Biotechnologie

Biotechnologie ist Technologie bezogen auf Biologie , insbesondere bei Verwendung in Landwirtschaft , Lebensmittelwissenschaft und Medizin . Das UN-Übereinkommen über die biologische Vielfalt hat eine von vielen Definitionen für Biotechnologie entwickelt:

'Biotechnologie bedeutet jede technologische Anwendung, die biologische Systeme, lebende Organismen oder Derivate davon verwendet, um Produkte oder Verfahren für eine bestimmte Verwendung herzustellen oder zu modifizieren.'

Diese Definition steht im Widerspruch zum allgemeinen Sprachgebrauch in den Vereinigten Staaten, wo sich 'Biotechnologie' im Allgemeinen auf rekombinante DNA-basierte und/oder Gewebekultur-basierte Verfahren bezieht, die erst seit den 1970er Jahren kommerzialisiert wurden. Daher würde im allgemeinen Sprachgebrauch die seit Jahrtausenden praktizierte Veränderung von Pflanzen oder Tieren durch Züchtung nicht als Biotechnologie gelten. Diese Unterscheidung unterstreicht, dass die moderne, auf rekombinanter DNA basierende Biotechnologie nicht nur eine leistungsfähigere Version der bestehenden Technologie ist, sondern etwas Neues und Anderes darstellt; Beispielsweise ermöglicht uns die rekombinante DNA-Biotechnologie theoretisch, praktisch jedes Gen zu nehmen und es in jedem Organismus zu exprimieren. Wir können die Gene, die Pflanzen die purpurrote Farbe verleihen, nehmen und sie in Meerschweinchen stecken, um rosa Haustiere zu machen, oder wir können die Gene nehmen, die arktischen Fischen helfen, die Gefriertemperaturen zu überleben, und sie in Nahrung geben, um die Zeit zu verlängern, die sie können wachsen, bevor es gefriert. Diese Art des Gentransfers war mit historischen Verfahren praktisch unmöglich.

Es wurde viel geredet – und viel Geld – in die Biotechnologie gesteckt, in der Hoffnung, dass Wundermittel erscheinen werden. Obwohl es anscheinend eine kleine Anzahl wirksamer Medikamente gibt, hat die Biotech-Revolution im pharmazeutischen Sektor im Allgemeinen noch nicht stattgefunden. Jüngste Fortschritte bei auf monoklonalen Antikörpern basierenden Medikamenten wie Avastin (tm) von Genentech deuten jedoch darauf hin, dass die Biotechnologie endlich eine Rolle im pharmazeutischen Verkauf gefunden haben könnte.

Biotechnologie kann auch als Manipulation von Organismen definiert werden, um praktische Dinge zu tun und nützliche Produkte bereitzustellen.

Ein Aspekt der Biotechnologie ist die gezielte Nutzung von Organismen für die Herstellung von Bio-Produkten (Beispiele sind z Bier und Milch Produkte). Als weiteres Beispiel natürlich vorhanden Bakterien werden von der Bergbauindustrie bei der Biolaugung verwendet. Biotechnologie wird auch zum Recycling, zur Behandlung von Abfällen, zur Sanierung von durch industrielle Aktivitäten kontaminierten Standorten (Bioremediation) und zur Herstellung biologischer Waffen eingesetzt.

Es gibt auch Anwendungen der Biotechnologie, die keine lebenden Organismen verwenden. Beispiele sind DNA-Mikroarrays, die in verwendet werden Genetik und radioaktive Tracer, die in der Medizin verwendet werden.

Rote Biotechnologie wird auf medizinische Prozesse angewendet. Einige Beispiele sind das Design von Organismen zur Herstellung von Antibiotika und die Entwicklung genetischer Heilmittel durch Genommanipulation.

Weiße Biotechnologie , auch bekannt als Graue Biotechnologie , wird auf Biotechnologie angewendet industriell Prozesse. Ein Beispiel ist die Gestaltung eines Organismus zur Herstellung einer nützlichen Chemikalie. Die Weiße Biotechnologie verbraucht tendenziell weniger Ressourcen als herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Industriegütern.

Grüne Biotechnologie ist Biotechnologie, die auf landwirtschaftliche Prozesse angewendet wird. Ein Beispiel ist das Entwerfen von transgenen Pflanzen, um unter bestimmten Umweltbedingungen oder in Gegenwart (oder Abwesenheit) bestimmter landwirtschaftlicher Chemikalien zu wachsen. Eine Hoffnung ist, dass die grüne Biotechnologie umweltfreundlichere Lösungen hervorbringen könnte als die traditionelle industrielle Landwirtschaft. Ein Beispiel hierfür ist die Technik einer Pflanze, um ein Pestizid zu exprimieren, wodurch die Notwendigkeit einer externen Anwendung von Pestiziden eliminiert wird. Ein Beispiel hierfür wäre Bt-Mais. Ob solche Produkte der Grünen Biotechnologie letztlich umweltfreundlicher sind oder nicht, wird heftig diskutiert.

