líftækni

Þykknar meðan ostur er gerður

Mos lífreactor

Líftækni ( forngrísk βίος bíos , þýskt 'líf' ; einnig sem samheiti fyrir líftækni og stuttlega sem líftækni ) eru þverfagleg vísindi sem fjalla um notkun ensíma , frumna og heilra lífvera í tæknilegum forritum . Meðal markmiða er að þróa nýja eða skilvirkari ferla til framleiðslu efnasambanda og greiningaraðferðir . ^{[1] [2]}

Í líftækni eru notaðar niðurstöður frá mörgum sviðum, svo sem örverufræði , lífefnafræði ( efnafræði ), sameindalíffræði , erfðafræði , lífupplýsingatækni og verkfræði með vinnsluverkfræði ( lífvinnsluverkfræði ). ^[2] Það er byggt á efnahvörfum sem hvata með frjálsum ensímum eða ensímum sem eru til staðar í frumum ( lífhvarfsgreining eða lífbreyting ). Líftæknin skilar mikilvægum þáttum í líffræðilegu ferli.

Klassísk líftækniforrit voru þróuð fyrir þúsundum ára, svo sem B. framleiðslu á víni og bjór með geri og vinnslu mjólkur í ýmsar matvæli með hjálp tiltekinna örvera eða ensíma. ^[2] Síðan á 19. öld hefur nútíma líftækni í vaxandi mæli gripið til örverufræðinnar og síðan um miðja 20. öldina einnig til sameinda líffræðilegrar , erfðafræðilegrar og erfðatæknilegrar þekkingar og aðferða. Þetta gerir það mögulegt að nota framleiðsluferli fyrir efnasambönd, t.d. B. sem virkt innihaldsefni fyrir lyfjaiðnaðinn eða sem grunnefni fyrir efnaiðnaðinn til að þróa greiningaraðferðir , lífskynjara , nýjar plöntuafbrigði og aðrar. ^{[1] [2]}

Líftækniferli er hægt að nota á marga mismunandi vegu á fjölmörgum sviðum. Í sumum tilfellum er reynt að raða þessum ferlum eftir notkunarsviðum, svo sem B. Lyf ( rauð líftækni ), plöntur eða landbúnaður ( græn líftækni ) og iðnaður ( hvít líftækni ). ^[1] Stundum er einnig gerður greinarmunur á því á hvaða lífverum aðferðirnar eru beittar, svo sem í blári líftækni eða gulri líftækni ^[3] , sem vísar til notkunar í lífverum sjávar eða skordýrum.

saga

Það hafa verið líftæknilegar umsóknir í þúsundir ára, svo sem B. framleiðsla á bjór og víni . Lífefnafræðilegur bakgrunnur var upphaflega að mestu óljós. Með framförum í ýmsum vísindum, einkum örverufræði á 19. öld, var líftækni vísindalega unnin, þ.e. líftækni var þróuð. Bjartsýni eða nýir líftæknilegir möguleikar á notkun voru opnaðir. Önnur mikilvæg skref voru uppgötvun deoxýribonucleic sýru (DNA eða DNA) á fimmta áratugnum, aukinn skilningur á mikilvægi þess og virkni og síðari þróun sameinda líffræðilegra og erfðatæknilegra rannsóknarstofuaðferða.

Fyrstu líftæknilegu forritin

Elstu forrit líftækni, sem hafa verið þekkt í yfir 5000 ár, eru framleiðsla á brauði , víni eða bjór ( áfeng gerjun ) með hjálp ger, sem er sveppur . Með því að nota mjólkursýrugerla gæti einnig verið framleitt súrdeig ( súrt brauð) og súrmjólkurafurðir eins og ostur , jógúrt , súrmjólk eða kefir . Eitt af fyrstu líftækniforritunum fyrir utan næringu var sútun og litun á húðum með saur og öðru efni sem innihalda ensím til að búa til leður . Stórir hlutar líftækni byggðust á þessum framleiðsluferlum fram á miðöld og um 1650 kom fyrsta líftækniferlið til framleiðslu á ediki fram .

Þróun örverufræði

Louis Pasteur einangraði ediksýrugerla og bruggger í fyrsta skipti.

