Что такое биотехнология типы, примеры, отрасли и применение

Биотехнология — это применение биологических систем, которые обнаружены в организмах, или применение самих живых организмов для создания технологических достижений и адаптации таких технологий к разным областям. Они находят использование во многих областях, от сельскохозяйственной практики до медицинского сектора. Она в себя включает не только использование в областях, которые связаны с живым, но также и в любой иной области, где может быть применена информация, полученная из биологического аспекта организма.

Биотехнология особенно важна, когда говорится о разработке маленьких и химических инструментов, поскольку многие инструменты, применяемые биотехнологией, существуют на клеточном уровне. В попытке понять больше о биотехнологии, вот ее виды, варианты и сферы использования.

Источник: Canva

"Биотехнология — это технология, которая основана на биологии. Биотехнология применяет клеточные и биомолекулярные процессы для разработки технологий и продуктов, которые помогают улучшить нашу жизнь и здоровье нашей планеты. Мы применяем биологические процессы микроорганизмов уже больше 6 000 лет для изготовления полезных пищевых продуктов, например как хлеб и сыр, а еще для сохранения продуктов из молока."

Виды биотехнологий

1. Медицинская биотехнология

Медицинская биотехнология — это применение живых клеток и остальных клеточных материалов с целью улучшения человеческого здоровья. Прежде всего, она применяется для поиска лекарственных средств, а еще для избавления от заболеваний и их предупреждения.

Эта наука в себя включает применение данных инструментов для исследований с целью поиска разных или более прекрасных способов поддержания человеческого здоровья, понимания патогенов и биологии клеток человека.

Тут эта техника применяется для изготовления фармацевтических препаратов, а еще остальных веществ химии для борьбы с болезнями. Он включает изучение бактерий, растительных и животных клеток, чтобы сначала понять, как они функционируют на фундаментальном уровне.

Биотехнология и прогресс человечества

По большей части изучается ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), чтобы выяснить, как манипулировать генетическим составом клеток с целью увеличения производства полезных характеристик, которые могут быть полезны для человека, к примеру, производство инсулина.

Эта область обычно приводит к разработке новых лекарственных средств и методов лечения, новых для данной области.

Варианты медицинской биотехнологии

Вакцины

Вакцины — это химические вещества, которые активизируют иммуннитет организма для намного эффективной борьбы с патогенами, когда они атакуют организм. Они могут достигать этого путем введения аттенуированных (ослабленных) версий болезни в кровоток организма.

Это заставляет организм реагировать так, будто бы он подвергается атаке со стороны неаттенуированной версии болезни. Организм борется с ослабленными патогенами и, в ходе данного процесса, запоминает клеточную структуру патогенов и имеет некоторые клетки, которые "помнят" болезнь и хранят эти данные в организме.

Когда человек сталкивается с настоящим заболеванием, организм сразу же распознает его и быстро создает защиту против него, так как у него есть уже информация о нем. Это приводит к более быстрому выздоровлению и уменьшению длительности симптоматики.

Почему биотехнологии. Часть 1, сельское хозяйство

Аттенуированные возбудители заболеваний вынимаются при помощи биотехнологических методов, например как выращивание антигенных белков в генетически сконструированных культурах. Примером служит разработка противолимфомной вакцины с применением генно-инженерных растений табака, созданных для выделения РНК (вещество, сходное с ДНК) из злокачественных (активно раковых) В-клеток.

Антибиотики

Были достигнуты успехи в создании антибиотиков, которые борются с патогенами для человека. Многие растения выращиваются и генетически модифицируются для изготовления антител.

Данный метод более экономически продуктивен, чем применение клеток или извлечение антител из животных, поскольку растения могут делать эти антитела в огромных количествах.

2. Сельскохозяйственная биотехнология

Сельскохозяйственная биотехнология сконцентрирована на разработке генетически модифицированных растений для увеличения урожайности или привнесения в эти растения характеристик, которые дают им преимущество при выращивании в регионах, подвергающих растение конкретным стрессовым факторам, а конкретно погоде и вредителям.

