Biotechnologijos bendri nuostatai ir galimybės

TURINYS
1. Įvadas..............................2
2. Istorijos apžvalga............................3
3. Biotechnologijos galimybės......................4
4. Genetinių ligų diagnozavimas ir jų gydymas..............5
5. Rekombinantinių vaistų gamyba....................6
6. Hormonai ir panašūs į juos baltymai..................6
7. Saugesnės vakcinos..........................7
8. Maisto trūkumo problemos sprendimas.................7
9. Apibendrinimas............................8
10. Literatūra..............................9

ĮVADAS
Gyvename pasaulyje, pilname įvairiausių technologijų: mobiliųjų, informacinių ir kitų. Kiekviena iš jų atsirado ne be priežasties, o siekiant tam tikrų tikslų: gilesnių žinių mokslo tyrimuose, darbo našumo ir kokybės didinimo, lengvesnės buities, jau nekalbant apie maloniausią dalį – laisvalaikio paįvairinimą. Juk žmogus – vienas iš žinduolių, kuris mokosi ir bendrauja su kitomis gyvomis būtybėmis. Taigi, pažvelkime giliau į vieną iš mums artimiausių prigimtimi technologijų – biotechnologiją. Nors terminas &##8220;biotechnologija” pirmą kartą vengrų žemės ūkio inžinieriaus buvo ištartas tik 1919 metais, tačiau pati technologija egzistuoja daugiau kaip 4 tūkstančius metų. Tai kas gi yra toji biotechnologija? Čia visą painiavą išspręstų apibrėžimas ir keletas istorinių pavyzdžių. Taigi, biotechnologija – gyvųjų organizmų ir biologinių procesų taikymas technologijoje [5]. Nusikelkime dar į tuos laikus, kai palei Nilą driekėsi didinga civilizacija. Jau 2500 – 2000 metais pr. Kr. egiptiečiai gamino vyną fermentacijos būdu bedeguoninėje terpėje, nors ir nežinojo, kad jiems gelbsti anaerobiniai mikroorganizmai. Duonos kepimas taip pat sena technologija, kuri neapsieina bee mažų ląstelių, mielių (1 pav.).

1 pav. Mielių kolonija. Raudonai apibrauktos porelės, kurios dauginasi. Vyksta paskutinė stadija: citoplazmos pasidalijimas bei ląstelės sienelės, membranos, susidarymas (autoriai: Kessel & Shih).
Mikroorganizmai taip pat naudojami sūrių gamyboje, sojos perdirbimo procesuose. Kalbant apie mediciną ir augalų apsaugą, da

ar 500 metais pr. Kr. kinai naudojo pelėsiais apsitraukusią sojos varškę kaip antibiotiką šunvotėms gydyti, o 100 metais po Kr. – chrizantemos miltelius, kuriuose buvo biologinės medžiagos, veikiančios kaip insekticidai. Kyla klausimas, jei biotechnologija mus lydi jau gana seniai, kodėl apie ją oficialiai kalbama tik nuo XX a. pradžios? Šis atsakymas slypi keliuose žemiau pateiktuose mokslo istorijos faktuose.
ISTORIJOS APŽVALGA
Iki XVII a. vidurio nieko nebuvo žinoma apie organizmo struktūrinį vienetą – ląstelę. Ją 1663 metais pirmąkart aprašė anglas R. Hookas, o 1675 metais bakteriją atrado olandas A. van Leeuwenhoekas. Vadinasi, tik tuomet, kai tapo prieinami mikroskopai, “akis į akį” susidurta ir su mažosiomis pagalbininkėmis. Iki tol jos buvo laikomos tik tam tikra suspensija, kuri skatindavo rūgimo ir fermentacijos procesus. Tačiau, matyti nereiškia suprasti, kaip veikia šis mažas mechanizmas, taad toliau buvo atliekami ląstelių tyrinėjimai, kurie pamažu mokslininkams atvėrė mažo, bet sudėtingo pasaulio sandarą bei jame vykstančius pokyčius. Dar priešistoriniais laikais pirmykščiai žmonės vykdė kryptingą selekciją. Jiems buvo svarbu atrinkti tuos augalus, kurie buvo maistingi ir derlingi. Stebėdami aplinką ir atrinkinėdami pageidaujamas augalų rūšis, jie išvedė kultūrinius augalus, o iš gyvūnų – naminius gyvūnus. Selektyviai kryžminant individus dar ir dabar vedamos naujos veislės, tačiau tai – metus ir dešimtmečius trunkantis darbas, kurio rezultatas dažnai nulemiamas paprasčiausios sėkmės. Dar vienas svarbus faktas – 1866 metų austro G.
. Mendelio stulbinantis paveldimumo dėsnių atradimas – pakylėjo biotechnologiją į aukštesnį lygmenį. Šis atradimas leido suprasti, kad organizmas savyje turi jį koduojančią informaciją genų pavidalu. Ši informacija perduodama iš kartos į kartą pagal tam tikras taisykles, o dėl evoliucijos ir mutacijos – kinta laike. Iškilo klausimas, kaip ta informacija manipuliuoti kuriant naujas rūšis su mus dominančiomis savybėmis? Praėjo daugiau kaip šimtas metų, kai 1972 metais amerikiečių biochemikas P. Bergas išrado būdą, kaip specifinėse vietose perkirpti DNR. Tai – vienas iš pagrindinių metodų, taikomų genų inžinerijoje, norint iškirpti pageidaujamą geną ir įterpti jį į kitą DNR. Jau 1973 metais kitas amerikiečių mokslininkas S. Cohenas, pasitelkęs nemažą mokslo patirtį molekulinėje biologijoje, genetikoje ir biochemijoje, panaudojo šį metodą ir augalų bei gyvūnų genus įterpė į jiems negiminingą bakteriją Escherichia coli (2 pav.). Tai atvėrė plačias galimybes “programuoti” organizmo savybes [2].

