Bioteknik

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 26 september 2021; kontroller kräver 14 redigeringar .

Bioteknik (från gr. βίος - "liv", τέχνη - "konst, skicklighet, förmåga", λόγος - "ord, mening, tanke, begrepp") är en disciplin som studerar möjligheterna att använda levande organismer , deras system eller produkter av deras livsviktiga aktivitet för att lösa tekniska uppgifter, samt möjligheten att skapa levande organismer med nödvändiga egenskaper genom genteknik .

Bioteknik kallas ofta för användningen av genteknik under 1900- och 2000-talen , men termen syftar också på ett bredare utbud av processer för att modifiera biologiska organismer för att möta mänskliga behov, med början med modifiering av växter och djur genom artificiellt urval och hybridisering . Med hjälp av moderna metoder har traditionell bioteknisk produktion kunnat förbättra kvaliteten på livsmedelsprodukter och öka produktiviteten hos levande organismer.

Fram till 1971 användes termen "bioteknik" främst inom livsmedelsindustrin och jordbruket. Sedan 1970 - talet har forskare använt termen för att hänvisa till laboratoriemetoder som användningen av rekombinant DNA och in vitro cellkulturer .

Bioteknik bygger på genetik , molekylärbiologi , biokemi , embryologi och cellbiologi, såväl som de tillämpade disciplinerna kemi- och informationsteknologi och robotik.

Bioteknikens historia

Termen "bioteknik" användes först av den ungerske ingenjören Karl Ereki 1917 .

Användningen av mikroorganismer eller deras enzymer i industriell produktion , som tillhandahåller den tekniska processen, har varit känd sedan urminnes tider, men systematisk vetenskaplig forskning har gjort det möjligt att avsevärt utöka arsenalen av metoder och metoder för bioteknik.

Så 1814 upptäckte St. Petersburg -akademikern K. S. Kirchhoff ( biografi Arkivkopia av 17 oktober 2019 på Wayback Machine ) fenomenet biologisk katalys och försökte biokatalytiskt få socker från tillgängliga inhemska råvaror (fram till mitten av den 19 :e århundradet erhölls socker endast från sockerrör ). 1891 , i USA, kom den japanske biokemisten Dz. Takamine fick det första patentet för användning av enzympreparat för industriella ändamål: vetenskapsmannen föreslog användningen av diastas för försockring av växtavfall.

I början av 1900-talet utvecklades jäsnings- och mikrobiologiindustrin aktivt . Samma år gjordes de första försöken att etablera produktion av antibiotika, livsmedelskoncentrat erhållna från jäst, för att kontrollera jäsningen av produkter av vegetabiliskt och animaliskt ursprung.

Det första antibiotikumet - penicillin  - isolerades och renades till en acceptabel nivå 1940 , vilket gav nya utmaningar: sökandet och etableringen av industriell produktion av medicinska substanser producerade av mikroorganismer, arbete för att minska kostnaderna och öka nivån av biosäkerhet för nya läkemedel .

Typer av bioteknik

Bioteknik

Bioteknik (eller biomedicinsk ingenjörskonst) är en disciplin som syftar till att fördjupa kunskapen inom teknik, biologi och medicin och förbättra människors hälsa genom tvärvetenskaplig utveckling som kombinerar tekniska tillvägagångssätt med resultaten av biomedicinsk vetenskap och klinisk praxis. Bioteknik/biomedicinsk teknik är tillämpningen av tekniska metoder för att lösa medicinska problem för att förbättra hälso- och sjukvården. Denna ingenjörsdisciplin syftar till att använda kunskap och erfarenhet för att hitta och lösa problem inom biologi och medicin. Bioingenjörer arbetar till förmån för mänskligheten, hanterar levande system och tillämpar avancerad teknologi för att lösa medicinska problem. Specialister inom biomedicinsk teknik kan delta i skapandet av instrument och utrustning, i utvecklingen av nya procedurer baserade på tvärvetenskaplig kunskap, i forskning som syftar till att inhämta ny information för att lösa nya problem. Bland de viktiga framgångarna inom bioteknik kan man nämna utvecklingen av konstgjorda leder, magnetisk resonanstomografi , pacemakers , artroskopi , angioplastik, biotekniska hudproteser, njurdialys, hjärt-lungmaskiner. Ett av huvudområdena för bioteknisk forskning är också användningen av datormodelleringsmetoder för att skapa proteiner med nya egenskaper, samt modellering av interaktionen mellan olika föreningar och cellreceptorer för att utveckla nya läkemedel ("drogdesign").

