Біотехнологічні процеси, продукти та послуги відіграють важливу роль майже у всіх сферах повсякденного життя – будь то сучасні миючі засоби, виробництво продуктів харчування чи лікування діабету. Біотехнологія є однією з ключових технологій 21-го століття і надасть велику допомогу у вирішенні глобальних екологічних та економічних викликів. Як і інші ключові технології, біотехнології вимагають фахівців для дослідження та застосування інноваційних процесів. У цій статті Dr. Ульріх Герт с Інститут біомедичної інженерії Фраунгофера.
Біотехнологічні процеси відомі тисячі років
Невідомо, коли людство почало використовувати біотехнологічні процеси. Але корисні властивості мікроорганізмів, наприклад, пекарських дріжджів або молочнокислої бактерії, відомі людству вже тисячі років.
Однак лише у другій половині 19 століття людство отримало розуміння того, як працюють мікроорганізми. Французький біохімік і мікробіолог Луї Пастер був одним із перших, хто визнав зв'язок між впливом мікроорганізмів, з одного боку, і матеріальними змінами, які ми можемо сприйняти, з іншого. З іншого боку, угорський інженер і економіст Карл Ерекі вперше використав термін «біотехнологія» в 1919 році. Подібно до кам’яного та залізного віків він передбачив епоху біотехнологій. Здається, сьогодні це пророцтво збувається.
Завдяки величезному розвитку знань у біологічних науках за останні десятиліття ми не лише розуміємо, як працюють мікроорганізми, але й можемо адаптувати їх до наших потреб. Наприклад, з 70-х років наука спроможна передавати генетичний матеріал між організмами цілеспрямовано, навіть через межі видів (генна інженерія). Це призвело до появи на ринку першого людського інсуліну в 1982 році як першого генно-інженерного препарату.
Сьогодні відома вся вся генетична інформація, так званий геном, для багатьох видів - від простих бактерій до людини. Це фундаментальне знання плану життя робить біотехнологію однією з ключових технологій 21 століття.
Що таке біотехнологія?
Згідно з визначенням Організації економічного співробітництва та розвитку (ОЕСР), біотехнологія – це «застосування досягнень науки і техніки до живих організмів, їх частин, продуктів або їх моделей з метою модифікації живих або неживих організмів. -жива речовина з метою розширення знань, для виробництва товарів і для надання послуг». Іншими словами: можливі варіанти використання біотехнології дуже різноманітні.
Це так звана перехресна технологія, оскільки вона базується не лише на біології та біохімії. Використовується велика кількість інших наукових дисциплін, таких як фізика, хімія, інженерія процесів, матеріалознавство та інформатика. Біотехнологія досліджує не лише цілі організми, такі як бактерії, рослини, тварини чи люди. Окремі клітини та ферменти або інші частини та продукти організму також є предметом дослідження та застосування.
Для розмежування цих різних сфер застосування з’явилася теорія кольорів: розрізняють червону, зелену та білу біотехнологію. Червоний означає медицину, зелений – сільське господарство, білий – промисловість.
Біопластики, біопаливо чи перенесення генів: біотехнологічні відповіді на наші проблеми
Якщо ми подивимося на проблеми, з якими людству доведеться мати справу зараз і в майбутньому, побачимо багато речей. Біотехнологія сприяє і зробить багато в майбутньому для протидії цим проблемам. Чотири виклики слід розглянути тут як приклади:
- Боротьба з інфекційними захворюваннями та пандеміями
- Продовольча криза через збільшення населення світу
- забруднення та зміни клімату
- Старіння суспільства і, отже, зростання витрат на медичне обслуговування суспільства
Луї Пастер сформулював це в двох словах: «Удача сприяє підготовленим». Лише відмінні варіанти навчання забезпечують гідне майбутнє для нас. Біотехнологія є одним із найважливіших будівельних блоків майбутнього. Це було вражаюче продемонстровано в нещодавньому минулому з розробкою та застосуванням нових вакцин проти корони на основі мРНК. І це лише один із багатьох прикладів.
лікар Ульріх Герт, Фраунгоферівський інститут біомедичної інженерії
Чим може допомогти біотехнологія?
Боротьба з інфекційними захворюваннями та пандеміями
Глобальна система геномного нагляду потрібна для кращої боротьби з такими пандеміями, як Covid-19, або інфекційними захворюваннями, такими як туберкульоз. Це вже є Німеччина і міжнародник Консенсус. Тут біотехнологія поєднується з інформатикою та збирає всі біохімічні дані та інформацію про вірус, як, наприклад, B. Послідовності або варіанти генів. Роблячи це, вона ідентифікує нові патогени, оцінює ризик мутацій і прагне до недискримінаційного доступу до даних та інформації. Система також збирає клінічну інформацію про тяжкість прогресування захворювання або статус вакцинації. Проблема тут полягає не лише у дослідженні нових патогенів, а й у глобальній мережі інформації в режимі реального часу.
