Biotechnologie & Gentechnik: Ein Überblick

Biotechnologie ist ein Bereich der Biowissenschaften, der lebende Organismen und biologische Systeme verwendet, um modifizierte oder neue Organismen oder nützliche Produkte zu schaffen. Ein wesentlicher Bestandteil der Biotechnologie ist Gentechnik.

Das beliebte Konzept der Biotechnologie ist eines von Experimenten, die in Labors und auf dem neuesten Stand der Technik stattfinden industrieller Fortschritt, aber die Biotechnologie ist viel stärker in den Alltag der meisten Menschen integriert als sie scheint.

Die Impfstoffe, die Sie bekommen, die Sojasauce, den Käse und das Brot, die Sie im Lebensmittelgeschäft kaufen, die Kunststoffe in Ihrem Alltag Umwelt, Ihre knitterfreie Baumwollkleidung, die Reinigung nach Ölverschmutzungen und mehr sind Beispiele für Biotechnologie. Sie alle "beschäftigen" lebende Mikroben, um ein Produkt herzustellen.

Sogar ein Bluttest zur Borreliose, eine Chemotherapie bei Brustkrebs oder eine Insulininjektion können das Ergebnis der Biotechnologie sein.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Die Biotechnologie stützt sich auf das Gebiet der Gentechnik, die DNA modifiziert, um die Funktion oder andere Merkmale von lebenden Organismen zu verändern.

Frühe Beispiele dafür sind die selektive Züchtung von Pflanzen und Tieren vor Tausenden von Jahren. Heute bearbeiten oder übertragen Wissenschaftler DNA von einer Spezies auf eine andere. Die Biotechnologie macht sich diese Prozesse für eine Vielzahl von Industrien zunutze, darunter Medizin, Lebensmittel und Landwirtschaft, Fertigung und Biokraftstoffe.

Biotechnologie wäre nicht möglich ohne Gentechnik. Modern ausgedrückt manipuliert dieser Prozess die genetischen Informationen der Zellen mit Labortechniken, um die Eigenschaften von lebenden Organismen zu verändern.

Wissenschaftler können Gentechnik einsetzen, um die Art und Weise zu ändern, wie ein Organismus aussieht, sich verhält, funktioniert oder mit bestimmten Materialien oder Reizen in seiner Umgebung interagiert. Gentechnik ist in allen lebenden Zellen möglich; dazu gehören Mikroorganismen wie Bakterien und einzelne Zellen vielzelliger Organismen wie Pflanzen und Tiere. Sogar die Menschliche DNA können mit diesen Techniken bearbeitet werden.

Manchmal verändern Wissenschaftler genetische Informationen in einer Zelle, indem sie ihre Gene direkt verändern. In anderen Fällen werden DNA-Stücke eines Organismus in die Zellen eines anderen Organismus implantiert. Die neuen Hybridzellen heißen transgen.

Gentechnik mag wie ein hochmoderner technologischer Fortschritt erscheinen, wird aber seit Jahrzehnten in zahlreichen Bereichen eingesetzt. Tatsächlich hat die moderne Gentechnik ihre Wurzeln in alten menschlichen Praktiken, die zuerst von Charles Darwin definiert wurden als künstliche Selektion.

Künstliche Selektion, die auch. genannt wird selektive Zucht, ist eine Methode zur gezielten Auswahl von Paarungspaaren für Pflanzen, Tiere oder andere Organismen basierend auf gewünschten Merkmalen. Der Grund dafür ist, Nachkommen mit diesen Merkmalen zu erzeugen und den Prozess mit zukünftigen Generationen zu wiederholen, um die Merkmale in der Population schrittweise zu stärken.

Obwohl die künstliche Selektion weder Mikroskopie noch andere fortschrittliche Laborgeräte erfordert, ist sie eine wirksame Form der Gentechnik. Obwohl es als uralte Technik begann, wird es heute noch von Menschen verwendet.

Häufige Beispiele sind:

• Zucht von Nutztieren.
• Blumensorten herstellen.
• Züchtung von Tieren, wie Nagetieren oder Primaten, mit bestimmten gewünschten Eigenschaften wie Anfälligkeit für Krankheiten für Forschungsstudien.

Das erste bekannte Beispiel dafür, dass Menschen sich an der künstlichen Selektion eines Organismus beteiligen, ist der Aufstieg von Canis lupus familiaris, oder besser bekannt, der Hund. Vor etwa 32.000 Jahren lebten die Menschen in einem Gebiet Ostasiens, das heute China ist, in Jäger-Sammler-Gruppen. Wilde Wölfe folgten den Menschengruppen und plünderten Kadaver, die Jäger zurückließen.

