Biotehnologija je interdisciplinarna znanstvena grana koja koristi biološke sustave, organizme, stanice ili njihove dijelove kako bi se razvili proizvodi, usluge i procesi za poboljšanje ljudskog života i okoliša.
Ova grana znanosti kombinira biologiju, kemiju, genetiku, molekularnu biologiju, inženjerstvo i druge tehničke discipline kako bi istraživala, razvijala i primjenjivala biološke sustave u različitim područjima.
To je vrlo raznolika i dinamična disciplina koja igra ključnu ulogu u suvremenom društvu, pridonoseći napretku u raznim područjima, ali također izazivajući pitanja i rasprave o etičkim, regulatornim i sigurnosnim pitanjima vezanim uz primjenu bioloških sustava u industriji i medicini.
Ima mnoge primjene u raznim granama industrije i znanosti, a o kojim je primjenama riječ pročitajte u nastavku.
Povijest korištenja biotehnologije
Povijest biotehnologije seže unatrag tisućama godina. Ljudi su već u prapovijesti koristili biotehnologiju kroz procese poput fermentacije. Fermentacija se primjenjivala u proizvodnji hrane, kao što su kruh, vino i mliječni proizvodi, te u proizvodnji alkoholnih pića.
Razvoj biotehnologije u srednjem vijeku bio je povezan s farmaceutikom i medicinom. Biljke i prirodni ekstrakti koristili su se za liječenje bolesti i pripremu ljekovitih pripravaka.
U 19. stoljeću, Louis Pasteur i drugi znanstvenici postavili su temelje mikrobiologije i bakteriologije. Pasteur je otkrio važnost mikroorganizama u procesima fermentacije i razjasnio ulogu bakterija u proizvodnji hrane i pića.
20. stoljeće je donijelo revolucionarne promjene u biotehnologiji. Genetika je postala zasebna znanstvena disciplina, a otkriće strukture DNA omogućilo je razumijevanje nasljeđivanja i genetske raznolikosti.
Početak genetskog inženjeringa i rekombinantne DNA tehnologije 80-ih godina 20. stoljeća označio je ključni trenutak u razvoju biotehnologije. Znanstvenici su počeli manipulirati genima organizama kako bi stvarali GMO usjeve, proizvodili rekombinantne proteine i razvijali novu generaciju lijekova.
Danas se biotehnologija ubrzano razvija i ima sve veći utjecaj na medicinu, poljoprivredu, okoliš i energetiku. Tehnologije poput CRISPR-Cas9 omogućuju precizno uređivanje genoma, što ima značajne implikacije za liječenje genetskih bolesti i razvoj novih terapija.
Primjena biotehnologije u medicini
Biotehnologija ima veliku primjenu u medicini, što omogućuje razvoj inovativnih i naprednih terapija, dijagnostičkih testova i drugih medicinskih proizvoda. Danas i umjetna inteligencija intenzivno pomaže u primjeni biotehnologije u svijetu medicine jer je spašavanje života ipak visoko na listi prioriteta svjetskih stručnjaka.
Ona omogućuje genetsku terapiju, koja koristi modificirane genetske materijale kako bi se ispravili ili nadopunili geni koji su uzrokovali genetske bolesti. Primjerice, genetska terapija može se koristiti za liječenje nasljednih bolesti kao što je cistična fibroza ili hemofilija.
Također omogućuje proizvodnju rekombinantnih proteina, koji se koriste za liječenje različitih bolesti. Primjerice, inzulin za liječenje dijabetesa proizvodi se pomoću genetički modificiranih bakterija.
Biotehnologija omogućuje proizvodnju monoklonskih antitijela koja se koriste za liječenje raznih bolesti, uključujući različite vrste raka, autoimune bolesti i infektivne bolesti.
Razvoj cjepiva koristi biotehnološke tehnike kako bi se stvorila sigurna i učinkovita cjepiva za prevenciju zaraznih bolesti poput COVID-19, ospica, hepatitisa B i drugih, ali se pokazala ključnom za razvoj dijagnostičkih testova koji mogu brzo i precizno identificirati bolesti i infekcije. PCR testovi za COVID-19 su primjer takvih testova.
