Curs 1 -.pdf



Subiecte:

Definitii 2. Biotehnologii clasice 3. Biotehnologii moderne 4. Ingineria genetică 5. OMG 6. SCP 7. Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? 8. Ramuri ale biotehnologiei 1.

Definitie 



Bios = viata; tehnologia = studiul tehnic al utillajelor, masinilor, materialelor Biotehnologia = “integrarea ştiinţelor naturale şi a celor inginereşti, în scopul folosirii organismelor, celulelor, precum şi derivaţilor acestora pentru obţinerea de produse şi servicii”. (1990, FAO/WHO)

Definitie Notiunea a aparut pentru prima data in Danemarca in 1908  Federaţia Europeană de Biologie (1978) defineşte biotehnologia ca ”utilizarea integrată a ştiinţelor naturale şi ingineriei prin folosirea biosistemelor - celule microbiene, vegetale sau animale, părţi ale acestora sau analogi moleculari - în bioindustrii”. 

Definitie 

Conform Comisiei pentru Biotehnologie a Uniunii Europene (1996) biotehnologia consta in “aplicarea principiilor inginereşti şi ştiinţifice pentru procesarea materialelor cu ajutorul agenţilor biologici, pentru obţinerea de bunuri şi servicii”.

Biotehnologii clasice 

Procesele fermentative erau utilizate în obţinerea alimentelor în mileniul IV - II î.H •

•

•

pîine si bere in Egipt si Mesopotamia si brînza si vinul in Sumeria, China si Egipt Sumerienii fabricau a peste 20 de tipuri de bere babilonienii cunoaşteau, modul de preparare a berii precum şi bioconversia alcoolului etilic în acid acetic (oţet).

Biotehnologii clasice 

Majoritatea popoarelor antice utilizau drojdiile pentru fabricarea unor produse alimentare (pîine, vin, bere etc) precum şi bacteriile pentru obţinerea derivatelor lactate

Biotehnologii clasice 

  



1680 olandezul Anton van leeuwenhoek (1632- 1723) a descoperit, a construit microscopul 1830 - sunt descoperite proteinele; 1833 – este izolata prima enzima. Schleiden si Schwann - „toate organismele sunt alcatuite din celule ” Wirchow - „orice celula se naste dintr-o celula”.

Biotehnologii clasice Secolul 19 

  

Pasteur - fermentatia este datorata microorganismelor; Charles Darwin - teoria evolutiei prin selectie naturala Gregor Mendell - descoperirea legilor ereditatii (debutul geneticii ca stiinta). W.J.Beal produce in laborator primul hibrid experimental de porumb.

Biotehnologii clasice Secolul 20  WEIZMANN a descoperit fermentaţia acetono-butanolică iar produşii derivaţi i-a folosit la sinteza cauciucului sintetic (butadienă) şi a unui exploziv denumit cordiţă.  Alexander Fleming descoperă penicilina (1929).

Biotehnologii moderne 

FLEMING, prin elaborarea bazelor industriale de obţinere a penicilinei, a dat start erei producerii microbiologice a antibioticelor.



WAKSMAN a descoperit streptomicina (1943). SMITH şi WORREL au creat chloramphenicolului (1953). Pînă în anul 1959 s-au elaborat peste 4000 de antibiotice, perfecţionîndu-se tehnicile şi instrumentarul obținerii lor (bioreactoare automatizate).

 

Biotehnologii moderne 



Războiul rece - utilizarea proceselor fermentative în agricultură si procesarea alimentelor. Miracolul japonez

INGINERIA GENETICĂ 1944, Avery si al. - ADN este purtatorul informa-tiei genetice; sintetizat pentru prima data, in eprubeta, in 1958  1970 - prima enzima de restrictie;  1971 - prima sinteza completa a unei gene.  1972 - utilizata pentru prima data enzima ADN ligaza, ce leaga fragmente de ADN → prima molecula recombinanta din ADN de la doua virusuri. 

