Znaczenie biotechnologii

0
1696

Biotechnologia to zespół nauk przyrodniczych i technicznych zintegrowany w celu zastosowania komórek, kultur tkankowych, mikroorganizmów i ich metabolizmów oraz procesów biologicznych do wytwarzania różnych produktów w skali przemysłowej. Biotechnologia jest multidyscyplinarną dziedziną wiedzy o dużych możliwościach praktycznych, zwłaszcza w odniesieniu do nauk medycznych, rolniczych, ochrony środowiska oraz udziału w rozwiązywaniu problemów żywieniowych i energetycznych. Zgodnie z definicją przyjętą przez Organizację Wzajemnej Współpracy Gospodarczej, biotechnologię należy rozumieć … jako zastosowanie metod naukowych i inżynieryjnych do obróbki materiałów czynnikami biologicznymi w celu pozyskania dóbr i usług.

Biotechnologia należy do najstarszych technik wykorzystywanych przez człowieka
. Jej korzeni należy szukać w świecie antycznym, gdzie wykorzystywano drożdże do pieczenia chleba lub stosowano fermentację napojów mleczarskim. Ludzie korzystali z wielu biotechnologii, nie znając ich podstaw teoretycznych. Za przykład niech posłuży fermentacja mlekowa, octowa czy alkoholowa. Przez tysiąclecia wykorzystywane były praktycznie procesy mikrobiologiczne przy kwaszeniu mleka i produkcji przetworów mlecznych, piwa oraz wina lub w garbowaniu skór. Natomiast samo słowo biotechnologia po raz pierwszy zostało użyte w 1917 r. na określenie powstawania na dużą skalę produktów wytworzonych przez mikroorganizmy rosnące w kadzi fermentacyjnej. Obecnie znacznie powiększyła się ilość zagadnień rozwiązywanych przy współudziale biotechnologii. Współczesna biotechnologia korzysta z nowych metod badawczych (głównie inżynierii genetycznej), opracowanych w ostatnich dziesięcioleciach w dziedzinie biologii molekularnej. Badania w tym obszarze są ściśle związane z genetyką, biochemią oraz biofizyką.

Rozwój biotechnologii obserwuje się głównie w trzech dziedzinach:
1) ochronie środowiska,
2) rolnictwie i przetwórstwie rolno-spożywczym,
3)farmacji i medycynie, przy czym każda z nich jest nierozerwalnie połączona z przemysłem chemicznym.

W ochronie środowiska biotechnologię stosuje się w procesach: biologicznego oczyszczania ścieków, biologicznej degradacji odpadów stałych i utylizacji odpadów, bioregeneracji gleb, bioregeneracji wód powierzchniowych i gruntowych, biometalurgii i bioługowaniu, biopaliwach, produkcji biogazu i oczyszczaniu gazów, oczyszczaniu wód i zapobieganiu eutrofizacji. Biotechnologia środowiska, wykorzystująca mikroorganizmy, rośliny wyższe i enzymy dla zachowania i poprawy jakości środowiska, jest najbardziej przyjazną, skuteczną i najtańszą technologią ochrony środowiska przyrodniczego. Procesy biotechnologiczne stanowią odwzorowanie naturalnych procesów samooczyszczania, zachodzących w glebie, wodach powierzchniowych czy powietrzu i są powszechnie stosowane do naprawy zdegradowanego środowiska. Dużym wyzwaniem dla biotechnologii środowiska jest likwidacja licznych skażeń substancjami organicznymi pochodzenia antropogennego. Są wśród nich związki szczególnie niebezpieczne i wysoce toksyczne;

węglowodory poliaromatyczne, aromatyczne związki polinitrowe, pestycydy chloroorganiczne, barwniki syntetyczne, środki do konserwacji drewna itp. Metody biotechnologiczne, w porównaniu z fizykochemicznymi, stanowią najbezpieczniejszą, najtańszą i najbardziej skuteczną metodę likwidacji tych skażeń. Rola biotechnologii w ochronie środowiska nie ogranicza się tylko do funkcji interwencyjnych, polegających na odtruwaniu już zanieczyszczonej przyrody, ale umożliwia zapobieganie zatruwaniu środowiska poprzez wykorzystanie alternatywnych źródeł energii: biogazu, etanolu, metanu, wodoru itp. Ponadto wspomaga ochronę gleb – dzięki biologicznym pestycydom skutecznie wypierającym bardzo toksyczne zabiegi chemicznej ochrony roślin, preparatom stymulującym denitryfikację gnojówki umożliwiającym najbardziej ekonomiczne i bezpieczne jej wykorzystanie w rolnictwie, bez obawy przeazotowania, a także biopreparatom i szczepionkom bakteryjnym, które mogą podnosić żyzność zdegradowanej gleby oraz stymulować procesy strukturotwórcze, podnosić zawartość próchnicy oraz udostępniać roślinom substancje mineralne ze skał i minerałów skałotwórczych. Użycie uzyskanych w procesie biotechnologicznym szczepionek bakteryjnych stymuluje oczyszczanie ścieków w profesjonalnych oczyszczalniach oraz przydomowych szambach.

