Rozwój i Badania Biotechnologii

W celu zapewnienia warunków niezbędnych do przenoszenia osiągnięć nauki do praktyki, nieodzowne jest przygotowanie odpowiednio wykształconych ludzi, którzy będą bezpośrednio uczestniczyć w rozwoju biotechnologii. Mówi się, że przyszłe społeczeństwo będzie społeczeństwem biotechnologicznym, a przyszłość nasz będzie technologiczną bioprzyszłością.
Rozwój biotechnologii jest możliwy tylko w warunkach koncentracji wysiłków licznych grup specjalistów w różnych dziedzinach nauki i przemysłu oraz władz administracyjnych i politycznych państwa. Pojedyncze placówki naukowe, nawet w bogatych krajach, nie dysponują niezbędną kadrą do kompleksowych badań w dziedzinie biotechnologii. W związku z tym, na całym świecie, również i w Polsce, organizowane są zespoły na skalę kraju lub międzynarodowe, opracowujące zagadnienia stanowiące część dużego zadania z dziedziny biotechnologii, w którym dany zespół ma największe doświadczenie.
Badania biotechnologiczne nie będą miały cech ataku frontalnego. Będą to badania koncentrowane w pewnych, strategicznie ważnych dziedzinach. To pociągnie za sobą konieczność opracowania jasnych celów tych badań, określenie metod współpracy pomiędzy poszczególnymi, indywidualnymi dyscyplinami nauki, zapewnienie niezbędnych środków materialnych na aparaturę i materiały naukowe oraz permanentne kształcenie fachowców

Prace Inżynierii Genetycznej

Prace w zakresie inżynierii genetycznej i wynikające z niej skutki winny być monitorowane przez określony czas po zaprzestaniu zasadniczej aktywności, w sposób gwarantujący bezpieczeństwo człowieka i środowiska.
Metody inżynierii genetycznej wynikające ze znajomości biologii i genetyki molekularnej SA obecnie najbardziej perspektywicznymi technologiami w rozwiązywaniu problemów z dziedziny rolnictwa, ochrony środowiska, zdrowia i przemysłu chemicznego. metody te nie stanowią zagrożenia dla środowiska naturalnego i naszego bezpieczeństwa większego, aniżeli dotąd stosowane technologie standardowe. Nowatorskie technologie SA bowiem obecnie najlepszą gwarancją zrównoważonego rozwoju biologicznego, a metody biologiczne – najlepszym sposobem ograniczenia stosowania środków chemicznych, zanieczyszczenia środowiska i zużycia energii.
Współczesną biotechnologię cechuje stały wzrost wzajemnych powiązań i zależności pomiędzy procesami fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi oraz wzajemna stymulacja ich rozwoju. Biotechnologia stała się nowym komponentem technicznej i naukowej rewolucji, analogicznie jak energetyka jądrowa, mikroelektronika itp. Pełny rozwój biotechnologii do poziomu aktualnego stanu mikroelektroniki spodziewany jest za 5 – 10 lat.
Znaczenie biotechnologii jest związane z koniecznością zapewnienia długoterminowego rozwoju społeczeństw w warunkach współczesnych światowych kierunków w energetyce jądrowej, gospodarce żywnościowej i środowisku życia człowieka.

Biobezpieczeństwo GMO

Strategia działań jest konsekwencją zasygnalizowanych zasadniczych luk prawnych oraz stanowiska opinii publicznej w naszym kraju w zakresie biotechnologii. Podstawową kwestią jest opracowanie podstaw prawnych umożliwiających rozwój przemysłowy biotechnologii, głównie w przemyśle rolno – spożywczym, ochronie zdrowia i środowiska.
Określenie biobezpieczeństwa powinno być procedurą zindywidualizowaną dla każdego przypadku i zgodną z zasadą „ krok-po-kroku „. Ocena musi być sformułowana przez zespół niezależnych ekspertów ( naukowców, praktyków ), a końcowa decyzja podjęta przez kompetentny organ państwowy. Elementy dotyczące bezpieczeństwa tego procesu muszą być znane społeczeństwu. Przede wszystkim jednakże procedury i wyniki prac muszą być udostępniane zespołowi ekspertów w celu przeprowadzenia kontroli. Schemat procedury oceny wyników dotyczących wprowadzenia GMO do środowiska w Polsce opracowano na podstawie wzorców Unii Europejskiej.


