Šta je biotehnologija?

Biotehnologija podrazumeva skup bioloških aktivnosti sa ciljem da se dobije određeni proizvod ili da se ostvari određeni proces. U konvenciji o biološkoj raznovrsnosti Ujedinjenih Nacija, biotehnologija se definiše kao “primena bioloških aktivnosti za dobijanje određenog proizvoda ili ostvarivanje određenog procesa ili bilo koju drugu tehnološku primenu koja koristi biološke sisteme, žive organizme ili njihove derivate za pravljenje ili modifikovanje proizvoda ili procesa za specifičnu primenu”.

U zavisnosti od primene, biotehnologija se često poistovećuje sa sličnim poljima, kao što su – bioinženjerstvo, biomedicinsko inženjerstvo, bioproizvodnja, molekularno inženjerstvo itd. Hemijsko društvo iz Amerike definiše biotehnologiju kao primenu bioloških organizama, sistema ili procesa koji su u sklopu raznih industrija, sa ciljem sticanja znanja o nauci o životu i radi povećanja vrednosti materijala i organizama. Evropska federacija za biotehnologiju definiše biotehnologiju kao integraciju prirodnih nauka i organizama.

Biotehnologija se deli na: tradicionalnu i savremenu biotehnologiju. Tradicionalna biotehnologija podrazumeva oplemenjivanje biljaka, korišćenje mikroorganizama u proizvodnji hrane i pića, preradu otpadnih voda, proizvodnju biogasa itd. Savremena biotehnologija ima za cilj ukazivanje i sprečavanje korišćenja biotehnologije u domenu u kome čovečanstvo mogu ugroziti. U savremenu biotehnologiju spadaju – genetički inženjering, kloniranje i inženjerstvo tkiva. Savremena biotehnologija teži tome, kako da racionalno iskoristi prednost koju pruža, a da se pri tom spreče potencijalne negativne posledice po čoveka i njegovu životnu sredinu. Tradicionalna biotehnologija od davnina postoji kao nauka koja je pomogla u razvoju određenih proizvoda od hrane (pekarski kvasac, vino, pivo, alkohol itd.). To se može uzeti i kao dobar i koristan aspekt biotehnologije. Međutim, savremena biotehnologija može imati koristan aspekt, naročito u oblasti medicine, izlečenju teških bolesti, ali mora strogo biti pod kontrolom, jer bi u suprotnom mogla ugroziti životinjski svet, kao i prirodu uopšte. Biotehnologija se bavi i istraživanjem i razvojem u laboratorijama, pri čemu koristi bioinformatiku za istraživanja, kao i ekspolataciju i produkciju iz bilo kog živog organizma, putem biohemijskog inženjerstva, pri čemu bioinženjerstvo podrazumeva primenu principa inženjerstva i prirodnih nauka na tkiva, molekule i ćelije.

Četiri glavne industrijske oblasti gde se primenjuje biotehnologija su – medicina, proizvodja useva za hranu, proizvodnja useva za druge svrhe (biljno gorivo, biogoriva itd.) i primena ekologije. Primena biotehnologije takođe obuhvata i recikliranje, tretiranje otpada, produkciju biološkog oružja i sl.

Biotehnologija je podeljena u više grana, među kojima su:

  • bioinformatika – bavi se biološkim problemima koristeći informacionu tehnologiju, čime omogućava brzu organizaciju i analizu bioloških podataka;
  • plava biotehnologija – bavi se opisivanjem morskih i vodenih primena biotehnologije;
  • zelena biotehnologija – bavi se poljoprivrednim procesima (na primer, selekcija biljki primenom mikropropagacije, dizajn transgenetskih biljaka itd);
  • crvena biotehnologija – bavi se medicinskim procesima (na primer, dizajn organizama da proizvode antibiotike);
  • bela biotehnologija (industrijska biotehnologija) – bavi se industrijskim procesima (na primer, dizajn organizama da proizvode korisne hemikalije, upotreba enzima kao industrijskih katalizatora itd.).

Istorija biotehnologije

Kao najraniji vid biotehnologije i biotehnoloških preduzeća smatra se, pre svega, kultivacija biljaka. Zahvaljujući ranoj biotehnologiji, poljoprivrednici su gajili najbolje useve, sa velikim obimom prinosa, da bi proizveli dovoljno hrane za populaciju. Samim tim što su pomenuta polja i usevi postajali veći i teži za održavanje, došlo se do otkrića da specifični organizmi mogu efikasno da nađubravaju, kontrolišu štetočine i obnavljaju azot. Poljoprivrednici su nesvesno menjali genetiku svojih useva (ukrštavali su biljke), što se smatra jednom od prvih koraka formiranja i nastanka biotehnologije. Ljudi su koristili biotehnologiju hiljadama godina unazad (u poljoprivredi, produkciji hrane i medicini). Termin biotehnologije se prvi put pominje još pre 1919. godine od strane mađarskog inženjera Karolja Erekija.