INGINERIA GENETICĂ 1976 - primul regulament referitor la experimentele cu ADN recombinant; este determinata pentru prima data secventa de perechi de baze a unei gene specifice (A, C, T, G). 1980 Berg, Gilbert si Sanger - crearea primei molecule artificiale de ADN recombinant (Premiul Nobel pentru chimie) 

OMG 



1982 - primul vaccin ADN recombinant pentru animale domestice; a fost aprobat primul medicament ”biotech” (insulina umana produsa in bacterii modificate genetic) de catre FDA din SUA. 1983 - obtinerea, pentru prima data a unei plante intregi (petunia) prin biotehnologie, demonstrandu-se astfel ca plantele modificate genetic transmit noile caractere la descendentii lor (culoarea).

OMG 





1987 - prima aprobare pentru testarea in camp a unor plante de cultura modificate genetic: soiuri de tomate si de cartof rezistente la virusuri. 1989 - prima aprobare pentru testarea in camp a bumbacului modificat genetic rezistent la atacurile insectelor (bumbacul Bt) si debuteaza proiectul “Genomul Plantelor”. 1990 - porumbul Bt, drojdiile modificate genetic, pastravul modificat genetic si o substanta obtinuta prin tehnici “biotech”, chimozina, enzima destinata fabricarii branzeturilor.

OMG 

 

1993 - Organizatia Industriei Biotehnologice (BIO). FDA aproba utilizarea somatotropinei bovine pentru cresterea productiei de lapte la vaci. Biotehnologia = industria ↔ agricultură. Biotehnologia = ingineria genetică, clonarea, detectarea nivelului de pesticide, ierbicide, toxine din plante şi animale, metodele de ADN recombinant ↔ chimie, fizică şi biologie.

OMG 





Vitaminele şi aromele alimentare au reprezentat un alt domeniu de interes al biotehnologiei. Vitamina B12 - produs de metabolism al unor actinomicete sau al unor bacterii (Propionibacterium shermani, P. technicum etc.) Algele verzi - albastre sunt surse de vitamina E .

OMG 

-

-



1996 -1997 - comercializate primele plante de cultura modificate genetic pentru a rezista la: atacurile insectelor (porumbul KnockOut si bumbacul Bollgard); buruieni (soia roundup Ready). Plantele biotech sunt cultivate in intreaga lume pe aproape 1 milion de hectare: Argentina, Australia, Canada, China, Mexic si S.U.A. In Scotia apare primul animal clonat – oaia Dolly.

OMG   

1998 - 5 tari asiatice formeaza un consortiu in vederea obtinerii de papaia rezistenta la boli. 2000 - este elaborata prima harta completa a genomului unei plante: Arabidopsis thaliana. 2001 - este incheiata prima harta genomica a unei plante cultivate: orezul

SINGLE-CELL PROTEIN 



SCP - include celule uscate de microorganisme (drojdii, mucegaiuri, alge şi bacterii), care cresc pe melasă, metan, metanol, etanol, zer, amidon de cassava şi alte deşeuri şi rezolvă o parte din problemele Lumii a III-a. Micoproteinele şi derivatele lor - produse ale biotehnologiei şi sunt considerate alimente noi.

SINGLE-CELL PROTEIN 



Micoproteinele - au un conţinut de aminoacizi comparabil cu proteina de referinţă F.A.O. şi reprezintă o cale economică de a converti orice surplus de glucide, în alimente cu o mai mare valoare nutritivă. Micoproteinele se obţin în Marea Britanie pe subproduse din grâu, în Irlanda pe cartofi, iar în ţările tropicale pe cassava, orez şi zahăr.

Biotehnologia sec.XXI 

In martie 2000 - Consiliul European de la Lisabona, Uniunea Europeana si-a fixat o noua tinta pentru urmatoarea decada: biotehnologia sa devina cea mai competitiva economie durabila bazata pe cunoastere, cu mai multe locuri de munca si o mai buna coeziune sociala

Biotehnologia sec.XXI 

Februarie 2001, Stockholm – raport catre Consiliul Europei conform strategiei de la Lisabona, s-a reformulat potentialul economic, social si de mediu a stiintelor vietii si biotehnologiei, si strategia si importanta pe termen lung pentru Europa a dirijarii acestor stiinte si biotehnologiei precum si a aplicatiilor lor. De asemenea s-a anuntat continuarea acestei strategii si dupa 2010.