Продовольча криза через збільшення населення світу
У зв’язку зі збільшенням світового населення з приблизно 6,7 мільярдів людей у 2008 році до приблизно 8,3 мільярдів людей у 2030 році, з одного боку, та глобальними обмеженими сільськогосподарськими площами, з іншого боку, у найближчому майбутньому зростатиме попит на продукти харчування; те ж саме стосується попиту на промислові хімікати на основі сирої нафти, оскільки нафта не буде доступна в нескінченних кількостях за низькою ціною. Для обох існують підходи в зеленій біотехнології для більш ефективного використання природних ресурсів.
Важливою технологією сучасної зеленої біотехнології є, напр. B. Перенесення генів, опосередковане Agrobacterium. За допомогою цього методу генної інженерії індивідуальні спадкові фактори (гени) переносяться з клітин одного організму в клітини іншої живої істоти.
Соматична гібридизація (також звана злиттям протопластів або злиттям клітин) є ще одним важливим методом у зеленій біотехнології. Це дозволяє комбінувати бажані властивості різних батьківських рослин.
забруднення та зміни клімату
Важкі метали в ґрунті та питній воді, фільтрат зі звалищ, брудна білизна – чому б не отримати допомогу від природи?
Так звані біосенсори, які використовуються для виявлення забруднюючих речовин у воді, повітрі та ґрунті, є важливим інструментом екологічної біотехнології. Дослідники розробляють системи, які можуть реагувати на токсини навколишнього середовища на основі організмів або ферментів.
Іншим важливим внеском біотехнології в захист навколишнього середовища є так зване біопаливо. Вони в основному виготовляються з рослин і можуть замінити викопне паливо, дизельне паливо, бензин і природний газ.
Біотехнологічне виробництво полімерів або пластмас також сприяє захисту нашої планети. Розробка біологічно розкладаної пластмаси на біооснові прогресує. Це означає, що нафтохімічні процеси виробництва певних полімерів можна замінити або розробити нові полімери з новими властивостями.
Старіння суспільства і, отже, зростання витрат на медичне обслуговування суспільства
Окрім збільшення населення світу, занепокоєння викликає також старіння суспільства в західних країнах. Старіння суспільства спричиняє численні хронічні захворювання та різке зростання витрат (приблизно 85 відсотків витрат на охорону здоров’я). Це значно перевищує витрати, спричинені травмами чи гострими захворюваннями, що загрожують життю.
Сучасна медицина здебільшого зосереджена на лікуванні симптомів. Причини захворювання і, отже, лікування менш важливі. Це має змінитися найближчим часом. Тенденції червоної біотехнології – захист (найближче майбутнє) і регенерація (віддалене майбутнє).
І ось як медична допомога може бути вдосконалена за допомогою біотехнології:
- Регенеративна медицина – лікування замість полегшення / використання активних інгредієнтів, які активують власні стовбурові клітини організму
- Персоналізована медицина замінює популяційну
- Спрощення введення ліків (наприклад, імплантовані насоси)
- Використання інформаційних технологій для покращення моніторингу відновлення або розробки лабораторних технологій
- Покращене зображення та навігація хірургічними інструментами / від мінімально інвазивних до неінвазивних
- Економія часу та коштів при розробці ліків
Сприяння молодим талантам для біотехнології
Компаніям стає все важче знайти відповідних кандидатів для відповідної галузі біотехнологій. Ми шукаємо природничих науковців та інженерів, а також біотехнологів-механіків, інженерів-технологів або мехатроніків та комп’ютерників. Особливо рушійні сили інновацій, малі та середні компанії, залишаються позаду. вам не вистачає напр. Б. ресурси для «глобального рекрутингу».
Мотивація учнів має бути високою. Оскільки вакансії в галузі біотехнологій відповідають низці критеріїв, які дуже популярні серед молоді. Національні та міжнародні дослідження показали, що природоохоронне ставлення до навколишнього середовища та значущість їхньої роботи важливі для них при виборі професії.
Також для Dr. Ульріх Ґерт вважає заохочення молодих талантів у цій галузі важливим ключем: «Наше майбутнє, засноване на знаннях, можна успішно сформувати лише завдяки дослідженням і винаходам. Для цього не може бути достатньо освітніх можливостей», — сказав він на події спільноти zdi влітку 2022 року, куди його запросили як спікера-спеціаліста.
Спільнота zdi має безліч пропозицій для школярів, які хочуть поринути у світ біотехнологій.
Ви можете знайти весь спектр курсів zdi.NRW на платформа для спільноти zdi.