2 pav. Escherichia coli bene daugiausiai modifikuotų atmainų turintis mikroorganizmas. Natūraliai randamas žmogaus storojoje žarnoje (autorius: Fred Hossler) .
BIOTECHNOLOGIJOS GALIMYBĖS
Taigi biotechnologija, kaip savarankiška mokslo šaka, susiformavo šio šimtmečio viduryje. Jos pradžią galima laikyti penktąjį dešimtmetį, kai buvo pradėta pramoninė antibiotikų sintezė. Tolesnį biotechnologijos vystymąsi labai pagreitino pramoninė mikrobinių fermentų gamyba, imobilizuotų fermentų sukūrimas ir jų praktinis panaudojimas. Biotecnologijos sudėtinės dalys – mikrobinė sintezė, genų inžinerija, inžinerinė enzimologija ir imunologinė inžinerija. Biotecnologijos metodai ir pasiekimai naudojami gaminant dirbtinius baltymus, si

intetinant biologiškai aktyvias medžiagas, kuriant biologines kovos su kenkėjais priemones, nukenksminant aplinką teršiančias medžiagas, sprendžiant energetikos problemas ir kuriant naujus analizės metodus [3]. Biotechnologija glaudžiai integruota su kitomis daugelio mokslų ir gamybos šakomis, kaip molekulinė biologija, genetika, genų inžinerija, biochemija, mikrobiologija ir kt. Biotechnologija turi gilias vysytmosi šakas ir savas tradicijas. Paskutiniais dešimtmečiais susiformavo į naujas mokslo šakas kaip maisto pramonės biotechnologija, organinių rūgščių, skiediklių, vakcinų. Yra kaip atskira šaka antibiotikų biotechnologija ir įv. formacijoje vykstančių procesų (fermentų pramonės išsivystymas (enzimologija), molekulinės biologijos ir genų inžinerijos išvystymas). Išvystymas naujų technikos priemonių: daviklių, bioreaktorių, matavimo sistemų [2]. Biotechnologinių procesų pagrindiniai komponentai – biologiniai agentai, subatratai, biologiniai produktai. Atskirų biotechnologinių procesų vystymasis paremtas poreikiu žmonėms reikalingų produktų: 1. Būtinumo, energijos panaudojimo. Iš tokių žaliavų, kurios anksčiau buvo naudojamos. Ypač iš atliekų, utilizuoti atliekas, panaudoti jas kaip energiją. Biotechnologija leidžia panaudoti naujausius mokslo pasiekimus gamyboje. Ypač išsiplėtė biotechnologinių procesų taikymas ŽŪ. šakose (gyvulininkystėje, medicinoje, veterinarijoje, lengvojoje pramonėje ir daugelyje kitų šakų). Biotechnologijoje labai aktualu medžiagų įsisavinimo, žmonijos aprūpinimo maisto produktais. Didžiulė įtaka augalininkystei – trašų, augalų apsaugos srityse. Biotechnologijos procesų pagalba atsiranda galimybės pilnaverčiams produktams[4]. Biotechnologinių procesų pagalba taikant specifinius mikroorganizmus gaunami atskiri elementai iš rūdų tai mikrobiologinė hidrometalurgija. Biotechnologija plačiai taikoma lengvosios pramonės srityje. Ypač svarbus celiuliozės atskyrimas nuo ba
alastinių junginių. Gaunama daug geresnė kokybė. Biotechnologinių procesų dėka gali būti keičiama atskirų žaliavų maistinė vertė. Šiuo metu maistinė vertė ypatingai svarbu. Biotechnologijos pramonės dėka didelis indėlis mažinant aplinkos užterštumą. Galima reguliuoti reprodukciją. Taip pat labai plačiai taikoma miškininkystėje – siekian išvesti naujas medžių veisles, kurios greičiau augtų, būtų atsparios ligoms ir kenkėjams [4]. Genų inžinerija – didelis XX a. laimėjimas, fantastiškas mokslo progresas, išspriandžiantis daugelį globalinių problemų. Sukūrus herbicidams atsparius augalus, ūkininkams mažiau reikia ravėti laukus. Genų inžinerija remiama ir Jungtinių Tautų organizacijos. Tai vienas iš būdų aprūpinti maistu badaujančias šalis – sukurtos veislės yra derlingesnės, jas lengviau prižiūrėti, jos atsparesnės klimato pokyčiams [1]. Genų inžinerija gydymo sėkmę gali nulemti ir aplinkiniu būdu, per vaistų gamybą. Pokario metais didžiausias turtas buvo penicilinas arba streptomicinas. Sukūrus mikroorganizmų kamienus – antibiotikų gamintojus, šie vaistai tapo visiem prieinami. Lygiai tokia pati padėtis tokių brangių vaistų, kaip interferonai, augimo hormonai ir kt., gaminamų iš gamtinių žaliavų. Genų inžinerijos metodais yra sukurti mikroorganizmų kamienai, sintetinantys žmogaus biopolimerus: insuliną, interferoną, augimo hormonus ir kt.