Какво представлява биотехнологията? История и постижения на биотехнологията

Дисциплината, която изучава как организмите се използват за решаване на технологични проблеми е това, което биотехнологията е. С други думи, това е наука, която изучава живите организми в търсене на нови начини за посрещане на човешките нужди. Например, генното инженерство или клонирането са нови дисциплини, които се използват със същата дейност като организмите и най-новите компютърни технологии.

Биотехнология: накратко

Много често понятието "биотехнология" се бърка с генното инженерство, което се появява през XX-XXI век, а всъщност биотехнологията се отнася до по-широка специфичност на работата. Биотехнологията е специализирана в модифицирането на растения и животни чрез хибридизация и изкуствена селекция човешките нужди.

Тази дисциплина даде възможност на човечеството да подобри качеството на хранителните продукти, да увеличи продължителността на живота и производителността на живите организми - това е биотехнологията.

До 70-те години на миналия век този термин се използва изключително в хранително-вкусовата промишленост и селското стопанство. И едва през 1970 г. учените започнаха да използват термина "биотехнология" в лабораторни изследвания, като например отглеждане на живи организми в епруветки или при създаване на рекомбинантна ДНК. Тази дисциплина се основава на такива науки като генетика, биология, биохимия, ембриология, както и на роботика, химични и информационни технологии.

На базата на нови научни и технологични подходи са разработени методи на биотехнологията, които се състоят от две основни позиции:

• Мащабно и дълбоко култивиране на биологични обекти в периодично постоянен режим.
• Отглеждане на клетки и тъкани при специални условия.

Новите методи на биотехнологията ви позволяват да манипулирате гени, да създавате нови организми или да променяте свойствата на съществуващите живи клетки. Това дава възможност за по-широко използване на потенциала на организмите и улеснява икономическа дейност човек.

История на биотехнологията

Колкото и странно да звучи, биотехнологиите произхождат от далечното минало, когато хората току-що започват да се занимават с винопроизводство, печене и други начини за готвене. Например, биотехнологичният процес на ферментация, в който активно участват микроорганизмите, е известен в древен Вавилон, където е бил широко използван.

Като наука биотехнологията започва да се разглежда само в началото на 20-ти век. Неговият основател е френският учен, микробиолог Луи Пастьор, а терминът за първи път е представен от унгарския инженер Карл Ереки (1917). ХХ век е белязан от бързото развитие на молекулярната биология и генетика, където активно се използват постиженията на химията и физиката. Един от ключовите етапи на изследването е разработването на методи за култивиране на живи клетки. Първоначално, за промишлени цели, те започват да отглеждат само гъби и бактерии, но след няколко десетилетия учените могат да създадат клетки, които напълно контролират тяхното развитие.

В началото на 20 век активно се развива ферментационната и микробиологичната индустрия. По това време се правят първите опити за създаване на антибиотици. Разработват се първите хранителни концентрати, контролира се нивото на ензимите в продуктите от животински и растителен произход. През 1940 г. учените са успели да получат първия антибиотик, пеницилин. Това е тласък за развитието на индустриалното производство на наркотици, има цяла индустрия на фармацевтичната индустрия, която е една от клетките на съвременната биотехнология.

Днес биотехнологията се използва в хранително-вкусовата промишленост, медицината, селското стопанство и много други области на човешката дейност. Съответно се появиха много нови научни направления с префикса "био".

биоинженерство

На въпроса какво е биотехнологията, мнозинството от населението без съмнение ще отговори, че това не е нищо друго, освен генно инженерство. Това е отчасти вярно, но инженерството е само част от обширна биотехнологична дисциплина.

Биоинженерингът е дисциплина, чиято основна дейност е насочена към укрепване на човешкото здраве чрез комбиниране на знания от областта на техниката, медицината, биологията и тяхното приложение на практика. Пълното име на тази дисциплина е биомедицинското инженерство. Основната му специализация е решаването на медицински проблеми. Използването на биотехнологии в медицината ни позволява да моделираме, разработваме и изучаваме нови вещества, да разработваме фармацевтични продукти и дори да спасим човек от вродените заболявания, които се предават чрез ДНК. Специалистите в тази област могат да създават инструменти и оборудване за провеждане на нови процедури. Благодарение на използването на биотехнологиите в медицината се развиват изкуствени стави, пейсмейкъри, кожни протези, кардиопулмонарен байпас. С помощта на нови компютърни технологии, специалисти в областта на биоинженерството могат да създават протеини с нови свойства, използвайки компютърна симулация.

