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7.24C: Biotechnologie in der Medizin - Biologie

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Von der Manipulation mutierter Gene bis hin zur erhöhten Resistenz gegen Krankheiten hat die Biotechnologie Fortschritte in der Medizin ermöglicht.

Lernziele

  • Nennen Sie Beispiele für die Anwendung der Biotechnologie in der Medizin.

Wichtige Punkte

  • Die Erforschung der Pharmakogenomik kann zur Entwicklung maßgeschneiderter Impfstoffe für den Menschen, genaueren Methoden zur Bestimmung der Arzneimitteldosierung, Verbesserungen bei der Entdeckung und Zulassung von Arzneimitteln sowie zur Entwicklung sichererer Impfstoffe führen.
  • Mittels moderner Biotechnologie können Medikamente einfacher und kostengünstiger hergestellt werden, da sie in größeren Mengen aus vorhandenen genetischen Quellen hergestellt werden können.
  • Die genetische Diagnose umfasst den Prozess der Untersuchung auf vermutete genetische Defekte, bevor eine Behandlung durch genetische Tests durchgeführt wird.
  • Bei der Gentherapie wird ein gutes Gen an einer zufälligen Stelle im Genom eingeführt, um die Heilung einer Krankheit zu unterstützen, die durch ein mutiertes Gen verursacht wird.

Schlüsselbegriffe

  • Gentherapie: eine von mehreren Therapien, bei denen Gene in die Zellen eines Patienten eingeschleust werden, um defekte zu ersetzen
  • Pharmakogenomik: die Erforschung von Genen, die für Enzyme kodieren, die Medikamente verstoffwechseln, und die Entwicklung maßgeschneiderter Medikamente, die an die genetische Ausstattung eines Individuums angepasst sind
  • Immunschwäche: eine Erschöpfung des natürlichen Immunsystems des Körpers oder eines Teils davon

Biotechnologie in der Medizin

Es ist leicht zu erkennen, wie Biotechnologie für medizinische Zwecke genutzt werden kann. Das Wissen um die genetische Ausstattung unserer Spezies, die genetischen Grundlagen von Erbkrankheiten und die Erfindung von Technologien zur Manipulation und Fixierung mutierter Gene bieten Methoden zur Behandlung der Krankheit.

Pharmakogenomik ist die Untersuchung, wie die genetische Vererbung eines Individuums die Reaktion seines Körpers auf Medikamente beeinflusst. Es ist ein geprägtes Wort, das sich aus den Wörtern „Pharmakologie“ und „Genomik“ ableitet. Es ist daher die Untersuchung der Beziehung zwischen Pharmazeutika und Genetik. Die Vision der Pharmakogenomik besteht darin, Medikamente zu entwickeln und herzustellen, die an die genetische Ausstattung jedes Menschen angepasst sind. Die Pharmakogenomik führt zu folgenden Vorteilen:

1. Entwicklung maßgeschneiderter Medikamente. Mithilfe der Pharmakogenomik können Pharmaunternehmen Medikamente entwickeln, die auf Proteinen, Enzymen und RNA-Molekülen basieren, die mit bestimmten Genen und Krankheiten in Verbindung gebracht werden. Diese maßgeschneiderten Medikamente versprechen nicht nur eine maximale therapeutische Wirkung, sondern auch eine Verringerung der Schädigung benachbarter gesunder Zellen.

2. Genauere Methoden zur Bestimmung geeigneter Arzneimitteldosierungen. Die Kenntnis der Genetik eines Patienten ermöglicht es Ärzten zu bestimmen, wie gut der Körper des Patienten ein Arzneimittel verarbeiten und verstoffwechseln kann. Dadurch wird der Wert des Arzneimittels maximiert und die Wahrscheinlichkeit einer Überdosierung verringert.

3. Verbesserungen im Arzneimittelforschungs- und Zulassungsverfahren. Mithilfe von Genom-Targets soll die Entdeckung potenzieller Therapien erleichtert werden. Gene werden mit zahlreichen Krankheiten und Störungen in Verbindung gebracht. Mit moderner Biotechnologie können diese Gene als Angriffspunkte für die Entwicklung wirksamer neuer Therapien genutzt werden, was den Prozess der Wirkstoffforschung deutlich verkürzen könnte.

4. Bessere Impfstoffe. Sicherere Impfstoffe können durch gentechnisch veränderte Organismen entwickelt und hergestellt werden. Diese Impfstoffe lösen die Immunantwort ohne die damit verbundenen Infektionsrisiken aus. Sie sind kostengünstig, stabil, leicht zu lagern und können so konstruiert werden, dass sie mehrere Erregerstämme gleichzeitig tragen.

Mit moderner Biotechnologie können bestehende Medikamente einfacher und kostengünstiger hergestellt werden. Die ersten gentechnisch veränderten Produkte waren Medikamente zur Bekämpfung menschlicher Krankheiten. 1978 verband Genentech ein Gen für Insulin mit einem Plasmidvektor und brachte das resultierende Gen in ein Bakterium namens Escherichia coli. Insulin, das häufig zur Behandlung von Diabetes eingesetzt wird, wurde früher aus Schafen und Schweinen gewonnen. Es war sehr teuer und löste oft unerwünschte allergische Reaktionen aus. Das resultierende gentechnisch veränderte Bakterium ermöglichte die kostengünstige Produktion großer Mengen Humaninsulin. Seitdem hat es die moderne Biotechnologie ermöglicht, das menschliche Wachstumshormon, Gerinnungsfaktoren für Bluter, Fruchtbarkeitsmedikamente, Erythropoietin und andere Medikamente einfacher und kostengünstiger herzustellen. Es wird erwartet, dass das genomische Wissen über die Gene, die an Krankheiten, Krankheitswegen und Wirkstoffreaktionsstellen beteiligt sind, zur Entdeckung Tausender neuer Ziele führen wird.

Gendiagnostik und Gentherapie

Der Prozess der Untersuchung auf vermutete genetische Defekte vor der Verabreichung einer Behandlung wird als genetische Diagnose durch genetische Tests bezeichnet. Abhängig von den Vererbungsmustern eines krankheitsverursachenden Gens wird Familienmitgliedern empfohlen, sich einer genetischen Untersuchung zu unterziehen. Die Behandlungspläne basieren auf den Erkenntnissen von Gentests, die die Krebsart bestimmen. Wenn der Krebs durch vererbte Genmutationen verursacht wird, wird auch anderen weiblichen Verwandten empfohlen, sich einer genetischen Untersuchung und einem regelmäßigen Screening auf Brustkrebs zu unterziehen. Gentests werden auch für Föten angeboten, um das Vorhandensein oder Fehlen von krankheitsverursachenden Genen in Familien mit bestimmten, schwächenden Krankheiten zu bestimmen.

Gentests beinhalten die direkte Untersuchung des DNA-Moleküls selbst. Ein Wissenschaftler scannt die DNA-Probe eines Patienten nach mutierten Sequenzen. Es gibt zwei Haupttypen von Gentests. Bei der ersten Art kann ein Forscher kurze DNA-Stücke entwerfen, deren Sequenzen zu den mutierten Sequenzen komplementär sind. Diese Sonden suchen ihr Komplement unter den Basenpaaren des Genoms eines Individuums. Wenn die mutierte Sequenz im Genom des Patienten vorhanden ist, bindet die Sonde daran und markiert die Mutation. Bei der zweiten Art kann ein Forscher den Gentest durchführen, indem er die Sequenz der DNA-Basen im Gen eines Patienten mit einer normalen Version des Gens vergleicht.