Fermentacija piva, takođe spada u proces rane biotehnologije, koja je otpočela u Mesopotamiji, Egiptu, Kini i Indiji, i do današnjeg dana se koriste iste osnove bioloških metoda. Pre Čarlsa Darvina, ljudi su ukrštali životinje i biljke, posle čega je Darvin tome kasnije dodao svoja naučna otkrića i sposobnost nauke da menja vrste. Ove Darvinove teze su doprinele razvoju poznate Darvinove Teorije prirodne selekcije.

Početkom XX veka, naučnici su se posvetili boljem razmatranju mikrobiologije i na osnovu toga istraživali su naučne proizvodnje određenih specifičnih produkata. Haim Vajcman je 1917. godine prvi počeo da koristi mikrobiološku kulturu u industriji proizvodnje kukuruznog skroba. On je koristio Clostridium acetobutylicum, lat., da bi prozveo aceton, koji je u Engleskoj bio dosta tražen za proizvodnju eksploziva, za vreme I svetskog rata.

Razvoju i primeni antibiotika je takođe biotehnologija bila od velike važnosti. Naime, Aleksandar Fleming je 1928. godine otkrio plesan Penicillium, koji je nakon prečišćavanja antibiotičkog jedinjenja koje je plesan stvarao, pravio današnji Penicilin. Tome su dosta pomogli Hauard Flori, Ernest Boris Čejn i Norman Hitli. Penicilin je od 1940. godine postao dostupan za upotrebu u medicinske svrhe.

Moderna biotehnologija je započeta 1971. godine, zahvaljujući Polu Bergu, koji je ispešno izveo eksperimente genetskog splajsovanja. 1972. godine, Herbert Bojer i Stanli Kohen su unapredili novu tehnologiju, uradivši transfer genetičkog materijala u bakterije, čime je stvorena mogućnost da se uneseni material može reprodukovati. Vrhovni sud Sjedinjenih Američkih Država je 16. juna 1980. godine, izneo odluku da se genetički modifikovani organizmi mogu patentirati (slučaj “Diamond v. Chakrabarty”). Krajem XX i početkom XXI veka, biotehnologija se širi i počinje da obuhvata i druge nauke ( genomika, tehnike rekombinovanja gena, imunologija i razvoj farmaceutskih terapija i dijagnostičkih testova).

U hronologiju usavršavanja biotehnoloških procedura (beleženo do 2001. godine), navode se sledeće godine kao najpoznatije:

  • 4000. god. p.n.e – pravljenje sira, piva i hleba upotrebom kvasca i bakterija Lactobacillus;
  • 3000. god. p.n.e – selekcija rastućeg krompira od strane Peruanskih Indijanaca;
  • 700. god. – proizvodnja sira Munster;
  • 800. god. – proizbodnja čaja primenom prirodne fermentacije (Japan);
  • 1500 god. – proizvodnja kiselog kupusa i jogurta pomoću korisnih bakterija;
  • 1554 god. – proizvodnja sira Camembert;
  • 1796. god. – proizvodnja McIntosheva jabuka;
  • 1807. god. – proizvodnja Boskove kruške;
  • 1835. god. – proizvodnja Worcesershire sosa (Engleska);
  • 1865. god. – Gregor Mendel temelji genetiku, kao podsticaj razvoju biotehnologije;
  • 1872. god. – proizvodnja kalifornijskih “Navel” pomorandži;
  • 1879. god. – William James Beal proizvodi prvi hibridni kukuruz;
  • 1917. god. – termin “biotehnologija” upotrebljen je za produkciju materijala iz mikrobnog vrenja (kvasca);
  • 1941. god. – A. Jost, danski mikrobiolog, upotrebio je termin “genetičko inženjerstvo”;
  • 1949. god. – proizvodnja lubenice bez semenki;
  • 1953. god. – Watson i Crick otkrili su duplo – spiralnu strukturu DNK i time proširili razvoj novih biotehnologija;
  • 1970. god. – Paul Berg, Stanly Cohen i Herbert Boyer su razvili način sečenja i splajsinga DNK – uvda;
  • 1982. god. – proizvodnja Escherichia coli sa ljudskim genom (za biosintezu insulina);
  • 1987. god. – prva realizacija kroz eksperimente transgenih organizama;
  • 1990. god. – otkriće Chy – Max himozina, prvog produkta rDNK tehnologije, koji je u SAD – u upotrebljen kao dodatak hrani;
  • 1993. god. – Monsanto je prodao goveđi somatotropin za povećanje proizvodnje kravljeg mleka;
  • 1994. god. – Calgene Inc. proizveo je genetički modifikovan paradajz (Flavr Savr);
  • 1998. god. – USFDA je odobrila prodaju Bt kukuruza i Roundup Ready uljane repice (za pravljenje Canola ulja);
  • 2001. god. – FDA je objavila proizvodnju genetički modifikovanog lososa.