В большинстве случаев ученые определяют характеристику, находят ген, который ее вызывает, и потом помещают этот ген в иное растение, чтобы оно приобрело желаемую характеристику, делая его более выносливым или вынуждая его давать высокие урожаи, чем раньше.

Варианты сельскохозяйственной биотехнологии

Культуры, стойкие к вредителям

Биотехнология позволила создать культуры, которые настоящим образом показывают собственные свойства против вредителей, что выполняет их особо стойкими к вредителям, в отличии от необходимости регулярно вытирать их от пыли и обрызгивать пестицидами. Примером служит гриб Bacillus thuringiensis перенос генов на сельскохозяйственные культуры.

Причина такова, что грибок производит белок (Bt), который наиболее эффективен против подобных вредителей, как европейский кукурузный буревестник. Белок Bt — это желаемая характеристика, которой ученые хотели бы наделить растения, и благодаря этому они идентифицировали ген, вызывающий экспрессию белка Bt в грибке, и перенесли его в кукурузу.

Потом кукуруза производит протеиновый токсин настоящим путем, снижая себестоимость изделия за счёт отсутствия затрат на обработку посевов пестицидами.

Селекция растений и животных

Селекционная селекция — это практика, которой люди занимаются с той поры, как появилось земледелие. Эта практика в себя включает отбор животных с наиболее желательными параметрами для скрещивания между собой, чтобы полученное потомство также проявляло такие характеристики.

Желательные характеристики включали очень крупных животных, животных, более устойчивых к болезням, и больше животных живущих дома — все это было направлено на то, чтобы сделать процесс разведения как можно более прибыльным.

Эта практика была перенесена на молекулярный уровень с той же целью. Среди животных отбираются разные признаки, и после того, как генетические маркеры определили, животные и растения с этими признаками отбираются и разводятся для передачи таких признаков.

Геномное понимание таких признаков — это то, что даёт информацию для принятия решений о том, будут ли желаемые признаки возникать или потеряются как рецессивные признаки, которые не появляются.

Такая информация обеспечивает основу для принятия обоснованных решений, повышая способность ученых предвещать экспрессию таких генов. Примером служит его применение в цветоводстве, где усиливаются такие признаки, как цвет и запах.

3. Промышленная биотехнология

Промышленная биотехнология — это использование биотехнологии в промышленных целях, которые также включают промышленную ферментацию. Используя методы современнейшей молекулярной биологии, она увеличивает результативность и уменьшает многостороннее действие на внешнюю среду промышленных процессов, включая бумажную и целлюлозную промышленность, химическое производство и текстильную промышленность.

Она в себя включает практику применения клеток, например как микроорганизмы, или элементов клеток, например как ферменты, для получения продуктов в подобных промышленно полезных сферах, как производство пищевых продуктов и кормов, химикатов, средств для мытья, бумаги и целлюлозы, текстиля, биологического топлива и биогаза.

В текущем десятилетии был достигнут существенный прогресс в создании генетически модифицированных организмов (ГМО), которые увеличивают многообразие сфер применения и увеличивают экономическую способность к жизни промышленной биотехнологии.

Она также активно продвигается по направлению снижения выбросов тепличных газов благодаря применению возобновляемого сырья для изготовления разных веществ химии и топлива и отхода от экономики, основанной на нефтехимии.

Варианты промышленной биотехнологии

Биокатализаторы

Промышленные биотехнологические компании разработали биокатализаторы, например ферменты, для синтеза веществ химии. Ферменты — это белки, вырабатываемые всеми организмами. Нужный фермент может быть выполнен в коммерческих количествах при помощи биотехнологии.

Ферментация

Сахар растений может быть ферментирован до кислоты, которая потом может быть применена в качестве промежуточного продукта для изготовления другого сырья на основе химии для самых разных продуктов. Некоторые растения, например кукуруза, могут применяться вместо нефти для изготовления веществ химии.

Микроорганизмы

Микроорганизмы находят использование в химическом производстве для разработки и изготовления новых пластиковых тканей и разработки новых устойчивых источников энергии, например как биологическое топливо.

4. Экологическая биотехнология

Экологическая биотехнология — это технология, применяемая для переработки отходов и устранения загрязнения внешней среды, которая дает возможность более эффективно чистить многие отходы если сравнивать с обычными методами и существенно сделать меньше нашу зависимость от методов утилизации отходов на суше.

