γ) Ανάπτυξη της βιοτεχνολογίαςΟι ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούνται εδώ και χιλιάδες χρόνια για την παραγωγή χρήσιμων προϊόντων. Παλιότερα χρησιμοποιούνταν κυρίως για την παραγωγή ψωμιού, μπίρας και κρασιού. Σήμερα η βιοτεχνολογία - συνδυασμός επιστήμης και τεχνολογίας με στόχο την εφαρμογή των γνώσεων που έχουν αποκτηθεί από τη μελέτη των ζωντανών οργανισμών για την παραγωγή σε ευρεία κλίμακα χρήσιμων προϊόντων και τεχνικών μέσων - συνεισφέρει σημαντικά σε διάφορους τομείς ανάπτυξης όπως η ιατρική, η γεωργία, η κτηνοτροφία, η βιομηχανία και η προστασία του περιβάλλοντος (πίν. 1).
Γαλακτοκομικά προϊόντα, ψάρια, κρέατα, νέα τρόφιμα. Άμυλο, σιρόπια. Προσθετικά τροφίμων: χρώμα, άρωμα, συντηρητικά. Ζυμομύκητες (μαγιά). Βιταμίνες, αμινοξέα.
Γεωργία
Ζωοτροφές, γεωργικά φάρμακα, αζωτοδεσμευτικά εμβόλια, ανοσοποιητικά εμβόλια κ.ά.
Χημεία
Οργανικά οξέα, αλκοόλες, κετόνες, ένζυμα, πολυμερή, αρωματοποιοία, καθαρισμός μετάλλων.
Φαρμακευτική
Αντιβιοτικά, διαγνωστικά μέσα, αναστολείς ενζύμων, εμβόλια, στεροειδή.
Ζυμώσεις
Ζυθοποιία, οινοποιία, απεσταγμένα οινοπνευματώδη ποτά, αρτοποιία.
Ενέργεια
Βιομάζα, αιθανόλη, μεθάνιο.
Βιομηχανικές υπηρεσίες
Διαχείριση (καθαρισμός) βιομηχανικών αποβλήτων και οικιστικών λυμάτων, βιολογικός καθαρισμός νερού, διάσπαση πετρελαιοκηλίδων κ.ά.
Πίνακας 1: Βιομηχανικοί τομείς που ευνοούνται από τη βιοτεχνολογίαΗ βιοτεχνολογία στηρίζεται κυρίως σε τεχνικές καλλιέργειας και ανάπτυξης των μικροοργανισμών και σε τεχνικές ανασυνδυασμένου DNA. Οι μικροοργανισμοί χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε βιοτεχνολογικές εφαρμογές καθώς χαρακτηρίζονται από ταχύτατο ρυθμό πολλαπλασιασμού και μπορούν να αναπτυχθούν σε ποικιλία θρεπτικών υποστρωμάτων. Σε κατάλληλες συνθήκες διαφορετικές καλλιέργειες μικροοργανισμών μπορούν να παράγουν σημαντικές ποσότητες μεγάλης ποικιλίας επιθυμητών προϊόντων. Η απομόνωση των παραπάνω προϊόντων είναι σχετικά εύκολη καθώς η πλειοψηφία τους παράγεται εξωκυτταρικά, εκκρίνεται δηλαδή στο θρεπτικό υλικό της καλλιέργειας.
Με την τεχνική της Γενετικής Μηχανικής μεταφέρονται τμήματα DNA ενός κυττάρου, που ρυθμίζουν ορισμένους επιθυμητούς χαρακτήρες, σε ένα άλλο κύτταρο, όπου ενσωματώνονται στο γενετικό του υλικό. Έτσι παράγεται ένα καινούργιο τεχνητό μόριο, το ανασυνδυασμένο DNA. Οι τεχνικές ανασυνδυασμένου DNA χρησιμοποιούνται στην κλωνοποίηση γονιδίων - παραγωγή πολλών αντιγράφων ενός γονιδίου -, στη γενετική τροποποίηση των οργανισμών και γενικά για την ανάπτυξη ποικίλων τεχνικών της Μοριακής Βιολογίας.
Οι εφαρμογές της βιοτεχνολογίας στην ιατρική περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων την παραγωγή σε ευρεία κλίμακα ευαίσθητων διαγνωστικών ουσιών όπως τα μονοκλωνικά αντισώματα (αντισώματα που παράγονται από έναν κλώνο Β-λεμφοκυττάρων και έχουν εξειδίκευση για έναν μόνο αντιγονικό καθοριστή), αποτελεσματικών εμβολίων και φαρμακευτικών προϊόντων, ανθρώπινης ινσουλίνης από γενετικά τροποποιημένα βακτήρια, ιντερφερόνης, αυξητικής ορμόνης κ.ά. (εικ. 1, 2, πίν. 2).
