmentální biotechnologie zahrnují široké použití různých nástrojů. Proto se nelze obejít bez podrobného popisu obecných ustanovení jejich práce a aplikace. A antibiotika budou předmětem úvah.

Jak probíhá práce?

Řekněme, že máme shluk lékařských/environmentálních přístrojů a biotechnologií. Máme několik tisíc látek klasifikovaných jako antibiotika. Ale ve skutečnosti se jich jako základ pro drogy používá mnohem méně. To je způsobeno stávajícími požadavky, které omezují použití:

Měl by být účinný při nízkých koncentracích.
Je nutné zajistit stabilitu v těle a různé podmínky skladování.
Měla by být pozorována nízká toxicita (nebo žádná).
Nezbytnou podmínkou je přítomnost výrazného baktericidního a/nebo bakteriostatického účinku.
Neměly by být žádné významné vedlejší účinky.
Neexistuje žádný imunosupresivní účinek.

Pokud s tím nejsou problémy, pak laboratoře a ústavy lékařské biotechnologie postupují do další fáze, která spočívá v tom, že se antibiotika dělí podle původu, směru, spektra a mechanismu účinku.

Příklad klasifikace

V závislosti na spektru účinku se antibiotika rozlišují:

Protinádorová. Příkladem je Rifampicin.
Antituberkulotika. Příklady zahrnují Kanimicin a streptomycin.
Antifungální. Jedná se o Nystatin, Amfoterricin, Nizoral, Levarin.
Širokospektrální antibiotika. Jedná se o streptomycin a neomycin.
Léky, které působí na grampozitivní mikroflóru. Patří mezi ně penicilin a erythromycin.
Léky působící na gramnegativní mikroflóru. Nejznámějším zástupcem je Polymyxin.

A co další vývoj?

Oblasti lékařské biotechnologie jsou tak četné a rozmanité, že není možné pokusit se vyvinout univerzální recept pro všechny. Například přístupy aplikované na antibiotika jsou v genetickém inženýrství málo použitelné. To platí nejen pro výzkum, ale také pro reprodukci a zlepšování vývoje. Například lékařská biotechnologie antibiotik je již dobře známa. A nyní máme spoustu léků, které nám umožňují bojovat s těmi nejstrašnějšími nemocemi. Ale tady je náprava genetických problémů - bohužel, to je stále slabě přístupné.

Další příklad aktivity

Genetické inženýrství je nyní považováno za velmi slibnou oblast práce. Jen si pomyslete – může potenciálně překonat mnoho nemocí a negativních stavů lidského zdraví. Downův syndrom, náchylnost k srdečním problémům a mnoho dalších problémů lze vyřešit genovou terapií nebo budou minimalizovány. Nebude třeba čekat na generace lidí, než si vytvoří imunitu (kterou provází četná úmrtí). Bude stačit absolvovat něco jako sérii injekcí - a člověk bude mít problém vyřešen a objeví se i imunita.

Závěr

Technologie v oblasti medicíny nám otevírá velké možnosti. Dnes je lidstvo více než kdy jindy blízko k tomu, aby se rozhodně zbavilo nemocí a tělesných postižení, které pronásledují tisíciletí. Paradoxně náš postup k tomuto cíli není tak rychlý, jak bychom si přáli. Proč? Zde lze připomenout komerční orientaci činnosti výzkumných institucí, stávající právní omezení a zneužívání dostupných technologií. Příkladem druhé situace je užívání antibiotik. Tyto léky jsou poměrně rozšířené a často se prodávají bez lékařského předpisu. V mnoha zaostalých zemích je jejich použití a prodej obecně špatně regulován nebo není omezován vůbec. Proto se antibiotika často užívají bez lékařského předpisu a ve špatném dávkování (příliš malém nebo v rozporu s časovými limity). A to vše přispívá k tomu, že si mikroorganismy vyvinou rezistenci a léky ztratí své vlastnosti.