Биомедицина и фармакология

Развитието на биотехнологията даде възможност да се погледне свежо към медицината. Развивайки теоретична основа за човешкия организъм, експертите в тази област имат възможност да използват нанотехнологиите за промяна на биологичните системи. Развитието на биомедицината даде тласък на появата на нано-медицина, чиято основна дейност се състои в проследяване, коригиране и проектиране на живи системи на молекулярно ниво. Например, целенасочена доставка на лекарства. Това не е куриерска доставка от аптеката до къщата, а прехвърлянето на лекарството директно към болната клетка на тялото.

Развива се и биофармакологията. Тя изследва въздействието на веществата от биологичен или биотехнологичен произход върху организма. Изследванията в тази област на знанието се фокусират върху изучаването на биофармацевтиците и разработването на методи за тяхното създаване. В биофармакологията се получават средства от живи биологични системи или телесни тъкани.

Биоинформатика и бионика

Но биотехнологията е не само изследване на молекулите на тъканите и клетките на живите организми, но и използването на компютърни технологии. По този начин се осъществява биоинформатиката. Тя включва набор от подходи като:

• Геномна биоинформатика. Това са методите на компютърния анализ, които се използват в сравнителната геномика.
• Структурна биоинформатика. Разработване на компютърни програми, които предвиждат пространствената структура на протеините.
• Изчисление. Създаване на изчислителни методологии, които могат да управляват биологичните системи.

В тази дисциплина, заедно с биологичните методи, се използват методите на математиката, статистическите изчисления и информатиката. Тъй като техниките на компютърните науки и математиката се използват в биологията, така че в точните науки днес те могат да използват теорията за организацията на живите организми. Като в биониката. Това е така приложна наука където принципите и структурите на живата природа се прилагат в техническите средства. Можем да кажем, че това е един вид симбиоза на биологията и технологията. Дисциплинарните подходи в биониката разглеждат от нова гледна точка както биологията, така и технологията. Биониката разглежда подобни и отличителни черти на тези дисциплини. Тази дисциплина има три подвида - биологичен, теоретичен и технически. Биологичните бионики изследват процесите, които се срещат в биологичните системи. Теоретичната бионика изгражда математически модели на биосистеми. Техническата бионика прилага теоретичната бионика за решаване на различни проблеми.

Както може да се види, постиженията на биотехнологията са широко разпространени в съвременната медицина и общественото здраве, но това е само върхът на айсберга. Както вече споменахме, биотехнологията започва да се развива от момента, в който човек започва да приготвя храната си, след което се използва широко в селското стопанство за отглеждане на нови гнездови култури и отглеждане на нови породи домашни животни.

Cell Engineering

Един от най-важните методи в биотехнологията е ген и инженерство на клетки, които се фокусират върху създаването на нови клетки. С тези средства човечеството успя да създаде жизнеспособни клетки от напълно различни елементи, принадлежащи към различни видове. Така се създава нов набор от гени, които не съществуват в природата. Генното инженерство позволява на човек да получи желаните качества от модифицирани растителни или животински клетки.

Особено се оценяват постиженията на генното инженерство в селското стопанство. Това ви позволява да отглеждате растения (или животни) с подобрени качества, така наречените гнездящи видове. Дейността за подбор се основава на подбора на животни или растения с изразени благоприятни признаци. След като тези организми са кръстосани и се получи хибрид с желаната комбинация от полезни черти. Разбира се, с думи всичко звучи лесно, но получаването на желания хибрид е доста трудно. В действителност, един организъм може да се получи само с един или няколко полезни гена. Това означава, че само няколко допълнителни качества се добавят към изходния материал, но дори и това е направило възможно да се направи огромна стъпка в развитието на селското стопанство.

Селекцията и биотехнологията са позволили на земеделските производители да увеличат добивите, да направят плодовете по-големи, вкусни и най-важното, устойчиви на замръзване. Не заобикаля страничния избор и животновъдните дейности. Всяка година има нови породи домашни животни, които могат да осигурят повече животни и храна.

постиженията

При създаването на растениевъдните учени разграничават три вълни:

1. Краят на 80-те. Тогава учените за пръв път започнали да отстраняват растения, които са устойчиви на вируси. За да направят това, те взеха един ген от видовете, които можеха да устоят на болестите, „трансплантираха“ го в ДНК структурата на други растения и я принудиха да „работи“.
2. Началото на 2000-те. През този период започнали да се създават растения с нови потребителски свойства. Например, с високо съдържание на масла, витамини и др.
3. Нашите дни. През следващите 10 години учените планират да стартират растения за ваксини, растения за производство на лекарства и растения, произвеждащи биореклатки, които ще произвеждат компоненти за пластмаси, багрила и др.

