A biotechnológia alapjai A biotechnológia régen és ma. Pomázi Andrea

Átírás

1 A biotechnológia alapjai A biotechnológia régen és ma Pomázi Andrea

2 A biotechnológia fogalma Alkalmazott biológia A fogalom állandó változásban van A biológia és a biotechnológia közötti különbség a méretekben van Mikroorganizmusok, állati vagy növényi sejtek vagy enzimek alkalmazása különböző anyagok átalakítására vagy lebontására, azaz olyan gyártási eljárás, amelyben a végtermék előállítását élő szervezet vagy annak alkotórészei végzik.

3 A biotechnológia fogalma Tágabb értelemben Az élő szervezetek szaporítására, kedvező tulajdonságaik kihasználására irányuló alkalmazott tudomány, ill. az arra alapozott termelés. Szűkebb értelemben Az élő szervezetek genetikai programjának megváltoztatása és ezen szervezetek technológiai felhasználása. E szerint a biotechnológia célja új, értékes genotípusok kialakítása, majd ezekalkalmazása a gyakorlatban.

4 A biotechnológia korszakai I. Élelmiszerek előállítása i.e év- kb. XX. századig Sör és bor készítése Kenyér készítés Tejtermékek előállítása

5

6 A biotechnológia korszakai XX. Század II. Nem steril korszak A második világháborúig A nyitott rendszerű fermentációs folyamatok Etanol, ecetsav, tejsav, butanol, aceton termelés Szennyvíz és városi szemét kezelés

7 A biotechnológia korszakai III. Steril korszak 1940-kb 1970-es évekig XX. Század Megoldották a mikrobák ipari körülmények között történő steril tenyésztését Antibiotikumok, szteroidok Aminosavak, más szerves savak Enzimek Vakcinák, monoklonális ellenanyag

8 A biotechnológia korszakai XX.-XXI. Század IV. Jelenkor = BIOTECHNOLÓGIA A rekombináns DNS korszak Az új molekuláris biotechnológiai módszerek alkalmazása ( genetic engineering - génsebészet ) 1977 (mérföldkő): Ma: patkány inzulin génjének átültetése E. coliba, majd egy évre rá az emberi inzulin gén kifejeztetés humán sztomasztatin termeltetése baktériumsejttel Számos alkalmazási terület pl. oltóanyag módosított kórokozóval (betegséget nem okoz, de az immunválaszt kiváltja)

9 Genetikailag módosított szervezetek (GMO) Örökítő anyaga nem természetes úton változott meg (nem a párosodást követő rekombináció útján) A géntechnológia eszközei által egy idegen, kiválasztott gén, vagy DNS szakasz bejuttatása a célszervezetbe Fontos, hogy az adott gén megnyilvánuljon, kifejeződjék

10 Néhány terápiás vegyület, amelyet rekombináns technológiával állítanak elő Hormonok: follikulus stimuláló hormon, inzulin,szomatotropin Vakcinák: Cytomegalovírus, Hepatitis B Immun szabályozók: Tumor nekrózis faktor Véralvadás szabályozók: VII, VIII, IX faktor

11 Kapcsolódó tudományterületek Interdiszciplinális tudomány Biológia Mikrobiológia Élettan Genetika Molekuláris és sejtbiológia Immunológia Kémia Szerves kémia Mérnöki tudományok Informatika és automatizálás Elektronika

12 Innováció Az új tudományos eredmények átültetése a gyakorlatba Új eljárások fejlesztése és optimálása Szoros együttműködést feltételez a tudományos kutató, a fejlesztőmérnök és az ipari szakember között Hosszú távú előnyökre, haszonra való törekvés

13 Innováció A tudományos eredmények hasznosulása (néhány jellegzetes példa) Enzimkutatás eredményei Immobilizált enzimek és sejtek alkalmazása Molekuláris biológia és genetika eredményei Rekombináns DNS technika, klónozás A számítástechnika és folyamattervezés eredménye A folyamatok számítógépes irányítása, szabályozása

14 A biotechnológiai eljárások kifejlesztésének három lépcsője 1. Törzsnemesítés Célja: A legjobb biológiai sajátságokkal rendelkező szervezet felkutatása, ill. létrehozása egy speciális folyamat, ill. fermentációs eljárás számára Végtelen biológiai változatosság Mikroorganizmusok tulajdonságainak módosítása 2. Fermentációs eljárás kidolgozása Célja: A mikroorganizmus in vitro tenyésztéshez szükséges optimális környezet kialakítása Szabályozható fizikokémiai paraméterek, bioreaktorok

15 A biotechnológiai eljárások kifejlesztésének három lépcsője 3. A végtermék kinyerése Célja: Az előállítani kívánt termék sejtekből, vagy a fermentléből történő kinyerésének kidolgozása Egymást követő koncentrálási és tisztítási lépések Technikailag nehéz, drága (termék előállítási költségének 60-70%-a is lehet) + Engedélyeztetések, piacra bocsátás

16 A biotechnológiai eljárások célja 1. Sejttömeg előállítás Hagyományosan pl. pékélesztő, starterek SCP: Alternatív fehérjeforrásként takarmányozásra, ritkán emberi fogyasztásra (elsősorban gombák) A sejtmasszát új típusú szubsztráton, főként ipari mellékterméken állítják elő (melasz, tejsavó, stb., újabban metanol) 2. Sejtkomponensek előállítása Enzimek Ipari enzimek Orvosi enzimek Rekombináns DNS (rdns) fehérje termékei Inzulin Hepatitisz B vírusprotein (vakcina)

17 A biotechnológiai eljárások célja 3. Metabolitok előállítása Elsődleges metabolitok Aminosavak (pl. Na-glutamát) Másodlagos anyagcseretermékek Vitaminok Alkaloidok Antibiotikumok 4. Biokonverzió (átalakítás) Különböző kémiai, biokémiai reakciókkal a megfelelő, új, hatékony, vagy kevésbé mérgező vegyület előállítása 5. Biodegradáció (lebontás) A különböző polimerek (pl. cellulóz, műanyagok) lebontása

18 Élelmiszeripar Erjesztési iparok Ipari alkalmazás Sörgyártás, borászat, tejipar, ecetsav gyártás, stb. Élesztőgyártás Gyógyászat Gyógyszeripar Antibiotikumok Oltóanyagok Génterápia Immun- és molekuláris diagnosztika Betegségek, kórokozók kimutatása

19 Ipari alkalmazás Mezőgazdaság Új haszonnövény és állat fajták előállítása Genetikai módosítás Környezetvédelem Szennyeződések eltávolítása biotechnológiai módszerekkel, új energiaforrások Hulladékkezelés Szennyvíz tisztítás Talaj remediáció (olaj lebontás, nehézfém megkötés mikrobákkal) Vegyipar Ide tartozik a különböző enzimek előállítása, mosószergyártás is

20 A biotechnológiai vállalatok száma Kanadában ( )

21 Biotechnológiai vállalatok az Amerikai Egyesült Államokban 1473 vállalat, ebből 314 állami (2003. Dec. 31.) 200 ezer alkalmazott 18 milliárd $ költöttek kutatás-fejlesztésre 28,5 milliárd $ volt az eladás

22 Biotechnológiai termékek piaca (eladás)

23 Kutatási+Fejlesztési kiadások

24 A Biotechnológia jövőképe Egyesek szerint a XXI. század a biológia/ biotechnológia tudománya Felbecsülhetetlen lehetőségek Mesterséges enzimek Biológiai számítógép Őssejt kutatás- szervgyárak Génterápia