Biotechnologie: Erklärung und Definition

Die Biotechnologie nutzt biologische Systeme, um wertvolle Produkte und industrielle Prozesse zu schaffen. Dieser innovative Ansatz zur Lösung von Problemen hat eine immense Anwendung, die sich unter anderem auf Ernährung, Energie (Biokraftstoffe), Gesundheit und Medizin erstreckt.

Was ist Biotechnologie?

Biotechnologie umfasst eine Reihe von Techniken, Verfahren und Methoden, die biologische Systeme und lebende Organismen oder deren Teile verwenden, um eine Vielzahl von Produkten oder Verfahren für bestimmte Zwecke zu erzeugen oder zu modifizieren. Der biotechnologische Prozess umfasst Grundlagen- und angewandte Forschung, die unterschiedliche Ansätze aus der Technologie und Anwendung der Biowissenschaften integriert.

Wie funktioniert Biotechnologie?

Streng genommen ist jeder lebende Organismus mit dem gleichen genetischen Material programmiert, das als DNA (Desoxyribonukleinsäure) bezeichnet wird. Bei eukaryotischen Organismen wie Pflanzen, Tieren, Pilzen und anderen nicht-prokaryotischen Organismen befindet sich die DNA im Kern, der als Kern-DNA bekannt ist. Bei Prokaryonten wie Bakterien oder Archaebakterien befindet sich die DNA jedoch im Zytoplasma. Charakteristischerweise besteht die DNA aus Nukleotiden, die aus einem Zucker (Desoxyribose), einem Phosphat und vier stickstoffhaltigen Basen bestehen – Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C).

Die Nukleotide paaren sich zu Strängen, die sich eng zu einer Spirale winden, die als „Doppelhelix“-Struktur bezeichnet wird. DNA- oder Gensegmente sagen einzelnen Zellen, wie sie bestimmte Proteine ​​herstellen. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines solchen Proteins manifestiert sich in Form von Merkmalen oder Eigenschaften in Organismen. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Länge, um perfekt in die Zellen zu passen, ist die Doppelhelix-Struktur der DNA dicht gepackt, um ein Chromosom zu bilden das sich im Zellkern befindet.

Die genetische Information im Chromosom und die Interaktionen zwischen Genen und seiner Umgebung steuern die mehrzellige Entwicklung von einer einzelnen Zelle über den Embryo bis zum Erwachsenenalter. Bei der zellulären Reproduktion entrollen sich die DNA-Stränge, d.h. ihre Doppelhelix trennt sich.

Da sich Nukleotid A immer mit T und G entsprechend mit C paart, enthält jeder Strang einen Bauplan für ein bestimmtes Protein. Abgesehen von Mutationen oder Fehlern, die während der Replikation auftreten können, ist eine einzelne Zelle mit der erforderlichen genetischen Information ausgestattet, um Millionen von Kopien von sich selbst herzustellen. Biotechnologen nutzen die Tatsache, dass alle Organismen das gleiche genetische Material (Nukleotide; A, T, G und C) enthalten und arbeiten daran, DNA-Abschnitte (Gene) mit Hilfe von Enzymen zu verändern.

So können sie beispielsweise mithilfe von Enzymen ein DNA-Segment oder ein Gen aus einem Organismus abschneiden und entfernen und es mit der DNA verschiedener Organismen in einem als rekombinante DNA (rDNA) oder Gentechnik bezeichneten Prozess rekombinieren. Die rDNA wird dann in lebende Organismen eingefügt. Durch rDNA werden gewünschte Produkte/Eigenschaften entweder geschaffen oder unerwünschte eliminiert. Dies ist die Grundlage der Biotechnologie.

Das Modifizieren, Entfernen oder Hinzufügen von Genfragmenten zu DNA-Molekülen verändert deren genetische Information. Dieser Prozess ermöglicht es Biotechnologen, neue oder verbesserte Produkte wie Medikamente, Humangentherapie, Pflanzen usw. zu entdecken.

Merkmale der Biotechnologie

Die Biotechnologie hat mehrere Eigenschaften, die sie einzigartig machen. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:

  • Basierend auf rekombinanter DNA (rDNA) oder Gentechnik.
  • Verwendet lebende Organismen oder deren Teile, um ein Produkt zu erstellen oder zu modifizieren.
  • Ist ein multidisziplinärer Ansatz, der wichtige wissenschaftliche Disziplinen mit den biologischen Wissenschaften (Molekularbiologie, Biochemie, Zellbiologie, Genetik und Mikrobiologie) als Hauptdisziplin umfasst.
  • Hat ein breites Anwendungsspektrum, unter anderem in der Medizin, Landwirtschaft, Wissenschaft, Technik usw.

Vorteie der Biotechnologie

Lebende Organismen und ihre Derivate haben im 21. Jahrhundert immens zum technologischen Fortschritt beigetragen.

Biotechnologie im Gesundheitswesen

Biotechnologie ist bei der Entwicklung biopharmazeutischer Produkte von wesentlicher Bedeutung – therapeutische Produkte, die durch den Einsatz rekombinanter DNA-Technologie hergestellt werden. Zu diesen Produkten gehören Impfstoffe und monoklonale Antikörper, Blutfaktoren, Enzyme, Hormone, Antibiotika, Wachstumsfaktoren, Zytokine usw.

Diese lebensrettenden Produkte werden mit biotechnologischen Verfahren direkt aus verschiedenen lebenden Organismen synthetisiert. Zum Beispiel werden Insulin, menschliches Wachstumshormon und Interferon alpha-2b alle aus Bakterien hergestellt. Hepatitis-B-Impfstoff, Humanalbumin, Human-Papillomavirus-Impfstoff werden aus Hefe synthetisiert.

Eine andere Therapie wie unter anderem Erythropoietin und Faktor VIII kommt aus Säugerzellen. Es ist auch von zentraler Bedeutung für neue Ansätze zur Krebsbehandlung, die personalisierte Impfstoffe, Zelltherapie, Gen-Editierung und Mikrobiom kombinieren.