Die Gentherapie ist eine gentechnische Methode zur Heilung von Krankheiten. In seiner einfachsten Form beinhaltet es die Einführung eines guten Gens an einer zufälligen Stelle im Genom, um die Heilung einer Krankheit zu unterstützen, die durch ein mutiertes Gen verursacht wird. Das gute Gen wird normalerweise in erkrankte Zellen als Teil eines Vektors eingeführt, der von einem Virus übertragen wird, der die Wirtszelle infizieren und die fremde DNA liefern kann. Fortgeschrittenere Formen der Gentherapie versuchen, die Mutation an der ursprünglichen Stelle im Genom zu korrigieren, wie dies bei der Behandlung des schweren kombinierten Immundefekts (SCID) der Fall ist.


7.24C: Biotechnologie in der Medizin - Biologie

Basierend auf dem Studium der DNA analysiert die Genomik ganze Genome, während die Biotechnologie biologische Wirkstoffe für den technologischen Fortschritt verwendet.

Lernziele

Begründen Sie einen Überblick über das Gebiet der Biotechnologie

Die zentralen Thesen

Wichtige Punkte

  • Die Genomik umfasst die Untersuchung eines vollständigen Satzes von Genen, ihrer Nukleotidsequenz und -organisation sowie ihrer Wechselwirkungen innerhalb einer Art und mit anderen Arten.
  • Bei der DNA-Sequenzierung werden genomische Informationen verwendet, um Karten der DNA verschiedener Organismen zu erstellen.
  • Die Biotechnologie oder die Nutzung biologischer Wirkstoffe für den technologischen Fortschritt findet Anwendung in der Medizin, Landwirtschaft und Industrie, zu denen Prozesse wie die Fermentation und die Herstellung von Biokraftstoffen gehören.

Schlüsselbegriffe

  • Genomik: das Studium des kompletten Genoms eines Organismus
  • Sequenzierung: das Verfahren zur Bestimmung der Reihenfolge von Aminosäuren in der Polypeptidkette eines Proteins (Proteinsequenzierung) oder von Nukleotiden in einem DNA-Abschnitt, der ein Gen umfasst (Gensequenzierung)
  • Biotechnologie: die Verwendung lebender Organismen (insbesondere Mikroorganismen) in industriellen, landwirtschaftlichen, medizinischen und anderen technologischen Anwendungen

Die Erforschung von Nukleinsäuren begann mit der Entdeckung der DNA, ging über zur Erforschung von Genen und kleinen Fragmenten und hat sich nun auf dem Gebiet der Genomik explodiert. Genomik ist die Untersuchung ganzer Genome, einschließlich des vollständigen Satzes von Genen, ihrer Nukleotidsequenz und -organisation und ihrer Wechselwirkungen innerhalb einer Art und mit anderen Arten. Die Fortschritte in der Genomik wurden durch die DNA-Sequenzierungstechnologie ermöglicht. So wie die Informationstechnologie zu Google Maps geführt hat, die es Menschen ermöglichen, detaillierte Informationen über Standorte auf der ganzen Welt zu erhalten, werden genomische Informationen verwendet, um ähnliche Karten der DNA verschiedener Organismen zu erstellen. Diese Erkenntnisse haben Anthropologen geholfen, die menschliche Migration besser zu verstehen, und die Medizin durch die Kartierung humangenetischer Krankheiten unterstützt. Die Möglichkeiten, wie genomische Informationen zum wissenschaftlichen Verständnis beitragen können, sind vielfältig und wachsen schnell.

Genomik: In der Genomik wird die DNA verschiedener Organismen verglichen, wodurch Wissenschaftler Karten erstellen können, mit denen sie durch die DNA verschiedener Organismen navigieren können.

Ein weiteres sich schnell entwickelndes Feld, das DNA nutzt, ist die Biotechnologie. Dieses Gebiet beinhaltet die Verwendung biologischer Wirkstoffe für den technologischen Fortschritt. Die Biotechnologie wurde zur Züchtung von Nutztieren und Nutzpflanzen eingesetzt, lange bevor die wissenschaftlichen Grundlagen dieser Techniken verstanden wurden. Seit der Entdeckung der DNA-Struktur im Jahr 1953 ist das Gebiet der Biotechnologie sowohl durch akademische Forschung als auch durch private Unternehmen schnell gewachsen. Die Hauptanwendungsgebiete dieser Technologie liegen in der Medizin (Herstellung von Impfstoffen und Antibiotika) und in der Landwirtschaft (genetische Veränderung von Nutzpflanzen, z. B. zur Ertragssteigerung). Die Biotechnologie hat auch viele industrielle Anwendungen, wie die Fermentation, die Behandlung von Ölverschmutzungen und die Herstellung von Biokraftstoffen.


Wie hilft uns die Biotechnologie?

Satellitenbilder verdeutlichen die massiven Veränderungen, die die Menschheit an der Erdoberfläche vorgenommen hat: gerodete Wälder, massive Dämme und Stauseen, Millionen Kilometer Straßen. Wenn wir Satellitenbilder der mikroskopischen Welt machen könnten, wären die Auswirkungen der Biotechnologie nicht weniger offensichtlich. Der Großteil der Nahrung, die wir essen, stammt aus manipulierten Pflanzen, die – entweder durch moderne Technologie oder durch traditionellere künstliche Selektion – modifiziert werden, um ohne Pestizide zu wachsen, weniger Nährstoffe zu benötigen oder dem sich schnell ändernden Klima standzuhalten. Hersteller haben in vielen Konsumgütern wie Kunststoffen, Kosmetika und Kraftstoffen erdölbasierte Inhaltsstoffe durch Biomaterialien ersetzt. Ihr Waschmittel? Es enthält mit ziemlicher Sicherheit Biotechnologie . So auch fast alle Ihre Baumwollkleidung.

Aber die vielleicht größte Anwendung der Biotechnologie liegt in der menschlichen Gesundheit. Biotechnologie ist in unserem Leben schon vor unserer Geburt präsent, von der Fruchtbarkeitsunterstützung über das pränatale Screening bis hin zum Schwangerschaftstest zu Hause . Es begleitet uns durch die Kindheit, mit Impfungen und Antibiotika, die beide die Lebenserwartung drastisch verbessert haben. Die Biotechnologie steht hinter Blockbuster-Medikamenten zur Behandlung von Krebs und Herzerkrankungen und wird in der Spitzenforschung zur Heilung von Alzheimer und zur Umkehr des Alterns eingesetzt. Die Wissenschaftler hinter der Technologie namens CRISPR/Cas9 glauben, dass sie der Schlüssel zur sicheren Bearbeitung von DNA zur Heilung genetischer Krankheiten sein könnte. Und ein Unternehmen setzt darauf, dass Wartelisten für Organtransplantationen eliminiert werden können, indem menschliche Organe in chimären Schweinen gezüchtet werden.


10.2 Biotechnologie in Medizin und Landwirtschaft

Es ist leicht zu erkennen, wie Biotechnologie für medizinische Zwecke genutzt werden kann. Das Wissen um die genetische Ausstattung unserer Spezies, die genetischen Grundlagen von Erbkrankheiten und die Erfindung von Technologien zur Manipulation und Fixierung mutierter Gene bieten Methoden zur Behandlung von Krankheiten. Biotechnologie in der Landwirtschaft kann die Resistenz gegen Krankheiten, Schädlinge und Umweltstress verbessern, um sowohl den Ernteertrag als auch die Qualität zu verbessern.

Gendiagnostik und Gentherapie

Der Prozess der Untersuchung auf vermutete genetische Defekte vor der Verabreichung einer Behandlung wird als genetische Diagnose durch genetische Tests bezeichnet. In einigen Fällen, in denen eine genetische Krankheit in der Familie einer Person vorhanden ist, kann Familienmitgliedern empfohlen werden, sich einem Gentest zu unterziehen. Mutationen im BRCA Gene können die Wahrscheinlichkeit erhöhen, an Brust- und Eierstockkrebs bei Frauen und einigen anderen Krebsarten bei Frauen und Männern zu erkranken. Eine Frau mit Brustkrebs kann auf diese Mutationen untersucht werden. Wenn eine der Hochrisiko-Mutationen gefunden wird, möchten ihre weiblichen Verwandten möglicherweise auch auf diese bestimmte Mutation untersucht werden oder einfach wachsamer auf das Auftreten von Krebserkrankungen sein. Gentests werden auch für Föten (oder Embryonen mit In-vitro-Fertilisation) angeboten, um das Vorhandensein oder Fehlen von krankheitsverursachenden Genen in Familien mit bestimmten schwächenden Krankheiten zu bestimmen.

