Применение биотехнологии основано на использовании научных принципов, которые используют живой организм или организмы для производства продуктов и услуг на благо человека.
Биотехнология в области медицины
Применение биотехнологии играет важную роль в области медицины, например в производстве антител, вакцин, антибиотиков и гормонов.
- антибиотики
Производство антибиотиков входит в сферу применения биотехнологии. Антибиотики — это соединения, вырабатываемые микроорганизмами для подавления роста других микроорганизмов.
Микроорганизмы используемые в качестве продуктов антибиотиков: грибы Цефалоспориаз (Chepalosporium) в производстве антибиотика цефалоспорин для уничтожения бактерий;
- бактерия Стриптомецеты (Streptomyces griseus) производит антибиотик стрептомицин для уничтожения бактерий, устойчивых к антибиотику пенициллину и цефалоспоринам;
- грибы Пеницилл (Penicillium) производят антибиотик пенициллин для борьбы с инфекцией, вызванной стафилококком.
- интерферон
Интерферон — это белок, который естественным образом образуется иммунными клетками, например белками крови и фибробластами. Коммерчески интерферон производится по технологии рекомбинантной ДНК. Интерфероны модулируют реакцию иммунной системы на атаку вируса, бактерий, рака и других чужеродных элементов. Интерфероны непосредственно не убивают клетку-вирус, но интерфероны повышают реакцию иммунной системы на рост раковых клеток. Другими словами, интерферон — это белковое соединение, способное стимулировать защиту человеческого организма для борьбы с болезнетворными микробами.
- производство вакцины
Вакцины, используемые для предотвращения нападения болезни на организм, получают из микроорганизмов. Вакцина может быть получена из вирусов и бактерий, которые были ослаблены или токсинов, которые были взяты из этих микроорганизмов.
- производство антител
Производство антител с использованием принципа слияния протоплазмы. Слияние протоплазмы происходит путем объединения двух клеток из одной и той же ткани или из клеток организма, которые различаются в электрическом поле. Слияние производит клетки, которые могут производить антитела.
Антитело может быть использовано для обнаружения гормона гонадотропина в моче беременных женщин. Таким образом, антитела могут быть использованы для определения беременности. Это свойство также можно использовать для раннего обнаружения и уничтожения раковых клеток.
- производство гормонов
Путем разработки ДНК используют микроорганизмы для производства гормона. Гормон-это биологически активное вещество поступающее в кровь и выполняющее сигнальные функции: гормон роста, кортизон, тестостерон.
Биотехнология в сельском хозяйстве
Применение биотехнологии широко задействовано в области сельского хозяйства с использованием метода рекомбинации ДНК. Этот процесс осуществляется для удаления высших генов из одного организма в другой через посредство микроорганизмов. Это применение можно увидеть из процесса получения рекомбинантной ДНК.
- выращивание растений с улучшенным содержанием элемента азота
Азот (N2) — это важнейшие элементы белка, ДНК и РНК. У бобовых растений обнаруживаются клубеньки на его корнях. В этих клубеньках живут бактерии Ризобии, которые могут связывать свободный азот из воздуха, поэтому растения бобовых культур могут покрывать потребности в самом азоте.
С помощью применения биотехнологии исследователи пытаются разработать так, чтобы бактерии Ризобии жили в корнях многих культур. Это улучшит способность бактерий связывать азот с помощью метода рекомбинации генов. Эти меры направлены на сокращение или ликвидацию использования азотных удобрений, которые в настоящее время широко применяются на сельскохозяйственных землях и вызывают неблагоприятные побочные эффекты.
- помогают растениям в устойчивости к вредителям
Растения, устойчивые к вредителям, могут быть созданы с помощью генной инженерии с рекомбинацией генов и культивированием клеток. Например, чтобы получить урожай картофеля без иммунных заболеваний необходимы гены, определяющие природу иммунного заболевания. Из этих генов вырастают картофельные растения, устойчивые к болезням. Эти растения картофеля затем можно размножать и распространять. Питание растений при этом происходит в обычном порядке.
- выращивание риса
Рекомбинантная технология ДНК может быть использована для получения трансгенных растений риса. Они способны вырабатывать полезный белок и устойчивость к холодам. Получить рисовые растения, устойчивые к холоду, можно путем введения в хромосомы рисового растения генов, устойчивых к холоду больше, чем у животных, живущих в холодных местах.
- хлопковое растение против насекомых
Введение в посев хлопчатника методом рекомбинантной ДНК особого белка. Этот белок вступит в реакцию с ферментами, вырабатываемыми желудком насекомого. Эти реакции превращают фермент в яд. Таким образом, насекомые, питающиеся такими растениями, будут отравляться и погибать.
- цветы не увядают, а плоды устойчивы к гниению
Гормон, вызывающий увядание цветов, — это этилен. Увядание на цветках происходит из-за наличия гена, чувствительного к короне цветков. Если ген был заменен на гены, которые менее чувствительны,то завядание цветков может задержаться. С помощью этого метода были разработаны трансгенные гвоздики, способные выживать свежими в течение 3 месяцев. В то время как гвоздики обычно цветут только 3 дня.
Гормон этилен также стимулирует созревание плодов. Если активность гена, продуцирующего этилен, будет подавлена с помощью генной инженерии, то плод будет оставаться свежим в течение длительного времени. Например, помидор Флавр Савр, который выдерживает гниль.
В области животноводства
С помощью биотехнологии можно разрабатывать продукты животноводства. Эти продукты, например бычий соматотропин (англ. Bovine somatotropin, BST) или бычий гормон роста.
Эта технология осуществляется путем введения гена соматрофина корове. Добавленный бычий соматрофин или гормон роста позволяет увеличить производство мяса и молока крупного рогатого скота на 20%.
- Молочные коровы с гормоном лактоферрина
Рекомбинантная ДНК-технология способна вводить в организм человека гены лактоферрина, которые продуцируют гормоны человеческого лактоферрина (Human Lactoferin) у молочного скота. С введением этого гормона молочные коровы будут способны производить молоко, содержащее лактоферрин. Лактоферрин — белок имеющий иммуные и противомикробные свойства.
Топливо будущего
Перед учеными стоит сложная задача найти заменитель топлива, произведенного с помощью биотехнологии. В настоящее время обнаружено два вида топлива, получаемого в результате брожения отходов, а именно биогаз (метан) и газохол (спирт).
Альтернативным топливом будущего для замены нефти, среди прочих, являются биогаз и газохол. Биогаз создается при ферментации отходов жизнедеятельности живых существ. В странах Китай и Индия есть несколько деревень жители которых которая применяет технологию ферментера для получения метана. Сырьевая технология — это фекалии животных, листья, бумага и другие продукты, которые будут вырабатываться бактериями.
Технология газохола была разработана государством Бразилия когда цена на нефть выросла с 1970 года. Газохол получают из ферментации грибов, которые на сахарном тростнике встречаются в изобилии. Газохол дешевле, может быть обновлен и не вызывает загрязнения окружающей среды.
Обработка отходов
Применение биотехнологии имеется также и при обращении с отходами.
Это может осуществляться различными способами, например с накопленными, сожженными или переработанными отходами. Одним из примеров процесса переработки мусора, который был опробован на некоторых мусорных заводах, является пиролиз. Процесс пиролиза, а именно процесс разложения материала-отходов производства при высокой температуре в условиях без кислорода.