Wissenschaftler halten es für höchstwahrscheinlich, dass der Mensch nur die fügsamen Wölfe am Leben ließ, die keine Bedrohung darstellten. Auf diese Weise begann die Abzweigung der Hunde vom Wolf durch Selbstselektion, da die Individuen mit dem Merkmal die es ihnen erlaubte, die Anwesenheit von Menschen zu tolerieren, wurden zu den domestizierten Gefährten der Jäger und Sammler.

Schließlich begannen die Menschen, absichtlich Hunde zu domestizieren und dann Generationen von Hunden für gewünschte Eigenschaften, insbesondere Fügsamkeit, zu züchten. Hunde wurden zu treuen und schützenden Gefährten des Menschen. Über Jahrtausende züchtete der Mensch sie selektiv nach bestimmten Merkmalen wie Felllänge und -farbe, Augengröße und Schnauzenlänge, Körpergröße, Veranlagung und mehr.

Die wilden Wölfe Ostasiens vor 32.000 Jahren, die sich vor 32.000 Jahren in Hunde abgespalten haben, umfassen fast 350 verschiedene Hunderassen. Diese frühen Hunde sind genetisch am engsten mit den modernen Hunden verwandt, die als chinesische einheimische Hunde bezeichnet werden.

Künstliche Selektion manifestierte sich auch auf andere Weise in alten menschlichen Kulturen. Als sich die Menschen in Richtung Agrargesellschaften bewegten, nutzten sie die künstliche Selektion mit einer zunehmenden Anzahl von Pflanzen- und Tierarten.

Sie domestizierten Tiere, indem sie sie Generation für Generation züchteten und nur die Nachkommen paarten, die die gewünschten Eigenschaften aufwiesen. Diese Eigenschaften hingen vom Zweck des Tieres ab. Zum Beispiel werden moderne domestizierte Pferde in vielen Kulturen häufig als Transport- und Lasttiere verwendet, die Teil einer Gruppe von Tieren sind, die allgemein als. bezeichnet werden Lasttiere.

Eigenschaften, nach denen Pferdezüchter möglicherweise gesucht haben, sind daher Fügsamkeit und Stärke sowie Robustheit bei Kälte oder Hitze und die Fähigkeit, in Gefangenschaft zu züchten.

Alte Gesellschaften nutzten die Gentechnik auch auf andere Weise als durch künstliche Selektion. Vor 6.000 Jahren verwendeten die Ägypter Hefe, um Brot zu säuern, und fermentierte Hefe, um Wein und Bier herzustellen.

Moderne Gentechnik geschieht im Labor statt durch selektive Züchtung, denn Gene sind kopiert und von einem DNA-Stück zu einem anderen oder von einer Zelle eines Organismus in die eines anderen Organismus verschoben DNA. Dies beruht auf einem DNA-Ring namens a Plasmid.

Plasmide kommen in Bakterien- und Hefezellen vor und sind von den Chromosomen getrennt. Obwohl beide DNA enthalten, sind Plasmide typischerweise nicht notwendig, damit die Zelle überleben kann. Während Bakterienchromosomen Tausende von Genen enthalten, enthalten Plasmide nur so viele Gene, wie Sie an einer Hand abzählen würden. Dies macht sie viel einfacher zu manipulieren und zu analysieren.

Die Entdeckung in den 1960er Jahren von Restriktionsendonukleasen, auch bekannt als Restriktionsenzyme, führte zu einem Durchbruch in der Gen-Editierung. Diese Enzyme schneiden DNA an bestimmten Stellen in der Kette von Basenpaare.

Basenpaare sind die gebundenen Nukleotide die den DNA-Strang bilden. Abhängig von der Bakterienart wird das Restriktionsenzym darauf spezialisiert sein, unterschiedliche Sequenzen von Basenpaaren zu erkennen und zu schneiden.

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Wissenschaftler fanden heraus, dass sie mit den Restriktionsenzymen Stücke aus den Plasmidringen herausschneiden konnten. Sie konnten dann DNA aus einer anderen Quelle einführen.

Ein anderes Enzym namens DNA-Ligase bindet die Fremd-DNA an das ursprüngliche Plasmid in der leeren Lücke, die von der fehlenden DNA-Sequenz hinterlassen wird. Das Endergebnis dieses Prozesses ist ein Plasmid mit einem fremden Gensegment, das als a. bezeichnet wird Vektor.

Wenn die DNA-Quelle eine andere Spezies war, heißt das neue Plasmid rekombinante DNA, oder ein Chimäre. Sobald das Plasmid wieder in die Bakterienzelle eingeführt wird, werden die neuen Gene exprimiert, als ob das Bakterium diese genetische Ausstattung schon immer besessen hätte. Wenn sich das Bakterium repliziert und vermehrt, wird auch das Gen kopiert.

Wenn es darum geht, die neue DNA in die Zelle eines Organismus einzubringen, der kein Bakterium ist, sind verschiedene Techniken erforderlich. Eine davon ist a Gen-Waffe, das sehr kleine Partikel von Schwermetallelementen, die mit der rekombinanten DNA beschichtet sind, auf pflanzliches oder tierisches Gewebe schleudert.