Nútíma líftækni er í meginatriðum byggð á örverufræði , sem kom fram á síðari hluta 19. aldar. Umfram allt lagði þróun ræktunaraðferða , hreina ræktun og ófrjósemisaðgerð Louis Pasteur grunninn að rannsókn og beitingu ( hagnýtrar örverufræði ) örvera . Árið 1867 gat Pasteur einangrað ediksýrugerla og bruggger með þessum aðferðum. Um 1890 þróuðu hann og Robert Koch fyrstu bólusetningarnar á grundvelli einangraðra sýkla og lögðu þannig grunninn að líftækni í læknisfræði . Japaninn Jōkichi Takamine var sá fyrsti sem einangraði eitt ensím fyrir tæknilega notkun, alfa-amýlasa . Nokkrum árum síðar, þýska efnafræðingur Otto Röhm nota dýr próteasa (prótín-vanvirðandi ensíma) frá sláturhúsi úrgangi sem hreinsiefni og fylgibúnaður til framleiðslu leður .

Líftækni á 20. öld

Stórframleiðsla á bútanóli og asetoni með gerjun bakteríunnar Clostridium acetobutylicum var lýst og þróað árið 1916 af efnafræðingnum og síðar forseta Ísraels, Charles Weizmann . ^[4] Þetta var fyrsta þróun hvítrar líftækni . Aðferðin var notað fyrr en um miðja 20. öld, en þá komi hagstæðari petrochemical nýmyndun frá própen brot af hráolíu . Sítrónusýra var framleidd frá 1920 með því að gerja Aspergillus niger sveppinn á yfirborði. Árið 1957 var amínósýran glútamínsýra fyrst framleidd með hjálp jarðvegsgerlunnar Corynebacterium glutamicum .

Alexander Fleming á frímerki

Árið 1928/29 uppgötvaði Alexander Fleming fyrsta sýklalyfið penicillin sem læknisfræðilega var notað í sveppnum Penicillium chrysogenum . Árið 1943 sýklalyfið streptomycin og síðan Selman Waksman , Albert Schatz og Elizabeth Bugie . Árið 1949 var framleiðsla stera framkvæmd í iðnaðarskala. Í upphafi sjötta áratugarins var líftæknilega afleiddum próteasum bætt í þvottaefni í fyrsta skipti til að fjarlægja próteinbletti . Í ostaframleiðslu , sem kálfur rennet hefur verið skipt út fyrir rennin framleitt í örverum frá árinu 1965. Frá árinu 1970 væri hægt að framleiða amýlasa og önnur sterkju-kljúfandi ensím líftæknilega, sem z. B. maíssterkja í svokölluðu „háfrúktósa kornasírópi“, svo maísíróp , breytt og notað í staðinn fyrir rørsykur ( súkrósa ), z. B. í drykkjarframleiðslu mætti ​​nota.

Nútíma líftækni síðan á áttunda áratugnum

Uppbyggingarlíkan af hluta úr DNA tvöfalda helix (B-lögun) með 20 grunnpörum

Upplýsing DNA uppbyggingarinnar

Árið 1953 skýrðu Francis Crick og James Watson uppbyggingu og virkni deoxýribonucleic sýru (DNA). Þetta lagði grunninn að þróun nútíma erfðafræði.

Síðan á áttunda áratugnum hefur orðið nokkur miðlæg þróun í rannsóknar- og greiningartækni. Árið 1972, til dæmis, notuðu líffræðingarnir Stanley N. Cohen og Herbert Boyer sameindalíffræðilegar aðferðir til að ná fyrstu in vitro sameiningu DNA (breytingu á DNA í tilraunaglasinu ), svo og framleiðslu á plasmíðvektum sem tæki til að flutningur ( vektor ) erfðaefnis , t.d. B. í bakteríufrumum.

