Biotechnologia

Definicja biotechnologii:

Jest to interdyscyplinarna nauka, która posługuje się wiedzą z mikrobiologii, biochemii oraz inżynierii, obejmuje różne kierunki techniczne, dotyczące wykorzystywania procesów biologicznych oraz materiałów w przemyśle. Zajmuje się głównie procesami przebiegającymi z udziałem kultur tkankowych, drobnoustrojów i biokatalizatorów.

Dawnej nauka ta zajmowała się przeróbką oraz konserwacją różnych produktów, zazwyczaj pochodzenie roślinnego a także zwierzęcego. Badała przebieg kiszenia warzyw, owoców czy przeróbkę związków alkoholowych.

Biotechnologia była niegdyś nauką, po części techniczna, gdyż opracowywała pod tym względem, urządzenia oraz warunki produkcji. Zajmowała się budową urządzeń, które służyły do produkcji substancji pochodzących " od żywych" organizmów, filtracji czy zagęszczaniu różnych płynów hodowlanych.

Bardzo często biotechnologie łączono z mikrobiologią, gdyż wykorzystywała ona drobne jednokomórkowe organizmy, które w określonych warunkach, również pokarmowych, przeprowadzały szereg procesów, które wykorzystywał np. przemysł spożywczy oraz paszowy, inżynieria chemiczna czy leśnictwo. Była to więc nauka, która zajmowała się głównie badaniem przebiegu procesów zachodzących w grupie bakterii.

W czasie historii biotechnologii miały miejsce dwa przełomowe zdarzenia. Pierwsze polegało na rozpoczęciu stosowania technik genetycznych, które pozwoliły na ulepszanie mikroorganizmów stosowanych w przemyśle.

W większości laboratoriów na świecie zaczęto stosować metody, dzięki którym nastąpił wzrost produktywności mikroorganizmów. Polegały one głównie na wykorzystywaniu czynników mutagennych, jakimi było wówczas promieniowanie rentgenowskie czy ultrafioletowe.

Przykładem zastosowania mutagenu była produkcja penicyliny. W 1929 roku A. Fleming odkrył silnie bakteriobójcza substancję u pewnych grzybów, należących do rodzaju Penicilium. Substancja ta okazała się rewolucja w medycynie. Fleming nadał tej substancji nazwę pochodząca od grzybów, które ja syntetyzowały. Związkiem tym zajęli się także chemicy. W USA w latach 40-tych prace dotyczące produkcji penicyliny nadal kontynuowano. Sztuczna mutageneza pozwoliła na uzyskanie szczepów, które wytwarzały kilkakrotnie więcej antybiotyku niż pierwotne, które nie zostały poddane działaniu promieniowania.

Wiele metod genetycznych ( mutacje, selekcje) złożyło się na to, ze obecnie wykorzystywane przez przemysł farmaceutyczny szczepy są nawet 10 tyś. razy wydajniejsze.

Kolejny moment przełomowy w biotechnologii polegał na gwałtownym rozwoju różnych technik, dzięki którym możliwa była manipulacja genami oraz hodowanie komórek i tkanek in vitro, czyli poza organizmem.

Metody inżynierii genetycznej są obecnie wykorzystywane w biotechnologii. Dzięki nim możliwe jest wytworzenie szczepów bakteryjnych, które maja zmodyfikowane geny, często należące do innych organizmów albo syntetyzowane sztucznie. Geny mogą pochodzić nie tylko z organizmów jednokomórkowych ale udaje się wprowadzać do genomu bakterii także geny organizmów wielokomórkowych.

Możliwości inżynierii genetycznej są bardzo szerokie i oczywiste. Stale rośnie zapotrzebowanie na produkty białkowe otrzymywane ze źródeł naturalnych.

Dzięki metodom rekombinacji materiału genetycznego, możliwe stało się powstanie bardzo użytecznych narzędzi służących do kontroli niektórych mechanizmów żywych komórek. Zastosowanie genetyki pozwoliło na rozwój zupełnie nowych, nie znanych jeszcze technologii.

