Cos'è la biotecnologia? Storia e risultati della biotecnologia

La disciplina che studia come gli organismi sono usati per risolvere problemi tecnologici è ciò che è la biotecnologia. In altre parole, è una scienza che studia gli organismi viventi alla ricerca di nuovi modi per soddisfare i bisogni umani. Ad esempio, l'ingegneria genetica o la clonazione sono nuove discipline che vengono utilizzate con la stessa attività degli organismi e la più recente tecnologia informatica.

Biotecnologia: brevemente

Molto spesso, il concetto di "biotecnologia" è confuso con l'ingegneria genetica, che è emersa nei secoli XX-XXI, e in effetti la biotecnologia si riferisce a una più ampia specificità del lavoro. La biotecnologia è specializzata nella modifica di piante e animali mediante ibridazione e selezione artificiale per bisogni umani.

Questa disciplina ha offerto all'umanità l'opportunità di migliorare la qualità dei prodotti alimentari, aumentare l'aspettativa di vita e la produttività degli organismi viventi, vale a dire le biotecnologie.

Fino agli anni '70 del secolo scorso, questo termine era usato esclusivamente nell'industria alimentare e in agricoltura. E solo nel 1970, gli scienziati hanno iniziato a usare il termine "biotecnologia" nelle ricerche di laboratorio, come la crescita di organismi viventi in provette o durante la creazione di DNA ricombinante. Questa disciplina si basa su scienze quali genetica, biologia, biochimica, embriologia, nonché su robotica, chimica e tecnologie dell'informazione.

Sulla base di nuovi approcci scientifici e tecnologici, sono stati sviluppati metodi di biotecnologia, che consistono in due posizioni principali:

• Coltivazione su larga scala e profonda di oggetti biologici in modalità periodica costante.
• Crescere cellule e tessuti in condizioni speciali.

Nuovi metodi di biotecnologia consentono di manipolare i geni, creare nuovi organismi o modificare le proprietà delle cellule viventi esistenti. Ciò rende possibile utilizzare più estensivamente il potenziale degli organismi e facilita attività economica persona.

Storia della biotecnologia

Non importa quanto possa sembrare strano, la biotecnologia trae le sue origini dal lontano passato, quando le persone stavano appena iniziando a dedicarsi alla vinificazione, al forno e ad altri modi di cucinare. Ad esempio, il processo biotecnologico di fermentazione, in cui i microrganismi partecipavano attivamente, era noto nell'antica Babilonia, dove era ampiamente utilizzato.

Come scienza, la biotecnologia cominciò a essere considerata solo all'inizio del 20 ° secolo. Il suo fondatore fu lo scienziato francese, il microbiologo Louis Pasteur, e il termine fu introdotto per la prima volta dall'ingegnere ungherese Karl Ereki (1917). Il XX secolo è stato caratterizzato dal rapido sviluppo della biologia molecolare e della genetica, dove sono stati attivamente utilizzati i risultati della chimica e della fisica. Una delle fasi chiave della ricerca è stata lo sviluppo di metodi per la coltivazione di cellule viventi. Inizialmente, per scopi industriali, hanno iniziato a coltivare solo funghi e batteri, ma dopo alcuni decenni, gli scienziati possono creare qualsiasi cellula, controllando completamente il loro sviluppo.

All'inizio del 20 ° secolo, l'industria della fermentazione e microbiologica si stava attivamente sviluppando. In questo momento, vengono fatti i primi tentativi per stabilire la produzione di antibiotici. I primi concentrati alimentari sono sviluppati, il livello di enzimi nei prodotti di origine animale e vegetale è controllato. Nel 1940, gli scienziati riuscirono a prendere il primo antibiotico, la penicillina. Questo fu l'impulso per lo sviluppo della produzione industriale di droghe, c'è un'intera industria dell'industria farmaceutica, che è una delle cellule della moderna biotecnologia.