Konzepte in Aktion

Sehen Sie, wie menschliche DNA für Zwecke wie Gentests extrahiert wird.

Gentherapie ist eine gentechnische Technik, die eines Tages zur Heilung bestimmter genetischer Krankheiten eingesetzt werden könnte. In seiner einfachsten Form beinhaltet es die Einführung eines nicht mutierten Gens an einer zufälligen Stelle im Genom, um eine Krankheit zu heilen, indem ein Protein ersetzt wird, das bei diesen Individuen aufgrund einer genetischen Mutation fehlen kann. Das nicht mutierte Gen wird normalerweise als Teil eines Vektors, der von einem Virus, wie einem Adenovirus, übertragen wird, in erkrankte Zellen eingebracht, der die Wirtszelle infizieren und die fremde DNA in das Genom der Zielzelle einschleusen kann (Abbildung 10.8). Bisher waren Gentherapien in erster Linie experimentelle Verfahren am Menschen. Einige dieser experimentellen Behandlungen waren erfolgreich, aber die Methoden können in Zukunft wichtig sein, da die Faktoren, die den Erfolg einschränken, beseitigt sind.

Produktion von Impfstoffen, Antibiotika und Hormonen

Traditionelle Impfstrategien verwenden abgeschwächte oder inaktive Formen von Mikroorganismen oder Viren, um das Immunsystem zu stimulieren. Moderne Techniken verwenden spezifische Gene von Mikroorganismen, die in Vektoren kloniert und in Bakterien massenproduziert werden, um große Mengen spezifischer Substanzen zur Stimulierung des Immunsystems herzustellen. Die Substanz wird dann als Impfstoff verwendet. In einigen Fällen, wie zum Beispiel beim Grippeimpfstoff H1N1, wurden aus dem Virus geklonte Gene verwendet, um die sich ständig ändernden Stämme dieses Virus zu bekämpfen.

Antibiotika töten Bakterien ab und werden auf natürliche Weise von Mikroorganismen wie Pilzen produziert. Penicillin ist vielleicht das bekannteste Beispiel. Antibiotika werden in großem Maßstab durch Kultivieren und Manipulieren von Pilzzellen hergestellt. Die Pilzzellen wurden typischerweise genetisch modifiziert, um die Ausbeuten der antibiotischen Verbindung zu verbessern.

Rekombinante DNA-Technologie wurde verwendet, um große Mengen des menschlichen Hormons Insulin in E coli bereits 1978. Bisher konnte Diabetes nur mit Schweineinsulin behandelt werden, das bei vielen Menschen aufgrund von Unterschieden im Insulinmolekül allergische Reaktionen auslöste. Darüber hinaus wird das menschliche Wachstumshormon (HGH) zur Behandlung von Wachstumsstörungen bei Kindern eingesetzt. Das HGH-Gen wurde aus einer cDNA-Bibliothek (komplementäre DNA) kloniert und in E coli Zellen durch Klonen in einen bakteriellen Vektor.

Transgene Tiere

Obwohl mehrere rekombinante Proteine, die in der Medizin verwendet werden, erfolgreich in Bakterien produziert werden, benötigen einige Proteine ​​einen eukaryotischen tierischen Wirt für die richtige Verarbeitung. Aus diesem Grund wurden Gene geklont und in Tieren wie Schafen, Ziegen, Hühnern und Mäusen exprimiert. Tiere, die modifiziert wurden, um rekombinante DNA zu exprimieren, werden als transgene Tiere bezeichnet (Abbildung 10.9).

Mehrere menschliche Proteine ​​werden in der Milch von transgenen Schafen und Ziegen exprimiert. In einem kommerziellen Beispiel hat die FDA ein Blut-Antikoagulans-Protein, das in der Milch von transgenen Ziegen produziert wird, zur Verwendung beim Menschen zugelassen. Mäuse wurden ausgiebig zur Expression und Untersuchung der Wirkungen rekombinanter Gene und Mutationen verwendet.

Transgene Pflanzen

Die Manipulation der DNA von Pflanzen (Herstellung von genetisch veränderten Organismen oder GVO) hat dazu beigetragen, wünschenswerte Eigenschaften wie Krankheitsresistenz, Herbizid- und Schädlingsresistenz, einen besseren Nährwert und eine bessere Haltbarkeit zu schaffen (Abbildung 10.10). Pflanzen sind die wichtigste Nahrungsquelle für die menschliche Bevölkerung. Landwirte entwickelten Wege, um Pflanzensorten mit wünschenswerten Eigenschaften auszuwählen, lange bevor moderne biotechnologische Praktiken etabliert wurden.

Transgene Pflanzen haben DNA von anderen Arten erhalten. Da sie einzigartige Kombinationen von Genen enthalten und nicht auf das Labor beschränkt sind, werden transgene Pflanzen und andere GVO von Regierungsbehörden genau überwacht, um sicherzustellen, dass sie für den menschlichen Verzehr geeignet sind und andere Pflanzen- und Tierarten nicht gefährden. Da sich Fremdgene auf andere Arten in der Umwelt ausbreiten können, insbesondere in Pollen und Samen von Pflanzen, sind umfangreiche Tests erforderlich, um die ökologische Stabilität zu gewährleisten. Grundnahrungsmittel wie Mais, Kartoffeln und Tomaten waren die ersten Nutzpflanzen, die gentechnisch verändert wurden.

Transformation von Pflanzen mit Agrobacterium tumefaciens

Bei Pflanzen durch das Bakterium verursachte Tumore Agrobacterium tumefaciens erfolgt durch die Übertragung von DNA vom Bakterium auf die Pflanze. Das künstliche Einbringen von DNA in Pflanzenzellen ist wegen der dicken Pflanzenzellwand schwieriger als in tierischen Zellen. Forscher nutzten den natürlichen DNA-Transfer von Agrobakterium an einen Pflanzenwirt, um DNA-Fragmente ihrer Wahl in Pflanzenwirte einzuführen. In der Natur sind die krankheitserregenden A. tumefaciens haben eine Reihe von Plasmiden, die Gene enthalten, die sich in das Genom der infizierten Pflanzenzelle integrieren. Forscher manipulieren die Plasmide, um das gewünschte DNA-Fragment zu tragen und es in das Pflanzengenom einzufügen.

Das organische Insektizid Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis (Bt) ist ein Bakterium, das Proteinkristalle produziert, die für viele Insektenarten, die sich von Pflanzen ernähren, giftig sind. Insekten, die Bt-Toxin gefressen haben, ernähren sich innerhalb weniger Stunden nicht mehr von den Pflanzen. Nachdem das Toxin im Darm der Insekten aktiviert wurde, tritt der Tod innerhalb weniger Tage ein. Die Kristalltoxin-Gene wurden aus dem Bakterium geklont und in Pflanzen eingeführt, sodass Pflanzen ihr eigenes kristallines Bt-Toxin produzieren können, das gegen Insekten wirkt. Bt-Toxin ist sicher für die Umwelt und für Säugetiere (einschließlich Menschen) ungiftig. Aus diesem Grund wurde es von Bio-Bauern als natürliches Insektizid zugelassen. Es gibt jedoch Bedenken, dass Insekten eine Resistenz gegen das Bt-Toxin entwickeln können, genauso wie Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln.