(Jedná se o „přípravu“ na studentský referát o biotechnologii, který by měl být samostatně doplňován a rozšiřován.)

Plán

Definice pojmu "biotechnologie".

Historické pozadí biotechnologie.

Historie moderní biotechnologie.

Základní metody biotechnologie.

Hodnota biotechnologie a perspektivy.

Pojem „biotechnologie“ může mít mnoho významově blízkých definic.

1. Definice "biotechnologie"

Varianty definic pojmu "biotechnologie"

1. (patřící inženýru Erekimu, který jako první formuloval koncept biotechnologie): Jedná se o všechny druhy prací, při kterých se určité produkty vyrábějí ze surovin za pomoci živých organismů.
2.: Jedná se o soubor průmyslových metod využívajících živé organismy.
3.: Jedná se o využití živých organismů nebo biologických procesů průmyslovým způsobem.
4.: Toto je aplikovaná věda, která využívá metody genetického a buněčného inženýrství k získávání biologických produktů průmyslovým způsobem.

5. Biotechnologie není výroba, ale výzkum v oblasti průmyslové výroby zboží a služeb za účasti živých organismů, biologických systémů a procesů (B. Glick, J. Pasternak, 2002).

Biotechnologie v širokém slova smyslu - jedná se o vědní disciplínu a obor praxe na pomezí biologie a techniky, který využívá technologické postupy při práci s biologickými objekty nebo naopak využívá biologické objekty v technologických procesech.

Biotechnologie obecně studuje způsoby a metody změny přírodního prostředí obklopujícího člověka v souladu s jeho potřebami pomocí biologických objektů zahrnutých do technologických procesů.

Biotechnologie v užším slova smyslu je soubor metod a technik pro získávání produktů nezbytných pro člověka pomocí biologických předmětů. Biotechnologie zahrnuje genetické, buněčné a environmentální inženýrství.

biotechnologie, neboli bioprocesní technologie je výrobní využití biologických struktur pro výrobu potravin a průmyslových produktů, jakož i pro realizaci cílených přeměn.

Biologické struktury (biologické objekty) - jedná se o mikroorganismy, rostlinné a živočišné buňky, buněčné složky: buněčné membrány, ribozomy, mitochondrie, chloroplasty, dále biologické makromolekuly (DNA, RNA, proteiny - nejčastěji enzymy). Biotechnologie také používá virovou DNA nebo RNA k přenosu cizích genů do buněk.

V tradičním, klasickém smyslu biotechnologie - je nauka o metodách a technologiích výroby různých látek a produktů pomocí přírodních biologických předmětů a procesů.

Období „nové“ biotechnologie naproti tomu " stará" biotechnologie používá se k oddělení bioprocesů pomocí metod genetického inženýrství, nové bioprocesorové technologie a tradičnějších forem bioprocesů. Obvyklá výroba alkoholu ve fermentačním procesu je tedy „stará“ biotechnologie, ale použití kvasinek v tomto procesu, vylepšených metodami genetického inženýrství za účelem zvýšení výtěžnosti alkoholu, je „nová“ biotechnologie.

Termín "biotechnologie" poprvé navrhl maďarský inženýr Carl Ereki(1917), kdy popsal výrobu vepřového masa (konečný produkt) s využitím cukrové řepy (suroviny) jako krmiva pro prasata (biotransformace).

Biotechnologií K. Ereki rozuměl „všem druhům práce, při které se ze surovin za pomoci živých organismů vyrábějí určité produkty“. Všechny následující definice tohoto pojmu jsou jen variacemi průkopnické a klasické formulace K. Erekiho.

Moderní biotechnologie - jedná se o vědu o genetickém inženýrství a buněčných metodách a technologiích pro tvorbu a využití geneticky transformovaných biologických objektů pro zintenzivnění výroby nebo získání nových typů produktů pro různé účely.

Biotechnologické metody lze aplikovat na následujících úrovních: molekulární (manipulace s jednotlivými částmi genu), genové, chromozomové, plazmidové úrovni, buněčné, tkáňové, organismální a populační.

