Биотехнология: Разлика между версии

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
м форматиране: 7x нов ред, 3x тире-числа, 2x тире, 9 интервала (ползвайки Advisor)
м Добавяне на Категория:Високи технологии, ползвайки HotCat
Ред 82: Ред 82:


[[Категория:Биотехнология| ]]
[[Категория:Биотехнология| ]]
[[Категория:Високи технологии]]

Версия от 09:34, 18 януари 2019

Роза, отгледана от тъканна култура

Биотехнологиите са технологии, използващи живи организми, 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

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

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

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

Биоинженерство

Биоинженерство също познат като биомедицинско инженерство е дисциплина, която съчетава инженерни опит с медицинските нужди за подобрение в здравеопазването. Биоинженерство интегрира инженерни науки, биомедицинска и клинична практика за подобряване на човешкото здраве в 3 нива.

Предварително познаване на живите системи чрез прилагане на инженерство, биология, изображения и компютърна науки като диагностични инструменти.

Подобряване на функцията на живите системи чрез разработването на устройства, системи и конструкции, въз основа на биологични и Небиологични съставки.

Предотвратяване на вредата за живите системи чрез изграждане на модели, алгоритми и устройства, които може да предскаже или ръководят поведението.

Основните предимства на биоинженерство включват разработването на изкуствени стави, магнитен резонанс (MRI), пейсмейкър на сърцето, артроскопия, ангиопластика, bioengineered кожа, бъбречна диализа и машина сърце – бял дроб.

Биоинженерство специалитети

Чрез комбиниране на биологията и медицината с инженерство, биомедицинска инженери развиват устройства и процедури, които решават медицински и здравни проблеми. Един човек, които включват в областта на биоинженерство може да избере да се специализират в много области на специалност, сред добре знаят области на специалност в областта на биоинженерство включват:

1. Bioinstrumentation

Bioinstrumentation е приложение на електроника, измерване принципи и техники за разработване на устройства, използвани в диагностиката и лечението на болестта. Модерните технологии в компютрите играе важна роля в bioinstrumentation. Един пример за bioinstrumentation устройство е медицински въображаем система, устройство, което позволява на медицински специалист, за да разглеждате и анализирате 3 тримерно изображения заловен от пациентите си. Подобрени компютърни технологии и мощност е необходима за обработка на голямо количество информация в медицинската образна система.

2. Биомеханика

Биомеханика е изучаването на механични параметри, които управляват живот движение на системата. Биомеханика експерти са хората, допринесли в човешки орган за развитие на резервни части, резервни части тези човешки орган включват изкуствено сърце и подмяна на сърцето вентили, изкуствен бъбрек и изкуствени тазобедрени.

3. Клинична Инженеринг

Клиничните инженерство е прилагането на технологии за здравни грижи в болници. Клиничните инженери работят заедно с други медицински екип да адаптират апаратура на специфичните нужди на болницата. Това често включва интерфейса на инструменти с компютърни системи и потребителски софтуер за проверка и анализ на инструмент.

4. Рехабилитация Инженеринг

Рехабилитация инженерство е ново и нарастващо специалност площ на биомедицинско инженерство. Рехабилитация Инженеринг включва прилагането на устройства да се възстанови функцията на физически увреждания. Биомедицински инженери допринасят за всяко поле на рехабилитация Инженеринг: комуникация подобрение за слуха и реч, инвалидни колички и колесни мобилност, протезиране, технологии за ортопедични и гръбначния мозък.

Биомедицински инженер задачи

Примери за принос на биомедицински инженери:

Проектиране и изграждане на Кардиостимулатор, дефибрилатори, изкуствени бъбреци, сърца, кръвоносни съдове, стави, ръцете и краката.

Проектиране на компютърни системи за наблюдение на пациенти, по време на операция или в реанимация.

Проектиране на инструменти и устройства за терапевтична употреба, като система за лазерно око хирургия или устройство за автоматична доставка на инсулин.

Проектиране на клинични лаборатории и други единици в рамките на болницата и здравеопазването доставка система, която използва напреднали технологии.

Проектиране, изграждане и разследване на медицински изображения системи, базирани на рентгенови лъчи, магнитни полета (магнитен резонанс), ултразвук или по-нови условия.

Бележки

  1. ↑ Article 2. Use of Terms // Convention on Biological Diversity. SCBD, 2006. Посетен на 21 декември 2010. (на английски)
  2. ↑ а б Thieman, W.J. Introduction to Biotechnology. Pearson/Benjamin Cummings, 2008. ISBN 0321491459. (на английски)
  3. ↑ а б Bruce, D et al. Engineering Genesis: The Ethics of Genetic Engineering. London, Earthscan Publications, 1999. ISBN 1853835706. (на английски)
  4. ↑ Abdulla, Sara. Drought stress // Nature News. 27 May 1999. DOI:10.1038/news990527-9. (на английски)
  5. ↑ Gianessi, L. P et al. 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. (на английски)
  6. ↑ James, C. Global Review of Commercialized Transgenic Crops: 2002, ISAAA Brief No. 27 – 2002, at 11 – 12 // ISAAA, 2002. Посетен на 22 декември 2010. (на английски)
  7. ↑ Martineau, B. First Fruit: The Creation of the Flavr Savr Tomato and the Birth of Biotech Food. New York, McGraw-Hill, 2001. (на английски)
  8. ↑ Springham, D et al. Biotechnology: The Science and the Business. Taylor & Francis, 1999. ISBN 9057024071. p. 1. (на английски)
Взето от „https://bg.wikipedia.org/w/index.php?title=Биотехнология&oldid=9063901“.