Jedną z najnowszych gałęzi zastosowania biotechnologii jest wykorzystanie mikroorganizmów w przemyśle wydobywczym i hutniczym (biometalurgia) oraz w przetwórstwie paliw kopalnych (węgiel kamienny i ropa naftowa). Metody mikrobiologiczne, wykorzystujące właściwości wielu mikroorganizmów, są metodami ekonomicznie opłacalnymi i z powodzeniem zastępują drogie i pracochłonne metody konwencjonalne. Biogeochemiczne pozyskiwanie cennych pierwiastków ma charakter działania biotechnologicznego, w którym wykorzystując aktywność metaboliczną mikroorganizmów, pozyskuje się rozproszone w skałach i minerałach substancje chemiczne. Dzięki mikroorganizmom pozyskuje się też znaczne ilości miedzi, cynku, ołowiu, kobaltu, rtęci, molibdenu, cezu, uranu, złota, srebra, cyny i wielu innych metali. Z kolei ługowanie mikrobiologiczne jest techniką, która może w przyszłości nabrać istotnego znaczenia w pozyskiwaniu surowców metalurgicznych. Ważną cecha bioługowania jest bowiem brak zanieczyszczeń powietrza, które stanowią o uciążliwości klasycznych, termicznych metod metalurgii. Specyficznym zastosowaniem metod bioługowania jest odsiarczanie węgla. Również ropa naftowa może zawierać znaczne ilości siarczków, których usuniecie metodami konwencjonalnymi jest bardzo drogie.

Duże nadzieje wiąże biotechnologia z wykorzystaniem GMO w ochronie środowiska. Jest to związane z możliwością skonstruowania takich organizmów, które umożliwią obniżenie jakości środków ochrony roślin stosowanych w rolnictwie, obniżenie gazów cieplarnianych związanych z gospodarką rolną, stosowanie mniej odpadów w produkcji przemysłowej i farmaceutycznej, produkcję biodegradowalnych plastików w roślinach, wykorzystanie GMO w oczyszczalniach ścieków, jako odnawialnego źródła energii oraz jako organów pionierskich na terenach zdegradowanych. Przewiduje się, że w najbliższych latach biotechnologia będzie współdziałała z energetyką jądrową w eliminacji kryzysu paliwowego. Ponadto dalsze poznanie procesów symbiozy między drobnoustrojami a roślinami wyższymi będzie powodem spadku zużycia nawozów sztucznych o około dwóch trzecich w ciągu najbliższych 10-15 lat. Duże nadzieje wiążą też uczeni z możliwością wprowadzenia do produkcji biologicznie rozkładalnych tworzyw sztucznych, co ma duże znaczenie dla ochrony środowiska.

Cele stawiane przed biotechnologami w zakresie agrobiotechnologii to przede wszystkim kontrola chwastów i szkodników, odporność roślin na choroby wirusowe, grzyby i bakterie, tolerancja na stres powodowany przez zimno, ciepło, susze i nadmierne zasolenie gleby. Obecnie produkowane są biopreparaty z bakteriami genetycznie udoskonalonymi, np. mogącymi przemieszczać się w glebie do wnętrza tkanek roślin, gdzie żerują larwy szkodników. Inna ważna grupa mikroorganizmów stosowanych jako biopreparaty to owadobójcze grzyby. Ich zaletą jest to, że mają zdolność czynnego infekowania szkodników przez osłony ciała. Grzyby zmniejszają też płodność i żywotność owadów. Upowszechnienie organizmów zmienionych genetycznie pozwoli na zwiększenie produkcji, co ma ogromne znaczenie zwłaszcza w krajach rozwijających się. Można to osiągnąć wprowadzając zmiany genetyczne prowadzące do wyższego plonowania, umożliwiające uprawę w niekorzystnych warunkach glebowo-klimatycznych, a także likwidując spadek plonów będących efektem żerowania szkodników. Zmiany składu chemicznego roślin pozwalają na uproszczenie technologii przetwórczych. Korzyści płyną też z przedłużenia handlowej przydatności produktów rolnych. Zaawansowane są też badania nad transgenicznym tytoniem zdolnym do syntezy polimerów plastycznych mających służyć produkcji biodegradowalnych tworzyw oraz badania prowadzące do uzyskania z rzepaku oleju przydatnego do spalania w silnikach pojazdów mechanicznych.

Największe nadzieje wiąże się ponadto z wykorzystaniem GMO do produkcji biomateriałów i rekombinowanych białek. Prowadzi się też badania nad możliwością wykorzystania genetycznie modyfikowanych organizmów do produkcji leków i szczepionek. Rośliny modyfikowane genetycznie już w najbliższych latach będą źródłem przeciwciał i innych leków, których produkcja do tej pory wymagała wykorzystania zwierząt. Takie leki będą tańsze, trwalsze oraz łatwiejsze w transportowaniu i aplikacji pacjentom. Dostępne będą w skali globalnej, dzięki czemu można będzie zapobiegać wielkim epidemiom, szczególnie w krajach ubogich. Dzięki zmianom wprowadzanym w ich metabolizmie rośliny staną się źródłem witamin.