FlavrSavr Tomate

Die erste auf den Markt gebrachte GV-Pflanze war die 1994 produzierte FlavrSavr-Tomate. Molekulare Gentechnologie wurde verwendet, um den durch Pilzinfektionen verursachten Erweichungs- und Fäulnisprozess zu verlangsamen, was zu einer längeren Haltbarkeit der GV-Tomaten führte. Zusätzliche gentechnische Veränderungen verbesserten den Geschmack dieser Tomate. Die FlavrSavr-Tomate konnte sich aufgrund von Problemen bei der Pflege und beim Versand der Ernte nicht erfolgreich auf dem Markt behaupten.


Anwendungen der Biotechnologie

Die Biotechnologie ist ein Wissenschaftszweig, der sich mit der Nutzung von Technologien befasst, die auf der Biologie basieren und dann in der Landwirtschaft, Lebensmittelindustrie und medizinischen Anwendungen verwendet werden. Bei dieser Technik ist rekombinante DNA beteiligt. Rekombinante DNA bedeutet, dass diese fremde DNA ist und die gewünschten Eigenschaften hat, die wir in Organismen oder Pflanzenprodukten haben wollen. Es gibt verschiedene Anwendungen der Biotechnologie, wie die In-vitro-Fertilisation, um Pflanzen zu machen, die gegen äußere Faktoren resistent sind, und Tiere, die das gewünschte Gen haben, das wir wollen, damit sie für uns nützlich sind. Das genetische Material des Wirtsorganismus wird verändert und dies führt zu einer Veränderung des Phänotyps des Organismus. Es gibt verschiedene Anwendungen der Biotechnologie. Wir lernen die Anwendung der Biotechnologie in der Medizin und auch die Anwendung der Biotechnologie in der Medizin kennen. Nicht nur die Medizin, sondern die Biotechnologie findet auch in anderen Bereichen Anwendung. Wir lernen auch die Anwendungen der Biotechnologie im Gesundheitswesen und die Anwendung der Biotechnologie in der Industrie kennen.

Anwendung der Biotechnologie in der Medizin

Es gibt verschiedene Anwendungen der Biotechnologie in der Medizin. Diese rekombinanten DNA-Technologien haben enorme Auswirkungen auf das Gesundheitswesen und die Medizin. Die Vorteile rekombinanter Therapeutika sind:

Das ermöglicht die Massenproduktion von Medikamenten

Sie helfen dabei, sichere und wirksamere Medikamente herzustellen.

Die biotechnologisch entwickelten Medikamente zeigen keine immunologischen Reaktionen.

Weltweit sind 30 rekombinante Therapeutika zugelassen, davon 12 in Indien. Einige der in Indien zugelassenen Heilmittel sind:

Biopharmazeutika sind Medizinprodukte oder Arzneimittel, die durch den Einsatz von Biotechnologie hergestellt wurden. Hierzu zählen Proteine ​​und Nukleinsäuren. In Indien gibt es viele Möglichkeiten der medizinischen Biotechnologie. Die transgenen Mäuse wurden entwickelt, um die Sicherheit von Impfstoffen zu testen, bevor sie am Menschen eingesetzt werden. Diese Mäuse werden auch verwendet, um die Sicherheit des Polio-Impfstoffs zu testen. Transgene Tiere helfen uns auch zu verstehen, wie Gene zur Entstehung von Krankheiten beitragen. Diese transgenen Tiere werden als Modelle für unsere Studien verwendet. Diese transgenen Tiermodelle existieren für menschliche Krankheiten wie Krebs und Mukoviszidose. Transgene Tiere werden auch für chemische Sicherheitstests von Arzneimitteln verwendet. Diese Tierversuche ermöglichen es uns, die Ergebnisse in sehr kurzer Zeit zu erhalten.

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Rekombinantes Insulin

Dies ist eine der Anwendungen der Biotechnologie in der Medizin. Insulin ist ein Hormon, das von den Betazellen der Langerhans-Inseln produziert wird. Diese ist in der Bauchspeicheldrüse vorhanden. Dieses Hormon hilft bei der Kontrolle des Glukosespiegels im Blut. Der Mangel an Insulin führt zu einer Krankheit namens Diabetes mellitus. Insulin ist der Körper, der einen Mangel bekommen kann, wenn die Bauchspeicheldrüse die Produktion des Insulinhormons verringert. Dies ist manchmal genetisch bedingt und manchmal auf das Alter oder eine Verletzung der Bauchspeicheldrüse zurückzuführen. Um dieses Insulinmangelproblem zu kontrollieren, wird synthetisches Insulin durch Spritzen in den menschlichen Körper verabreicht. Dieses synthetische Insulin wird mit Hilfe der Biotechnologie hergestellt. Früher wurde es aus der Bauchspeicheldrüse von geschlachteten Schweinen und Rindern gewonnen. Aber jetzt wird es im Labor durch rekombinante DNA-Technologie hergestellt. Andere Anwendungen der Biotechnologie in der Medizin werden beim menschlichen Wachstumshormon gesehen. Dies wird auch als Somatotropin bezeichnet. Dieses Wachstumshormon wird vom Hypophysenvorderlappen ausgeschüttet. Dieses Hormon reguliert außerdem das Wachstum von zwei anderen Hormonen des Hypothalamus, dem Somatotropin-Releasing-Hormon und Somatostatin. Ersteres stimuliert den Hypophysenvorderlappen zur Freisetzung des Wachstumshormons, während letzteres die Sekretion des Wachstumshormons hemmt. Ein Mangel an einem der beiden oben genannten Hormone kann zu verschiedenen Krankheiten führen. Dieses Hormon wird also in den Labors durch den Einsatz der Biotechnologie synthetisiert. Dieses Hormon ist auch nützlich bei der Heilung von Verletzungen.

Anwendungen der Biotechnologie im Gesundheitswesen

Die Technologie der Gentherapie ist eine der Anwendungen der Biotechnologie im Gesundheitswesen. Die Gentherapietechnik ist nur eine Sammlung von Methoden, die es uns ermöglichen, einen bei einem Kind oder Embryo diagnostizierten Gendefekt zu korrigieren. Die Gene werden in den Körper des Verstorbenen eingebaut. Dieses Gen hilft dabei, die Funktion des defekten Gens zu übernehmen und gleicht so nicht funktionierende Gene aus. Es war im Jahr 1990, als die erste Gentherapie verabreicht wurde. Das Kind litt an ADA-Mangel. Diese Technik ist eine vorübergehende Heilung. Es kann als dauerhaftes Heilmittel eingesetzt werden, wenn die defekten Gene im Knochenmark ersetzt werden. Dies ist eine dauerhafte Heilung der Krankheit.

Industrielle Anwendungen

Der Bereich der Biotechnologie findet auch in der Industrie Anwendung. Es war im Jahr 2001, als zwei Wissenschaftler in Kanada die Spinnengene in die Zellen säugender Ziegen spleißen. Damit begannen die Ziegen, neben Milch auch Seide herzustellen. Diese Polymerstränge aus Seide wurden aus ihrer Milch gewonnen und dann zu einem Faden verwebt. Diese Polymerfäden können als leichtes, zähes und flexibles Material verwendet werden, das für militärische Zwecke und zur Herstellung von Tennisschlägersaiten verwendet werden kann. Durch den Einsatz biotechnologischer Techniken werden verschiedene Mikroorganismen manipuliert, um eine Vielzahl von Proteinen zu produzieren. Diese können bei der Beschleunigung industrieller chemischer Reaktionen helfen.

