A biotechnológia alapjai A biotechnológia régen és ma Pomázi Andrea
A biotechnológia fogalma „Alkalmazott biológia” A
fogalom állandó változásban van A biológia és a biotechnológia közötti különbség a méretekben van
Mikroorganizmusok, állati vagy növényi sejtek vagy enzimek alkalmazása különböző anyagok átalakítására vagy lebontására, azaz olyan gyártási eljárás, amelyben a végtermék előállítását élő szervezet vagy annak alkotórészei végzik.
A biotechnológia fogalma
Tágabb értelemben Az
élő szervezetek szaporítására, kedvező tulajdonságaik kihasználására irányuló alkalmazott tudomány, ill. az arra alapozott termelés.
Szűkebb értelemben Az
élő szervezetek genetikai programjának megváltoztatása és ezen szervezetek technológiai felhasználása. E szerint a biotechnológia célja új, értékes genotípusok kialakítása, majd ezekalkalmazása a gyakorlatban.
A biotechnológia korszakai
I. Élelmiszerek előállítása i.e. 6000-2000 év- kb. XX. századig Sör és bor készítése Kenyér készítés Tejtermékek előállítása
A biotechnológia korszakai XX. Század
II. „ Nem steril korszak”
A második világháborúig A nyitott rendszerű fermentációs folyamatok Etanol, ecetsav, tejsav, butanol, aceton termelés Szennyvíz és városi szemét kezelés
A biotechnológia korszakai XX. Század III. „Steril” korszak 1940-kb 1970-es évekig Megoldották a mikrobák ipari körülmények között történő steril tenyésztését Antibiotikumok, szteroidok Aminosavak, más szerves savak Enzimek Vakcinák, monoklonális ellenanyag
A biotechnológia korszakai XX.-XXI. Század
IV. Jelenkor = BIOTECHNOLÓGIA A rekombináns DNS korszak Az új molekuláris biotechnológiai módszerek alkalmazása („genetic engineering”-”génsebészet”)
1977 (mérföldkő):
patkány inzulin génjének átültetése E. coliba, majd egy évre rá az emberi inzulin gén kifejeztetés humán sztomasztatin termeltetése baktériumsejttel
Ma:
Számos alkalmazási terület pl. oltóanyag módosított kórokozóval (betegséget nem okoz, de az immunválaszt kiváltja)
Genetikailag módosított szervezetek (GMO) Örökítő anyaga nem természetes úton változott meg (nem a párosodást követő rekombináció útján) A
géntechnológia eszközei által egy idegen, kiválasztott gén, vagy DNS szakasz bejuttatása a célszervezetbe Fontos, hogy az adott gén megnyilvánuljon, kifejeződjék
Néhány terápiás vegyület, amelyet rekombináns technológiával állítanak elő follikulus stimuláló hormon, inzulin,szomatotropin
Hormonok:
Vakcinák: Immun
Cytomegalovírus, Hepatitis B
szabályozók: Tumor nekrózis faktor
Véralvadás
szabályozók: VII, VIII, IX faktor
Kapcsolódó tudományterületek
Interdiszciplinális tudomány Biológia
Mikrobiológia Élettan Genetika Molekuláris és sejtbiológia Immunológia
Kémia
Szerves kémia
Mérnöki
tudományok
Informatika és automatizálás Elektronika
Innováció
Az új tudományos eredmények átültetése a gyakorlatba Új
eljárások fejlesztése és optimálása
Szoros
együttműködést feltételez a tudományos kutató, a fejlesztőmérnök és az ipari szakember között
Hosszú
távú előnyökre, haszonra való törekvés
Innováció A tudományos eredmények hasznosulása (néhány jellegzetes példa)
Enzimkutatás eredményei Immobilizált
enzimek és sejtek alkalmazása
Molekuláris biológia és genetika eredményei Rekombináns
DNS technika, klónozás
A számítástechnika és folyamattervezés eredménye A
folyamatok számítógépes irányítása, szabályozása
A biotechnológiai eljárások kifejlesztésének három lépcsője 1. Törzsnemesítés Célja: A legjobb biológiai sajátságokkal rendelkező szervezet felkutatása, ill. létrehozása egy speciális folyamat, ill. fermentációs eljárás számára
Végtelen biológiai változatosság
Mikroorganizmusok tulajdonságainak módosítása
2. Fermentációs eljárás kidolgozása Célja: A mikroorganizmus in vitro tenyésztéshez szükséges optimális környezet kialakítása
Szabályozható fizikokémiai paraméterek, bioreaktorok
A biotechnológiai eljárások kifejlesztésének három lépcsője 3. A végtermék kinyerése Célja: Az előállítani kívánt termék sejtekből, vagy a fermentléből történő kinyerésének kidolgozása
Egymást követő koncentrálási és tisztítási lépések Technikailag nehéz, drága (termék előállítási költségének 60-70%-a is lehet)
+ Engedélyeztetések, piacra bocsátás
A biotechnológiai eljárások célja 1. Sejttömeg előállítás Hagyományosan
pl. pékélesztő, starterek
SCP: Alternatív fehérjeforrásként takarmányozásra, ritkán emberi fogyasztásra (elsősorban gombák) A sejtmasszát új típusú szubsztráton, főként ipari mellékterméken állítják elő (melasz, tejsavó, stb., újabban metanol)
2. Sejtkomponensek előállítása Enzimek
Ipari enzimek Orvosi enzimek
Rekombináns
DNS (rDNS) fehérje termékei
Inzulin Hepatitisz B vírusprotein (vakcina)
A biotechnológiai eljárások célja 3. Metabolitok előállítása Elsődleges
metabolitok
Aminosavak (pl. Na-glutamát)
Másodlagos
anyagcseretermékek
Vitaminok Alkaloidok Antibiotikumok
4. Biokonverzió (átalakítás) Különböző
kémiai, biokémiai reakciókkal a megfelelő, új, hatékony, vagy kevésbé mérgező vegyület előállítása
5. Biodegradáció (lebontás) A
különböző polimerek (pl. cellulóz, műanyagok) lebontása
Ipari alkalmazás
Élelmiszeripar Erjesztési
iparok
Sörgyártás, borászat, tejipar, ecetsav gyártás, stb.
Élesztőgyártás
Gyógyászat Gyógyszeripar
Antibiotikumok Oltóanyagok
Génterápia Immun
és molekuláris diagnosztika
Betegségek, kórokozók kimutatása
Ipari alkalmazás
Mezőgazdaság Új
haszonnövény és állat fajták előállítása Genetikai módosítás
Környezetvédelem Szennyeződések
eltávolítása biotechnológiai módszerekkel, új energiaforrások
Hulladékkezelés Szennyvíz tisztítás Talaj remediáció (olaj lebontás, nehézfém megkötés mikrobákkal)
Vegyipar Ide
tartozik a különböző enzimek előállítása, mosószergyártás is
A biotechnológiai vállalatok száma Kanadában (1997-2003)
Biotechnológiai vállalatok az Amerikai Egyesült Államokban 1473 vállalat, ebből 314 állami (2003. Dec. 31.) 200 ezer alkalmazott 18 milliárd $ költöttek kutatás-fejlesztésre 28,5 milliárd $ volt az eladás
Biotechnológiai termékek piaca (eladás)
Kutatási+Fejlesztési kiadások
A Biotechnológia jövőképe Egyesek szerint a XXI. század a biológia/ biotechnológia tudománya
Felbecsülhetetlen lehetőségek Mesterséges enzimek Biológiai számítógép Őssejt kutatás-”szervgyárak” Génterápia
