Biotehnoloģija ir nozare, kas koncentrējas uz manipulācijām ar dzīviem organismiem, lai radītu komerciālus produktus. Tomēr tas ir ļoti plašs skats uz šo strauji augošo zinātnisko nozari.
Pēc šādām definīcijām gadsimtiem ilgā lauksaimniecība un dzīvnieku audzēšana būtu kvalificējama kā biotehnoloģijas veids. Mūsdienu izpratne un izmantošana par šo zinātni, kas pazīstama arī kā biotehnoloģija, ir pilnveidota, lai radītu jaunas zāles un kaitēkļiem izturīgas kultūras.
Šādi jauninājumi sāka attīstīties, kad Stenlijs Koens un Herberts Bojers 1973. gadā Stanforda laboratorijā demonstrēja DNS klonēšanu. Biotehnoloģija ir kļuvusi raksturīga daudziem mūsdienu ikdienas dzīves aspektiem.
Tehnoloģija
Kopš pirmajiem DNS klonēšanas eksperimentiem ir izstrādātas gēnu inženierijas metodes, lai izveidotu inženierijas bioloģiskas molekulas un ģenētiski izstrādātus mikroorganismus un šūnas. Ģenētiķi ir izstrādājuši arī veidus, kā atrast jaunus gēnus un noskaidrot, kā tie darbojas, un radījuši transgēnus dzīvniekus un augus.
Šīs bioinženierijas revolūcijas vidū uzsprāga komerciālas lietojumprogrammas. Nozare attīstījās, izmantojot tādas metodes kā gēnu klonēšana (replikācija), vērsta mutagēze (virzot ģenētiskās mutācijas) un DNS sekvencēšana. Tika izstrādāti un ieviesti arī RNS traucējumi, biomolekulu marķēšana un noteikšana, kā arī nukleīnskābju amplifikācija.
Biotehnoloģiju tirgi: medicīna un lauksaimniecība
Biotehnoloģiju nozare lielā mērā ir sadalīta medicīnas un lauksaimniecības tirgos. Lai arī uzņēmīga biotehnoloģija tiek piemērota arī citās jomās, piemēram, rūpnieciskā ķīmisko vielu ražošanā un bioremediācijā, izmantošana šajās jomās joprojām ir specializēta un ierobežota.
No otras puses, medicīnas un lauksaimniecības nozarē ir notikušas biotehnoloģiju revolūcijas. Tas ietvēra jaunus un reizēm pretrunīgus pētniecības centienus un attīstības programmas. Uzņēmumi ir attīstījušies, lai izmantotu biotehnoloģiju attīstības uzplaukumu. Šie uzņēmumi ir attīstījuši stratēģijas jaunu biomolekulu un organismu atklāšanai, pārveidošanai vai ražošanai, izmantojot bioinženieriju.
Biotehnoloģiju starta revolūcija
Biotehnoloģija ieviesa pilnīgi jaunu pieeju zāļu izstrādei, kas nebija viegli integrējama ķīmiski fokusētā pieejā, ko izmantoja lielākā daļa izveidoto farmācijas uzņēmumu. Šī maiņa izraisīja starta uzņēmumu izsitumus, sākot ar Cetus (tagad daļa no Novartis Diagnostics) un Genentech dibināšanu 1970. gadu vidū.
Tā kā Silīcija ielejā bija izveidojusies riska kapitāla kopiena augsto tehnoloģiju nozarei, daudzi agrīnās biotehnoloģijas uzņēmumi apvienojās arī Sanfrancisko līča apgabalā. Gadu gaitā šī tirgus sasniegšanai ir dibināti neskaitāmi starta uzņēmumi.
Inovāciju centri attīstījās ASV tādās pilsētās kā Sietla, Sandjego, Ziemeļkarolīnas izpētes trīsstūra parks, Bostona un Filadelfija. Starptautiskie biotehnoloģiju centri ietver tādas pilsētas kā Berlīne, Heidelberga un Minhene Vācijā; Oksforda un Kembridža Lielbritānijā; un Medikonas ieleja Dānijas austrumos un Zviedrijas dienvidos.
Jaunu narkotiku projektēšana ātrāk
Medicīniskā biotehnoloģija, kuras ieņēmumi pārsniedz USD 150 miljardus gadā, saņem lielāko daļu biotehnoloģiju investīciju un pētniecības dolāru. Šī biotehnoloģijas daļa gravitējas ap zāļu atklāšanas cauruļvadu, kas sākas ar pamatpētījumiem līdz identificēt ar konkrētām slimībām saistītus gēnus vai olbaltumvielas, kuras varētu izmantot kā mērķa zāles un diagnostiku marķieri.