Bardzo często białka oraz żywe komórki, które uzyskano w procesach biotechnologicznych odgrywają obecnie istotna rolę. Wiele przykładów możemy znaleźć w farmakologii oraz medycynie. Dzięki technikom biotechnologicznym udało się uzyskać ludzka insulinę. Obecnie produkuje się ją na bardzo szeroka skalę dzięki wykorzystywaniu bakterii z rodzaju Eschelichia.

Zanim zaczęto uzyskiwać ten hormon od bakterii stosowano głównie insulinę zwierzęcego pochodzenia, która pod względem ułożenia aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym nieco się różniła od ludzkiej. Wytwarzanie białka ludzkiego dzięki technologiom rekombinacji DNA było ogromnym postępem, szczególnie dla osób chorych na cukrzycę, nie tylko dlatego, że insulina taka była skuteczniejsza ale także znacznie tańsza.

Wysokie koszty pozyskiwania insuliny zwierzęcej często były przyczyną zaprzestawania leczenia przez mniej uboższych pacjentów i prowadziły do pogorszenia zdrowia i często do śmierci.

Podobne metody produkcyjne zaczęto stosować w celu wytwarzania hormonu wzrostu. Substancje ta wykorzystuje się w czasie leczenia niektórych wad wzrostowych u dzieci. Wcześniej hormon ten pozyskiwano ze zwłok. Ilości uzyskanego produktu były bardzo znikome, a poza tym często materiał taki zanieczyszczony był licznymi wirusami. Można sobie wiec wyobrazić jakie znaczenie miało rozpoczęcie wytwarzania hormonu wzrostu technikami biotechnologicznymi.

Substancją produkowaną przez przemysł biotechnologiczny jest także czynnik VIII, biorący udział w procesach

krzepnięcia krwi. Podaje się go chorym cierpiącym na hemofilie typu A. Podawanie " sztucznego" czynnika krzepliwości krwi znacznie zmniejszyło ryzyko zakażenia wirusem HIV, dlatego ,ze nie stosuje się już substancji uzyskanej z krwi.

Cennym osiągnięciem biotechnologii jest także stosowanie technik genetycznych do produkcji przeciwwirusowego interferonu. W drożdżach " hoduje" się jeden z powierzchniowych antygenów żółtaczki, który wykorzystywany jest do produkcji szczepionki przeciwko tej chorobie.

Badania biotechnologiczne zajmują się również wykorzystywaniem niektórych enzymów. Szczególnie intensywnie prowadzi się badania nad technikami unieruchamiania enzymów w stałych podłożach. Wyizolowany i oczyszczony enzym wiąże się na trwałym podłożu, w taki sposób, aby stał się on nierozpuszczalny i nie stracił swojej aktywności.

Przez tak unieruchomiony enzym przepuszcza się roztwór, w którym zachodzi reakcja kontrolowana przez enzym zawarty w podłożu. Reakcje tego typu mają kilka zalet, szczególnie w medycynie.

Dzięki związaniu z podłożem określonego enzymu, którego inaktywacja powoduje zazwyczaj wiele schorzeń ( np. fenyloketonurię, alkaptonurię), możliwe jest uzyskanie skutecznej terapii. Skuteczna i prosta terapia w przypadku fenyloketonurii mogła by polegać na związaniu z podłożem enzymu, warunkującego przemianę gromadzonej we krwi fenyloalaniny.

Biotechnologia jest bardzo rozległą dziedziną nauki i oprócz zajmowania się zagadnieniami z dziedziny farmakologicznej i medycznej wykorzystywana jest także rolnictwie.

Dzięki wprowadzeniu do komórki roślinnej pewnych genów można uzyskać odmiany odporne na pestycydy, choroby czy warunki pogodowe.

Bardzo intrygującym przykładem są pomidory. Dzięki odpowiednim technikom udało się wyizolować i wprowadzić do genomu tej rośliny gen flądry. Ryba ta posiada we krwi związki, które zapobiegają jej zamarzaniu. Uzyskane w ten sposób transgeniczne pomidory są odporne na działanie mrozu i śniegu, dlatego można je uprawiać także poza sezonem wegetacyjnym.

Podobne techniki wprowadzające gen skorpiona do pewnej odmiany kukurydzy powodują znaczne zwiększenie jej wielkości i rozmiarów a tym samym zwiększenie ilości upraw.