Εικόνα 1. Απλοποιημένη σχηματική απεικόνιση της τεχνικής που εφαρμόζεται για την παραγωγή μονοκλωνικών αντισωμάτων
Εικόνα 2. Παραγωγή ανθρώπινης ινσουλίνης με τη μέθοδο του ανασυνδυασμένου DNA
α1-αντιθρυψίνη θεραπεία εμφυσήματος καλσιτονίνη θεραπεία οστεοπόρωσης χοριονική γοναδοτροπίνη θεραπεία γυναικείας στειρότητας ενδορφίνες και εγκεφαλίνες αναλγητικοί παράγοντες επιδερμικός αυξητικός παράγοντας θεραπεία τραυμάτων ερυθροποιητίνη θεραπεία αναιμίας παράγοντας VIII θεραπεία αιμορροφιλίας α παράγοντας IX θεραπεία αιμορροφιλίας β αυξητική ορμόνη θεραπεία αχονδροπλασίας ινσουλίνη θεραπεία του διαβήτη ιντερφερόνες (α, β, γ) αντιικοί και αντικαρκινικοί παράγοντες ιντερλευκίνες θεραπεία καρκίνου και ασθενειών του ανοσοποιητικού συστήματος παράγοντας νέκρωσης όγκων αντικαρκινικός παράγοντας
Πίνακας 2. Φαρμακευτικές πρωτεΐνες που έχουν παραχθεί με την τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA
Τα τελευταία χρόνια ένας νέος τομέας της βιοτεχνολογίας, η γονιδιακή θεραπεία, αναπτύσσεται ταχύτατα (εικ. 3). Η γονιδιακή θεραπεία στηρίζεται στην εφαρμογή της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA στη θεραπεία πολλών σοβαρών γενετικών ασθενειών όπως διάφοροι τύποι καρκίνου.
Εικόνα 3. Γονιδιακή θεραπεία: συγκεκριμένοι ιοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εισαγωγή στον οργανισμό "φυσιολογικών" γονιδίων.
Όπως έχει ήδη αναφερθεί η Γενετική Μηχανική δίνει τη δυνατότητα προσθήκης νέων γονιδίων απευθείας στον οργανισμό. Καθιστά συνεπώς δυνατή σε σύντομο χρονικό διάστημα τη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων, διαγονιδιακών, φυτών και ζώων που έχουν τους επιθυμητούς χαρακτήρες όπως, για παράδειγμα, ανθεκτικότητα σε ασθένειες (εικ. 4, πίν. 3, 4). Παράλληλα η ανάπτυξη των τεχνικών κλωνοποίησης ευνόησε σημαντικά τον πολλαπλασιασμό των διαγονιδιακών αυτών οργανισμών. Είναι προφανής λοιπόν η συμβολή της γενετικής μηχανικής στην ανάπτυξη της γεωργίας και της κτηνοτροφίας ("Πράσινη Επανάσταση").
Εικόνα 4. Στάδια παραγωγής φαρμακευτικών πρωτεϊνών στο γάλα διαγονιδιακών ζώων: Η α1 - αντιθρυψίνη (ΑΤΤ) παράγεται στο ήπαρ του ανθρώπου και η απουσία της, που είναι αποτέλεσμα μετάλλαξης, οδηγεί στο εμφύσημα. Για την παραγωγή της πρωτεΐνης αυτής από τα πρόβατα απομονώνεται το φυσιολογικό γονίδιο της ΑΤΤ του ανθρώπου και στη συνέχεια με μικροέγχυση τοποθετείται σε γονιμοποιημένο ωάριο προβάτου. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η συλλογή της πρωτεΐνης από το γάλα των απογόνων.
Οργανισμός Ιδιότητα μηλιά α φράουλα β, θ λάχανο β σακχαρότευτλο β, δ, ε βαμβάκι α, β καπνός α, β, γ, δ, ε, στ, θ αγγούρι δ τομάτα α, β, δ, ε, στ, θ, ι κουνουπίδι δ αγελάδα ζ, ια καλαμπόκι α, β, δ, ε, στ αίγα ζ ελαιοκράμβη α, β, γ, ζ γουρούνι ζ, ια, ιβ πατάτα β, δ, ε, ζ, η σολωμός ια, ιγ ρύζι α, γ, ε πρόβατο ζ σόγια β, ε πέστροφα ια
Πίνακας 3. Φυτικοί και ζωικοί οργανισμοί που έχουν τροποποιηθεί γενετικά για κάποιες ιδιότητες. Όπου α: τοξίνη που σκοτώνει τα έντομα, β: αντοχή στα ζιζανιοκτόνα, γ. αντοχή σε αντιβιοτικά, δ: αντοχή σε ιούς, ε: διαφοροποίηση, στ: αντίσταση στους μύκητες, ζ: παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεΐνών, η: αντοχή σε βακτήρια, θ: αντοχή στον παγετό, ι: καθυστέρηση ωρίμανσης, ια: ταχύτερη ανάπτυξη, ιβ: γονίδια για ασθένειες και ιγ: αντοχή στις χαμηλές θερμοκρασίες.