Kad ir atrasts jauns gēnu vai olbaltumvielu mērķis, tūkstošiem ķīmisko vielu tiek pārbaudītas, lai atrastu potenciālās zāles, kas ietekmē mērķi. Ķīmiskās vielas, kas izskatās, ka tās varētu darboties kā zāles (dažreiz tās sauc arī par "hits"), pēc tam ir jāoptimizē, jāpārbauda toksisko blakusparādību rašanās un jāpārbauda klīniskajos pētījumos.
Medicīnas biotehnoloģijas uzņēmumi
Biotech ir bijusi nozīmīga sākotnējā zāļu atklāšanas un skrīninga posmā. Lielākajai daļai lielāko farmācijas uzņēmumu ir aktīvas mērķa atklāšanas pētījumu programmas, kas lielā mērā ir atkarīgas no biotehnoloģijas. Mazāki iesācējuzņēmumi, piemēram, Exelixis, BioMarin Pharmaceuticals un Cephalon (iegādājās Teva Farmācija) koncentrējās uz zāļu atklāšanu un izstrādi, bieži izmantojot unikālu patentētu paņēmieni.
Papildus tiešai zāļu izstrādei tādi uzņēmumi kā Abbott Diagnostics un Becton, Dickinson and Company (BD) meklē veidus, kā izmantot jaunus ar slimību saistītus gēnus, lai izveidotu jaunu klīnisko diagnostiku.
Daudzi no šiem testiem identificē pacientus, kuri visvairāk reaģē uz jaunu zāļu nonākšanu tirgū. Arī jaunu zāļu izpētes atbalstīšana ir garš pētījumu un laboratoriju piegādes uzņēmumu saraksts, kas nodrošina pamata komplektus, reaģentus un aprīkojumu.
Piemēram, tādi uzņēmumi kā Thermo-Fisher, Promega un daudzi citi nodrošina laboratorijas rīkus un aprīkojumu biozinātnes pētījumiem. Tādi uzņēmumi kā Molecular Devices un DiscoveRx piedāvā īpaši izstrādātas šūnas un noteikšanas sistēmas potenciālo jauno zāļu skrīningam.
Lauksaimniecības biotehnoloģija: labāka pārtika
Tā pati biotehnoloģija, ko izmanto zāļu izstrādē, var uzlabot arī lauksaimniecības un pārtikas produktus. Tomēr atšķirībā no farmaceitiskajām zālēm gēnu inženierija neradīja izsitumus jauniem ag-biotehnoloģiju jaunajiem uzņēmumiem. Atšķirība var būt tāda, ka, neskatoties uz tehnoloģisko progresu uz priekšu, biotehnoloģija būtiski nemainīja lauksaimniecības nozares raksturu.
Manipulēšana ar kultūrām un mājlopiem, lai optimizētu ģenētiku, lai uzlabotu lietderību un uzlabotu ražu, notiek tūkstošiem gadu. Runājot, bioinženierija nodrošina ērtu jaunu metodi. Izveidoti lauksaimniecības uzņēmumi, piemēram, Dow un Monsanto (kurus iegādājās Bayer), vienkārši integrēja biotehnoloģiju savās pētniecības un attīstības programmās.
Augu un dzīvnieku ĢMO
Lielākā uzmanība tiek pievērsta ag-biotehnoloģijai ražas uzlabošana, kas kā bizness ir bijis diezgan veiksmīgs. Kopš pirmās ģenētiski modificētās kukurūzas ieviešanas 1994. gadā transgēnu kultūraugi, piemēram, kvieši, sojas pupas un tomāti, ir kļuvuši par normu.
Tagad vairāk nekā 90% ASV audzēto kukurūzas, sojas pupu un kokvilnas ir bioinženierijas. Lai arī biotehnoloģija lauksaimniecības dzīvnieku uzlabošanai ir atpalikusi, tā ir diezgan izplatīta.
Pirmā klonētā aita Dollija tika izveidota 1996. gadā. Kopš tā laika dzīvnieku klonēšana ir kļuvusi izplatītāka, un ir skaidrs, ka transgēnie lauksaimniecības dzīvnieki atrodas tūlīt horizonts - 2019. gadā AquaBounty (ģenētiski modificētu lašu audzētāji) saņēma FDA atļauju būvēt savu iekārtu Indiāna un importēt savus inženierijas lašu olas, kuras audzēs pārtikā ASV
Lai gan ģenētiski modificētie organismi (ĢMO) pēdējos gados ir izraisījušas daudz diskusiju, ag-biotehnoloģija ir kļuvusi diezgan labi izveidota. Saskaņā ar jaunākajiem pieejamajiem Starptautiskā Agri-biotehnoloģijas ieguves dienesta instruktāžiem Ģenētiski modificēto kultūru stādījumi 2017. gadā sasniedza 189,8 miljonus hektāru, salīdzinot ar 185,1 miljonu hektāru 2016. gadā.