Биотехнология

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Роза, отгледана от тъканна култура

Биотехнологиите са технологии, използващи живиорганизми, биологични системи или техни производни за създаването или модифицирането с определена цел на продукти или процеси.[1] Те намират приложение в широк кръг области - от земеделието до медицината и тежката промишленост.

Биотехнологиите се появяват през неолита с одомашняването на растения и животни, последвано от продължителни усилия за техния изкуствен отбор и хибридизация. Те получават решителен тласък с развитието на биологията през 19 век, което дава възможност за тяхното широко навлизане в практиката. Днес на биотехнологиите се възлагат големи надежди за получаването на алтернативни хранителни вещества, лекарствени субстанции и ваксини от модифицирани за целта микроорганизми. В последните години усилено се работи и в областта на растителните и ДНК рекомбинантните биотехнологии.

Биотехнологиите се базират на чистите биологични науки, като генетика, микробиология, молекулярна биология, биохимия, ембриология, клетъчна биология, а в много случаи и на други научни области, като инженерна химия, информатика и други. В същото време съвременните биологични науки са тясно свързани с биотехнологията и широко използват биотехнологични технически средства.

В селското стопанство[редактиране | edit source]

Най-старото приложение на биотехнологиите е селското стопанство, което само по себе си се вмества в дефиницията за биотехнологиите като приложение на биологични системи за създаване на желан продукт. Още с одомашняването на растенията и животните през неолитната революция селското стопанство се превръща в основния метод за производство на храни. Макар и бавно, през следващите хилядолетия селскостопанската технология претърпява непрекъснато развитие - селектират се нови сортове и породи, различни организми и биологични продукти се използват за наторяване, азотфиксация или контрол на вредителите. В хода на това развитие хората променят генетиката на домашните растения и животни чрез пренасянето им в различна среда или чрез хибридизация. По този начин, например, при царевицата са получени сортове с по-едри или по-сладки зърна.[2]

Съвременните биотехнологични изследвания в земеделието са насочени главно към създаването на генетично модифицирани сортове. При тези техники един или повече гени на изходния сорт се модифицират, за да му придадат нови свойства. Макар най-очевидното приложение на подобни модификации да е прякото увеличаване на добивите, при днешното развитие на биотехнологиите то е трудно постижимо. Много от генетичните характеристики, свързани с продуктивността на земеделските култури, се контролират от голям брой гени, всеки от които има малък принос към общия резултат.[3] Съвременните генетични технологии са най-ефективни при модифициране на отделен ген, а най-сложните продукти, като сортовете СмартСтакс променят до 8 гена.

По тези причини в практиката намират по-голямо приложение генетично модифицирани сортове, при които повишената продуктивност се постига чрез увеличаване на устойчивостта към определени външни фактори, като засушаване, вредители или соленост на почвата. Например, правят се опити растителният ген At-DBF2 на Arabidopsis thaliana да бъде включен в генетичната структура на доматите и тютюна, за да се увеличи тяхната устойчивост на соленост, засушаване и екстремни температури.[4]

Основно направление в земеделските биотехнологии, доминиращо при въведените в употреба през 1996-2001 година сортове, е създаването на устойчивост към хербициди. Тя позволява по-широката употреба на такива хербициди, които унищожават плевелите, но оставят основната култура незасегната, като намаляват необходимостта от механична и ръчна обработка на почвата. Разработени са трансгенни сортове, устойчиви към хербициди като глифозат, глюфозинат и бромоксинил.[5]

Докато хербицидната устойчивост на сортовете благоприятства по-широкото използване на пестициди, други направления в биотехнологиите са насочени към намаляване на нуждите от агрохимически продукти. Генетично модифицирани сортове произвеждат инсектицидни Bt токсини, които в естествени условия се отделят от почвената бактерия Bacillus thuringiensis (Bt). Тази технология намира особено широко приложение при борбата с гъсениците на Ostrinia при царевицата, замествайки успешно използваните по-рано химически инсектициди. Според оценки за 2001 година основните генетично модифицирани култури (соя, царевица и памук) заемат 62,6 ha обработваеми площи, като от тях 77% са с хербицидно устойчиви сортове, 15% - с Bt-сортове и 8% със сортове с устойчивост и на хербициди, и на насекоми.[6]

Друга група генетични модификации е насочена към промяна в свойствата на самия земеделски продукт. Така протеините в зеленчуци или зърнени култури могат да бъдат променени, за да внесат в диетата липсващи съставки.[3] Например трансгенният сорт златен ориз съдържа повишено количество бета каротин и разработен за региони с недостиг на витамин A в традиционните храни. Друго свойство на продуктите, което е честа цел на модифицирането, е тяхната трайност. Първият генетично модифициран хранителен продукт е сорт домати със забавено презряване.[7]

В хранителната промишленост[редактиране | edit source]

Биотехнологиите се прилагат в производството на храни още от Древността. Още в Месопотамия, Египет и Индия съдържащите специфични ензими малцови зърна се използват за превръщане на скорбялата в захар, която от своя страна се трансвормира от дрожди в бира. При този процес въглехидратите в зърното се разграждат до етанол. По-късно различни култури използват млечнокиселата ферментация за получаване на продукти с по-голяма трайност, като киселото мляко и киселото зеле. Други традиционни технологии, основани на биологични процеси, са произвоството на хляб и сирене.

Съвременните биотехнологични изследвания при производството на сирене са насочени към получаване на необходимите подсирващи ензими от бактерийни култури, вместо традиционните методи за извличането им от животинския стомах. При производството на хляб се правят опити за добавяне на ензими, увеличаващи неговата трайност.

В химическата промишленост[редактиране | edit source]

Първото приложение на чисто биологична технология в промишлеността датира от 1917 година, когато Хаим Вайцман във Великобритания използва бактерията Clostridium acetobutylicum за производството на ацетон, стратегически важен продукт във времето на Първата световна война.[8] Малко по-късно биотехнологиите стават основата на промишленото производство на антибиотици.[2]

В медицината[редактиране | edit source]

Биоинформатика[редактиране | edit source]

Биоинженерство[редактиране | edit source]

Бележки[редактиране | edit source]

  1. ((en))  Article 2. Use of Terms. // Convention on Biological Diversity. SCBD, 2006. Посетен на 21 декември 2010.
  2. а б ((en)) Thieman, W.J. Introduction to Biotechnology. Pearson/Benjamin Cummings, 2008. ISBN 0321491459.
  3. а б ((en)) Bruce, D и др. Engineering Genesis: The Ethics of Genetic Engineering. London, Earthscan Publications, 1999. ISBN 1853835706.
  4. ((en)) Abdulla, Sara. Drought stress. // Nature News. 27 May 1999. DOI:10.1038/news990527-9.
  5. ((en)) Gianessi, L. P и др. Plant Biotechnology: current and potential impact for improving pest management in U.S. agriculture. An analysis of 40 case studies. // CropLife International, 2002. Посетен на 22 декември 2010.
  6. ((en)) James, C. Global Review of Commercialized Transgenic Crops: 2002, ISAAA Brief No. 27-2002, at 11–12. // ISAAA, 2002. Посетен на 22 декември 2010.
  7. ((en)) Martineau, B. First Fruit: The Creation of the Flavr Savr Tomato and the Birth of Biotech Food. New York, McGraw-Hill, 2001.
  8. ((en)) Springham, D и др. Biotechnology: The Science and the Business. Taylor & Francis, 1999. ISBN 9057024071. с. 1.