Biotehnologia sec.XXI 

-

Biotehnologia - stadiu de crestere exponentiala, deschizand un potential vast de modificari economice in Europa si global catre o dezvoltare durabila si o calitate imbunatatita a vietii, care sa asigure produse si servicii noi. un suport foarte larg al publicului; lamurirea deciziilor asupra prioritatilor societatii si in particular, asupra cadrului societatii si bazei etice pentru dezvoltarea si aplicatiile stiintelor si tehnologiilor noi.

Biotehnologia sec.XXI 

-



Dezvoltarea acestor stiinte sporeste intrebarile etice fundamentale, cum sunt: definirea si natura fiintei umane; folosirea si controlul informatiei genetice. Unele aplicatii pot avea implicatii sociale si economice, de exemplu legate de sanatate si asigurarea vietii. O privire de ansamblu a biotehnologiei si concentrarea cercetarilor publice trebuie in primul rand sa asigure ca dezvoltarea si aplicatiile biotehnologiei sunt pentru cresterea calitatii vietii oamenilor, animalelor si mediului (incluzand biodiversitatea).

Biotehnologia sec.XXI  





institutii care sa comunice mai activ cu consumatorii asupra unor aspecte mai sensibile cum sunt cele ale biotehnologiei. existenta unui dialog intre societatea civila, oamenii de stiinta, autoritatile publice si operatori cu interese economice in industrie, agricultura sau servicii. Biotehnologia reprezinta un domeniu multidisciplinar al stiintei, tehnicii, tehnologiei si al productiei industriale, care realizeaza cele mai avansate cuceriri pe care le fuzioneaza in concepte relativ noi, ce se incadreaza in asa numitele tehnologii cu continut ridicat de inteligenta, In scopul obtinerii de bunuri industriale, energetice, agricole, farmaceutice, alimentare si pentru protectia mediului, biotehnologiile sunt tehnologiile care utilizeaza potentialul microorganismelor prin tehnici de inginerie genetica si al enzimelor microbiene, avand la baza cunostinte de biochimie, biologie moleculara, microbiologie, informatica si nanotehnologie (Dan Valentina 2001).

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? 

 -

-

Industria biotehnologica este aproape pe punctul de a atinge o masa critica a maturitatii si a covergentei. Convergenta biotehnologiei, nanotehnologiei si tehnologiei informatiei vor asigura rate ale progresului si expansiunii fara precedent – daca acceptarea publica a biotehnologiei va avea castig de cauza. Pe termen lung, biotehnologia va: avea impact profund asupra perceptiilor noastre de sanatate, varsta; creste capacitatea de protectie a planetei; dezvolta stiinta materialelor si bioingineria cu impact puternic asupra mediului inconjurator si asupra economiei mondiale. era a evolutiei auto-directionate, in care umanitatea creeaza molecule noi, cai metabolice, tesuturi, sisteme de organe si forme de viata.

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? Terapiile pentru oameni vor avea in vedere: - ameliorarea moleculara, farmacogenomica si tehnologiile de tulpini celulare care vor permite personalizarea, in mod radical, a terapiilor. Ameliorarea moleculara va produce o schimbare in dezvoltarea medicamentelor, cu produse dezvoltate pe baza diversitatii evolutive pentru a indeplini cerintele pietii. Terapii pe baza farmacogenomica vor asigura specificitate foarte ridicata pentru categorii de pacienti iar tehnologiile celulare embrionare, combinate cu terapia retrovirala, vor permite in curand inlocuirea organelor imbatranite sau bolnave si, poate, chiar incetinirea sau oprirea imbatranirii ceasului molecular  Vaccinuri administrate pe cale orala vor ajuta la eliminarea bolilor. 

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ?  





In ultimii 20 ani biotehnologia a avut un progres mare prin diferitele sale aplicatii: Biotehnologia rosie = utilizarea metodelor biologice pentru scopuri medicale, in special pentru obtinerea de noi medicamente. Utilizarea plantelor sau biotehnologia verde = biotehnologia discutata, controversata la nivel politic si public. Soiuri de plante mai rezistente vor permite obtinerea de recolte care se vor putea dezvolta intr-un domeniu mai larg de conditii de mediu, cu cresterea capacitatii de protectie a solului. Recoltele vor fi, in mod substantial, mai nutritive. Biotehnologia industriala, numita biotehnologia alba, este subestimata la nivelul perceptiei publicului. Ea include toate procesele industriale pentru obtinerea compusilor chimici si enzimelor. Cele mai cunoscute: fermentatiile pentru obtinerea antibioticelor, aminoacizilor, vitaminelor si enzimelor etc.