Biotehnologija se također koristi za razvoj terapija temeljenih na kloniranim stanicama, kao što su matične stanice, koje imaju potencijal da zamijene oštećene ili disfunkcionalne stanice u tijelu i potaknu regeneraciju tkiva.
Ovi primjeri samo su neki od mnogih načina na koje biotehnologija oblikuje medicinu i pruža inovativna rješenja za različite zdravstvene izazove.
Napredak u biotehnologiji nastavlja poboljšavati način na koji dijagnosticiramo, liječimo i preveniramo bolesti, što potiče nadu za buduće medicinske inovacije.
Biotehnologija i poljoprivreda
Biotehnologija ima značajnu primjenu i u poljoprivredi, a među njima je najpoznatiji uzgoj GMO, genetski modificiranih organizama.
Biotehnologija omogućuje genetsko modificiranje biljaka kako bi se unijele željene karakteristike poput otpornosti na štetnike, bolesti ili nepovoljne vremenske uvjete. Primjerice, GMO usjevi kao što su genetski modificirana soja, kukuruz i pamuk postali su široko korišteni u poljoprivredi.
Ona pomaže u bržem i preciznijem selekcioniranju i uzgoju biljaka i životinja s poželjnim osobinama, kao što su veći prinosi, bolja nutritivna vrijednost ili otpornost na bolesti.
Biotehnologija se koristi za razvoj bioloških pesticida koji koriste prirodne organizme kao što su bakterije, gljivice i virusi kako bi se kontrolirali štetnici i smanjila uporaba kemikalija u poljoprivredi.
Također pomaže u razvoju brzih i pouzdanih dijagnostičkih testova za otkrivanje bolesti biljaka, omogućujući ranu intervenciju i sprječavanje širenja bolesti.
Primjena biotehnologije u poljoprivredi ima potencijal za poboljšanje produktivnosti, održivosti i otpornosti poljoprivrednih sustava, doprinoseći tako rješavanju izazova globalne prehrambene sigurnosti.
Međutim, važno je pažljivo razmotriti sigurnosne i ekološke aspekte kako bi se osiguralo da se ovi napredci primjenjuju odgovorno i etički.
Biotehnologija i primjena u okolišu
Biotehnologija također ima važnu primjenu u očuvanju i zaštiti okoliša. Omogućuje razvoj inovativnih rješenja za tretiranje otpada, biodegradaciju zagađenja, pročišćavanje vode, smanjenje onečišćenja i očuvanje biodiverziteta.
Koristi se za bioremedijaciju, proces korištenja mikroorganizama, biljaka ili enzima za uklanjanje ili neutralizaciju različitih onečišćivala iz tla, vode i zraka. Na primjer, bakterije koje su u stanju razgraditi štetne kemikalije koriste se za čišćenje tla zagađenog industrijskim otpadom.
Biotehnologija se primjenjuje u obradi otpada kako bi se smanjila količina otpada koja završava na odlagalištima i smanjilo onečišćenje. Mikroorganizmi se koriste za kompostiranje organskog otpada, pretvarajući ga u korisno gnojivo.
Razvijaju se biotehnološki senzori koji koriste žive organizme ili njihove dijelove kako bi detektirali i signalizirali prisutnost zagađenja u zraku, vodi ili tlu. To omogućuje rano otkrivanje onečišćenja i brzu reakciju na potencijalne opasnosti.
Biotehnologija se koristi i za proizvodnju biogoriva iz obnovljivih izvora poput biljaka i algi. Procesi fermentacije i pretvorbe biomase u biogoriva doprinose smanjenju emisija stakleničkih plinova.
Ona se također primjenjuje u konzervaciji ugroženih biljnih i životinjskih vrsta, uključujući tehnike umjetne oplodnje, kloniranje i očuvanje genetske raznolikosti.
Biotehnološki postupci koriste mikroorganizme za pročišćavanje otpadnih voda, uklanjajući različite onečišćujuće tvari i patogene mikroorganizme.
Primjena biotehnologije u okolišu može pružiti održive i ekološki prihvatljive metode rješavanja problema vezanih uz zagađenje i očuvanje okoliša. Ova područja istraživanja i primjene nastavljaju se razvijati kako bismo bolje razumjeli i djelovali na zaštitu našeg okoliša za buduće generacije.