Zwei weitere Techniken erfordern die Nutzung der Kraft von Infektionskrankheiten. Ein Bakterienstamm namens Agrobacterium tumefaciens infiziert Pflanzen, wodurch Tumore in der Pflanze wachsen. Wissenschaftler entfernen die krankheitserregenden Gene aus dem Plasmid, das für die Tumore verantwortlich ist, das sogenannte Tioder tumorinduzierendes Plasmid. Sie ersetzen diese Gene durch beliebige Gene, die sie in die Pflanze übertragen möchten, damit die Pflanze mit der gewünschten DNA „infiziert“ wird.

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Viren dringen oft in andere Zellen ein, von Bakterien bis hin zu menschlichen Zellen, und fügen ihre eigene DNA ein. EIN viraler Vektor wird von Wissenschaftlern verwendet, um DNA in eine Pflanzen- oder Tierzelle zu übertragen. Die krankheitsverursachenden Gene werden entfernt und durch die gewünschten Gene ersetzt, die Markergene enthalten können, um zu signalisieren, dass die Übertragung stattgefunden hat.

Die erste moderne genetische Veränderung war 1973, als Herbert Boyer und Stanley Cohen ein Gen von einem Bakterienstamm in einen anderen übertrugen. Das Gen kodiert für Antibiotikaresistenz.

Im folgenden Jahr schufen Wissenschaftler die erste Instanz eines gentechnisch veränderten Tieres, als Rudolf Jaenisch und Beatrice Mintz erfolgreich fremde DNA in Mausembryonen einführten.

Wissenschaftler begannen, die Gentechnik auf ein breites Feld von Organismen anzuwenden, um eine wachsende Zahl neuer Technologien zu entwickeln. Sie entwickelten zum Beispiel Pflanzen mit Herbizidresistenz, damit Landwirte Unkraut besprühen können, ohne ihre Pflanzen zu schädigen.

Sie modifizierten auch Lebensmittel, insbesondere Gemüse und Obst, so dass sie viel größer werden und länger halten als ihre unveränderten Cousins.

Gentechnik ist die Grundlage der Biotechnologie, da die Biotechnologie-Industrie im Allgemeinen ein weites Feld ist, das die Nutzung anderer lebender Arten für die Bedürfnisse des Menschen umfasst.

Ihre Vorfahren vor Tausenden von Jahren, die selektiv Hunde oder bestimmte Nutzpflanzen züchteten, nutzten die Biotechnologie. Das gilt auch für moderne Landwirte und Hundezüchter sowie für jede Bäckerei oder Weinkellerei.

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Die industrielle Biotechnologie wird als Brennstoffquelle verwendet; Daher stammt der Begriff „Biokraftstoffe“. Mikroorganismen verbrauchen Fette und wandeln sie in Ethanol um, das eine verbrauchbare Kraftstoffquelle ist.

Enzyme werden verwendet, um Chemikalien mit weniger Abfall und Kosten als herkömmliche Methoden herzustellen oder um Herstellungsprozesse durch den Abbau chemischer Nebenprodukte zu reinigen.

Von Stammzellbehandlungen über verbesserte Bluttests bis hin zu einer Vielzahl von Arzneimitteln hat die Biotechnologie das Gesicht des Gesundheitswesens verändert. Medizinische Biotechnologie-Unternehmen verwenden Mikroben, um neue Medikamente herzustellen, wie z monoklonale Antikörper (diese Medikamente werden zur Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt, einschließlich Krebs), Antibiotika, Impfstoffe und Hormone.

Ein bedeutender medizinischer Fortschritt war die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von synthetischem Insulin mit Hilfe von Gentechnik und Mikroben. DNA für Humaninsulin wird in Bakterien eingebaut, die sich vermehren und wachsen und das Insulin produzieren, bis das Insulin gesammelt und gereinigt werden kann.

1991 entwickelte Ingo Potrykus mit Hilfe der landwirtschaftlichen Biotechnologieforschung eine Reissorte, die mit Beta-Carotin angereichert ist, das der Körper wandelt sich in Vitamin A um und ist ideal für den Anbau in asiatischen Ländern, wo Kinderblindheit durch Vitamin-A-Mangel eine Besonderheit ist Problem.

Die Missverständnisse zwischen der Wissenschaftsgemeinschaft und der Öffentlichkeit haben zu großen Kontroversen über gentechnisch veränderte Organismen oder GVO geführt. Es gab solche Angst und Aufschrei über a over gentechnisch veränderte Lebensmittel wie Golden Rice, die zwar 1999 für den Vertrieb an asiatische Landwirte bereit waren, dieser Vertrieb jedoch noch nicht erfolgt ist aufgetreten.