Дори в животновъдството перспективите за биотехнологията са невероятни. Дълго време вече се създават животни, които имат трансгенен ген, т.е. притежават някакъв функционален хормон, например растежен хормон. Но това бяха само начални експерименти. В резултат на изследвания, трансгенни кози са били отглеждани, които могат да произвеждат протеин, който спира кървенето при пациенти, страдащи от слабо съсирване на кръвта.

В края на 90-те години на миналия век американските учени се сблъскват с клонирането на животински ембрионални клетки. Това би позволило отглеждането на говеда в епруветки, но сега този метод все още трябва да бъде подобрен. Но при ксенотрансплантацията (трансплантация на органи на някои видове на животни от друг) учените в областта на приложните биотехнологии са постигнали значителен напредък. Например, прасета с човешкия геном могат да се използват като донори, тогава има минимален риск от отхвърляне.

Биотехнология на храните

Както вече споменахме, оригиналните методи на биотехнологични изследвания започнаха да се използват в производството на храни. Йогуртите, киселите тестени изделия, бирата, виното, хлебните изделия са продукти, получени с помощта на хранителни биотехнологии. Този сегмент от изследването включва процеси, насочени към промяна, подобряване или създаване на специфични характеристики на живите организми, по-специално бактерии. Специалистите в тази област на знания се занимават с разработването на нови методи за производство на различни хранителни продукти. Търсете и усъвършенствате механизмите и методите за тяхното приготвяне.

Храна, която човек яде всеки ден, трябва да е богата на витамини, минерали и аминокиселини. Въпреки това, от днес, според ООН, има проблем с осигуряването на храна на човек. Близо половината от населението няма нужното количество храна, 500 милиона глада, една четвърт от населението на света яде недостатъчно качествена храна.

Днес 7.5 милиарда души живеят на планетата и ако не предприемете необходимите действия за подобряване на качеството и количеството на храната, ако не направите това, хората в развиващите се страни ще страдат от катастрофални последици. И ако можете да замените липиди, минерали, витамини, антиоксиданти с хранителни биотехнологични продукти, тогава е почти невъзможно да замените протеините. Повече от 14 милиона тона протеин всяка година не е достатъчно, за да отговори на нуждите на човечеството. Но тук идва биотехнологията. Съвременното производство на протеини се основава на факта, че изкуствено образуваните протеинови влакна. Те са импрегнирани с необходимите вещества, придават форма, подходящ цвят и мирис. Този подход позволява да се замени почти всеки протеин. А вкусът и външният вид не се различават от естествения продукт.

клониране

Важна област на знанието в съвременната биотехнология е клонирането. През последните няколко десетилетия учените се опитват да създадат идентични потомци, без да прибягват до сексуално размножаване. В процеса на клониране трябва да се получи организъм, който е подобен на родителя, не само външно, но и с генна информация.

В природата процесът на клониране е често срещан сред някои живи организми. Ако човек има идентични близнаци, те могат да се считат за естествени клонинги.

Първото клониране е извършено през 1997 г., когато изкуствено са създадени овцете Доли. И в края на двадесети век учените започнаха да говорят за възможността за клониране на хора. Освен това беше изследвано понятие като частично клониране. Това означава, че не можете да пресъздадете целия организъм, а отделните му части или тъкани. Ако подобрите този метод, можете да получите "идеалния донор". Освен това, клонирането ще помогне за запазването на редки видове животни или за възстановяване на изчезналите популации.

Морален аспект

Въпреки факта, че основите на биотехнологията могат да имат решаващо влияние върху развитието на цялото човечество, обществеността не е много отзивчива към този научен подход. Огромното мнозинство от съвременните религиозни фигури (и някои учени) се опитват да предупредят биотехнолозите за прекомерното използване на техните изследвания. Това е особено остро по въпросите на генното инженерство, клонирането и изкуственото възпроизвеждане.

От една страна, биотехнологията изглежда ярка звезда, мечта и надежда, която ще стане реална в новия свят. В бъдеще тази наука ще даде на човечеството много нови възможности. Ще бъде възможно да се преодолеят смъртоносните болести, физическите проблеми ще бъдат премахнати и човек, рано или късно, ще може да постигне земно безсмъртие. Въпреки че, от друга страна, постоянното използване на генетично модифицирани продукти или появата на хора, които са създадени изкуствено, могат да повлияят на генетичния фонд. Проблемът с промяната на социалните структури ще се появи и е много вероятно да се сблъскаме с трагедията на медицински фашизъм.

Това е биотехнологията. Науката, която може да даде на човечеството брилянтни перспективи чрез създаване, промяна или подобряване на клетки, живи организми и системи. Тя ще може да даде на човека ново тяло, а мечтата за вечен живот ще стане реалност. Но за това трябва да платите значителна цена.