Biotehnologija i prehrambena industrija
Biotehnologija ima značajnu primjenu i u prehrambenoj industriji, pružajući različite tehnike i inovacije koje poboljšavaju proizvodnju hrane, očuvaju hranjivu vrijednost i pomažu u stvaranju novih prehrambenih proizvoda.
Koristi se u fermentaciji za proizvodnju raznih prehrambenih proizvoda. Na primjer, kvasci se koriste za fermentaciju tijesta kako bi se dobili kruh, a bakterije se koriste za fermentaciju mlijeka kako bi se proizvele jogurt i drugi mliječni proizvodi.
Biotehnologija omogućuje proizvodnju probiotika, živih mikroorganizama koji imaju koristi za probavni sustav i imunitet. Probiotici se dodaju u jogurte, mliječne napitke i prehrambene dodatke kako bi poboljšali probavu i zdravlje crijeva.
Proizvodnja enzima pomoću biotehnologije poboljšava procese prerade hrane. Enzimi se koriste za razgradnju škroba u šećerima, razgradnju proteina u aminokiseline i poboljšanje teksture i okusa proizvoda.
Biotehnologija se koristi za stvaranje genetski modificiranih usjeva koji imaju poboljšane karakteristike, poput otpornosti na bolesti, štetnike ili nepovoljne uvjete, ali i za poboljšanje nutritivne vrijednosti hrane, posebno uvođenjem većih količina vitamina, minerala i drugih hranjivih tvari u usjeve.
Također se koristi za proizvodnju prirodnih aditiva i sredstava za poboljšanje okusa, poput arome vanilije koja se dobiva iz fermentacije biljaka.
Osim toga koristi se za razvoj brzih dijagnostičkih testova koji mogu identificirati patogene i kontaminante u hrani, pomažući u očuvanju prehrambene sigurnosti.
Biotehnologija u energetici
Biotehnologija ima nekoliko važnih primjena u energetici, posebno u proizvodnji biogoriva i drugih obnovljivih izvora energije.
Koristi se za proizvodnju biogoriva iz biomase, kao što su biljke, alge ili ostaci poljoprivrednih i šumskih kultura. Na primjer, etanol se može proizvesti fermentacijom šećera i škroba iz biljaka poput kukuruza, šećerne trske ili celuloze iz drvnih materijala.
Mikroorganizmi se koriste za razgradnju organskog materijala u anaerobnim uvjetima kako bi se proizvela bioplina, koji može biti korišten kao izvor energije.
Dodatno se koristi i za optimizaciju uzgoja brzorastućih biljaka i algi koje se koriste kao biomasa za proizvodnju energije.
Bakterije se koriste u biogorivnim ćelijama za proizvodnju električne energije putem elektrokemijskih procesa, što omogućuje proizvodnju energije iz organskog otpada.
Koristi se i za razvoj mikroorganizama koji mogu proizvoditi bioplastiku, koja se razgrađuje brže i ima manji negativni utjecaj na okoliš od tradicionalnih plastika dobivenih iz nafte.
Ove primjene biotehnologije u energetici doprinose smanjenju emisija stakleničkih plinova, održivijem korištenju resursa i diversifikaciji izvora energije.
Korištenje biogoriva i drugih obnovljivih izvora energije pomaže u smanjenju ovisnosti o fosilnim gorivima i doprinosi borbi protiv klimatskih promjena.
Primjena biotehnologije u forenzici
Biotehnologija ima ključnu primjenu u forenzici, posebno u identifikaciji, analizi i razumijevanju bioloških tragova koji se nalaze na mjestima zločina ili u pravosudnim istragama.
Biotehnologija omogućuje analizu DNK uzoraka prikupljenih s mjesta zločina ili s tijela žrtve. DNK analiza uspoređuje genetske profile iz uzoraka kako bi se utvrdila identifikacija osumnjičenih ili identificirale žrtve.
Koristi se za analizu kostiju i drugih skeletnih ostataka kako bi se identificirale osobe koje su nestale ili bile žrtve nasilnih zločina.
Biotehnologija se koristi za analizu insekata koji se nalaze na mjestima zločina, što može pružiti informacije o vremenu smrti žrtve.