Biomedicin

En gren av medicinen som studerar människokroppen ur teoretisk synvinkel , dess struktur och funktion under normala och patologiska tillstånd , patologiska tillstånd, metoder för deras diagnos , korrigering och behandling [1] . Biomedicin omfattar den samlade kunskapen och forskningen, mer eller mindre allmänmedicin , veterinärmedicin , tandvård och grundläggande biologiska vetenskaper, såsom kemi , biologisk kemi , biologi , histologi , genetik , embryologi , anatomi , fysiologi , patologi , biomedicinsk teknik [2] zoologi , botanik och mikrobiologi [3] [4] . [5]

Nanomedicin

Spåra, fixa, designa och kontrollera mänskliga biologiska system på molekylär nivå, med hjälp av nanoenheter och nanostrukturer [6] . Ett antal teknologier för den nanomediska industrin har redan skapats i världen. Dessa inkluderar riktad leverans av läkemedel till sjuka celler [7] , laboratorier på ett chip och nya bakteriedödande medel.

Biofarmakologi

Den farmakologiska grenen som studerar de fysiologiska effekterna av ämnen av biologiskt och bioteknologiskt ursprung. Faktum är att biofarmakologi är frukten av konvergensen av två traditionella vetenskaper - bioteknik, nämligen den gren av den, som kallas "röd", medicinsk bioteknik och farmakologi , som tidigare bara var intresserad av kemikalier med liten molekylvikt, som ett resultat av ömsesidigt intresse.

Objekten för biofarmakologisk forskning är studiet av biofarmaka , planeringen av deras produktion, organisationen av produktionen. Biofarmakologiska terapeutiska medel och medel för förebyggande av sjukdomar erhålls med hjälp av levande biologiska system, vävnader av organismer och deras derivat, med hjälp av bioteknologiska medel, det vill säga medicinska substanser av biologiskt och bioteknologiskt ursprung.

Bioinformatik

En uppsättning metoder och tillvägagångssätt [8] , inklusive:

  1. matematiska metoder för datoranalys i jämförande genomik (genomisk bioinformatik);
  2. utveckling av algoritmer och program för att förutsäga den rumsliga strukturen hos proteiner ( strukturell bioinformatik );
  3. studie av strategier, lämpliga beräkningsmetoder och allmän hantering av informationskomplexiteten i biologiska system [9] .

Bioinformatik använder metoder från tillämpad matematik , statistik och datavetenskap . Bioinformatik används inom biokemi , biofysik , ekologi och andra områden.

Sekvensjustering

En bioinformatisk metod baserad på placeringen av två eller flera sekvenser av DNA , RNA eller proteinmonomerer under varandra på ett sådant sätt att liknande områden i dessa sekvenser är lätta att se. Likheten mellan de primära strukturerna för två molekyler kan återspegla deras funktionella, strukturella eller evolutionära relationer [10] . Sekvensjusteringsalgoritmer används också i NLP .

Bionics

Tillämpad vetenskap om tillämpningen i tekniska anordningar och system av principerna för organisation, egenskaper, funktioner och strukturer för levande natur, det vill säga formerna av levande varelser i naturen och deras industriella motsvarigheter. Enkelt uttryckt är bionik en kombination av biologi och teknologi. Bionics betraktar biologi och teknik från en helt ny vinkel och förklarar vilka gemensamma drag och vilka skillnader som finns i natur och teknik.

Skilja på:

  • biologisk bionik, som studerar de processer som sker i biologiska system;
  • teoretisk bionik, som bygger matematiska modeller av dessa processer;
  • teknisk bionik, som använder modeller av teoretisk bionik för att lösa tekniska problem.

Bionics är nära besläktat med biologi , fysik , kemi , cybernetik och ingenjörsvetenskap: elektronik , navigation , kommunikation , maritim vetenskap och andra.