[7]. Pastaruoju metu biotechnologija žengia septynmyliais žingsniais. Svarbu paminėti, kad lemiamos įtakos jos vystymuisi turėjo ne tik biologijos, genetikos, medicinos ar biochemijos mokslo šakų plėtra, bet techniniai ir tikslieji mokslai: fizikos, chemijos, matematikos, kompiuterijos laimėjimai. Taigi, ką gi mums siūlo biotechnologija šiandien ir artimiausioje ateityje, pasitelkusi įvairius specialistus?
GENETINIŲ LIGŲ DIAGNOZAVIMAS IR JŲ GYDYMAS
2000 metų birželio 26 dieną buvo sudarytas preliminarus žmogaus genomo žemėlapis, kuris buvo 2003 metais užbaigtas, t.y. išsamiai nustatyta žmogaus genetinę informaciją saugančių molekulių pirminė struktūra. Dabar mokslininkai žino tikslią nukleotidų – 4 rūšių (A, T, G ir C) DNR struktūrinių vienetų – seką. Atskiros sekos sudaro geną, o genas koduoja vieną kokį nors baltymą. Žinant, kur yra defektyvus genas ir kokia jo sekos vieta pažeista ir/ar pakitusi, galima diagnozuoti genetinius susirgimus dar nepasireiškus ligos simptomams.

3 pav. Žmogaus chromosoma – tai kompaktiškai susivyniojusi DNR molekulė (autorius: K.G. Murti).
Šiuos susirgimus galima gydyti į ląsteles įterpus teisingą geną, kuris apspręs reikiamo baltymo sintezę joje. Pirmąkart genų terapija buvo panaudota 1990 metais, gydant ketverių metų mergaitę nuo imuninio sutrikimo [2].
REKOMBINANTINIŲ VAISTŲ GAMYBA
Dar 1982 metais biotechnologijos dėka buvo pradėtas gaminti insulinas diabetui gydyti. Tai – baltymas, kurio sintezė cheminiais metodais yra komplikuota, todėl buvo pasitelkta biotechnologija. Genas, koduojantis insulino baltymą, buvo įterptas į mikroorganizmą, kuris ir gamino reikiamą komponentą. Seniau insuliną tekdavo išskirti iš kiaulių kepenų. Biotechnologijos dėka gaminamų vaistų asortimentas dabar nuolat plečiasi. Baltymus koduojantys genai, kurie naudojami gydimui, įterpiami ne tik į bakterijas, bet ir į augalus, gyvūnus. Pavyzdžiui, 1990 metais gimė pirmasis genetiškai modifikuotas bulius su vienu žmogaus genu, kuris kodavo vaistą laktoferiną, naudojamą reumatiniam artritui gydyti. Jo palikuonės šį vaistą išskirdavo kartu su pienu [2].
HORMONAI IR PANAŠŪS Į JUOS BALTYMAI
Labai įspūdingas biotechnologijos pasiekimas yra galimybė masiškai gaminti baltymus, kuriuos gauti kitu būdu būtų labai sunku. Žmogaus augimo hormonas, naudojamas lėčiau negu normaliai augantiems vaikams gydyti, anksčiau būdavo gaunamas iš lavono hipofizės, o vienai dozei reikėdavo 50 liaukų. Dabar dideli žmogaus augimo hormonų kiekiai gaminami biotechnologijos būdu. Insulinas, reikalingas diabetui gydyti, anksčiau būdavo gaunamas iš skerdžiamų galvijų ir kiaulių kasos liaukų. Gyvuliams taip pat naudojami hormonai, pagaminti biotechnologijos būdu. Fermose gyvuliams dabar vietoj steroidų galima duoti augimo hormonų. Tokių gyvulių mėsa liesesnė, ją žmonėms valgyti sveikiau [6].
SAUGESNĖS VAKCINOS
Vakcinos naudojamos sukurti imunitetą infekcijos sukėlėjui, kad žmogus ja nesusirgtų. Praeityje vakcinos buvo gaminamos iš apdorotų (nukenksmintų) bakterijų arba virusų ir kartais sukeldavo ligas, nuo kurių turėjo apsaugoti. Vakcinos, gaminamos biotechnologijos būdu, ligų nesukelia. Bakterijos ir virusai turi paviršiaus baltymus, ir nors viena iš jų koduojantis genas gali būti naudojamas genetiškai modifikuotoms bakterijoms sukurti. Gautos paviršiaus baltymo kopijos gali būti naudojamos kaip vakcina. Biotechnologijos būdu pagamintos vakcinos ir gyvuliams skiepyti. Sukurtos snukio ir nagų ligos bei dizenterijos vakcinos. Šios gyvulių ligos kažkada atimdavo iš ūkininkų daug laiko, energijos ir išteklių. Nuo jų kasmet sirgdavo ir krisdavo daug gyvulių [6].