Wśród wielu zadań stojących przed ludzkością jednym z najważniejszych jest produkcja bezpiecznej żywności. Dla jednych wyjściem jest produkcja genetycznie modyfikowana (GMO), dla drugich powrót do gospodarki żywnościowej do korzeni, czyli produktu lokalnego, alternatywnego wobec globalnego przemysłu rolnego. W analizie znaczenia społecznego i gospodarczego żywności znajdują odbicie kwestie ekonomiczne. Są one odmienne w krajach zamożnych i krajach biednych, których ludność często głoduje. Od pewnego czasu prowadzone są próby wprowadzenia kilku nowych cech do roślin będących źródłem pożywienia w najuboższych rejonach ziemi. Do tej pory uzyskano ryż zdolny do produkcji beta-karotenu oraz odporny na najczęstsze choroby wirusowe. W odniesieniu do produkcji żywności celem biotechnologii jest poprawianie cech organoleptycznych produktów (koloru, smaku, zapachu), zawartości olejów, skrobi, cukrów, a także cech produkcyjnych roślin (np. opóźnienie dojrzewania). Równie ważne jest zapewnienie bezpieczeństwa i walorów zdrowotnych żywności.

Genetycznie modyfikowana żywność pojawiła się w handlu prawie dwadzieścia lat temu. Pierwszym produktem były pomidory Flar Savr o zwiększonej trwałości. Obecnie rośliny te uprawiane są w ponad dwudziestu krajach, głównie w Argentynie, Kanadzie, Brazylii i Chinach. Jednakże nauka nie posiada jeszcze dostatecznych dowodów czy rośliny modyfikowane genetycznie nie niosą zagrożeń. Tworzone są przecież organizmy niewystępujące w przyrodzie, co może stwarzać zagrożenie dla istniejących gatunków. Brak jest konkretnych długoletnich badań nad zdrowotnymi skutkami GMO dla ludzi i zwierząt. Badania prowadzone na zwierzętach karmionych zmodyfikowana soją i kukurydzą wskazują na znaczne uszkodzenie ważnych genów. Żywność genetycznie modyfikowana jest przedmiotem kontrowersji i sporów, które mają charakter polityczny, ekonomiczny, religijny i etyczny. Problem żywności GM jest problemem złożonym, stanowiąc jednocześnie miarę nieznanych wcześniej wyzwań i niepokojów, przed którymi stanęło społeczeństwo XXI wieku.
Zaskakuje nas nie tylko tempo odkryć naukowych, ale i szybkość z jaką są one wprowadzane w praktyce. Nowe, dynamicznie rozwijające się gałęzie przemysłu oparte między innymi na biotechnologii oraz medycyna i rolnictwo to dziedziny, gdzie kolejne nowinki genetyczne przekładają się na konkretne zyski. Na ogól nie mamy zaufania do uczonych, podejrzewając, że ich ciekawość badawcza jest silniejsza od odpowiedzialności. Jednocześnie nie chcemy zrezygnować z dobrodziejstw jakie ofiarowała nam i jakie obiecuje nauka. Biotechnologia to nadzieja na sukces w walce z głodem i wieloma chorobami dręczącymi ludność. Jednakże potencjalne zagrożenia wynikające z rozwoju biotechnologii są przedmiotem wielu obaw. Zagrożenia mogące powstać w trakcie rozwoju nowych preparatów dotyczą zarówno człowieka, jak i środowiska. Dotychczas nie doszło do żadnej krytycznej sytuacji, zagrażającej życiu ludzkiemu i naszemu środowisku, która byłaby wywołana badaniami i produkcją biotechnologiczną. Jest to wynikiem świadomych działań i dobrowolnego podporządkowania się uczonych surowemu reżimowi zasad bezpieczeństwa. Jest to niejednokrotnie związane z koniecznością rezygnacji z pewnych koncepcji i rozwiązań.

Bibliografia:
1. Barabasz W., Pikulicka A. Galus-Barchan A., Biotechnologia w ochronie środowiska. Aura 2013 nr 11.
2. Bednarski W., Reps A. (red.), Biotechnologia żywności. Warszawa 2001.
3. Bonenberg K., Lokalna gospodarka żywnościowa czy żywność genetycznie modyfikowana. Aura 2007.
4. Jaworska M., Mikrobiologiczne pestycydy. Aura 2003 nr 4
5. Twardowski T., Michalska A., Dylematy współczesnej biotechnologii z perspektywy biotechnologia i prawnika. Toruń 2000.
6. Wypijewski K., Kierunki zastosowań inżynierii genetycznej roślin. Biologia w Szkole 2001, nr 1

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here