Bioremediering

Ett komplex av metoder för att rena vatten, jord och atmosfär med hjälp av biologiska föremåls metaboliska potential - växter , svampar , insekter , maskar och andra organismer .

Artificiellt urval

Selektivt tillträde till reproduktion av djur, växter eller andra organismer i syfte att föda fram nya sorter och raser. Föregångaren och huvudmetoden för modern avel . Resultatet av artificiellt urval är mångfalden av växtsorter och djurraser.

Kloning

Utseendet på ett naturligt sätt eller erhållande av flera genetiskt identiska organismer genom asexuell (inklusive vegetativ ) reproduktion. Termen "kloning" i samma betydelse används ofta i relation till cellerna hos flercelliga organismer. Kloning kallas också att erhålla flera identiska kopior av ärftliga molekyler (molekylär kloning). Slutligen kallas kloning också ofta som biotekniska metoder som används för att på konstgjord väg få kloner av organismer, celler eller molekyler. En grupp genetiskt identiska organismer eller celler är en klon.

Människokloning

En prediktiv metodik som består i att skapa ett embryo och sedan växa från embryonpersoner som har genotypen av en viss individ, för närvarande existerande eller tidigare existerande. Hittills har tekniken för mänsklig kloning inte utvecklats. För närvarande har inte ett enda fall av mänsklig kloning registrerats tillförlitligt. Och här uppstår en rad både teoretiska och tekniska frågor. Men idag finns det metoder som gör att vi med hög grad av tillförsikt kan säga att huvudfrågan om teknik har lösts. Rädslor orsakas av sådana ögonblick som en hög procentandel av misslyckanden i kloning och den tillhörande möjligheten att uppträda underlägsna människor. Samt frågor om faderskap, moderskap, arv, äktenskap och många andra. Ur de viktigaste världsreligionernas synvinkel ( kristendomen , islam , judendomen ) är mänsklig kloning antingen en problematisk handling eller en handling som går utöver dogmen och kräver att teologer tydligt motiverar en eller annan ståndpunkt hos religiösa hierarkier . I vissa stater är användningen av dessa tekniker i förhållande till människor officiellt förbjuden - Frankrike , Tyskland , Japan . Dessa förbud betyder dock inte avsikten hos lagstiftarna i dessa stater att avstå från att använda mänsklig kloning i framtiden, efter en detaljerad studie av de molekylära mekanismerna för interaktion mellan cytoplasman i oocyten - mottagaren och kärnan i den somatiska celldonator , liksom förbättringen av själva kloningstekniken .

Pedagogisk bioteknik

Utbildningsbioteknik används för att sprida bioteknik och utbilda personal inom detta område. Den utvecklar tvärvetenskapligt material och utbildningsstrategier relaterade till bioteknik (t.ex. rekombinant proteinproduktion) tillgängliga för hela samhället, inklusive människor med särskilda behov, såsom hörsel- och/eller synnedsättningar. [elva]

Hybridisering

Processen för bildning eller produktion av hybrider , som är baserad på kombinationen av det genetiska materialet från olika celler i en cell. Det kan utföras inom samma art (intraspecifik hybridisering) och mellan olika systematiska grupper (distanshybridisering, där olika genom kombineras ). Den första generationen av hybrider kännetecknas ofta av heterosis , vilket uttrycks i bättre anpassningsförmåga, större fruktbarhet och livsduglighet hos organismer. Med avlägsen hybridisering är hybrider ofta sterila .

Genteknik

Trots det faktum att de första framgångsrika experimenten på transformation av celler med exogent DNA gjordes redan på 1940 -talet av Avery , McLeod och McCarthy , erhölls den första kommersiella beredningen av humant rekombinant insulin i början av 1980-talet eller 1982 [12] [13 ] . Införandet av gener främmande för genomet av bakterieceller utförs med hjälp av den sk. vektor-DNA , såsom plasmider närvarande i bakterieceller, såväl som bakteriofager och andra mobila genetiska element kan användas som vektorer för att överföra exogent DNA till mottagarcellen.