Stanley Cohen a Herbert Boyer vyvinuli v roce 1973 metoda přenosu genů z jednoho organismu do druhého. Cohen napsal: "... doufáme, že bude možné zavést do E. coli geny spojené s metabolickými nebo syntetickými funkcemi, které jsou vlastní jiným biologickým druhům, například geny pro fotosyntézu nebo produkci antibiotik." Jejich práce zahájila novou éru v molekulární biotechnologii. Bylo vyvinuto velké množství technik k 1) identifikaci 2) izolaci; 3) uveďte popis; 4) používat geny.

V roce 1978 zaměstnanci Genetech (USA) poprvé izolovali sekvence DNA kódující lidský inzulín a přenesli je do klonovacích vektorů schopných replikace v buňkách Escherichia coli. Tento lék by mohli používat diabetici, kteří měli alergickou reakci na prasečí inzulín.

V současné době molekulární biotechnologie umožňuje získat obrovské množství produktů: inzulín, interferon, „růstové hormony“, virové antigeny, obrovské množství proteinů, léčiv, nízkomolekulárních látek a makromolekul.

Využití buněčných technologií pro průmyslovou výrobu biologicky aktivních látek rostlinného původu

Ústav fyziologie rostlin. K.A. Timiryazev Ruská akademie věd, Moskva, 127276

Používání biologicky aktivních látek (BAS) rostlinného původu je často omezeno dostupností rostlinných zdrojů a může představovat vážné ohrožení vzácných druhů léčivých rostlin. Vyšší rostlinné buněčné kultury mohou sloužit jako obnovitelný zdroj cenných sekundárních metabolitů, ale zatím je známo jen několik příkladů jejich komerčního využití. Hlavními důvody této situace jsou nedostatečná produktivita buněčných kultur pro sekundární metabolity a vysoká cena kultivace. Pomocí tradičních metod - selekce produkčních kmenů, optimalizace médií, elicitace, přidání prekurzorů syntézy - je možné zvýšit produktivitu rostlinných buněčných kultur o jeden až dva řády. Metody metabolického inženýrství – nadměrná exprese nebo vypnutí proteinových genů, které určují syntézu cílového produktu – mohou výrazně změnit biosyntetické schopnosti buněk in vitro. V buněčné kultuře přitom dosud nebylo získáno mnoho sekundárních sloučenin, což může být způsobeno specifiky buněčné kultury - experimentálně vytvořené populace somatických buněk - jako biologického systému. Pro tyto případy může být účinné použití kultur rostlinných orgánů nebo transformovaných kořenů (chlupatý kořen). Probíhají práce na získání sekundárních rostlinných metabolitů v kvasinkách a bakteriích transformovaných rostlinnými geny.

Literatura:

(Uveďte literaturu použitou k sestavení této zprávy, včetně internetových stránek.)

Biotechnologie je často označována jako použití genetického inženýrství ve 20. a 21. století, ale tento termín také označuje širší soubor procesů modifikace biologických organismů tak, aby vyhovovaly lidským potřebám, počínaje modifikací rostlin a domestikovaných zvířat prostřednictvím umělého výběru. a hybridizace. Tradiční biotechnologická výroba dokázala pomocí moderních metod zlepšit kvalitu potravinářských výrobků a zvýšit produktivitu živých organismů.

Biotechnologie vychází z genetiky, molekulární biologie, biochemie, embryologie a buněčné biologie a dále z aplikovaných disciplín - chemických a informačních technologií a robotiky.

Historie biotechnologie

Kořeny biotechnologie sahají do daleké minulosti a jsou spojeny s pečením chleba, výrobou vína a dalšími způsoby přípravy jídel, které znali lidé ve starověku. Například takový biotechnologický proces, jako je fermentace za účasti mikroorganismů, byl známý a hojně využívaný již ve starověkém Babylonu, jak dokládá popis přípravy piva, který se k nám dostal jako záznam na tabletě nalezené v roce 1981 během vykopávky v Babylonu. Biotechnologie se stala vědou díky výzkumu a práci francouzského vědce, zakladatele moderní mikrobiologie a imunologie Louise Pasteura (1822-1895). Termín „biotechnologie“ poprvé použil maďarský inženýr Karl Ereki v roce 1917.

