Под увеличительным стеклом: тренды биотехнологии

Биотехнологические процессы, продукты и услуги играют роль практически во всех сферах повседневной жизни — будь то современные моющие средства, производство продуктов питания или лечение диабета. Биотехнология является одной из ключевых технологий 21 века и станет большим подспорьем в решении глобальных экологических и экономических задач. Как и другие ключевые технологии, биотехнология требует, чтобы специалисты исследовали и применяли инновационные процессы. В этой статье Др. Ульрих Герт из Фраунгоферовский институт биомедицинской инженерии.

Биотехнологические процессы известны уже тысячи лет.

Неизвестно, когда человечество начало использовать биотехнологические процессы. А вот полезные свойства микроорганизмов, таких как пекарские дрожжи или молочнокислые бактерии, известны человечеству уже тысячи лет.
Однако только во второй половине 19 века человечество пришло к пониманию того, как работают микроорганизмы. Французский биохимик и микробиолог Луи Пастер одним из первых осознал связь между воздействием микроорганизмов, с одной стороны, и материальными изменениями, которые мы можем воспринимать, с другой. С другой стороны, венгерский инженер и экономист Карл Эреки впервые употребил термин «биотехнология» в 1919 году. По аналогии с каменным и железным веками он предвидел биотехнологический век. Это пророчество, кажется, сбывается сегодня.

Благодаря огромным достижениям в области биологических наук за последние десятилетия мы не только понимаем, как работают микроорганизмы, но и можем адаптировать их к нашим потребностям. Например, с 70-х годов наука смогла целенаправленно передавать генетический материал между организмами даже через границы видов (генная инженерия). Это привело к появлению на рынке в 1982 году первого человеческого инсулина в качестве первого генно-инженерного препарата.
На сегодняшний день известна вся полнота генетической информации, так называемый геном многочисленных видов — от простейших бактерий до человека. Это фундаментальное знание схемы жизни делает биотехнологию одной из ключевых технологий 21 века.

Вот о чем это все! ДНК как план всех жизненных процессов.

Что такое биотехнология?

Согласно определению Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), биотехнология — это «применение науки и техники к живым организмам, их частям, их продуктам или их моделям с целью модификации живых или неживых организмов». -живая материя с целью расширения знаний, для производства товаров и оказания услуг». Другими словами: Возможности использования биотехнологии очень разнообразны.

Это так называемая перекрестная технология, потому что она основана не только на биологии и биохимии. Используется множество других научных дисциплин, таких как физика, химия, технология производства, материаловедение и информатика. Биотехнология исследует не только целые организмы, такие как бактерии, растения, животные или люди. Отдельные клетки и ферменты или другие части и продукты организма также являются предметом исследования и применения.

Появилась теория цветов, чтобы различать эти разные области применения: различают красную, зеленую и белую биотехнологии. Красный означает медицину, зеленый — сельское хозяйство, а белый — промышленность.

Пластики на биооснове, биотопливо или перенос генов: биотехнологические ответы на наши проблемы

Если мы посмотрим на проблемы, с которыми человечеству придется иметь дело сейчас и в будущем, то совпадет довольно много вещей. Биотехнология вносит и сделает многое в будущем для противодействия этим проблемам. В качестве примеров здесь следует рассмотреть четыре проблемы:

  • Борьба с инфекционными заболеваниями и пандемиями
  • Продовольственные кризисы из-за роста населения мира
  • загрязнение и изменение климата
  • Старение общества и, следовательно, увеличение медицинских расходов для общества
доктор Ульрих Герт во время своей лекции на мероприятии сообщества zdi 2022.

Луи Пастер выразился в двух словах: «Удача сопутствует подготовленным». Только отличные варианты обучения обеспечивают нам достойное будущее. Биотехнология является одним из важнейших строительных блоков будущего. Это было убедительно продемонстрировано в недавнем прошлом при разработке и применении новых вакцин против коронавируса на основе мРНК. И это только один пример из многих.

доктор Ульрих Герт, Институт биомедицинской инженерии им. Фраунгофера

Чем может помочь биотехнология?

Борьба с инфекционными заболеваниями и пандемиями

Глобальная система геномного надзора необходима для более эффективной борьбы с пандемиями, такими как Covid-19, или инфекционными заболеваниями, такими как туберкулез. Это уже в Германия и международный Консенсус. Здесь биотехнология сочетается с информатикой и собирает все биохимические данные и информацию о вирусе, таком как, например. B. генные последовательности или варианты. При этом она идентифицирует новые патогены, оценивает риск мутаций и стремится к недискриминационному доступу к данным и информации. Система также собирает клиническую информацию о тяжести течения заболевания или статусе вакцинации. Задача здесь заключается не только в исследовании новых патогенов, но и в глобальной сети обмена информацией в режиме реального времени.