César Milstein og Georges Köhler framleiddu fyrst einstofna mótefni árið 1975, sem eru mikilvægt tæki í læknisfræðilegri og líffræðilegri greiningu . Síðan 1977 er hægt að búa til raðbrigða prótein ( prótein sem upphaflega eru fengin úr öðrum tegundum ) í bakteríum og framleiða í stærri mælikvarða. Árið 1982 voru fyrstu erfðabreyttu ræktunin með erfðabreyttu illgresiseyðandi efni framleidd þannig að viðkomandi illgresiseyði varpar ræktunina þegar gróðurverndarráðstafanir eru gerðar. Sama ár voru útkölluð mýs búin til fyrir læknisfræðilegar rannsóknir. Með þeim er að minnsta kosti eitt gen óvirkt til að skilja og rannsaka virkni þess eða virkni einsleita gensins í mönnum.

Raðgreining erfðamengis

Árið 1990 hrinti það af stað erfðamengisverkefni mannsins , sem allt til ársins 2001 (eða 2003 í fyrirhuguðum stöðlum) taldi allt erfðamengi mannsins af 3,2 × 10 ⁹ grunnpörum (bp) og raðgreint var. Raðgreiningartæknin byggist beint á fjölliðu keðjuverkun (PCR) sem þróuð var árið 1975, sem gerir hraðri og meira en 100.000 falt aukningu á tilteknum DNA röð og þar með nægilegu magni af þessari röð, t.d. B. til greiningar aðgengilegar. Strax árið 1996 var sú af bakargerinu ( Saccharomyces cerevisiae ) með 2 × 10 ⁷ bp alveg upplýst sem fyrsta erfðamengið. Vegna þess að hraða þróun raðgreiningu tækni, önnur genamengi, svo sem að á ávöxtum flýgur Drosophila melanogaster (2 x 10 ⁸ BP), gæti verið raðgreint tiltölulega fljótt.

Ákvarðanir á erfðamengisröð leiddu til þess að komið var á fót frekari rannsóknarsvæðum sem byggjast á þeim, svo sem transcriptomics , proteomics , metabolomics og kerfislíffræði og til að auka mikilvægi, t.d. B. lífupplýsingar .

Notkun erfðatækni

Árið 1995 kom fyrsta erfðabreytta afurðin, Flavr Savr tómaturinn, á markað og var samþykkt til sölu í Bandaríkjunum og Stóra -Bretlandi. Fyrstu tilraunirnar til genameðferðar hjá mönnum voru gerðar árið 1996 og stofnfrumum manna var fyrst fjölgað í frumuræktun árið 1999. Á sama ári fór markaðsmagn raðbrigða framleiddra próteina í lyfjaiðnaði yfir verðmæti 10 milljarða Bandaríkjadala í fyrsta skipti. Klónaða kindin Dolly fæddist árið 1998.

Nýþróuðu erfðatækniaðferðirnar opnuðu ný þróunartækifæri fyrir líftækni, sem leiddi til þess að sameinda líftækni varð til. Það myndar tengi milli sameinda líffræði og klassískrar líftækni. Mikilvæg tækni er t.d. B. umbreytingu eða umbreytingu baktería með hjálp plasmíða eða vírusa . Hægt er að setja ákveðin gen inn í viðeigandi gerðir af bakteríum á markvissan hátt. Önnur notkunarsvið sameinda líftækni eru greiningaraðferðir, til dæmis til að bera kennsl á og raðgreina DNA eða RNA brot. ^[5]

Greinar líftækni

Líftækni er mjög breitt hugtak. Það er því skipt í mismunandi útibú í samræmi við viðkomandi notkunarsvið. Sumar þeirra skarast þannig að þessi undirdeild er ekki alltaf skýr. Í sumum tilfellum eru hugtökin ekki enn sett upp eða eru skilgreind á annan hátt.

Græn líftækni lýtur að plöntutengdum forritum, t.d. B. í landbúnaðarskyni. Rauð líftækni er svæði læknisfræðilegra lyfjafyrirtækja, svo sem B. framleiðslu lyfja og greiningar. Hvít líftækni eða iðnaðar líftækni felur í sér líftækniframleiðsluferli, sérstaklega fyrir efnasambönd í efnaiðnaði , en einnig ferli í textíl- eða matvælaiðnaði . ^[1]

Skiptingin á sviðin blá líftækni , sem fjallar um notkun lífvera úr sjó, og grá líftækni með líftæknilegum ferlum á sviði úrgangsstjórnunar ( skólphreinsistöðvar , hreinsun jarðvegs og þess háttar) eru sjaldgæfari.