Ve 20. století došlo k prudkému rozvoji molekulární biologie a genetiky s využitím výdobytků chemie a fyziky. Nejdůležitější linií výzkumu byl vývoj metod kultivace rostlinných a živočišných buněk. A pokud se ještě docela nedávno pro průmyslové účely pěstovaly pouze bakterie a houby, nyní je možné nejen pěstovat libovolné buňky pro produkci biomasy, ale také řídit jejich vývoj, zejména u rostlin. Do vývoje biotechnologických metod se tak vtělily nové vědecké a technologické přístupy, které umožňují přímo manipulovat s geny, vytvářet nové produkty, organismy a měnit vlastnosti těch stávajících. Hlavním cílem aplikace těchto metod je úplnější využití potenciálu živých organismů v zájmu hospodářské činnosti člověka.
V 70. letech se objevily a aktivně rozvíjely tak důležité oblasti biotechnologie, jako je genetické (či genetické) a buněčné inženýrství, které položily základ pro „novou“ biotechnologii, na rozdíl od „staré“ biotechnologie založené na tradičních mikrobiologických procesech. Obvyklá výroba alkoholu v procesu fermentace je tedy „stará“ biotechnologie, ale použití kvasinek v tomto procesu, vylepšeném genetickým inženýrstvím ke zvýšení výtěžnosti alkoholu, je „nová“ biotechnologie.

Takže v roce 1814 objevil petrohradský akademik K. S. Kirchhoff (životopis) fenomén biologické katalýzy a pokusil se biokatalyticky získat cukr z dostupných domácích surovin (do poloviny 19. století se cukr získával pouze z cukrové třtiny). V roce 1891 v USA japonský biochemik Dz. Takamine získal první patent na použití enzymových přípravků pro průmyslové účely: vědec navrhl použití diastázy pro zcukernění rostlinného odpadu.

Na počátku 20. století se aktivně rozvíjel fermentační a mikrobiologický průmysl. Ve stejných letech byly učiněny první pokusy o zavedení výroby antibiotik, potravinářských koncentrátů získaných z kvasnic, pro kontrolu fermentace produktů rostlinného a živočišného původu.

První antibiotikum – penicilin – bylo izolováno a purifikováno na přijatelnou úroveň v roce 1940, což přineslo nové výzvy: hledání a zavádění průmyslové výroby léčivých látek produkovaných mikroorganismy, práce na snižování nákladů a zvyšování úrovně biologické bezpečnosti nových léků. .

Kromě širokého uplatnění v zemědělství vzniklo na bázi genetického inženýrství celé odvětví farmaceutického průmyslu, nazývané „DNA průmysl“ a je jedním z moderních odvětví biotechnologie. Více než čtvrtina všech léků používaných v současnosti ve světě obsahuje složky z rostlin. Geneticky modifikované rostliny jsou levným a bezpečným zdrojem pro získání plně funkčních léčivých proteinů (protilátek, vakcín, enzymů atd.) pro lidi i zvířata. Příkladem aplikace genetického inženýrství v medicíně je také produkce lidského inzulinu pomocí geneticky modifikovaných bakterií, produkce erytropoetinu (hormon stimulující tvorbu červených krvinek v kostní dřeni. Fyziologická role tohoto hormonu je regulují tvorbu červených krvinek v závislosti na potřebě organismu kyslíku) v buněčné kultuře (tedy mimo lidské tělo) nebo nových plemen experimentálních myší pro vědecký výzkum.