Oggi la biotecnologia viene utilizzata nell'industria alimentare, in medicina, in agricoltura e in molte altre aree dell'attività umana. Di conseguenza, molte nuove indicazioni scientifiche apparvero con il prefisso "bio".

bioingegneria

Alla domanda su cosa sia la biotecnologia, la maggior parte della popolazione risponderà senza dubbio che questo non è altro che l'ingegneria genetica. Questo è in parte vero, ma l'ingegneria è solo una parte di una vasta disciplina biotecnologica.

La bioingegneria è una disciplina la cui attività principale è volta a rafforzare la salute umana combinando le conoscenze dei settori dell'ingegneria, della medicina, della biologia e della loro applicazione pratica. Il nome completo di questa disciplina è l'ingegneria biomedica. La sua principale specializzazione è la soluzione di problemi medici. L'uso della biotecnologia in medicina ci consente di modellare, sviluppare e studiare nuove sostanze, sviluppare preparati farmaceutici e persino salvare una persona dalle malattie congenite trasmesse attraverso il DNA. Specialisti in questo campo possono creare strumenti e attrezzature per eseguire nuove procedure. Grazie all'utilizzo della biotecnologia in medicina, sono state sviluppate articolazioni artificiali, pacemaker, protesi cutanee, bypass cardiopolmonare. Con l'aiuto di nuove tecnologie informatiche, esperti nel campo della bioingegneria possono creare proteine ​​con nuove proprietà utilizzando la simulazione al computer.

Biomedicina e farmacologia

Lo sviluppo della biotecnologia ha permesso di dare un nuovo sguardo alla medicina. Sviluppando una base teorica per il corpo umano, gli esperti in questo campo hanno l'opportunità di utilizzare la nanotecnologia per cambiare i sistemi biologici. Lo sviluppo della biomedicina ha dato impulso all'emergere della nanomedicina, la cui attività principale consiste nel tracciare, correggere e progettare sistemi viventi a livello molecolare. Ad esempio, consegna mirata di farmaci. Questo non è un corriere espresso dalla farmacia a casa, ma il trasferimento del farmaco direttamente alla cellula malata del corpo.

Anche la biofarmacologia si sta sviluppando. Studia gli effetti che le sostanze di origine biologica o biotecnologica hanno sul corpo. La ricerca in quest'area di conoscenza si concentra sullo studio dei biofarmaci e sullo sviluppo di metodi per la loro creazione. In biofarmacologia, i rimedi sono ottenuti da sistemi biologici viventi o tessuti corporei.

Bioinformatica e bionica

Ma la biotecnologia non è solo lo studio delle molecole di tessuti e cellule di organismi viventi, ma è anche l'uso della tecnologia informatica. Quindi, la bioinformatica ha luogo. Include una serie di approcci come:

• Bioinformatica genomica. Cioè, metodi di analisi computerizzata, che sono usati nella genomica comparativa.
• Bioinformatica strutturale. Sviluppo di programmi per computer che predicono la struttura spaziale delle proteine.
• Calcolo. Creare metodologie computazionali in grado di gestire sistemi biologici.

In questa disciplina, insieme ai metodi biologici, vengono utilizzati i metodi della matematica, i calcoli statistici e l'informatica. Come le tecniche di informatica e matematica sono usate in biologia, così oggi nelle scienze esatte possono usare la teoria dell'organizzazione degli organismi viventi. Come in bionica. Lo è scienza applicata dove i principi e le strutture della natura vivente sono applicati in dispositivi tecnici. Possiamo dire che questa è una specie di simbiosi tra biologia e tecnologia. Gli approcci disciplinari nella bionica considerano da un nuovo punto di vista sia la biologia che la tecnologia. La bionica ha esaminato le caratteristiche simili e distintive di queste discipline. Questa disciplina ha tre sottospecie: biologica, teorica e tecnica. La bionica biologica studia i processi che si verificano nei sistemi biologici. La bionica teorica costruisce modelli matematici di biosistemi. Una bionica tecnica applica la bionica teorica per risolvere vari problemi.