WNIOSKODAWCA
projekt > Zespół
KOMITET
Administracja > ekspertów > ds. państwowa Minister właściwy > ds. ochrony środowisk > Decyzja


W największym skrócie zakres informacji charakteryzujących GMO musi dotyczyć:
1. organizmów transgenicznych ze szczególnym uwzględnieniem wprowadzonych, zmodyfikowanych lub wyłączonych sekwencji kwasów nukleinowych,
2. zamierzonych zastosowań,
3. środowiska, w którym będą realizowane zamierzone działania,
4. interakcji środowiskowych oraz między organizmami

Legislacja Projekty Biotechnologiczne

Należy pamiętać że projekty biotechnologiczne są kosztowne i ekonomicznie ryzykowne, a jednocześnie eksperci przewidują ogromne zyski z rozwoju biotechnologii. Trzeba oczekiwać wystąpienia różnych grup nacisku, które będą zmierzały do szybkiej komercjalizacji uzyskanych rezultatów. Dlatego konieczne jest przygotowania odpowiedniej procedury legislacyjnej regulującej zasady korzystania z osiągnięć inżynierii genetycznej. Społeczeństwa wielu krajów domagają się wprowadzenia stosownych norm prawnych regulujących rozwój i wprowadzanie na rynek nowych form żywności. Cele biobezpieczeństwa w odniesieniu do GMO można określić następujący sposób:

1. przewidywanie możliwych, negatywnych rezultatów podczas eksperymentu/komercjalizacji,
2. opracowanie systemu monitorowania GMO,
3. zaplanowanie działań interwencyjnych,
4. ustanowienie organów kontrolnych w celu rejestracji, wydawania zgód na komercjalizację, opracowywania regulaminów pracy,
5. kształcenie kadr.

Ocenę wpływu oddziaływania GMO na środowisko należy prowadzić z uwzględnieniem aspektów:
1. naukowo – technicznych,
2. formalno – prawnych,
3. społeczno – etycznych.

Rozwój Inżynierii Genetycznej

Biotechnologia jest dziedziną nauki, która w sposób zintegrowany i ukierunkowany wykorzystuje osiągnięcia biologii molekularnej, biochemii, mikrobiologii, ekonomii, anatomii oraz techniki w celu przemysłowego wykorzystania potencjału komórek.
Rozwój badań w zakresie inżynierii genetycznej spowodował powstanie ważnych problemów o charakterze prawnym i etycznym. W roku 1976 instytut w Stanach Zjednoczonych opublikował zbiór przepisów normujących prowadzenie badań z zakresu inżynierii genetycznej w tym kraju. Cztery lata później Sąd Najwyższy Stanów Zjednoczonych ustanowił, że żywe, zmodyfikowane na drodze inżynierii genetycznej drobnoustroje mające perspektywy przemysłowego wykorzystania podlegają opatentowaniu. Takie samo rozwiązanie prawne wprowadzono w 1985 roku do nasion, roślin i ich kultur tkankowych.
Próbą przełamania problemów natury etycznej była decyzja National Institute w 1983 roku pozwalająca na wprowadzenie do środowiska naturalnego drobnoustrojów uzyskiwanych na drodze inżynierii genetycznej.
Powyższe dokonania są kamieniami milowymi na drodze rozwoju biotechnologii. Historia biotechnologii jest dalej tworzona w licznych, rozsianych po całym świecie laboratoriach badawczych.