Također se koristi za analizu bioloških uzoraka kako bi se otkrili tragovi toksičnih tvari u tijelu žrtava ili osumnjičenih i za analizu biljnih ostataka na mjestima zločina kako bi se dobile informacije o okolišu i vremenskim uvjetima povezanim s događajem.
Važna je i za identifikaciju mikroorganizama koji se nalaze na mjestima zločina i mogu biti korisni u razumijevanju okolnosti ili uzroka smrti.
Ona također omogućuje analizu DNK kako bi se utvrdilo očinstvo i utvrdila rodbinska veza između osoba uključenih u istraživanje.
Često se koristi za analizu DNK uzoraka prikupljenih s mjesta prirodnih katastrofa ili masovnih nesreća kako bi se identificirale žrtve.
Ove primjene biotehnologije u forenzici imaju ključnu ulogu u rješavanju kriminalnih istraga, pružanju pravde žrtvama i njihovim obiteljima te osiguranju točnih i pouzdanih dokaza u pravosudnom sustavu.
Koji su etički aspekti biotehnologije i koju odgovornost snose korisnici biotehnologije?
Etički aspekti biotehnologije odnose se na pitanja vezana uz moralnost i društvenu odgovornost primjene bioloških tehnologija.
S jedne strane, biotehnologija donosi nevjerojatne mogućnosti za liječenje bolesti, povećanje poljoprivredne produktivnosti i rješavanje okolišnih problema.
Međutim, s druge strane, postavlja se pitanje etičnosti i odgovornosti u manipulaciji genima, genetskoj modifikaciji organizama i drugim tehnološkim intervencijama.
Jedan od ključnih etičkih izazova je pitanje genetskog inženjeringa i manipulacije ljudskim genomom. Mogućnost izmjene gena kod ljudi stvara mogućnost liječenja nasljednih bolesti, ali također otvara pitanja o stvaranju “dizajniranih” ljudi i promišljanje granica prihvatljivosti takvih intervencija.
Drugi etički problem leži u primjeni biotehnologije u poljoprivredi, posebno u korištenju GMO usjeva. Dok se GMO usjevi koriste za povećanje prinosa i otpornosti biljaka na bolesti i štetnike, postoje zabrinutosti oko mogućih negativnih utjecaja na okoliš i zdravlje.
Regulatorni aspekti biotehnologije odnose se na zakonodavstvo i regulativne mjere koje vlade i međunarodne organizacije primjenjuju kako bi nadzirale i kontrolirale primjenu biotehnologije.
Regulacija je od suštinske važnosti kako bi se osigurala sigurnost, odgovornost i transparentnost u primjeni biotehnologije.
U mnogim zemljama postoje agencije i tijela koja su odgovorna za regulaciju biotehnoloških proizvoda, uključujući lijekove, GMO usjeve i biološke dodatke hrani. Ova regulacija uključuje procjenu sigurnosti, učinkovitosti i etičke prihvatljivosti biotehnoloških proizvoda i postupaka.
Međutim, izazov je u održavanju koraka s brzim napretkom biotehnologije, što zahtijeva fleksibilnost i ažuriranje zakona i regulativa kako bi se odgovorilo na nove tehnološke izazove.
Odgovornost igra ključnu ulogu u biotehnološkom napretku. Znanstvenici, industrija i regulatorna tijela imaju važnu ulogu u osiguravanju sigurne primjene biotehnologije. Znanstvenici trebaju biti transparentni u svojim istraživanjima, dijeliti rezultate i provoditi etička procjena potencijalnih rizika.
Industrija mora preuzeti odgovornost za sigurnu proizvodnju i distribuciju biotehnoloških proizvoda, a regulatorna tijela moraju osigurati da regulacija prati znanstveni napredak i da je u interesu javnog zdravlja i okoliša.
Biotehnologija ima ogroman potencijal za poboljšanje naših života i rješavanje mnogih izazova s kojima se suočava društvo.
Međutim, kako bismo maksimizirali koristi od biotehnologije, važno je uzeti u obzir etičke i regulatorne aspekte, te osigurati odgovornost u znanstvenom napretku. Samo kroz pažljivo preispitivanje i odgovorno upravljanje možemo osigurati sigurnu i etičku primjenu biotehnologije za dobrobit svih.