Come si può vedere, i risultati della biotecnologia sono diffusi nella medicina moderna e nella sanità pubblica, ma questa è solo la punta dell'iceberg. Come già accennato, la biotecnologia ha iniziato a svilupparsi dal momento in cui una persona ha iniziato a preparare il proprio cibo, e successivamente è stata ampiamente utilizzata in agricoltura per la coltivazione di nuove colture da riproduzione e l'allevamento di nuove razze di animali domestici.

Ingegneria cellulare

Uno dei metodi più importanti nella biotecnologia è il gene e ingegneria cellulare, che si concentrano sulla creazione di nuove cellule. Con questi strumenti, l'umanità è stata in grado di creare cellule vitali da elementi completamente diversi appartenenti a specie diverse. Quindi, viene creato un nuovo insieme di geni che non esiste in natura. L'ingegneria genetica consente a una persona di ottenere le qualità desiderate da cellule vegetali o animali modificate.

I risultati dell'ingegneria genetica in agricoltura sono particolarmente apprezzati. Questo ti permette di coltivare piante (o animali) con qualità migliorate, le cosiddette specie riproduttive. L'attività di selezione si basa sulla selezione di animali o piante con segni favorevoli pronunciati. Dopo che questi organismi sono stati incrociati e ottenere un ibrido con la combinazione desiderata di tratti utili. Naturalmente, nelle parole tutto sembra facile, ma ottenere l'ibrido desiderato è abbastanza difficile. In realtà, un organismo può essere ottenuto con uno o più geni utili. Cioè, solo alcune qualità aggiuntive vengono aggiunte al materiale originale, ma anche questo ha permesso di compiere un enorme passo avanti nello sviluppo dell'agricoltura.

L'allevamento e la biotecnologia hanno permesso agli agricoltori di aumentare i raccolti, rendere il frutto più grande, saporito e, soprattutto, resistente al gelo. Non aggira la selezione laterale e le attività zootecniche. Ogni anno ci sono nuove razze di animali domestici che possono fornire più bestiame e cibo.

realizzazioni

Nella creazione di scienziati che allevano piante distinguono tre onde:

1. La fine degli anni '80. Quindi gli scienziati hanno iniziato a rimuovere le piante resistenti ai virus. Per fare ciò, hanno prelevato un gene da specie che potevano resistere alle malattie, "trapiantandolo" nella struttura del DNA di altre piante e costretto a "lavorare".
2. L'inizio degli anni 2000. Durante questo periodo, le piante cominciarono a essere create con nuove proprietà del consumatore. Ad esempio, con un alto contenuto di oli, vitamine, ecc.
3. I nostri giorni Nei prossimi 10 anni, gli scienziati hanno in programma di lanciare piante vaccine, piante medicinali e piante biorekkatkor che produrranno componenti per plastica, coloranti, ecc.

Anche nella zootecnia le prospettive per la biotecnologia sono sorprendenti. Per molto tempo sono già stati creati animali che hanno un gene transgenico, cioè possiedono alcuni ormoni funzionali, ad esempio l'ormone della crescita. Ma questi erano solo esperimenti iniziali. Come risultato della ricerca, sono state allevate capre transgeniche in grado di produrre proteine ​​che smettono di sanguinare nei pazienti che soffrono di una cattiva coagulazione del sangue.

Alla fine degli anni '90 del secolo scorso, gli scienziati americani si misero a fare i conti con la clonazione di cellule di embrioni animali. Ciò consentirebbe la crescita del bestiame nelle provette, ma ora questo metodo deve ancora essere migliorato. Ma nello xenotrapianto (trapianto di organi di alcune specie in animali da parte di un altro), gli scienziati nel campo delle biotecnologie applicate hanno fatto progressi significativi. Per esempio, i maiali con il genoma umano possono essere usati come donatori, quindi c'è un rischio minimo di rigetto.

Biotecnologie alimentari

Come già accennato, i metodi originali di ricerca biotecnologica hanno cominciato ad essere utilizzati nella produzione alimentare. Yogurt, lievito madre, birra, vino, prodotti da forno sono prodotti ottenuti utilizzando biotecnologie alimentari. Questo segmento dello studio include processi volti a cambiare, migliorare o creare caratteristiche specifiche degli organismi viventi, in particolare i batteri. Specialisti in questo campo di conoscenza sono impegnati nello sviluppo di nuovi metodi per la fabbricazione di vari prodotti alimentari. Cercare e migliorare i meccanismi e i metodi della loro preparazione.