Bioinformatik ist ein interdisziplinäres Gebiet, das biologische Probleme mit Computertechniken angeht. Das Gebiet wird auch oft als Computational Biology bezeichnet. Sie spielt eine Schlüsselrolle in verschiedenen Bereichen wie der funktionellen Genomik, der strukturellen Genomik und der Proteomik und bildet eine Schlüsselkomponente im Biotechnologie- und Pharmasektor.

Der Begriff Blaue Biotechnologie wurde auch verwendet, um die marinen und aquatischen Anwendungen der Biotechnologie zu beschreiben, aber seine Verwendung ist relativ selten.

Medizinprodukte der Biotechnologie

Herkömmliche Arzneimittel sind kleine chemische Moleküle, die die Symptome einer Krankheit oder eines Leidens behandeln – ein Molekül, das auf ein einzelnes Ziel gerichtet ist. Biopharmazeutika sind große biologische Moleküle, die als Proteine ​​bekannt sind und auf die zugrunde liegenden Mechanismen und Wege einer Krankheit abzielen; es ist eine relativ junge Branche. Sie können mit Zielen beim Menschen umgehen, die mit traditionellen Arzneimitteln nicht zugänglich sind. Einem Patienten wird typischerweise ein kleines Molekül verabreicht über eine Tablette, während ein großes Molekül typischerweise injiziert wird.

Kleine Moleküle werden von der Chemie hergestellt, aber große Moleküle werden von lebenden Zellen erzeugt: zum Beispiel - Bakterienzellen, Hefezellen, Tierzellen.

Moderne Biotechnologie wird oft mit der Verwendung von genetisch veränderten Mikroorganismen wie z E coli oder Hefe zur Herstellung von Stoffen wie z Insulin oder Antibiotika. Es kann sich auch auf transgene Tiere oder transgene Pflanzen wie Bt-Mais beziehen. Genetisch veränderte Säugerzellen, wie z. B. Ovarialzellen des Chinesischen Hamsters (CHO), werden ebenfalls häufig zur Herstellung von Arzneimitteln verwendet. Eine weitere vielversprechende neue biotechnologische Anwendung ist die Entwicklung pflanzlicher Arzneimittel.

Die Biotechnologie wird auch häufig mit wegweisenden Durchbrüchen bei neuen medizinischen Therapien zur Behandlung von Diabetes, Hepatitis B, Hepatitis C, Krebs, Arthritis, Hämophilie , Knochenbrüche, Multiple Sklerose , kardiovaskuläre sowie molekulardiagnostische Geräte, die zur Definition der Patientenpopulation verwendet werden können. Herceptin ist das erste Medikament, das für die Verwendung mit einem passenden diagnostischen Test zugelassen ist, und wird zur Behandlung von Brustkrebs bei Frauen eingesetzt, deren Krebszellen das Protein HER2 exprimieren.

Geschichte

Frühe Kulturen verstanden auch die Bedeutung der Verwendung natürlicher Prozesse zum Abbau von Abfallprodukten in inerte Formen. Von sehr frühen Nomadenstämmen bis hin zu vorstädtischen Zivilisationen war allgemein bekannt, dass organische Abfallprodukte mit genügend Zeit absorbiert und schließlich in den Boden integriert würden. Erst mit dem Aufkommen der modernen Mikrobiologie und Chemie wurde dieser Prozess vollständig verstanden und Bakterien zugeschrieben.

Die praktischste Anwendung der Biotechnologie, die auch heute noch vorhanden ist, ist die Kultivierung von Pflanzen zur Herstellung von Nahrungsmitteln, die für den Menschen geeignet sind. Landwirtschaft wurde theoretisiert, dass es seit der neolithischen Revolution die vorherrschende Art der Lebensmittelherstellung geworden ist. Die Prozesse und Methoden der Landwirtschaft wurden seit ihren Anfängen durch andere mechanische und biologische Wissenschaften verfeinert. Durch die frühe Biotechnologie konnten Landwirte die am besten geeigneten und ertragreichsten Pflanzen auswählen, um genügend Nahrungsmittel für eine wachsende Bevölkerung zu produzieren. Andere Anwendungen der Biotechnologie wurden erforderlich, da die Ernten und Felder immer größer und schwieriger zu pflegen wurden. Spezifische Organismen und Nebenprodukte von Organismen wurden zur Befruchtung verwendet, Stickstoff wiederherstellen , und Schädlinge bekämpfen. Während der Nutzung der Landwirtschaft haben Landwirte versehentlich die Genetik ihrer Pflanzen verändert, indem sie sie in neue Umgebungen gebracht, sie mit anderen Pflanzen gezüchtet und künstliche Selektion angewendet haben. In der heutigen Zeit werden einige Pflanzen gentechnisch verändert, um bestimmte Nährwerte zu produzieren oder wirtschaftlich zu sein.