Ve 20. století bylo ve většině zemí světa hlavní úsilí medicíny zaměřeno na boj s infekčními nemocemi, snižování kojenecké úmrtnosti a zvyšování střední délky života. Země s rozvinutějším systémem zdravotní péče byly na této cestě tak úspěšné, že zjistily, že je možné přesunout těžiště na léčbu chronických onemocnění, onemocnění kardiovaskulárního systému a onkologických onemocnění, protože tyto skupiny onemocnění tvoří největší procento zvýšení úmrtnosti.

V současné době se již objevily praktické možnosti, jak výrazně snížit nebo napravit negativní dopad dědičných faktorů. Lékařská genetika vysvětlila, že příčinou mnoha genových mutací je interakce s nepříznivými podmínkami prostředí, a proto řešením problémů životního prostředí je možné snížit výskyt rakoviny, alergií, kardiovaskulárních chorob, cukrovky, duševních chorob a dokonce i některých infekční choroby. Zároveň se vědcům podařilo identifikovat geny odpovědné za projevy různých patologií a přispívající ke zvýšení průměrné délky života. Při použití metod lékařské genetiky bylo dosaženo dobrých výsledků při léčbě 15 % onemocnění, s ohledem na téměř 50 % onemocnění je pozorováno výrazné zlepšení.

Významné úspěchy v genetice tedy umožnily nejen dosáhnout molekulární úrovně studia genetických struktur těla, ale také odhalit podstatu mnoha závažných lidských onemocnění, přiblížit se genové terapii.

Klonování je jednou z metod používaných v biotechnologii k produkci identických potomků prostřednictvím asexuálního rozmnožování. Jinak lze klonování definovat jako proces vytváření geneticky identických kopií jedné buňky nebo organismu. To znamená, že organismy získané v důsledku klonování jsou nejen podobné vzhledu, ale také genetická informace v nich obsažená je naprosto stejná.

Ovce Dolly se v roce 1997 stala prvním uměle klonovaným mnohobuněčným organismem. V roce 2007 byl jeden z tvůrců klonované ovce Alžběta II. za tento vědecký úspěch vyznamenán rytířským řádem.

Úspěchy v biotechnologii

Již byly získány transgenní myši, králíci, prasata, ovce, v jejichž genomu pracují cizí geny různého původu, včetně genů bakterií, kvasinek, savců, lidí, ale i transgenních rostlin s geny jiných, nepříbuzných druhů. Například v posledních letech byla získána nová generace transgenních rostlin, které se vyznačují tak cennými vlastnostmi, jako je odolnost vůči herbicidům, hmyzu atd.

Metody genového inženýrství dosud umožnily syntetizovat v průmyslových množstvích takové hormony jako inzulín, interferon a somatotropin (růstový hormon), které jsou nezbytné pro léčbu řady lidských genetických onemocnění - diabetes mellitus, některé typy zhoubných nádorů , nanismus,

Pomocí genetických metod byly také získány kmeny mikroorganismů (Ashbya gossypii, Pseudomonas denitrificans aj.), které produkují desetitisíckrát více vitamínů (C, B 3, B 13 aj.) než původní formy.

Velmi důležitá oblast buněčného inženýrství je spojena s ranými stádii embryogeneze. Například oplodnění vajíček in vitro již nyní umožňuje překonat některé běžné formy neplodnosti u lidí.

Pro rychlé množení pomalu rostoucích rostlin - ženšen, palma olejná, maliny, broskve atd. je výhodné použít kulturu rostlinných buněk.

Po mnoho let se k řešení problému znečištění životního prostředí používají biologické metody vyvinuté biotechnology. Bakterie rodů Rhodococcus a Nocardia se tedy úspěšně používají k emulgaci a sorpci ropných uhlovodíků z vodného prostředí. Jsou schopné oddělovat vodu a olejové fáze, koncentrovat olej a čistit odpadní vodu od ropných nečistot.

Zpráva na téma „Biotechnologie. Historie a úspěchy“ aktualizováno: 9. června 2019 uživatelem: Vědecké články.Ru

Zpráva o biotechnologii. Biotechnologie. Etické aspekty některých pokroků v biotechnologii