Anwendungsbereich der Biotechnologie

Hier werden wir den Umfang und die Bedeutung der Biotechnologie verstehen. Dieser Bereich der Biotechnologie ist in den letzten 10 Jahren exponentiell gewachsen. Bei der unglücklichen Corona-Krankheit hat uns dieser Bereich geholfen, Impfstoffe und auch Testkits für die Krankheit sicher zu entwickeln. Die transgenen Tiere und Pflanzen finden große Verwendung im täglichen Leben, da sie über die gewünschten Gene verfügen. Diese gewünschten Gene können den Pflanzen helfen, Umweltstress zu widerstehen und für die Tiere zwei oder verschiedene Arten von Produkten gleichzeitig herzustellen, wie wir oben gelesen haben, wo eine Ziege mithilfe rekombinanter DNA-Technologie zusammen Seide und Milch produzierte. Die Regierungen der Welt haben die Bedeutung dieses Bereichs erkannt und machen Fortschritte in den Labors ihrer jeweiligen Länder.


Biotechnologie ist die Anwendung des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts in den Biowissenschaften zur Entwicklung kommerzieller Produkte. Es ist eine forschungsorientierte Wissenschaft, die Biologie und Technik verbindet. Die Biotechnologie gilt als der nächste Vorreiter in der wissenschaftlichen Forschung.

Die Biotechnologie ist abhängig von den biologischen Wissenschaften, d. h. Biochemie, Zellbiologie, Molekularbiologie, Genetik, Mikrobiologie usw.

Weitere Biotechnologie umfasst Studien außerhalb der Biologie, die Fächer wie Informationstechnologie, Verfahrenstechnik, Bioverfahrenstechnik, Embryologie, Immunologie, Virologie, Gesundheit und Medizin, Landwirtschaft und Tierhaltung, Saatguttechnologie, Ökologie, Bodenkunde usw.

Anwendungen der Biotechnologie: Die Anwendungen der Biotechnologie finden sich hauptsächlich in industriellen Bereichen zum Wohle des Menschen und anderer lebender Organismen, einschließlich Gesundheitsversorgung, Pflanzenproduktion und Landwirtschaft, Verarbeitung von Non-Food-Artikeln, Tierhaltung, Abfallwirtschaft und Umweltanwendungen.

Aufstrebende Zweige der Biotechnologie: Nur wenige unter den verschiedenen Zweigen der Biotechnologie sind Bioinformatik, Blaue Biotechnologie, Grüne Biotechnologie, Rote Biotechnologie, Weiße Biotechnologie usw.
Biotechnologie in der Medizin: Die moderne Biotechnologie hat zu vollendeten Anwendungen in medizinischen Bereichen wie der pharmazeutischen Produktion, Pharmakogenomik, Gentherapie und Gentests beigetragen.

Berufsaussichten: Der Biotechnologiesektor in Indien ist einer der am schnellsten wachsenden Sektoren und spielt eine Schlüsselrolle bei der schnellen wirtschaftlichen Entwicklung Indiens. In Indien gibt es folgende Bereiche, die lukrative Beschäftigungsmöglichkeiten für Biotechnologie-Absolventen bieten: Forschung und Entwicklung, Zulassungsfragen, Arzneimittel- und pharmazeutische Forschung, öffentlich finanzierte Labors, Chemikalien, Maschinenbau und Verfahren, Umweltkontrolle, Abfallwirtschaft, Energie, Lebensmittelverarbeitung, Bio -Verarbeitende Industrien und Produktunterstützung.

Eine eigene Abteilung für Biotechnologie (DBT), die 1986 dem Ministerium für Wissenschaft und Technologie unterstellt war, hat der Entwicklung des Gebiets der modernen Biologie und Biotechnologie in Indien neue Impulse verliehen.


Biotechnologie

Biotechnology, Second Edition nähert sich der modernen Biotechnologie auf molekularer Basis, die aus dem zunehmenden biochemischen Verständnis der Genetik und Physiologie hervorgegangen ist. Mit einem einfachen, weniger technischen Jargon führen Clark und Pazdernik jedes Kapitel mit grundlegenden Konzepten ein, die sich zu spezifischeren und detaillierteren Anwendungen entwickeln. Dieser aktuelle Text deckt ein breites Themengebiet wie Forensik, Bioethik und Nanobiotechnologie mit farbenfrohen Illustrationen und prägnanten Anwendungen ab. Darüber hinaus integriert das Buch für jedes Kapitel aktuelle, relevante Primärforschungsartikel, die auf einer begleitenden Website präsentiert werden. Die Artikel demonstrieren Schlüsselkonzepte oder Anwendungen der im Kapitel vorgestellten Konzepte, was dem Leser ermöglicht zu sehen, wie das grundlegende Wissen in diesem Lehrbuch in die Primärforschung übergeht. Dieses Buch hilft den Lesern zu verstehen, was die molekulare Biotechnologie eigentlich als wissenschaftliche Disziplin ist, wie Forschung auf diesem Gebiet betrieben wird und wie sich diese Technologie auf die Zukunft auswirken kann.


3 beliebte Teilgebiete der Biotechnologie, auf die Sie sich spezialisieren können

Auf dem Gebiet der Biotechnologie tut sich heutzutage viel. Hier sind drei der heißesten Bereiche, in denen Sie studieren und arbeiten können.

Impfstoffentwicklung und -herstellung

Der Ausbruch des Coronavirus hat uns gezeigt, welche erschreckenden Auswirkungen verheerende Krankheiten auf die Gesellschaft haben können.

Der beste Weg, eine Pandemie auf Bevölkerungsebene zu heilen, besteht darin, einen Impfstoff zu entwickeln. Aber Impfstoffe sind nicht für jeden Mikroorganismus einfach zu entwickeln – schon gar nicht über Nacht. Und da die menschliche Bevölkerung zunimmt und mehr in Wildtiergebiete vordringt, sagen Experten voraus, dass die Häufigkeit von Pandemien in Zukunft zunehmen wird.

Diese Aussichten sind zwar beängstigend, aber zumindest gewährleisten sie die Arbeitsplatzsicherheit für Menschen mit Biotechnologie-Abschlüssen.

Die meisten der heute verfügbaren Medikamente wirken, indem sie den Gehalt an Chemikalien optimieren, die bereits in Ihrem Körper vorhanden sind. Aber was wäre, wenn Sie zur Quelle zurückkehren könnten – also zu Ihrem genetischen Code –, um diese Blaupausen anzupassen, um diese Chemikalien zu produzieren, ohne auf Medikamente angewiesen zu sein?

Das ist die Mission der Gentherapie. Angenommen, Ihre Bauchspeicheldrüse produziert kein Insulin und Sie entwickeln infolgedessen Diabetes. Anstatt Medikamente zu verabreichen, könnten Wissenschaftler versuchen, Ihre insulinproduzierenden Zellen neu zu verdrahten.

Die Gentherapie ist ein Teilgebiet, das viel sorgfältiger ethischer Überlegungen erfordert, jedoch nahezu grenzenlose Möglichkeiten bietet.

Eine weitere Folge unserer wachsenden Bevölkerung ist die Zunahme der Umweltverschmutzung. Aber was wäre, wenn wir Dinge entwickeln könnten, die diese Verschmutzung beseitigen – insbesondere mit Mikroorganismen?

Dieser Wissenschaftszweig, der als Bioremediation bekannt ist, steht vor einem großen Aufschwung. Mit dieser Technologie können wir verschmutzte und verlassene Minen säubern, Plastik im Meer abbauen und sogar Kohlendioxid aus den Abgasfahnen von Produktionsanlagen entfernen.

Wenn etwas gereinigt werden muss, besteht eine gute Chance, dass es einen Mikroorganismus gibt, der die Arbeit erledigen kann. Wir brauchen nur einen Biotechnologen, um es zuerst zu finden oder zu erstellen.