Burtséð frá þessari flokkun, þá er til líftækni sem er þekkt sem hefðbundið form, sem fjallar um skólphreinsun , jarðgerð og önnur svipuð forrit.

Framleiðsluaðferðir

Lífverur

Bakterían Escherichia coli er ein algengasta lífveran í líftækni.

Í nútíma líftækni eru nú notuð bæði bakteríur og æðri lífverur eins og sveppir , plöntur eða dýrafrumur . Oft notaðar lífverur hafa þegar verið rannsakaðar ítarlega, svo sem þörmubakteríuna Escherichia coli eða bakargerið Saccharomyces cerevisiae . Vel rannsakaðar lífverur eru oft notaðar í líftækni þar sem þær eru vel þekktar og aðferðir við ræktun þeirra eða erfðafræðilega meðferð hafa þegar verið þróaðar. Einfaldar lífverur geta einnig verið erfðabreyttar með minni fyrirhöfn.

Æ fleiri lífverur ( fjölfrumu heilkjörnungar ) eru einnig notaðar í líftækni. Ástæðan fyrir þessu er til dæmis hæfileikinn til að gera eftir þýðingar breytingar á próteinum sem z. B. gerist ekki í bakteríum. Dæmi um þetta er glýkóprótein hormón rauðkornavaka , þekktur sem íbætingarefnið skammstöfunarinnar EPO. Hins vegar vaxa heilkjörnungafrumur hægar en bakteríur og er erfiðara að rækta þær af öðrum ástæðum. Í sumum tilfellum geta lyfjaverksmiðjur sem eru ræktaðar á túninu, í gróðurhúsinu eða í ljósræktarhvarfinu verið valkostur við framleiðslu þessara líflyfja . ^[7]

Bioreactors

Sérstaklega er hægt að rækta örverur í lífhvarfum eða gerjunum . Þetta eru ílát þar sem aðstæðum er stjórnað og fínstillt þannig að ræktaðar örverur framleiða æskileg efni. Í lífhvörfum eru ýmsar breytur , svo sem B. Hægt er að stjórna pH , hitastigi , súrefnisgjöf , köfnunarefnisgjöf , glúkósainnihaldi eða hrærivélastillingum . Þar sem örverurnar sem hægt er að nota hafa mjög mismunandi kröfur eru mjög mismunandi gerðir gerjenda í boði, svo sem B. hrærður tankur hvarfefni , lykkja hvarfefni , loftlyftu hvarfefni og hálfgagnsær ljósefnahvarfar til ræktunar á ljóstillífandi lífverum (eins og þörungum og plöntum).

Umsóknir

Max Delbrück miðstöð sameindalækninga í Berlín

Sjá samsvarandi málsgreinar í greinum: Hvítt líftækni , rauða líftækni , græna líftækni , gráa líftækni og bláa líftækni

Vegna fjölbreytileika líftækni eru fjölmörg notkunarsvið og vörur tengdar því eða háðar því:

• Mótefna tækni : framleiðsla t.d. B. einstofna mótefni fyrir ýmsar greiningaraðferðir í læknisfræðilegri og líffræðilegri notkun og rannsóknum
• Bioelectronics : Krækjur líffræði og raftæki, t.d. B. til þróunar lífskynjara
• Líffræðilegar upplýsingar : vinnsla á gögnum sem eru búin til með líftæknilegum aðferðum, svo sem B. erfðamengi röðun fengin; en einnig grunnurinn að þróun nýrra líftæknilegra aðferða og notkunar
• Líftvinnsluverkfræði : framkvæmd líftæknilegra forrita, svo sem B. Þróun gerjunarferla
• Bioremediation : Flutningur á menguðum stöðum , svo sem B. eitruð lífræn efnasambönd í jarðvegi, með því að nota lífefnafræðilega getu, t.d. B. af bakteríum
• DNA flís tækni : Notkun svokallaðra DNA flís fyrir viðamiklar skimanir , t.d. B. í erfðafræði (t.d. greiningu á arfgengum sjúkdómum), erfðatækni o.fl.
• Downstream vinnsla : undirbúningur (hreinsun) líftæknilega framleiddra efnasambanda, t.d. B. frá gerjunarferlum eða aðferðum
• Etanóleldsneyti : Framleiðsla lífeldsneytis lífetanóls , t.d. B. úr maíssterkju, með hjálp örvera sem starfa með áfengri gerjun, og ensímum sem bæta ferlið
• Erfðafræðileg prófþróun : t.d. B. Uppgötvun stökkbreytinga sem valda arfgengum sjúkdómum eins og Huntington -sjúkdómi
• Genameðferð : t.d. B. Kynning á ósnortnu genafbrigði til að eyða erfðagalla tímabundið eða varanlega
• Klónun : t.d. B. meðferðar klónun til að mynda in vitro skipti líffæri fyrir sjúklinginn sem frumfrumurnar koma frá frumunum sem fengnar eru frá
• Klónun tækni (klónunar): Transfer aðferðum ákveðið DNA runu inní lífveru, t.d. B. mannainsúlíngenið í bakteríu, fyrir raðbrigða framleiðslu insúlíns
• Glæpafræðilegar umsóknir (sjá einnig erfðafingrafar ): Auðkenning á brotamanni á grundvelli rannsóknar á ummerkjum með líftæknilegum aðferðum
• Nanótækni (sjá einnig Nanótækni )
• Næringarfræði : t.d. B. Þróun hagnýtrar fæðu til lækninga
• Pharmacogenomics : Þróun einstaklingsmiðaðrar (bjartsýni) lyfjameðferðar, s.s. B. fyrir tiltekna stofna eða hluta þjóðarinnar
• Lyfjafræðileg líftækni (grein rauðrar líftækni)
• Prótínverkfræði : markviss hönnun breyttra eða nýrra próteina fyrir tiltekin forrit
• Stofnfrumumeðferð : Notkun almáttugra eða fjölþættra stofnfrumna til að meðhöndla ýmsa sjúkdóma
• Vefverkfræði eða vefjaverkfræði : In vitro framleiðsla á efnum til notkunar í endurnýjunarlyfjum
• Erfðabreytt tækni
• Xenotransplantation : flutningur frumna eða vefja milli mismunandi tegunda
• Sellulósi-etanól : Framleiðsla lífetanóls úr sellulósa, sem áður var ekki skilvirkt aðgengilegt með ensímum, með því að nota raðbrigða framleidd ensím
• Og mikið meira

sjónarhorn

Mörg forrit líftækni byggjast á góðum skilningi á því hvernig lífverur virka. Með nýjum aðferðum og aðferðum, svo sem B. röðun á erfðamengi og tengdum rannsóknarsvæðum eins og próteomics, transcriptomics, metabolomics, bioinformatics osfrv., Þessi skilningur er stöðugt að aukast. Fleiri og fleiri læknisfræðilegar umsóknir eru mögulegar.Í hvítri líftækni eru ákveðin efnasambönd, t.d. B. í lyfjafyrirtækjum eða sem hráefni fyrir efnaiðnaðinn og hægt er að fínstilla plöntur fyrir ákveðin umhverfisaðstæður eða fyrirhugaða notkun þeirra. Oft er hægt að skipta út fyrri forritum fyrir hagstæðari líftæknileg ferli, svo sem. B. umhverfisskaðleg efnaframleiðsluferli í iðnaði. Því er gert ráð fyrir að vöxtur líftækniiðnaðarins haldi áfram í framtíðinni. ^[8.]