Каждый организм потребляет питательные вещества, чтобы жить, и в результате производит побочные продукты. Но различным организмам необходимы различные типы питательных веществ. Некоторые бактерии также питаются химическими элементами отходов.

Инженеры-экологи вводят питательные вещества, чтобы активизировать активность бактерий, уже имеющихся в почве на месте захоронения отходов, или добавляют в грунт новые бактерии. Бактерии помогают переваривать отходы непосредственно на месте, преобразовывая их в неопасные побочные продукты.

После использования отходов бактерии либо отмирают, либо возвращаются к собственному нормальному уровню популяции во внешней среде. Бывают ситуации, когда побочные продукты микроорганизмов, борющихся с загрязнением, сами по себе полезны.

Варианты экологической биотехнологии

Биоремедиация

Биоремедиация относится к использованию биотехнических методов, которые помогают в создании ферментных биореакторов, разрешающих не только заранее обрабатывать некоторые компоненты промышленных и отходов пищи, но и успешно удалять их через канализацию без применения механизмов утилизации твёрдых отходов.

Источник: Canva

Цветовая классификация отраслей биотехнологии

Золотая биотехнология или биоинформатика, именуемая вычислительная биология и может быть определена как "концептуализация биологии" для решения биологических проблем с применением вычислительных методов и выполняет возможным быструю организацию, а еще анализ биологических данных.

Красная биотехнология (биофарма) относится к медицине и ветеринарии. Она поможет в создании новых лекарственных средств, регенеративной терапии, производстве вакцин и антибиотиков, методов молекулярной диагностики и генной инженерии для лечения болезней при помощи генетических действий.

Белая биотехнология черпает вдохновение в промышленных биотехнологиях для разработки более энергосберегающих, менее загрязняющих внешнюю среду и потребляющих мало ресурсов процессов и продуктов, которые могут превзойти классические.

Жёлтая биотехнология связана с применением биотехнологий в производстве пищевых продуктов, к примеру, во время изготовления вина, сыра и пива путем ферментации.

Серая биотехнология относится к экологическим приложениям для поддерживания биоразнообразия и удаления опасных веществ с применением микроорганизмов и растений для изолирования и утилизации большинства видов веществ, например как тяжелые металлы и углеводороды.

Зеленая биотехнология делает акцент на сельскохозяйственной деятельности, которое в себя включает создание новых сортов растений, представляющих сельскохозяйственный интерес, биопестицидов и биоудобрений.

Эта область биотехнологии основана исключительно на трансгенике (генетической вариации), т.е.e., введение в ДНК дополнительного гена или генов. Дополнительный ген может происходить из того же или иного вида.

Синяя биотехнология основывается на применении морских ресурсов для создания продуктов и приложений в потенциально большом спектре отраслей, которые могут получить выгоду от применения данного вида биотехнологии.

Фиолетовая биотехнология рассматривает правовые, этические и философские вопросы, которые связаны с биотехнологией.

Темные биотехнологии связаны с биотерроризмом или биологическим оружием и биовойнами, применяющими микроорганизмы и токсины для вызывания заболеваний и смерти у людей, животных живущих дома и культур сельского хозяйства.

Использование биотехнологии

1. Добавление питательных веществ

Самым из довольно важных применений биотехнологии считается вливание питательных веществ в пищу в подобных ситуациях, как помощь. Таким образом, она обеспечивает пищу тяжёлыми питательными веществами, которые нужны в подобных обстоятельствах.

Примером такого использования считается производство золотого риса где в рис добавляют бета-каротин. Рис содержит витамин А, который организм может быстро синтезировать.

2. Стойкость к абиотическим стрессам

В действительности на Земля довольно мало пахотной земли, по некоторым оценкам, около 20 процентов. С увеличением численности населения планеты появляется потребность в том, чтобы имеющиеся источники продовольствия были как можно очень эффектными, чтобы делать чем побольше пищевых продуктов на как можно небольшой площади. Также нужно, чтобы выращиваемые культуры позволяли применять менее пахотные регионы мира.