Du kan få en ny gen:

  1. skära ut det från värdens genomiska DNA med hjälp av ett restriktionsendonukleas, som katalyserar brytningen av fosfodiesterbindningar mellan vissa kvävehaltiga baser i DNA i regioner med en viss nukleotidsekvens ;
  2. Kemisk-enzymatisk syntes;
  3. Syntes av cDNA baserat på budbärar-RNA isolerat från en cell med hjälp av enzymerna reversetas och DNA-polymeras , samtidigt som man isolerar en gen som inte innehåller obetydliga sekvenser och kan uttryckas förutsatt att en lämplig promotorsekvens väljs i prokaryota system utan efterföljande modifieringar, vilket oftast är nödvändigt för transformation av prokaryota eukaryota gensystem som innehåller introner och exoner .

Därefter behandlas vektor-DNA-molekylen med ett restriktionsenzym för att bilda ett dubbelsträngat brott, och genen "klistras" in i vektorn i det resulterande "gapet" med hjälp av DNA-ligasenzymet , och mottagarcellerna transformerad med sådana rekombinanta molekyler, till exempel E. coli- celler . När de transformeras med användning av till exempel plasmid-DNA som vektor, är det nödvändigt att cellerna är kompetenta för penetrering av exogent DNA in i cellen, för vilket till exempel elektroporering av mottagarcellerna används. Efter framgångsrikt inträde i cellen börjar exogent DNA att replikera och uttryckas i cellen.

Transgena växter

Transgena växter  är de växter som har "transplanterats" med gener från andra organismer.

Potatis resistent mot Colorado-potatisbaggen skapades genom att introducera en gen isolerad från genomet i jorden Thüringer bacillus Bacillus thuringiensis , som producerar proteinet Cry , som är ett protoxin, i tarmarna hos insekter detta protein löses upp och aktiveras till en sann toxin som har en skadlig effekt på insektslarver och vuxna Besprutning med Bacillus thuringiensis sporer användes för växtskydd innan den första transgena växten erhölls, men med låg effektivitet ökade produktionen av endotoxin i växtvävnaderna avsevärt skyddets effektivitet, och även ökad ekonomisk effektivitet på grund av det faktum att växten själv började producera ett skyddande protein. Genom att transformera en potatisplanta med Agrobacterium tumefaciens erhölls växter som syntetiserar detta protein i bladmesofyll och andra växtvävnader och som följaktligen inte påverkas av Colorado-potatisbaggen. Detta tillvägagångssätt används också för att skapa andra jordbruksväxter som är resistenta mot olika typer av insekter.

Transgena djur

De vanligaste transgena djuren är grisar . Till exempel finns det grisar med mänskliga gener - de föddes upp som donatorer av mänskliga organ.

Japanska geningenjörer har introducerat spenatgenen i genomet hos grisar , som producerar enzymet FAD2, som kan omvandla mättade fettsyror till linolsyra  , en omättad fettsyra. Modifierade grisar har 1/5 mer omättade fettsyror än vanliga grisar. [fjorton]

Grönt glödande grisar är transgena grisar som fötts upp av en grupp forskare från National Taiwan University genom att införa i det embryonala DNA från den gröna fluorescerande proteingenen , lånad från den fluorescerande maneten Aequorea victoria . Embryot implanterades sedan i livmodern på en hongris. Smågrisar lyser grönt i mörkret och har en grönaktig nyans på huden och ögonen i dagsljus. Huvudsyftet med att föda upp sådana grisar, enligt forskarna, är möjligheten till visuell observation av vävnadsutveckling under stamcellstransplantation.

Moralisk aspekt

Många moderna religiösa figurer och vissa vetenskapsmän varnar det vetenskapliga samfundet för överdriven entusiasm för sådan bioteknik (i synnerhet biomedicinsk teknologi) som genteknik , kloning och olika metoder för artificiell reproduktion (som IVF ).

En person som står inför den senaste biomedicinska tekniken , en artikel av V.N. Filyanova , seniorforskare vid RISS :

Problemet med bioteknik är bara en del av problemet med vetenskaplig teknik, som har sina rötter i den europeiska människans orientering mot omvandlingen av världen, erövringen av naturen, som började i modern tid. Bioteknik, som har utvecklats snabbt under de senaste decennierna, för vid första anblicken en person närmare förverkligandet av en långvarig dröm om att övervinna sjukdomar, eliminera fysiska problem och uppnå jordisk odödlighet genom mänsklig erfarenhet. Men å andra sidan ger de upphov till helt nya och oväntade problem som inte är begränsade till konsekvenserna av långvarig användning av genetiskt modifierade produkter, försämringen av den mänskliga genpoolen på grund av födelsen av en massa födda människor endast tack vare ingripande av läkare och den senaste tekniken. I framtiden uppstår problemet med omvandlingen av sociala strukturer, spöket av "medicinsk fascism" och eugenik, som fördömdes vid Nürnbergrättegångarna , återuppstår .