Top 9 Anwendungen der Biotechnologie | Biologie

Die folgenden Punkte heben die neun wichtigsten Anwendungen der Biotechnologie hervor. Die Anwendungen sind: 1. Gentechnisch veränderte Pflanzen 2. Genverändertes Essen 3. Nachhaltige Landwirtschaft 4. Krankheitsresistente Sorten 5. Einzelzellprotein (SCP) 6. Biopatent 7. Biopiraterie 8. Biowar 9. Bioethik.

Biotechnologie: Anwendung # 1. Gentechnisch veränderte Pflanzen:

Als transgene Pflanzen werden die Pflanzen bezeichnet, in die durch irgendwelche biotechnologischen Methoden, die in der Regel nicht in Pflanzen vorkommen, ein funktionelles Fremdgen eingebaut wurde. Eine transgene Kulturpflanze, die ein Transgen (d. h. ein funktionelles Fremdgen) enthält und exprimiert. Im Allgemeinen werden transgene Pflanzen als gentechnisch veränderte Pflanzen oder gentechnisch veränderte Pflanzen bezeichnet.

Die zur Produktion von transgenen Pflanzen verwendeten Techniken haben zwei große Vorteile.

(i) Jedes Gen (von einem beliebigen Organismus oder chemisch synthetisiert) kann als Transgen verwendet werden.

(ii) Die Veränderung des Genotyps kann bis zu einem gewissen Grad kontrolliert werden, da nur das Transgen in das Pflanzengenom hinzugefügt wird.

Im Gegensatz dazu können bei Züchtungsaktivitäten nur die Gene verwendet werden, die in solchen Arten vorhanden sind, die mit ihnen hybridisiert werden können. Darüber hinaus treten Veränderungen in all den Merkmalen auf, für die sich die bei der Hybridisierung verwendeten Eltern unterscheiden.

Wenn ein Transgen jedoch in das Genom eines Organismus eingeführt wird, kann es eines der folgenden Merkmale erreichen:

(i) Produziert das gewünschte Protein.

(ii) Produziert ein Protein, das selbst den gewünschten Phänotyp produziert.

(iii) Modifiziert einen bestehenden Biosyntheseweg, und daher wird ein neues Endprodukt erhalten.

Einige Beispiele seien hier genannt:

Hirudin ist beispielsweise ein Protein, das die Blutgerinnung verhindert. Das Hirudin kodierende Gen wurde chemisch synthetisiert. Danach wurde dieses Gen in Brassica napus transferiert, wo sich Hirudin in Samen anreichert. Jetzt wird das Hirudin gereinigt und medizinisch verwendet. Dabei ist das Transgenprodukt selbst das gewünschte Produkt.

Das andere Beispiel ist ein Bodenbakterium Bacillus thuringiensis, das ein Kristallprotein (Cry) produziert. Das Cry-Protein ist für Larven bestimmter Insekten giftig. Es gibt verschiedene Arten von Cry-Proteinen, von denen jede für eine andere Insektengruppe giftig ist. Das Cry-Protein kodierende Gen ist das Cry-Gen, das isoliert und in mehrere Nutzpflanzen übertragen wurde.

Eine Kulturpflanze, die ein Cry-Gen exprimiert, ist normalerweise resistent gegen die Gruppe von Insekten, für die das betreffende Cry-Protein toxisch ist. Dies ist ein Fall, bei dem das Transgenprodukt direkt für die Produktion des interessierenden Phänotyps verantwortlich ist. Hier ist bemerkenswert, dass die Symbole für ein Gen (cry) und für sein Proteinprodukt (Cry) gleich sind.

Transgensymbole mit Kleinbuchstaben werden jedoch kursiv (Cry) geschrieben, während der erste Buchstabe des Proteinsymbols groß geschrieben und in Roman (Cry) geschrieben wird.

Insektenresistente transgene Pflanzen:

Es wurde festgestellt, dass das Bt-Gen eines Bakteriums, Bacillus thruingiensis, die Toxine kodiert, die als Endotoxine bezeichnet werden und eine abtötende Wirkung auf bestimmte Schadinsekten haben. Diese Toxine sind von unterschiedlicher Art, wie Beta-Endotoxin und Delta-Endotoxin. Präparate des Bt-Gens in Pulverform sind auf dem Markt zur kommerziellen Verwendung verfügbar gemacht worden.

Der andere Ansatz war die Isolierung des Toxin-Gens Bt 2 aus Bacillus thruingiensis und seine Einführung in das Ti-DNA-Plasmid von Agrobacterium tumefaciens. Thus, Ti-plasmid mediated transformation of several plants has been done, e.g., tobacco, cotton, tomato, com, etc.

Tomato variety ‘Flavr Savr’ is an example where expression of a native tomato gene has been blocked. Expression of native gene can be blocked by several methods. For example, fruit softening is promoted by the enzyme polygalacturonase, which is responsible for degrading pectin. Production of polygalacturonase was blocked in the transgenic tomato variety ‘Flavr Savr’.

Hence, fruits of this tomato variety remain fresh and retain their flavour for a longer period in comparison of the fruits of normal tomato varieties. The fruits of this transgenic variety have a superior taste and increased total soluble solids.

Genetically modified crops (GM crops) are already in cultivation in advanced countries, such as U.S.A. and many European countries.

However, in India, some insect resistant cotton varieties expressing cry genes have reached onto farmers for cultivation.

It is thought, that transgenic crops may be harmful to the environment because of the following reasons:

(i) The transgene may be transferred through pollen from GM crops to their wild relatives and such a gene transfer may make the weeds more persistent and damaging. In such cases, transgenic crops should not be grown in close vicinity of their wild relatives.

(ii) The transgenic crops may themselves become persistent weeds.

(iii) In view of this, such crops may damage the environment in some mysterious manner. Investigations are on to check such menace.

Biotechnology: Application # 2. Genetically Modified Food:

(i) The food prepared from the produce of genetically modified crops (GM crops) is called genetically modified food (GM food).

(ii) The GM food differs from the food prepared from the produce of conventionally developed used during gene transfer by genetic engineering or recombinant technology.

(iii) GM food contains the antibiotic resistance gene itself

It has been argued that the above mentioned features of GM foods may be harmful and problem making if such foods are consumed.

These problems may be as follows:

(i) The transgene product (GM food) may cause toxicity and produce allergies.

(ii) The enzyme produced by the antibiotic resistance gene may cause allergies, as it is a foreign protein.

(iii) The bacteria present in the intestine of the humans may take up the antibiotic resistance gene that is present in the GM food. These bacteria will become resistant to the concerned antibiotic and become unmanageable.

The biotechnologists involved in the production of transgenic crops are aware of above mentioned aspects, and efforts are being made to use other genes in place of antibiotic resistance genes.

Ban on genetic food. It is a growing concern all over the world that the genetic food may pose risks to human health, ecology and the environment. However, it has forced the governments of many countries to rethink on introduction of such crop.

For the first time the European Commission’s Scientific Advisors have recommended that a genetically engineered potato be withheld from the market because they cannot guarantee its safety. The United States, the world’s biggest producers of genetically modified foods, has also threatened New Zealand to ban his genetically engineered foods.

Biotechnology: Application # 3. Sustainable Agriculture:

In modem days, in agricultural practices non-renewable resources are utilised which cause pollution. However, such practices cannot be continued indefinitely. This means, they are not sustainable.

Sustainable development may be defined in several ways. Sustainable agriculture primarily has renewable resources, which cause minimum pollution and maintain the optimum yield level.

Any such development which reduces the use of non-renewable resources, and level of pollution, will definitely enhance the sustainability of agriculture.

Biotechnology contributes in several ways for enhancement of the sustainability of agriculture. They are as follows:

The term ‘biofertilizers’ denotes all the ‘nutrient inputs of biological origin for plant growth’. However, micro-organisms employed to enhance the availability of nutrients like nitrogen, and phosphorus to crops are called biofertilizers.

As we know, nitrogen is available in atmosphere in high amount in the form of gas. It is converted into combined form of organic compounds by some prokaryotic micro-organisms through biological reactions.