Badacze prowadzą obecnie badania nad skonstruowaniem roślin, które umiały by wiązań z powietrza wolny azot. Była by to rewolucja w rolnictwie, dzięki której możliwe stało by się zaprzestanie stosowania nawozów sztucznych. Nawozy powodują bowiem znaczne szkody w środowisku a poza tym zmniejszyły by się koszty upraw.

Rośliny transgeniczne określane w skrócie jako GM ( genetycznie modyfikowane), po raz pierwszy zaczęto uprawiać w roku 1994. Od tego czasu ilość zasiewów takich roślin znacznie się zwiększyła. Uprawa takich roślin jest niezwykle popularna w krajach Ameryki Południowej, w USA oraz w Kanadzie. Szacuje się, że całkowity areał takich upraw mógł w 2000 roku wynosić nawet 43 miliony hektarów. Najbardziej popularnymi roślinami transgenicznymi są soja, kukurydza oraz bawełna.

Rośliny modyfikowane oraz produkowana z nich żywność budzą jednak znaczne kontrowersje. Niektórym ludziom bardzo trudno zaakceptować tak silna ingerencję w naturę. Nieufność wobec takiej żywności wzbudza także fakt, że naukowcy nie są w stanie określić czy takie produkty pozostają bez wpływu na funkcjonowanie naszego organizmu. Nie jestem bowiem w stanie zauważyć skutków działania transgenicznej żywności jeśli są one rozciągnięte w czasie.

Według niektórych przeciwników modyfikowania roślin i zwierząt, " obce" geny wprowadzone do upraw mogą się zacząć rozprzestrzeniać na inne organizmy i spowodować liczne zaburzenia w naturalnej równowadze ekologicznej. Jak dotąd nie było żadnych doniesień o szkodliwym działaniu żywności GM na człowieka.

Żywność GM, która powoduje występowanie negatywnych skutków jest eliminowana już w początkowych etapach testowania. Określenie szkodliwego działania takich produktów następuje już na poziomie laboratorium, zaprzestaje się wówczas badań i nie dochodzi do komercjalizacji. Najcenniejszą rośliną pod względem wytwarzanego białka jest soja. Jej białko posiada mało siarkowych aminokwasów. Związki te zawarte są jednak w znacznej ilości w orzeszkach ziemnych. Geny warunkujące powstawanie tych aminokwasów przeniesiono do genomu soi. Okazało się, że aminokwasy produkowane przez soję są silnie alergenne i dlatego zaprzestano natychmiast prac.

Wiele alarmów okazuje się jednak być fałszywa. Przykładem mogą być badania prowadzone w Cornell University. Hodowano tam transgeniczną kukurydzę i zaobserwowano, że na polu upraw ginie bardzo dużo motyli. Zapomnieli oni jednak zrobić kontrolnej próby, i sprawdzić jaka liczba motyli ginie na normalnej kukurydzy, która traktowana jest środkami ochrony roślin. Przeprowadzona kontrola udowodniła, że więcej otyli ginie na polach z tradycyjną odmianą kukurydzy.

Ważną , dynamicznie rozwijającą się dziedziną biotechnologii jest także ochrona środowiska. Trwają liczne badania nad możliwością likwidowania zanieczyszczeń, które są wynikiem działalności człowieka. Grzyby i niektóre bakterie po " ulepszeniu" genetycznym są w stanie usuwać i rozkładać różne szkodliwe substancje.

Metod tych nie jesteśmy nadal w stanie wykorzystywać, gdyż nie ma jeszcze określonych mechanizmów, dzięki którym istniała by możliwość kontrolowania takich przemian.

Biotechnologia jest wykorzystywana w wielu dziedzinach i sytuacjach. Daje ona bardzo szerokie możliwości.

Biotechnologie stosuje się obecnie do produkcji detergentów, leków, w rolnictwie, w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, ochronie środowiska i in.

Słowem nauka ta jest wszechobecna w naszym życiu, pomimo, iż często nie zdajemy sobie nawet z tego sprawy.

Nauka ta rozwija się bardzo dynamicznie. Niesie ze sobą jednak zarówno korzyści jak i zagrożenia. Współczesny człowiek powinien być świadomy wszystkich skutków jakie niesie za sobą biotechnologia.