Se även

Notera

  1. ↑ Medicin Definition . Hämtad 30 maj 2013. Arkiverad från originalet 8 juli 2009.
  2. ↑ Bronzino, Joseph D. (april 2006). The Biomedical Engineering Handbook, tredje upplagan. C.R.C. Tryck. ISBN 978-0-8493-2124-5 . http://crcpress.com/product/isbn/9780849321245 Arkiverad 24 februari 2015 på Wayback Machine
  3. ↑ "Bakteriologi på den fria onlineordboken". http://www.thefreedictionary.com/bacteriologist Arkiverad 6 juni 2011 på Wayback Machine . Hämtad 2007-03-11.
  4. ↑ Virologi på The Free Online Dictionary. http://www.thefreedictionary.com/virology Arkiverad 6 juni 2011 på Wayback Machine . Hämtad 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, Volym I: Basic Capabilities Arkiverad 14 augusti 2015 på Wayback Machine , av Robert A. Freitas Jr. 1999, ISBN 1-57059-645-X
  7. ↑ LaVan DA, McGuire T., Langer R. Småskaliga system för läkemedelstillförsel in vivo  // Nature Biotechnology  : journal  . - Nature Publishing Group , 2003. - Vol. 21 , nr. 10 . - P. 1184-1191 . - doi : 10.1038/nbt876 .
  8. ↑ E. Kunin Soppa från en spik. Den ledande evolutionisten talade om multiversum och den antropiska principen. // Lenta.ru, 1 december 2012 . Datum för åtkomst: 30 maj 2013. Arkiverad från originalet den 9 augusti 2014.
  9. ↑ Ivan Y. Torshin Bioinformatics in the Post-Genomic Era: The Role of Biophysics Arkiverad 27 december 2006 på Wayback Machine , Novapublishers, 2006, ISBN 1-60021-048-1
  10. ↑ Montera DM. Bioinformatik: Sekvens- och  genomanalys . — 2:a. - Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor, NY., 2004. - ISBN 0-87969-608-7 .
  11. ↑ Los Colores de la Biotecnologia . Bioteknologi S.i. Hämtad 29 oktober 2016. Arkiverad från originalet 29 oktober 2016.
  12. ↑ Filatov O. Yu., Malyshev I. Yu. Cellulär bioteknik i endokrinologi (lärobok för studenter vid den medicinska fakulteten och studenter vid fakulteten för forskarutbildning). - M., 2010.
  13. ↑ Tof, Ilanit (1994). "Rekombinant DNA-teknologi i syntesen av humant insulin" Arkiverad 30 november 2007 på Wayback Machine . Little Tree Publishing.
  14. ↑ Gene Cooking: Mutanter är de godaste! Arkiverad 31 oktober 2013 på Wayback Machine  (tillgänglig 19 december 2011)

Litteratur

  • Glick B., Pasternak J. Molecular biotechnology. Principer och tillämpning. — M .: Mir, 2002.
  • Egorova T. A., Klunova S. M., Zhivu hin E. A. Fundamentals of biotechnology. - M. , 2003.
  • Patrushev L.I. Uttryck av gener. - M . : Nauka, 2000. - ISBN 5-02-001890-2 .
  • Shevelukha, V. S., Kalashnikova, E. A., Degtyarev, S. V. et al. Agricultural biotechnology. - M. , 1998. - 416 sid. — ISBN 5-06-003535-2 .
  • Manual för industriell mikrobiologi och bioteknik. 2:a uppl. — Wash., 1999.
  • Sasson A. Bioteknik: Prestationer och förhoppningar. - M . : Mir, 1987. - 60 000 exemplar.

Föreslagen läsning

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
 Bioteknik
Områden för bioteknik
Relaterade artiklar
Forskare
Popularisatorer