Prezentacja: biotechnologia

Co to jest biotechnologia?

Biotechnologia jest dyscypliną nauk technicznych wykorzystującą procesy biologiczne na skalę przemysłową. Konwencja o różnorodności biologicznej ONZ podaje jedną z najszerszych definicji:

Biotechnologia oznacza zastosowanie technologiczne, które używa systemów biologicznych, organizmów żywych lub ich składników, żeby wytwarzać lub modyfikować produkty lub procesy w określonym zastosowaniu.

Innymi słowy, biotechnologia to stosowane przez człowieka sposoby wykorzystywania organizmów w celu uzyskania różnych produktów.

Pierwsze zastosowania:
- Metody z zakresu biotechnologii są wykorzystywane od tysięcy lat.

- Przykładowo: produkcja piwa jest procesem biotechnologicznym, w którym wykorzystuje się fermentację cukrów prostych przez drożdże. W wyniku niedostatecznej ilości tlenu, utlenianie jest niezupełne i następuje fermentacja. Innym przykładem jest produkcja przetworów mlecznych.

Innymi od dawna stosowanymi procesami biotechnologicznymi są także:
- Kiszenie ogórków
- Produkcja alkoholu

Zdolność części bakterii do koncentrowania w swoich komórkach niektórych metali wykorzystywana jest w górnictwie poprzez bioługowanie.

Bioługowanie to proces, w którym stosuje się właściwości mikroorganizmów w celu wymycia różnych pierwiastków z ubogich rud zazwyczaj metali. Wykorzystuje się zdolność zakwaszania środowiska przez mikroorganizmy chemolitotroficzne. Drobnoustroje takie korzystają ze związków nieorganicznych jako źródła energii, a jednocześnie ich metabolizmowi towarzyszy wytwarzanie dużej ilości kwasu - obniża się wtedy pH środowiska (zwiększa kwasowość). W takiej sytuacji wiele substancji staje się rozpuszczalna i można je wymyć, odzyskać np. metal z rudy tego metalu.

Rolnictwo

Osiągniecie biotechnologii w rolnictwie to wyhodowanie genetycznie modyfikowanych roślin:
- Odpornych na działanie herbicydów, szkodników czy niekorzystnych warunków środowiska
- Dających większe plony
- Mających wyższe walory użytkowe (np. pomidory i banany o przedłużonej trwałości, truskawki oporne na przemarzanie)

Przykłady biotechnologii roślin:
- wprowadzanie roślin danego gatunku do in vitro (sterylizacja)
- opracowanie optymalnej pożywki dla wzrostu danego gatunku roślin 
- efektywne namnażanie roślin w warunkach in vitro
- Opracowanie projektów badawczych (np. ocena wpływu pestycydu na rośliny uprawne —  w warunkach in vitro, z założeniem wykonania 5 powtórzeń testu)

Medycyna

Zastosowanie inżynierii genetycznej w medycynie niesie za sobą ogromne nadzieje na leczenie chorób wywołanych obecnością zmutowanych alleli. Postępowanie takie zwane „terapią genową” polega na wprowadzaniu do komórek pacjenta prawidłowych genów w miejsce uszkodzonych. Podejmowanie próby leczenia tą metodą przyniosły w niektórych przypadkach sukcesy.

Szczegółowa analiza DNA ma coraz szersze zastosowanie w medycynie sądowej do identyfikacji zarówno ofiar, jak i przestępców.

Produktami biotechnologii używanymi w genetyce i medycynie są także chipy DNA i znaczniki radioaktywne używane w medycynie.

Produkcja leków i szczepionek

Do ich produkcji wykorzystuje się transgeniczne szczepy bakterii, którym wprowadzono geny kodujące odpowiednie białka np.:
- niektóre hormony – jak insulina czy hormon wzrostu
- Białka będące czynnikami krzepnięcia krwi (konieczne u ludzi chorych na hemofilię)
- Szczepionka przeciw WZW typu B – całkowicie bezpieczna, bo zawiera tylko antygeny, a nie całe wirusy

Nowoczesna biotechnologia jest często związana z użyciem genetycznie zmodyfikowanych organizmów takich jak pałeczka okrężnicy lub drożdże do produkcji np. insuliny lub antybiotyków. Genetycznie zmienione komórki ssacze, takie jak komórki jajnikowe chomika chińskiego (ang. CHO - Chinese Hamster Ovarian) są stosowane w produkcji lekarstw.

Kalendarium

6000 p. n. e. - produkcja piwa, wina, chleba z użyciem drożdży
4000 p. n. e. - produkcja w Chinach jogurtu i sera z użyciem bakterii produkujących kwas mlekowy

1675 - odkrycie mikrobów
1856 - Grzegorz Mendel odkrywa prawa dziedziczenia

1919 - pierwsze użycie słowa biotechnologia przez Karla Ereky'ego - węgierskiego agronoma

1953 - James D. Watson i Francis Crick opisują strukturę DNA
1972 - odkrycie, że ludzkie DNA jest w 99% takie samo jak u szympansów i goryli
1975 - opracowanie produkcji przeciwciał monoklonalnych przez Köhlera i Milsteina

1980 - scharakteryzowanie nowoczesnej biotechnologii jako technologia rekombinacji DNA.
- produkcja insuliny i innych leków w formie ludzkiej w E. coli - żywy szczep drożdży piwnych Saccharomyces cerevisiae 1026 modyfikuje mikroflorę w przewodzie pokarmowym krów i koni

1983 - wynalezienie PCR (polymerase chain reaction), techniki która zrewolucjonizowała biotechnologię, przez Kary Mullisa i jego współpracowników w kalifornijskiej firmie Cetus

1990 - rozpoczęcie Projektu poznania ludzkiego genomu

1994 - FDA aprobuje pierwszą genetycznie zmodyfikowaną żywność - pomidor FlavrSavr firmy Calgene

1997 - sklonowanie owcy, nazwanej Dolly, przez zespół Iana Wilmuta w brytyjskim Instytucie Roslin

2000 - opublikowanie wersji roboczej ludzkiego genomu
2002 - zsekwencjonowanie DNA pierwszej rośliny uprawnej - ryżu

2003 - GloFish pierwsze zmodyfikowane genetycznie zwierzę domowe trafia do sprzedaży. Wyhodowana w celu wykrywania zanieczyszczeń ryba fluoryzuje jasnoczerwono dzięki genowi bioluminescencji

Praca w formie prezentacji multimedialnej w załączniku.