The phenomenon of fixation of atmospheric nitrogen by biological means is known as ‘diazotrophy’ or ‘biological nitrogen fixation’ and these prokaryotes as ‘diazotrophs’ or ‘nitrogen fixers’ (nif). They may be in free living or in symbiotic forms.

Examples of nitrogen-fixing micro-organisms are bacteria and cyanobacteria (blue-green algae). Some of these micro-organisms are free-living, while others form symbiotic association with plant roots. Rhizobia form root nodules in leguminous crops, while cyanobacteria form symbiotic association with the pteridophyte Azolla.

On the other hand, insoluble forms of soil phosphorus are converted into soluble forms by certain micro-organisms. This makes the phosphorus available to the plants.

Phosphate is made soluble by some bacteria and by some fungi that form association with roots of higher plants. The fungus and plant root association is called mycorrhiza. Here the fungi absorb their food from the roots and in response are beneficial to the plants. The mycorrhiza may be external or internal.

The external mycorrhiza also called ‘ectophytic mycorrhiza’ are confined to the outer region of the roots, whereas the internal mycorrhiza are found deeply in the root cells. These fungi solubilise phosphorus, produce plant growth promoting substances and protect host plants from soil pathogens.

Biofertilizers make a low cost and easy technique and can be used by small farmers.

It is free from pollution hazards and increases soil fertility. Cyanobacteria secrete growth promoting substances, amino acids, proteins, vitamins, etc. They add sufficient amount of organic matter in soil.

Rhizobial biofertilizer can fix 50-150 kg N/ha/annum.

Azolla supplies N, increases organic matter and fertility in soil and shows tolerance against heavy metals.

The biofertilizers increase physico-chemical properties of soil, such as soil structure, texture, water holding capacity, etc.

The mycorrhizal biofertilizers make the host plants available with certain elements, increase longevity and surface area of roots, reduce plant response to soil stresses, and increase resistance in plants. In general, plant growth, survival and yield are increased.

However, extensive efforts are made to enhance the effectiveness and the contribution of biofertilizers to agricultural production.

Biopesticides are those biological agents which are used to control weeds, insects and pathogens. There is a vast majority of micro-organisms, such as viruses, bacteria, fungi, protozoa and mycoplasma known to kill the insect pests. The suitable preparations of such micro-organisms for control of insects are called ‘microbial insecticides’.

The microbial insecticides are non-hazardous, non-phytotoxic and selective in their action. Pathogenic micro­organisms which kill insects are viruses (DNA containing viruses), bacteria (e.g.. Bacillus thuringiensis), and fungi (e.g., Aspergillus, Fusarium, etc.). Now a day, some of the biopesticides are being used even at commercial scale.

Bacillus thuringiensis is a widely distributed soil bacterium, and can be isolated from soil, litters and dead insects. It is a spore forming bacterium and produces several toxins. Spores of this bacterium produce the insecticidal Cry protein. Therefore, spores of this bacterium kill larvae of certain insects.

After ingestation of spores, larvae are damaged, as the rod-shaped bacterial cell secretes at the opposite end, a single large crystal (Cry) in the cell. This crystal is toxic and proteinaceous in nature. The commercial preparations of B. thuringiensis contain a mixture of spores. Cry protein (toxin) and an inert carrier.

Bacillus thuringiensis, was the first bio-pesticide to be used on a commercial scale. Certain other bacteria and fungi are also used for control of some weeds and diseases of various crop plants.

Microbial pesticides are produced by many multi-national companies by using viruses, bacteria and fungi. B. thuringiensis preparations have been produced in U.S.A., France, Russia and U.K. in the form of wettable powder and water suspensions.

A number of viruses have been discovered which belong to groups Baculoviruses and cytoplasmic polyhedrosis viruses (CPV). Preparations of viruses or their products have been developed as effective bio-pesticides and being successfully used for the control of insect pests in agriculture and horticulture.

Recent studies on the use of mycopesticides for the control of insect pests are of much value. Mode of action of these fungi is different from viruses and bacteria. The infective conidia, spores, etc., of the antagonistic fungi reach the haemocoel of the insect either through integument or mouth. They multiply in haemocoel followed by secretion of mycotoxins which result in death of insect hosts.

The use of bio-pesticides may reduce the application of synthetic chemicals for control of diseases, insect pests and weeds. The synthetic insecticides, generally affect non-target organisms, and many beneficial organisms for agriculture, are killed. In turn, they cast hazardous effects on human health, and therefore, use of bio-pesticides has been suggested.

Biotechnology: Application # 4. Disease-Resistant Varieties:

Genetic engineering has been also used in the development of such crop varieties which are resistant to certain diseases. Usually, plant diseases are caused by fungi, bacteria, viruses and nematodes.

The most successful approach for the production of virus resistant plants is the transfer of the virus coat protein gene into the plants. The genetic material of viruses is found enclosed in a protein coat.

The gene that encodes coat protein is isolated from the genome of the virus that causes concerned disease. Now this gene is transferred and expressed in the host of the concerned virus.

Expression of the coat protein produces resistance in the host to this virus. This approach has been used in producing a virus-resistant variety of squash.

Such disease-resistant varieties are used to minimize the use of chemicals which are generally used for control of crop diseases. This approach also reduces pollution. Such varieties are successful in reducing yield losses due to various crop diseases, thus they enhance agricultural production.

Biotechnology: Application # 5. Single Cell Protein (SCP):

The dried cells of micro-organisms, such as algae, bacteria, actinomycetes and fungi, used as food or feed are collectively known as microbial protein. Since the time immemorial a number of micro-organisms have been used as part of human diet.

Micro-organisms are widely used for preparation of a variety of fermented foods, such as cheese, butter, leavened bread, idlis and several other bakery products. Some other micro-organisms have long been used as human food, e.g., the blue green alga (cyanobacteria), Spirulina, and the fungi commonly called edible mushrooms.

The term ‘microbial protein’ was replaced by a new term ‘single cell protein’ (SCP) during first International Conference on ‘microbial protein’ held in 1967, at Masachusetts, U.S.A. In recent years, NBRI, Lucknow and CFTRI, Mysore, have established centres for mass production of SCP from Spirulina (cyanobacteria).

Substrates Used for Production of SCP:

A variety of substrates are used for SCP production. Algae which contain chlorophylls, do not require organic wastes.

They use free energy from sunlight and carbon-dioxide from air, while bacteria and fungi require organic wastes, as they do not contain chlorophylls, the major components of substrates are the raw materials which contain sugars, starch, lignocellulose from woody plants and herbs having residue with nitrogen and phosphorus contents and other raw materials.

Nutritional Value of SCP:

SCP is rich in high quality protein and poor in fats. They are ideal for human food. SCP provides a valuable protein-rich supplement in human diet.

Now a day, many pilot plants for the production of Spirulina powder have been established in Japan, U.S.A. and European countries. In India, food grade Spirulina at two main centres, one at MCRC, Chennai and the other at Central Food Technology and Research Institute (CFTRI), Mysore. The products are marketed in India and abroad.

The use of spirulina (SCP) should help bridge the gap between the requirement and the supply of proteins in the human diet. Spirulina (SCP) is a rich source of protein, amino acids, vitamins, minerals, crude fibres, etc., it is used as supplemented food in diets of under-nourished children, adults and old aged people in developing countries. Spirulina is also popular as health food.

SCP as therapeutic and natural medicine. Spirulina posseses many medicinal properties. It has been recommended by medicinal experts for reducing body weight, cholesterol and for better health. It lowers sugar level in blood of diabetics. It is a good source of P-carotenes, and helps in monitoring healthy eyes and skin.

Biotechnology: Application # 6. Biopatent:

Dictionary meaning of patent is, ‘an official right to be the only person to make, use or sell a product or an invention’. Thus, a patent is the right granted by a government to prevent others from commercial use of his invention.