ινσουλίνη σακχαρώδης διαβήτης παράγοντες VIII και IX αιμορροφιλία Α και Β ενεργοποιητής πλασμινογόνου (tPA) θρόμβωση αγγείων, έμφραγμα ιντερφερόνες καρκίνος διαμεμβρανικός ρυθμιστής κυστική ίνωση α1-αντιθρυψίνη (ΑΤΤ) πνευμονικό εμφύσημα παράγοντας CD4 AIDS αυξητική ορμόνη αχονδροπλασία Πίνακας 4. Φαρμακευτικές πρωτεΐνες που παράγονται από διαγονιδιακά ζώα
Στις μέρες μας 600 εκατομμύρια στέμματα γης παγκοσμίως (στη Β. και στη Ν. Αμερική κυρίως) καλλιεργούνται ήδη με γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς. Οι βιοτεχνολογικές καλλιέργειες τείνουν να κυριαρχήσουν και στις πολυπληθέστερες χώρες του κόσμου (Κίνα, Ινδία, Ινδονησία), γεγονός που οφείλεται στην πληθυσμιακή έκρηξη που βιώνουν καθώς και στην αυξανόμενη ανησυχία για την αναταγωνιστικότητα των προϊόντων τους με τις παραδοσιακές μεθόδους καλλιέργειας.
Μεγάλη ποικιλία ζωντανών οργανισμών, κυρίως μικροοργανισμών, χρησιμοποιούνται επίσης στη βιομηχανία κατά την παραγωγή αλκοολούχων ποτών, γαλακτοκομικών προϊόντων, ενζύμων και απορρυπαντικών και κατά την εξόρυξη μεταλλευμάτων.
Η εξόρυξη μετάλλων, όπως ο χαλκός, το ουράνιο, το κοβάλτιο και ο μόλυβδος, με τη χρησιμοποίηση μικροοργανισμών επιτρέπει την εκμετάλλευση μεταλλευμάτων χαμηλής περιεκτικότητας σε μέταλλα, ενώ παράλληλα αποφεύγεται η εξόρυξη σε βάθος καθώς γίνεται δυνατή η έκπλυση των μετάλλων από επιφανειακά στρώματα του κοιτάσματος. Με τις παραδοσιακές μεθόδους εξόρυξης μετάλλων είναι απαραίτητη η θέρμανση του ορυκτού σε υψηλές θερμοκρασίες, διαδικασία που αποφεύγεται με τη χρησιμοποίηση μικροοργανισμών. Μειώνεται συνεπώς το ενεργειακό κόστος της εξόρυξης και η εκπομπή ρύπων στην ατμόσφαιρα.
Τέλος, η ανάπτυξη της βιοτεχνολογίας συμβάλλει στην εφαρμογή αποτελεσματικών μεθόδων ανακύκλωσης και επεξεργασίας των αστικών λυμάτων και των βιομηχανικών αποβλήτων (βιολογικός καθαρισμός) και στη διάσπαση με "βιολογικό" τρόπο των πετρελαιοκηλίδων.
Ωστόσο, η ανάπτυξη της βιοτεχνολογίας εξαρτάται άμεσα από τη διαθέσιμη προς εκμετάλλευση βιοποικιλότητα η οποία αποτελεί την πρώτη ύλη για κάθε νέα ανακάλυψη και εφαρμογή της. Η γενετική μηχανική μπορεί να "βελτιώσει" τα υπάρχοντα είδη αλλά δεν μπορεί να δημιουργήσει νέα γονίδια και είδη (απαιτούνται 2.000 - 10.000 γενιές για την εξέλιξη ενός νέου είδους). Αν και οι σύγχρονες δυνατότητες χειρισμού των μορίων και των κυττάρων είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακές, η εργαστηριακή δημιουργία ακόμα και των πιο απλών μορφών ζωής αποτελεί ανεπίτευκτο προς το παρόν στόχο. Η ανάπτυξη της επιστημονικής έρευνας και τεχνολογίας δεν μας αποζημιώνει για τη συνεχή απώλεια μορφών ζωής, φυτικών, ζωικών κ.ά.
 |
Εικόνα 1, 3, 4: ΑΛΕΠΟΡΟΥ-ΜΑΡΙΝΟΥ Β., ΑΡΓΥΡΟΚΑΣΤΡΙΤΗΣ Α., ΚΟΜΗΤΟΠΟΥΛΟΥ ΑΙΚ.,
ΠΙΑΛΟΓΛΟΥ Π. & ΣΓΟΥΡΙΤΣΑ Β. - "Βιολογία θετικής κατεύθυνσης Γ' Τάξης Ενιαίου Λυκείου" -
Προσαρμογή από το ΚΠΕ Καστοριάς
Εικόνα 2: MADER S. - "Inquiry Into Life", σελ. 501 - Προσαρμογή από το ΚΠΕ Καστοριάς
Πίνακας 2, 3, 4: ΑΛΕΠΟΡΟΥ-ΜΑΡΙΝΟΥ Β., ΑΡΓΥΡΟΚΑΣΤΡΙΤΗΣ Α., ΚΟΜΗΤΟΠΟΥΛΟΥ ΑΙΚ.,
ΠΙΑΛΟΓΛΟΥ Π. & ΣΓΟΥΡΙΤΣΑ Β. - "Βιολογία θετικής κατεύθυνσης Γ' Τάξης Ενιαίου Λυκείου",
σελ. 117, 133, 135