Продовольственные кризисы из-за роста населения мира

Из-за увеличения населения мира с примерно 6,7 млрд человек в 2008 году до примерно 8,3 млрд человек в 2030 году, с одной стороны, и ограниченности сельскохозяйственных угодий, с другой стороны, в ближайшем будущем спрос на продукты питания будет расти; то же самое относится и к спросу на промышленные химикаты на основе сырой нефти, поскольку нефть не будет доступна в бесконечных количествах по низкой цене. Для обоих существуют подходы в зеленой биотехнологии для более эффективного использования природных ресурсов.
Важная технология в современной зеленой биотехнологии, например. B. Опосредованный агробактериями перенос генов. При этом методе генной инженерии отдельные наследственные факторы (гены) переносятся из клеток одного организма в клетки другого живого существа.
Соматическая гибридизация (также называемая слиянием протопластов или слиянием клеток) — еще один важный метод зеленой биотехнологии. Это позволяет комбинировать желаемые признаки от разных родительских растений.

загрязнение и изменение климата

Тяжелые металлы в почве и питьевой воде, фильтрат со свалок, грязное белье – почему бы не получить помощь от природы?
Так называемые биосенсоры, которые используются для обнаружения загрязняющих веществ в воде, воздухе и почве, являются важным инструментом экологической биотехнологии. Исследователи разрабатывают системы, которые могут реагировать на токсины окружающей среды либо на основе организмов, либо на основе ферментов.
Еще одним важным вкладом биотехнологии в защиту окружающей среды являются так называемые биотоплива. Они в основном производятся из растений и могут заменить дизельное топливо, бензин и природный газ.
Биотехнологическое производство полимеров или пластмасс также способствует защите нашей планеты. Продолжается разработка биоразлагаемых пластиков на биологической основе. Это означает, что нефтехимические процессы производства определенных полимеров могут быть заменены или могут быть разработаны новые полимеры с новыми свойствами.

Старение общества и, следовательно, увеличение медицинских расходов для общества

В дополнение к увеличению населения мира, старение общества в западных странах также вызывает озабоченность. Стареющее общество вызывает множественные хронические заболевания и резкое увеличение расходов (около 85 процентов расходов на здравоохранение). Это намного превышает затраты, вызванные травмами или острыми опасными для жизни заболеваниями.
Сегодняшняя медицина в основном фокусируется на лечении симптомов. Причины болезни и, следовательно, лечение менее важны. Это должно измениться в ближайшем будущем. Тенденции красной биотехнологии – защита (ближайшее будущее) и регенерация (отдаленное будущее).

Вот как можно улучшить медицинскую помощь с помощью биотехнологии:

  • Регенеративная медицина – лечение вместо облегчения/использование активных ингредиентов, которые активируют собственные стволовые клетки организма
  • Персонализированная медицина заменяет популяционную медицину
  • Упрощение введения лекарств (например, имплантируемые помпы)
  • Использование информационных технологий для улучшения мониторинга восстановления или разработки лабораторных технологий
  • Улучшенная визуализация и навигация хирургических инструментов / от минимально инвазивных до неинвазивных
  • Экономия времени и средств при разработке лекарств

Продвижение молодых талантов в области биотехнологии

Компаниям становится все труднее найти подходящих кандидатов в соответствующей области биотехнологии. Мы ищем ученых-естествоиспытателей и инженеров, а также биотехнологов-механиков, инженеров-технологов или специалистов по мехатронике и информатике. В особенности остаются позади драйверы инноваций, малые и средние компании. вы отсутствуете, например. B. ресурсы для «глобального рекрутинга».

Мотивация учащихся должна быть высокой. Потому что рабочие места в сфере биотехнологий соответствуют ряду критериев, которые очень нравятся молодежи. Национальные и международные опросы показали, что при выборе карьеры для них важен бережный подход к окружающей среде и осмысленность их работы.

Также для Др. Ульрих Герт считает продвижение молодых талантов в этой области важным ключом: «Наше будущее, основанное на знаниях, может быть успешно сформировано только посредством исследований и изобретений. Для этого не может быть достаточно образовательных возможностей», — заявил он на мероприятии сообщества zdi летом 2022 года, куда его пригласили в качестве специального спикера.

В сообществе zdi есть множество предложений для школьников, желающих погрузиться в мир биотехнологий.


Вы можете найти весь спектр курсов zdi.NRW на Платформа сообщества зди.


Вам также могут быть интересны эти публикации

Общий

KReateFuture 2022: как студенты и ученые вместе разрабатывают идеи будущего

Общий

Под увеличительным стеклом: молодежные тренды при выборе карьеры

Посетители мероприятия сообщества zdi счастливы, что наконец-то снова могут общаться лично.

Общий

мероприятие сообщества зди 2022