Der Prozess der Ethanolfermentation war auch eine der ersten Formen der Biotechnologie. Kulturen wie die in Mesopotamien , Ägypten , und Iran entwickelten den Brauprozess, der darin bestand, gemälzte Körner mit spezifischen Hefen zu kombinieren, um alkoholische Getränke herzustellen. Dabei wurden die Kohlenhydrate des Getreides in Alkohole wie Ethanol zerlegt. Später produzierten andere Kulturen den Prozess der Milchsäuregärung, der die Fermentation und Konservierung anderer Formen von Lebensmitteln ermöglichte. Die Fermentation wurde in dieser Zeit auch zur Herstellung von Sauerteigbrot verwendet. Obwohl der Prozess der Fermentation bis dahin nicht vollständig verstanden wurde Louis Pasteurs Arbeit im Jahr 1857, ist es immer noch die erste Anwendung der Biotechnologie, um eine Nahrungsquelle in eine andere Form umzuwandeln.

Kombinationen aus Pflanzen und anderen Organismen wurden in vielen frühen Zivilisationen als Medikamente verwendet. Schon seit 200 v. Chr. begannen die Menschen, sich mit unbrauchbaren oder kleinsten Mengen an Infektionserregern gegen Infektionen zu immunisieren. Diese und ähnliche Verfahren wurden in der modernen Medizin verfeinert und haben zu vielen Entwicklungen wie Antibiotika, Impfstoffen und anderen Methoden zur Bekämpfung von Krankheiten geführt.

Ein neueres Gebiet der Biotechnologie ist die Gentechnik. Die genetische Veränderung hat viele neue Bereiche der Biotechnologie erschlossen und die Veränderung von Pflanzen, Tieren und sogar Menschen auf molekularer Ebene ermöglicht.

Globale Biotechnologie-Trends

Laut Burrill and Company, einer Industrie-Investmentbank, wurden bisher über 350 Milliarden US-Dollar in Biotechnologie investiert, und die weltweiten Einnahmen sind von 23 Milliarden US-Dollar im Jahr 2000 auf über 50 Milliarden US-Dollar im Jahr 2005 gestiegen Lateinamerika aber alle Regionen der Welt weisen starke Wachstumstendenzen auf.

In den letzten zehn Jahren gab es in der traditionellen pharmazeutischen Industrie wenig Innovation, und vor diesem Hintergrund erzielen Biopharmazeutika jetzt die höchsten Wachstumsraten, insbesondere in der Behandlung von Brustkrebs. Biopharmazeutika behandeln in der Regel Untergruppen der Gesamtbevölkerung mit einer Krankheit, während traditionelle Medikamente entwickelt werden, um die Bevölkerung als Ganzes zu behandeln. Eine der großen Schwierigkeiten bei herkömmlichen Arzneimitteln sind jedoch die toxischen Nebenwirkungen, deren Auftreten bei einzelnen Patienten unvorhersehbar sein kann.

Biotechnologieunternehmen

Weltweit gibt es rund 4.000 Biotechnologieunternehmen. Fast 50 % davon befinden sich in der Europäischen Union; 30 % in den USA und der Rest in Asien. Die führenden Biotechnologieunternehmen sind Amgen, Genentech und Serono.

Wichtige Visionäre und Persönlichkeiten der Biotechnologiebranche

• Finnland : Leena Palotie
• Island : Kari Stefanson
• Irland : Timothy O’Brien, Dermot P. Kelleher, Pearse Lyons
• USA : Kate Jacques, David Botstein, Craig Venter, Sydney Brenner, Eric Lander, Leroy Hood, Robert Langer, Henry I. Miller, Roger Beachy, William Rutter, George Rathmann, Herbert Boyer, Michael West, Thomas Okarma
• Europa : Paul D. Kemp
• Indien : Kiran Mazumdar-Shaw (Biocon)
• Kanada : Mike Tyers