A patent is granted for:

(i) An invention, including a product,

(ii) An improvement in an earlier invention,

(iii) The process of generating a product, and

Initially, patents were granted for industrial inventions by a particular company, such as patent medicines, etc.

But, now a days, patents are also being granted for biological entities and for products derived from them, such patents are called biopatents, e.g., neem and its products haldi and its products.

However, industrialised countries, such as U.S.A., Japan and European Union Countries, are awarding Biopatents.

Biopatents are awarded for the following:

(i) Strains of micro-organisms,

(iii) Genetically modified strains of plants and animals,

(v) The proteins enclosed by DNA sequences

(vi) Various biotechnological products

On the basis of ethical and political reasons, such bio-patents have been opposed from time to time by different societies of the world. However, arguments in favour of bio-patents are given primarily of increased economic growth.

Many biotechnological patents are quite broad in their coverage. For example, one patent covers ‘all transgenic plants of family Brassicaceae/mustard family. Such broad patents are unacceptable and not fair, as they would enable financially powerful corporations to have their monopoly control over biotechnological processes.

Such powerful corporations try to control the direction of whole agricultural research, including plant breeding. Such a position seems to be a threat to the food security of the world.

Biotechnology: Application # 7. Biopiracy:

When big organisations and multinational companies exploit patent biological resources or bio-resources of other nations without proper authorisation from the countries concerned such exploitation is called bio-piracy.

The advanced or industrialised nations are generally rich in technology and financial resources. However, they are poor in biodiversity and traditional knowledge related to bio-resources. While developing nations are poor in technology and financial resources, but quite rich in biodiversity and traditional knowledge related to bio-resources.

Biological resources or bio-resources are those organisms which can be used to derive commercial benefits from them.

Traditional knowledge related to bio-resources is the knowledge developed by various communities from time immemorial, regarding the utilisation of the bio-resources, e.g., use of plants and other organisms in healing art.

Such traditional knowledge of a particular nation can be exploited to develop modern commercial processes. Here, the traditional knowledge is primarily used in the direction to be followed which saves a lot of time, and bio-resources are easily commercialised.

Institutions and multinational companies of industrialised advanced nations are collecting and exploiting the bio-resources, as follows:

(i) They collect and patent the genetic resources themselves. For example, a patent granted in U.S.A. covers entire ‘basmati’ rice germplasm indigenous to our country.

(ii) The bio-resources are analysed for identification of valuable biomolecules. A biomolecule is a compound produced by a living organism.

(iii) Useful genes are isolated from the bioresources and patented, and thereafter, used to generate useful commercial products.

(iv) Sometimes, even traditional knowledge itself of other countries may be patented.

For example, a plant, Pentadiplandra brazzeana of West Africa, produces a protein called brazzein. This protein is approximately two thousand times as sweet as sugar. Moreover, this is a low calorie sweetner.

Local people of West Africa have known and used the super-sweet berries of this plant for centuries. However, the protein brazzein was patented in U.S.A., where the gene encoding this protein was also isolated, sequenced and patented.

It is proposed to transfer the brazzein gene into maize and express it in maize grains. These grains (kernels) will be used for the extraction of brazzein, which can give a serious jolt to the countries exporting large quantities of sugar.

Bio-resources of third world countries have always been commercially exploited by the industrialised nations without an adequate compensation. This exploitation has increased a lot with the development of biotechnological techniques. Some developing nations coming forward and raising voice to make laws to prevent unauthorised exploitation of bio-resources and traditional knowledge.

Biotechnology: Application # 8. Biowar:

This word denotes, the use of harmful bacteria as weapons of war. The biological weapons are generally used against humans, and their crops and animals. A bioweapon is a device that carries and delivers to the target organisms, a pathogen or a toxin derived from it.

The bioweapon agent, is kept in a suitable container so that it remains active and virulent during delivery. The container with bioweapons could be delivered to the target by several ways, including missiles and aircrafts.

For example, anthrax is an acute infectious disease caused by the spore-forming bacterium Bacillus anthracis. Spores of B. anthracis can be produced and stored in a dry form keeping them viable for several decades in storage or after release.

A cloud of anthrax spores, if released at a strategic location to be inhaled by the individuals under attack may act as an agent of effective weapon of bio-war. For example, the anthrax bacteria were sent through letters after September 2001, in U.S.A.

An attack with bioweapons using antibiotic-resistant strains would initiate the incidence and spread of communicable diseases, such as anthrax and plague, on either an endemic or epidemic scale.

Bioweapons are low cost weapons, and cause far more casualities than chemical or conventional weapons. Bioweapon agents are microscopic and invisible with naked eyes, and therefore, difficult to detect.

Such type of bio-war and use of bioweapons against civilised human society is a major threat for all inhabitants of this planet, the earth.

The possible defences against bioweapons include use of gas mask, vaccination, administration of specific antibiotics, and decontamination. However, biologists should play an important role in creating awareness about the impact of misuse of biology on the human society and the whole Bio-kingdom.

Biotechnology: Application # 9. Bioethics:

Ethics includes ‘moral principles’ that control or influence a person’s behaviour. This is connected with beliefs and principles about what is right or wrong, morally correct or acceptable. This includes a set of standards by which a community regulates its behaviour and decides as to which activity is legitimate and which is not.

Thus, bioethics makes a set of standards which is used to regulate our activities in relation to the whole bio-kingdom.

Now-a-days, biotechnology, particularly recombinant DNA technology, is used for exploitation of the biological world by various ways. Biotechnology has been used in various ways, from ‘unnatural’ to ‘detrimental’ to ‘biodiversity’.

The major bioethical ways concerning to biotechnology, are as follows:

A. Use of animals in biotechnology is cruelty towards animals which causes great suffering to them.

B. When animals are used for production of certain pharmaceutical proteins, they are treated as a ‘factory’ or ‘machine’.

C. Introduction of a transgene from one species into another species threats integrity of species.

D. Transfer of human genes into animals or vice-versa is great ethic threat for humanness.

e. Biotechnology is only used for fulfillment of the motive of selfishness by humans. This is used only for the benefit of human beings.

F. However, biotechnology poses unforeseen risks to the environment and biodiversity. Besides ethical arguments, techniques of biotechnology are used in the production of things on a much larger scale and at a much faster rate. Each society has to evaluate bioethical issues and take right decision about their application.


1. University of Pennsylvania

This is an Ivy League educational institute. It provides a wide range of courses in different subjects. Biotechnology program is offered by the school of Applied Science and Engineering. The university offers students the opportunity to study modern biotechnology content. Students get practical experience by working in state-of-the-art laboratories. Students can learn the foundations of biotechnology and molecular biology through molecular cloning experiments. Research-based teaching helps to enhance the problem-solving skills of students through research projects. Also, university faculty discussions on recent discovery processes and researches offer the students an update on the emerging global trends in the field of biotechnology.

About The Author

Garrett Parker

Garrett by trade is a personal finance freelance writer and journalist. With over 10 years experience he's covered businesses, CEOs, and investments. However he does like to take on other topics involving some of his personal interests like automobiles, future technologies, and anything else that could change the world.

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Bemerkungen:

  1. Niyol

    Ich finde, dass Sie nicht Recht haben. Wir werden diskutieren. Schreiben Sie in PM.

  2. Morgan

    Es tut mir leid, aber meiner Meinung nach werden Fehler gemacht. Ich kann es beweisen. Schreiben Sie mir in PM, besprechen Sie es.

  3. Bacage

    USPOKOYTES!

  4. Garrey

    Allen Besuchern von vokzal.biz.ua ein frohes neues Jahr! :)

  5. Tygosho

    Es tut mir leid, das hat gestört ... Ich verstehe diese Frage. Lass uns diskutieren.



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