Biotehnoloģija — definīcija, piemēri un pielietojums medicīnā un lauksaimniecībā

Uzzini, kas ir biotehnoloģija — definīcija, praktiski piemēri un pielietojums medicīnā un lauksaimniecībā: gēnu inženierija, fermentācija, klonēšana un ilgtspējīgi risinājumi.

Biotehnoloģija ir tehnoloģija, kas ietver dzīvu organismu izmantošanu. Biotehnoloģiju galvenokārt izmanto lauksaimniecībā, pārtikas zinātnē un medicīnā. Biotehnoloģijā dzīvus organismus izmanto, lai izgatavotu noderīgas ķīmiskas vielas un produktus vai veiktu kādu rūpniecisku uzdevumu. Tas var nozīmēt visu — no mikroorganismu izmantošanas fermentācijas procesā līdz šūnu, gēnu un molekulāru sistēmu inženierijai laboratorijā. Metodes ietver selekciju, šķērsošanu, rekombinantu DNS tehnoloģijas, gēnu rediģēšanas paņēmienus (piemēram, CRISPR), šūnu un audu inženieriju, kā arī sintētisko bioloģiju.

Biotehnoloģijas piemērs ir rauga fermentācijas reakcijas izmantošana alus un citu alkoholisko dzērienu ražošanā. Cits piemērs ir rauga radītā oglekļa dioksīda izmantošana, lai maize celtos. Līdzīgi procesi tiek izmantoti arī piena produktu rūpniecībā (piemēram, jogurta un siera ražošana), biokatalizē, fermentu ražošanā, un fermentācijas ceļā iegūtu vielu — piemēram, etiola, citronskābes vai antibiotiku — ražošanā. Mūsdienu biotehnoloģija arī ļauj saražot kādus medikamentus, piemēram, inzulīnu, vakcīnas un monoklonālās antivielas, izmantojot ģenētiski modificētas baktērijas vai šūnu līnijas.

Ar biotehnoloģiju bieži apzīmē 21. gadsimta gēnu inženierijas tehnoloģiju. Tomēr šis termins tiek lietots, lai apzīmētu daudzus bioloģisko organismu pārveidošanas veidus cilvēces vajadzībām. Tā aizsākās ar vietējo augu pārveidošanu par uzlabotiem pārtikas kultūraugiem, izmantojot mākslīgo selekciju un hibridizāciju. Bioinženierija ir zinātne, uz kuru balstās visi biotehnoloģiju lietojumi. Attīstoties jaunām pieejām un modernām metodēm, arī tradicionālās biotehnoloģijas nozares apgūst jaunus apvāršņus, kas ļauj uzlabot produktu kvalitāti, palielināt sistēmu produktivitāti un izstrādāt pilnīgi jaunas lietojumprogrammas — piemēram, precīzo gēnu rediģēšanu, sintētisku mikrobiomu dizainu un bioloģiskas ierīces (biosensori).

Biotehnoloģijas ir arī ļāvušas veikt klonēšanu (organismu pavairošanu). Daudzi cilvēki uzskata, ka tas ir morāli nepareizi, savukārt citi uzskata, ka tas varētu atrisināt daudzas slimības. Ir svarīgi atšķirt reproduktīvo klonēšanu (pilna organisma kopēšana) no terapeitiskās klonēšanas, kas tiek pētīta, lai iegūtu cilmes šūnas audu atjaunošanai un slimību ārstēšanai.

Pielietojums medicīnā

• Diagnoze un testi: biotehnoloģijas paver iespējas ātrai un jutīgai slimību diagnosticēšanai (PCR testi, molekulārās diagnostikas metodes).
• Medikamentu ražošana: rekombinanti proteīni (piemēram, inzulīns), vakcīnas (iekļaujot mRNA vakcīnas), monoklonālās antivielas un hormoni.
• Gēnu terapija un gēnu rediģēšana: mērķtiecīga ģenētisko traucējumu labošanas potenciāle, piemēram, ar CRISPR un citiem rediģēšanas rīkiem.
• Regeneratīvā medicīna: audu un orgānu audzēšana laboratorijā, cilmes šūnu terapijas un bioinženierijas risinājumi.
• Personalizētā medicīna: farmakogenomika ļauj pielāgot ārstēšanu atbilstoši pacienta ģenētiskajam profilam.

Pielietojums lauksaimniecībā un pārtikas ražošanā

• Ģenētiski modificēti kultūraugi: prasība pēc izturības pret kaitēkļiem, slimībām, sausumu vai herbicīdiem; palielināta raža un uzturvērtība.
• Biopesticīdi un biofertilizatori: mikroorganismu izmantošana, lai samazinātu ķīmisko vielu nepieciešamību un uzlabotu augsnes veselību.
• Selektīvā selekcija un molekulārā marķēšana: ātrāka un precīzāka selekcija uzlabotu šķirņu veidošanai.
• Pārtikas tehnoloģijas: fermenti, konservanti un cita pārtikas rūpniecībai nozīmīga biotehnoloģija, kas uzlabo ražošanu un drošību.

Vides un rūpnieciskā biotehnoloģija

Biotehnoloģiju izmanto arī vides aizsardzībā un industrijā: bioremediācija (dažu piesārņotāju noārdīšana ar mikroorganismiem), bioloģiskie kurināmie (bioetanols, biodīzeļs) un rūpnieciskie biokatalizatori, kas samazina enerģijas patēriņu un atkritumu apjomu. Tā var palīdzēt risināt problēmas, sākot ar produktu efektivitāti un beidzot ar globālās sasilšanas mazināšanu, piemēram, attīstot mikroorganismus, kas saražo bioloģiski noārdāmus polimērus vai efektīvāk fiksē oglekli.

Drošība, ētika un regulēšana

Biotehnoloģijas sniedz lielas priekšrocības, taču tās lietošanai ir arī potenciāli riski un ētiskas dilemmas. Starp galvenajiem jautājumiem ir mikroorganismu drošība, ģenētiski modificētu organismu (ĢMO) ietekme uz vidi, gēnu rediģēšanas izmantošana cilvēkos, iespējamā ģenētiskā segregācija un bioētikas standarti. Tāpēc valstis un starptautiskas organizācijas izstrādā regulas, biosaudzības un cilvēktiesību principus, kā arī biosauga praksi, lai nodrošinātu drošu, pārskatāmu un sabiedrībai pieņemamu biotehnoloģiju attīstību.

Nākotnes perspektīvas un izaicinājumi

Turpmākās biotehnoloģijas attīstības jomas iekļauj precīzāku gēnu rediģēšanu, sintētisko bioloģiju jaunus biomateriālus un medikamentus, attīstītu mikrobiomu pārvaldību lauksaimniecībā un medicīnā, kā arī plašāku bioproduktu ieviešanu rūpniecībā. Galvenie izaicinājumi ir tehnoloģiju drošība, ētiska un sociāla piekļuve inovācijām, regulatīvo ietvaru pielāgošana un sabiedrības informēšana, lai nodrošinātu, ka biotehnoloģijas attīstība notiek ilgtspējīgi un atbildīgi.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir biotehnoloģija?

J: Kādi ir daži no galvenajiem biotehnoloģijas izmantošanas veidiem?

J: Kā biotehnoloģijā izmanto dzīvus organismus?

J: Vai biotehnoloģiju izmanto tikai medicīnā?

J: Vai biotehnoloģijas izmantošana ir saistīta ar kādu risku?

J: Kādus produktus var izgatavot, izmantojot biotehnoloģiskos procesus?

Meklēt pēc burta