Znaczenie Biotechnologii

Znaczenie współczesnej biotechnologii i jej dalsze perspektywy wynikają z trzech, równorzędnych czynników. Pierwszy to gwałtowny rozwój inżynierii genetycznej, lepsze zrozumienie kodu genetycznego oraz stale doskonalone techniki przenoszenia materiału genetycznego z jednej komórki do drugiej. Drugim czynnikiem stymulującym rozwój biotechnologii jest coraz bardziej powszechna świadomość, że tradycyjne źródła energii ( np. węgiel kamienny i ropa naftowa ) mogą się wyczerpać w dającej się przewidzieć przyszłości. Dzięki biotechnologii możliwe będzie tworzenie alternatywnych źródeł energii ( np. produkcja biologiczna wodoru ) oraz wykorzystywanie śmieci i odpadów przemysłowych. Użycie w tym celu systemów biologicznych ma tę przewagą nad działaniem tradycyjnym, że procesy biologiczne zachodzą w temperaturze normalnej i przy normalnym ciśnieniu oraz w rozcieńczonych roztworach.
Kolejnym elementem wpływającym na zainteresowanie biotechnologią jest dążenie światowej ekonomii do poszukiwania nowych źródeł surowców i wytwarzania nowych, coraz tańszych produktów, będące następstwem kryzysu energetycznego. Koszty tradycyjnych metod produkcji są coraz wyższe, ponieważ stale drożeją ceny energii.
Przypuszcza się, że biotechnologia będzie narzędziem ożywiającym światową ekonomię. Przemysłowy szczyt w latach siedemdziesiątych był związany w krajach wysoko rozwiniętych z niską ceną ropy naftowej. Postępy w w informatyce i technologii w latach siedemdziesiątych były wynikiem rozwoju mikroelektroniki. Nadzieją lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych jest biotechnologia.

Biotechnologia jako Nauka

Żywe komórki są potencjalnym źródłem wielu pożytecznych dla człowieka enzymów. Można powiedzieć, że praktycznie każda działalność biotechnologiczna oparta jest na katalizie enzymatycznej. Enzymy pozyskiwane są przez człowieka i wykorzystywane praktycznie. Między innymi znalazły zastosowanie w garbarstwie, przy klarowaniu piwa i soków, w przemysle kosmetycznym itp.
Biotechnologia jest nauką praktyczną, zajmującą się wdrażaniem do produkcji osiągnięć wielu, często pozornie bardzo odległych dziedzin wiedzy. Działalność biotechnologiczna obejmuje przemysł spożywczy i paszowy, farmaceutyczny, rolnictwo, ochronę środowiska, mikroelektronikę, inżynierię chemiczną i in.
Cechą charakterystyczną biotechnologii jest jej kompleksowość. Z jednej strony biotechnologia bazuje na coraz głębszej znajomości biochemicznych i genetycznych właściwości żywych komórek, z drugiej do wykorzystania potencjału produkcyjnego komórek niezbędna jest coraz doskonalsza, bardziej subtelna i wyrafinowana myśl techniczna. W szerszym sensie działalność biotechnologiczna jest związana nie tylko z wytwarzaniem w fermentorach coraz to nowych substancji chemicznych, czy też w pracowniach inżynierów genetycznych coraz bardziej udoskonalonych komórek, ale również obejmuje różne aspekty ochrony środowiska i anatomii człowieka, tworzenia nowych odmian roślin uprawnych, problemy analityczne i diagnostyczne, zagadnienia bioelektroniki i biosensorów, produkcji biomasy i jej wykorzystanie.

Działania Biotechnologiczne

Dzięki wykorzystaniu sukcesów inżynierii genetycznej rysują się coraz realniej możliwości leczenia wielu chorób genetycznych i nowotworowych przez naprawę „ zdefektowanych „ genów. Na przykład podejmowane są próby leczenia niedokrwistości sierpowatej, choroby uwarunkowanej genetycznie rozpowszechnionej w krajach basenu Morza Śródziemnego w tym Grecji, i wielu krajach Afryki oraz USA. Okazało się, że do komórek układu erytroblastycznego pacjenta, które wyizolowano z jego komórek szpiku kostnego, można wprowadzić prawidłowy gen, a „ zreperowane „ komórki ponownie wprowadzić do ustroju, gdzie będą mogły funkcjonować normalnie i produkować właściwą hemoglobinę. Właśnie efekty w cząsteczce hemoglobiny pacjentów były powodem ciężkiej choroby. Podobne metody próbuje się stosować w leczeniu innych chorób genetycznych, a także niektórych chorób nowotworowych.
Przykładem działań biotechnologicznych na organizmy roślinne są próby wprowadzenia genu nif, odpowiedzialnego za wiązanie azotu cząsteczkowego u drobnoustrojów do komórek roślinnych. Wiadomo, że tylko nieliczne grupy organizmów żywych ( niektóre bakterie i glony ) są zdolne do asymilacji azotu z powietrza. Należą tu m. in. bakterie z rodzaju Rhizobium, żyjące we symbiozie z roślinami motylkowatymi. Dzięki nim rośliny motylkowe mogą związać około 200 ( a nawet więcej ) kg azotu rocznie na powierzchni 1 ha. Wyizolowanie z komórek bakterii genu odpowiedzialnego za wiązanie N2 z powietrza i przeniesienie go do komórek na przykład roślin zbożowych wydaje się zabiegiem realnym w niedalekiej przyszłości; miałoby to kolosalne znaczenie dla rolnictwa.