MAISTO TRŪKUMO PROBLEMOS SPRENDIMAS
Žemė, priešingai nei jos gyventojų skaičius, nedidėja, todėl jau dabar kai kuriuose pasaulio regionuose vyrauja badas. Taip nutiko ne tik dėl užsitęsusių kaitrų ar per didelio kritulių kiekio, bet ir dėl derlingos žemės plotų nepakankamumo bei nuostolių, kuriuos sukelia įvairūs kenkėjai ir ligos. Šioje srityje biotechnologija suteikia galimybę sukurti derlingesnes, druskingam dirvožemiui, šalčiui ar vandens trūkumui pakantesnes augalų rūšis, atsparias kenkėjams, insekticidams bei herbicidams. Biotechnologija turi įtakos ir naminių gyvulių auginimui. Pavyzdžiui, selektyviai kryžminant kiaules su genetiniu potencialu akumuliuoti mažiau riebalų, buvo pasiekta, kad nuo 1970 iki 1990 metų riebalų kiekis kiaulienoje sumažėjo nuo 30 proc. iki 20 proc. bendro jų svorio [1].

APIBENDRINIMAS
Biotecnologijos srityje pasiekta didelių rezultatų. Tačiau kai kuriems žmonėms kelia susirūpinimą genetiškai modifikuotų mikrobų paleidimas į aplinką. Jei šios bakterijos pakeis tas, kurios natūraliai gyvuoja ekosistemose, rezultatas gali būti pražūtingas. Tačiau dabar sukurtos priemonės, leidžiančios aptikti, išmatuoti ir netgi sustabdyti ląstelių veiklą natūralioje aplinkoje. Tikimasi, kad genetiškai modifikuoti mikrobai bus panaudoti žemės ūkyje ir aplinkos apsaugoje. Reikėtų pabrėžti, kad čia paminėti toli gražu ne visi biotechnologijos teikiami patogumai bei problemų sprendimai: ksenotransplantacija, mikroorganizmų taikymas chemijos pramonėje bei valant aplinką nuo teršalų ir t.t. Nors biotechnologijos taikymas platus, tačiau vis dažniau susiduriama su etikos klausimais, religinių dogmų prieštaravimais, ekologinio bei socialinio saugumo užtikrinimu. Ir vis dėlto, progreso nesustabdysime. Anksčiau ar vėliau mokslininkai gaus leidimus vienam ar kitam eksperimentui atlikti ir mus pasieks naujos žinios bei nauji, netikėti, o gal net ir kardinalūs atradimai [2].

LITERATŪRA
1. Brian J. Ford “Maisto ateitis”. Vilnius: 2004.
2. www. Chem.. lt.
3. Glemža A. Šiuolaikinė mikrobiologija ir biotechnologija. Vilnius: “Žinija”, 1988.
4. Glemža A. Biotechnologija: laimėjimai, problemos, pritaikymo respublikoje perspektyvos. Vilnius: 1987.
5. Daukša K. Barkauskas J. ir kt. Chemijos terminų aiškinamasis žodynas. Vilnius: Mokslo ir enciklopedijų leidybos institutas, 2003.
6. Mader S. S. Biologija. Vilnius: Alma littera, 1999. 1 kn.
7. Rančelis V. Genetika. Vilnius: Lietuvos mokslų akademijos leidykla, 2000.

Leave a Comment