Il cibo che una persona mangia ogni giorno dovrebbe essere ricco di vitamine, minerali e aminoacidi. Tuttavia, ad oggi, secondo l'ONU, c'è un problema nel fornire una persona al cibo. Quasi la metà della popolazione non ha la giusta quantità di cibo, 500 milioni di fame, un quarto della popolazione mondiale mangia cibo di qualità insufficiente.

Oggi, 7,5 miliardi di persone vivono sul pianeta e se non si adottano le misure necessarie per migliorare la qualità e la quantità di cibo, se non lo si fa, le persone nei paesi in via di sviluppo soffriranno di conseguenze disastrose. E se è possibile sostituire lipidi, minerali, vitamine, antiossidanti con prodotti biotecnologici alimentari, è quasi impossibile sostituire le proteine. Più di 14 milioni di tonnellate di proteine ​​ogni anno non sono sufficienti per soddisfare i bisogni dell'umanità. Ma ecco che arriva la biotecnologia. La moderna produzione di proteine ​​si basa sul fatto che le fibre proteiche artificialmente formate. Sono impregnati di sostanze necessarie, danno forma, colore e odore appropriati. Questo approccio consente di sostituire quasi tutte le proteine. E il gusto e l'aspetto non sono diversi dal prodotto naturale.

clonazione

Un'area importante della conoscenza della biotecnologia moderna è la clonazione. Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno cercato di creare discendenti identici senza ricorrere alla riproduzione sessuale. Nel processo di clonazione si dovrebbe ottenere un organismo simile al genitore, non solo esternamente, ma anche con informazioni genetiche.

In natura, il processo di clonazione è comune tra alcuni organismi viventi. Se una persona ha gemelli identici, possono essere considerati cloni naturali.

La clonazione è stata effettuata per la prima volta nel 1997, quando hanno creato artificialmente Dolly le pecore. E alla fine del XX secolo, gli scienziati hanno iniziato a parlare della possibilità della clonazione umana. Inoltre, è stato studiato un concetto come la clonazione parziale. Cioè, puoi ricreare non l'intero organismo, ma le sue singole parti o tessuti. Se si migliora questo metodo, è possibile ottenere il "donatore ideale". Inoltre, la clonazione aiuterà a preservare rare specie di animali o a ripristinare le popolazioni estinte.

Aspetto morale

Nonostante il fatto che i fondamenti della biotecnologia possano avere un'influenza decisiva sullo sviluppo di tutta l'umanità, il pubblico non è molto sensibile a questo approccio scientifico. La stragrande maggioranza delle figure religiose moderne (e alcuni studiosi) cercano di mettere in guardia i biotecnologi dall'uso eccessivo delle loro ricerche. Questo è particolarmente acuto per questioni di ingegneria genetica, clonazione e riproduzione artificiale.

Da un lato, la biotecnologia sembra essere una stella luminosa, un sogno e una speranza che diventerà reale nel nuovo mondo. In futuro, questa scienza offrirà all'umanità molte nuove opportunità. Sarà possibile superare le malattie mortali, i problemi fisici saranno eliminati e una persona, prima o poi, sarà in grado di raggiungere l'immortalità terrena. Sebbene, d'altra parte, l'uso costante di prodotti geneticamente modificati o l'aspetto di persone che sono state create artificialmente possono influenzare il patrimonio genetico. Apparirà il problema del cambiamento delle strutture sociali, ed è molto probabile che dovremo affrontare la tragedia del fascismo medico.

Questo è ciò che è la biotecnologia. La scienza, che può dare brillanti prospettive all'umanità creando, cambiando o migliorando cellule, organismi viventi e sistemi. Lei sarà in grado di dare a una persona un nuovo corpo, e il sogno della vita eterna diventerà una realtà. Ma per questo devi pagare un prezzo considerevole.