Biotehnoloģija

Biotehnoloģiski iegūta insulīna kristāli

Biotehnoloģija (grieķu: βίος, bios — 'dzīvība' + tehnoloģija) ir bioloģijas un tehnikas nozare, kas izmanto dabiskās bioloģiskās sistēmas (piemēram, mikroorganismus), lai ražotu bioloģiski nozīmīgas vielas. Biotehnoloģija arī izstrādā un pēta dzīvo šūnu un audu audzēšanas un pavairošanas metodes. Biotehnoloģiju izmanto pārtikas rūpniecībā, medicīnā, ķīmisko vielu ražošanā, lopkopībā un citur.

Hronoloģija

Alus darīšana — viens no senākajiem biotehnoloģijas lietojumiem

Nereti jēdzienu "biotehnoloģija" attiecina uz gēnu inženierijas tehnoloģijām, kuru attīstība sākās 20. gadsimta otrajā pusē, tomēr biotehnoloģiju vēsture ir ievērojami senāka. To pirmsākumi saistīti ar alus, vīna un siera ražošanu. Ir atrastas liecības, ka alus raudzēšana sākusies pirms vairāk nekā 10 tūkstošiem gadu. Arī vīna raudzēšana sākās aptuveni tajā pašā laikā. Cilvēki izgatavoja šos dzērienus, no paaudzes uz paaudzi nododami raudzēšanas receptes un nezinādami, ka to iegūšanā liela nozīme ir mikroorganismiem.

1944. gadā tika pierādīts, ka DNS molekulas nes iedzimtības informāciju. 1952. gadā atklāja plazmīdas elementus, kas spēj pārnest ģenētisko informāciju no vienas šūnas uz citu. Džeimss Votsons 1953. gadā izveidoja DNS struktūras modeli. 1973. gadā ieguva baktēriju un vīrusu DNS hibrīdu.

1976. gadā ASV nodibināja pirmo firmu Genentech, kas izmantoja biotehnoloģijas sasniegumus. 1977. gadā ieguva baktērijas, kas sintezē cilvēka augšanas hormonu, bet 1978. gadā baktērijas, kas klonē cilvēka insulīna gēnu. 1980. gadā tika patentēts pirmais ģenētiski pārveidotais organisms, baktērija. 1981. gadā tika radīti pirmie transgēnie dzīvnieki — peles, bet 1983. gadā tika radīts pirmais transgēnais augs — tabaka, kura uz lauka sāka audzēt pēc 5 gadiem. 1985. gadā siera ražošanā pirmo reizi izmantoja no ģenētiski pārveidotiem mikroorganismiem iegūtu fermentu.

1989. gadā aizsākās darbs pie cilvēka genoma izpētes. 1990. gadā radīta pirmā ģenētiski pārveidotā govs, kas pienā izdalīja svešo gēnu darbības produktus. 1994. gadā tirdzniecībā nokļuva pirmais ģenētiski pārveidotais augs — tomātu šķirne, kuru iespējams ilgstoši uzglabāt. No 1997. līdz 1998. gadam tika uzsākta dzīvnieku klonēšana. 2002. gadā sākās diskusijas par cilvēka klonēšanu, bet 2003. gadā aprīlī pabeidza cilvēka genomu sekvencēšanu.

Biotehnoloģiju izmantošana

Biotehnoloģijas tiek izmantotas gandrīz katrā dzīves nozarē. Būtībā biotehnoloģijas ir jebkura tehnoloģija, kas izmanto dzīvas sistēmas (organismus, audus, šūnas), lai ražotu noteiktu produktu vai sasniegtu citu cilvēkam vajadzīgu mērķi.

Pārtikas rūpniecībā baktērijas un raugus izmanto:

• dārzeņu skābēšanā;
• alus, vīna ražošanā;
• siera, kefīra, jogurta un citu piena produktu ražošanā;
• citronskābes, aminoskābju un citu pārtikas piedevu ražošanā.

Medicīnā ar DNS tehnoloģiju metodēm:

• iegūst insulīnu, augšanas hormonu, antibiotikas, vitamīnus, vakcīnas un citus preparātus
• iegūst transplantēšanai nepieciešamos audus;
• iegūst cilmes šūnas, ko izmanto cilvēku ārstēšanā;
• ārstē iedzimtas slimības.

Lauksaimniecībā ar DNS tehnoloģijām:

• iegūst jaunas augu un dzīvnieku šķirnes;
• uzlabo lauksaimniecības produktu sastāvu;
• veido pret augu aizsardzības līdzekļiem izturīgas lauksaimniecības kultūras;
• veido pret kaitēkļiem izturīgas lauksaimniecības kultūras;
• paaugstina mājlopu produktivitāti.

Vides aizsardzībā baktērijas izmanto:

• ūdens attīrīšanas iekārtās;
• bioloģiskajos filtros, kas samazina ķīmiskā piesārņojuma, piemēram, sēra oksīdu, nokļūšanu gaisā;
• naftas noplūdes seku likvidēšanai.

Ķīmiskajā rūpniecībā baktērijas izmanto etilēna, acetona, butalona un citu vielu ražošanai.

Enerģētikā mikroorganismus izmanto dabasgāzes, etanola un citu kurināmo vielu ražošanai.