Genetyka Drobnoustrojów

Drobnoustroje wciąż są podstawową grupą organizmów żywych będących przedmiotem zainteresowania biotechnologii.. Z hodowli drobnoustrojów pozyskujemy antybiotyki, witaminy, hormony roślinne itp. Drobnoustroje są cenionymi producentami wielu enzymów, wykorzystywanych następnie do badań naukowych lub w przemyśle. Ostatnio podjęto próbę praktycznego wykorzystania komórek zwierzęcych i roślinnych do otrzymania niektórych związków chemicznych lub preparatów biologicznych. Dużą rolę odegrał tutaj postęp w dziedzinie inżynierii genetycznej, szczególnie w technice rekombinacji genów ( np. wymianie genów pomiędzy dwoma chromosomami ). W celu rekombinacji genów in vitro wykorzystuje się enzymy zwane endonukleazami restrykcyjnymi, które dokonują fragmentacji podwójnej spirali DNA na duże odcinki zawirajace geny kodujące określone białka. Na przykład gen wycięty w ten sposób z chromosomu człowieka można wprowadzić do komórki bakterii, gdzie następuje jego ekspresja, tzn. wytworzenie białka, które może być enzymem, hormonem, przeciwciałem lub innym czynnikiem. Obecnie, dzieki metodom inżynierii genetycznej otrzymuje się na stosunkowo dużą skalę niektóre hormony białkowe i czynniki przeciwwirusowe, których produkcja innymi metodami jest bardzo trudna i kosztowna. W ten sposób wytwarza się między innymi somatostatynę, hormon podwzgórza mózgu, regulujący wydzielanie insuliny, insulinę – hormon trzustki obniżający poziom cukru we krwi oraz interferony – produkty różnych komórek działające przeciw niektórym wirusom i nowotworom.

Biotechnologia Prolog

Powstanie biotechnologii sięga okresu starożytności. Zdolność drożdży do wytwarzania alkoholu w postaci piwa była znana w Babilonie już 7000 lat przed naszą erą. Kluczem do współczesnej biotechnologii są osiągnięcia w dziedzinie genetyki molekularnej, dzięki którym stało się możliwe konstruowanie komórek praktycznie o dowolnych układach genów, a co za tym idzie również i właściwości.
Biotechnologii przypisuje się cudowne, nadzwyczajne osiągnięcia, cuda oraz możliwości stanowiące panaceum na wszystkie problemy współczesnego świata.
Biotechnologia zrewolucjonizowała naszą przyszłość. Futurolodzy określają wiek XXI jako wiek biotechnologii. Prognozy te wynikają z faktów, że procesy biotechnologiczne wymagają stosunkowo mało energii, nie zanieczyszczają środowiska naturalnego, są wydajne i oparte na surowcach, które w tradycyjnych chemicznych technologiach uważane są za bezużyteczne. Biotechnologia prawdopodobnie pomoże rozwiązać nam kryzys energetyczny świata. Przemysł biotechnologiczny oparty będzie w dużym stopniu na procesach recyklicznych i surowcach odnawialnych.

W związku z tym, przydatny jest szczególnie dla tych społeczeństw, u których energia oraz surowce są deficytowe i drogie. Już dzisiaj czynione SA próby wykorzystania enzymatycznej fotolizy wody do produkcji wodoru. W coraz większym stopniu czerpać będziemy energię do celów produkcyjnych z celulozy i ligniny, a przemysł tworzyw sztucznych dostarczy nam nowych doskonalszych materiałów konstrukcyjnych i półproduktów, wytwarzanych techniką biotechnologiczną.
Rozwój biologii molekularnej w połączeniu z osiągnięciami nowoczesnej techniki i technologii stworzyły podstawę do gwałtownego rozwoju biotechnologii.
Niezależnie od punktu widzenia we wszystkich definicjach biotechnologii występuje pierwiastek praktycznego wykorzystania potencjału produkcyjnego żywych komórek.