Это значит, что нужно разрабатывать культуры, которые способны справиться с подобными абиотическими стрессами, как засоленность, засуха и заморозки от холода.

К примеру, в Африке и на Ближнем Востоке, где климат может быть неумолимым, эта практика сыграла ключевую роль в развитии культур, которые могут держать доминирующие суровые условия климата.

3. Промышленная биотехнология

Промышленная биотехнология — это использование биотехнологии, начиная от производства клеточных структур и завершая производством биологических элементов для многих целей.

Варианты включают создание современных и качественных материалов в индустрии строительства, производство пива и вина, стиральных порошков и средств индивидуальной гигиены.

4. Надёжность волокон

Одним из материалов с самой большой прочностью на разрыв считается паутина. Среди прочих материалов с одинаковой шириной поперечного сечения паутина может выдерживать большее растягивающее усилие до разрыва, чем даже сталь.

Этот шелк вызвал растущий интерес к возможному производству материалов из шелка, включая бронежилеты, например пуленепробиваемые курточки. Шелк применяется благодаря тому, что он крепче кевлара (материала, очень часто применяемого для производства бронежилетов).

Биотехнологические методы были употреблены для отбора генов, найденных в пауках, и их введения козам для изготовления белков шелка в их молоке.

Эта инициатива сильно облегчает производство, поскольку с козами намного легче обращаться, чем с пауками, а создание шелка через молоко также дает возможность сделать обработку и обработку намного намного удобной, чем работа с настоящими шелковыми нитками.

5. Биологическое топливо

Одно из наибольших применений биотехнологии — это сектор производства энергии. В связи с опасениями по поводу истощения мировых нефтяных запасов и связанного с этим воздействия на внешнюю среду, растет необходимость обезопасить будущее планеты путем поиска других экологично чистых источников топлива.

Основные методы селекции и биотехнологии | Биология 11 класс #9 | Инфоурок

Биотехнология позволяет это сделать благодаря подобным достижениям, как применение кукурузы для изготовления горючего топлива для двигателей автомобилей. Такие варианты топлива полезны для внешней среды, поскольку не делают тепличных газов.

6. Здравоохранение

Биотехнологии используются в здравоохранении при разрабатывании медицинских препаратов, которые оказалось непросто делать другими обычными способами из-за представлений чистоты.

7. Переработка продуктов для пищи

Метод ферментации с применением микробных организмов и их производных используется для изменения невкусного и очень легко портящегося сырья в съедобные и питьевые продукты и напитки, которые имеют более большой срок хранения.

8. Топливо из отходов

При помощи биоремедиации отходы могут быть преобразованы в биологическое топливо для работы генераторов. Микробы могут быть индуцированы для изготовления ферментов, нужных для превращения растительных и материалов из растений в строительные блоки для биоразлагаемых пластмасс.

Метан может быть получен из бактерий, разлагающих серный щелок, являющийся отходом бумажной промышленности. Полученный метан может быть применен в остальных промышленных процессах или в качестве топлива.

9. Товарные химикаты и специализированные химикаты

Они могут делаться при помощи биотехнологий. Классический химический синтез применяет часто нежелательные продукты, например HCl, и требует больших затрат энергии.

Производство тех же веществ химии можно сделать очень экономичным и экологично неопасным при помощи биокатализаторов. E.g., Акриламид полимерного класса.

10. Очень технологичная отделка тканей

Биотехнологии применяются в тканевой промышленности для отделочных работ тканей и одежды. Из биотехнологий получают хлопок, который теплее, крепче, стоек к сминанию и усадке, имеет улучшенное поглощение и удержание красителя, очень высокую впитываемость.

11. Протеазы для средств для мытья

Это важные компоненты современных средств для мытья, которые убирают протеиновые загрязнения и применяются для расщепления крахмала, белка и жирных кислот, присутствующих на стираемых вещах. В результате производства протеазы образуется биологическая масса, которая, со своей стороны, даёт полезный второстепенный продукт — органическое удобрение.

12. Раневые повязки

Она также используется при применении раневых повязок, покрытых хитозаном, он собой представляет сахар, обычно получаемый из панцирей креветок и крабов.