Sjá einnig

• Líftæknimiðstöðin Münster

bókmenntir

• G. Festel, J. Knöll, H. Götz, H. Zinke: Áhrif líftækni á framleiðsluferli í efnaiðnaði. Í: Chemical Engineer Technology . Bindi 76, 2004, bls. 307-312, doi: 10.1002 / cite.200406155 .
• Nikolaus Knoepffler , Dagmar Schipanski , Stefan Lorenz Sorgner (ritstj.): Líftækni manna sem félagsleg áskorun. Alber Verlag, Freiburg i. B. 2005, ISBN 3-495-48143-5 .
• Björn Lippold: Regnbogi líftækni . bionity.com .
• Luitgard Marschall: iðnaðar líftækni á 20. öld. Tæknilegur valkostur eða sess tækni? Í: Technikgeschichte, Vol. 66 (1999), H. 4, bls. 277-293.
• K. Nixdorff, D. Schilling, M. Hotz: Hvernig má misnota framfarir í líftækni: lífvopn. Í: Líffræði á okkar tímum . 32. bindi, 2002, bls. 58-63.
• Reinhard Renneberg, Darja Süßbier: Líftækni fyrir byrjendur . Forlagið Spectrum Academic, 2005, ISBN 3-8274-1538-1 .
• Moselio Schaechter, John Ingraham, Frederick C. Neidhardt: Örvera: Frumritið með þýðingarhjálp . Forlagið Spectrum Academic, 2006, ISBN 3-8274-1798-8 .
• R. Ulber, K. Soyez: 5000 ára líftækni: Frá víni til pensilíns. Í: Efnafræði á okkar tímum . 38. bindi, 2004, bls. 172-180, doi: 10.1002 / ciuz.200400295 .
• Volkart Wildermuth : líftækni. Milli vísindalegra framfara og siðferðilegra marka. Parthas Verlag, 2006, ISBN 3-86601-922-X .
• Michael Wink: Molecular Biotechnology: Concepts, Methods and Applications , Wiley-VCH, Weinheim, 2011, ISBN 978-3527326556

Vefsíðutenglar

Wiktionary: Líftækni - skýringar á merkingum, uppruna orða, samheiti, þýðingar

• biotechnologie.de - Frumkvæði sambands menntamálaráðuneytisins (BMBF) um líftækni, þar á meðal skilgreiningu á "Hvað er líftækni?"
• NCBI , vefsíða National Center for Biotechnology Information (NCBI), National Institute of Health, National Library for Medicine, aðgangur að gögnum (þ.m.t. heill erfðamengi), leitaraðgerðir og staðlaðar áætlanir fyrir samanburð á röð o.s.frv.
• Transgen - gagnsæi fyrir erfðatækni í matvælum , upplýsingasíða vettvangs lífs og erfðatækni - samtök um eflingu samfélagslegrar umræðumenningar e. V. opnað 22. febrúar 2010
• Efni líftækni - upplýsingar frá Federal Office for the Environment FOEN

Einstök sönnunargögn

1. ↑ ^{a b c d} Hvað er líftækni? Upplýsingasíða BMBF. (biotechnologie.de , sótt 22. febrúar 2010).
2. ↑ ^{a b c d} líftækni. Forgangur fjármögnunar BMBF: Sjálfbær lífræn framleiðsla. Upplýsingasíða verkefnisfélaga Forschungszentrum Jülich. (www.fz-juelich.de ( Memento frá 20. september 2005 í Internet Archive ), nálgast þann 22. febrúar 2010).
3. ↑ Gul líftækni. Sótt 3. mars 2017 .  
4. ^ Charles Weizmann: Framleiðsla á asetóni og áfengi með bakteríumfræðilegum ferlum. Bandarískt einkaleyfi 1.315.585, gefið út september 1919.
5. ↑ Tækniháskólinn í München (TUM): Sameindalíftækni , lýsing á námskeiðinu, aðgangur 21. febrúar 2010.
6. ↑ P. Kafarski: Regnbogakóði líftækni . EFNI. Wroclaw háskólinn, 2012.
7. ^ Eva L. Decker, Ralf Reski : Moslífhvarfar sem framleiða endurbætt lífefnalyf. Í: Núverandi skoðun í líftækni. 18. bindi, 2007, bls. 393-398. doi: 10.1016 / j.copbio.2007.07.012 .
8. ↑ Líftæknifyrirtækiskönnun 2009 ( minnismerki 28. mars 2010 í internetskjalasafni ), upplýsingasíða sambands mennta- og rannsóknarráðuneytisins (BMBF), opnuð 22. febrúar 2010.