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? 







Etanolul este cel mai bun exemplu de produs obtinut prin biotehnologia alba. In Brazilia se produce bioetanol in cantitate anuala de 15 mil. mc.A crescut de asemenea si productia de etanol in SUA. Procesele de productie biocatalitice din cadrul biotehnologiei industriale vor permite fabricarea biologica completa a bunurilor de consum, cum ar fi imbracaminte, materiale plastice si materiale de constructii. Modurile de abordare biocatalitice vor sustine asamblarea unor produse complexe, cum ar fi dispozitive si automobile. Biotehnologiile vor permite un mediu de productie mai bland, mai durabil in comparatie cu tehnologiile conventionale.

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? 





In cadrul bioinformaticii, integrarea stiintei computerelor si a biotehnologiei va inlocui cip-urile pe baza de silicon cu computere vii, mult mai rapide. Bioinformatica va permite computere mai fiabile, procesare a informatiilor la scala nano si procese de distributie in instrumente de zi cu zi. Stiinta a materialelor va permite dezvoltarea pe baza biologica si aceasta la randul ei obtinerea de materiale variind de la tesaturi mult mai rezistente, usoare, fine ca o panza de paianjen la adezivi pe baza de substante obtinute din insecte. Instrumente hibride, care combina componente nanotech si biologice vor fi din ce in ce mai utilizate in aplicatii, cum ar fi motoare nano, instrumente de stocare a memoriei si circuite de transductie senzoriale. Acesta este rolul bioingineriei.

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? 

 

Bioinginerie a mediului se va implica in elaborarea unor tehnologii de fabricatie durabile, care reduc si/sau remediaza mediul deteriorat. Vor fi folosite microorganisme pentru purificarea solului contaminat, efluentului industrial, apei si aerului contaminate si a deversarilor petrochimice. Dezvoltarile incrucisate substantiale vor apare ca urmare a dezvoltarii biotehnologiei industriale. Dezvoltarile de tehnologii puternic sinergice, cum ar fi imagine cu rezolutie inalta, genomica, proteomica si ameliorare moleculara vor propulsa industria biotehnologica spre rate fara precedent de progres si expansiune.

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? 



Viitorul pe termen lung al biotehnologiei va fi determinat de catre doi determinanti fundamentali: unul tehnologic, unul social. Viteza si gradul de integrare ale tehnologiei printre variatele sectoare ale biotehnologiei, la fel ca si integrarea biotehnologiei cu tehnologia nanotech si informationala, vor fi cruciale pentru a determina in ce mod societatea utilizeaza si intelege biotehnologia iar acceptarea publica va modela atat cererea pietii, cat si politica publica

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? Folosirea dirijata a metodelor biotehnologice a fost mult extinsa in industria alimentara, in care numeroase subramuri au la baza procese microbiologice de biosinteza, biodegradare sau bioconversie. Astfel, se folosesc biotehnologii pentru: - imbunatatirea calitatii; - cresterea termenului de valabilitate al alimentelor - analize toxicologice. Se are in vedere utilizarea biotehnologiei in cresterea biodisponibilitatii alimentare, in detoxifierea unor produse agroalimentare (indepartarea acidului erucic, indepartarea gustului amar), in crearea unor alimente functionale, in obtinerea de nutraceutice, in eliminarea sau inhibarea unor antinutrienti. 

Cum va influenta biotehnologia viitorul omenirii ? 

 



In lumea intreaga, vanzarea produselor biotehnologice a crescut cu 20% in 2001 (inainte de 11 septembrie) la 13 miliarde USD. Se dezvolta un cadru fundamental pentru biologie teoretica, in paralel, in cateva domenii. Cresterea aliantei dintre firmele cu activitati biotehnologice si farmaceutice si companiile de sinteza mica ajuta la propulsarea cresterii industriale. Prin cresterea complexitatii pietii, cu privire la valoarea firmelor biotehnologice si a produselor, este promovata stabilizarea preturilor companiilor publice.