Công nghệ sinh học: Công nghệ dẫn lối tương lai

Công nghệ sinh học là việc sử dụng sinh học để giải quyết các vấn đề và tạo ra các sản phẩm hữu ích . Điều này liên quan đến việc điều khiển các sinh vật sống hoặc các thành phần của chúng thông qua kỹ thuật di truyền để tạo ra các sản phẩm hữu ích như protein trị liệu và các loại thuốc khác .

Công nghệ sinh học là một lĩnh vực liên ngành đối phó với sự tích hợp của khoa học vật lý và kỹ thuật để hiện thực hóa ứng dụng của các sinh vật sống , tế bào, các bộ phận của chúng và các chất tương tự phân tử cho các sản phẩm và dịch vụ. Công nghệ sinh học nói riêng giúp chúng ta hiểu sâu hơn về cách thức hoạt động của các loài và cách sử dụng kiến ​​thức đó để cải thiện cuộc sống hàng ngày .

1. Nguyên tắc cơ bản và nguyên lý hoạt động của công nghệ sinh học

Công nghệ sinh học là một lĩnh vực rộng lớn áp dụng các nguyên tắc cơ bản từ nhiều lĩnh vực khác nhau như sinh học, hóa học, vật lý và kỹ thuật. . Dưới đây là một số nguyên tắc cơ bản của công nghệ sinh học:

• DNA và đường truyền mã hóa thông tin di truyền : DNA, hoặc axit deoxyribonucleic , chứa các hướng dẫn hóa học để xây dựng và duy trì các hệ thống sống . Gen, những đoạn DNA chứa thông tin để tạo ra một loại protein cụ thể , là trung tâm của công nghệ sinh học. Quá trình mã hóa và giải mã thông tin từ DNA sang RNA và sau đó đến protein được gọi là chuyển mã gen .

• Công nghệ DNA tái tổ hợp : Công nghệ sinh học chủ yếu dựa vào khả năng tạo ra DNA “tái tổ hợp” . H. Cắt và nối lại ADN tại những vị trí xác định . Điều này cho phép các nhà khoa học tạo ra cấu trúc di truyền mới hoặc sửa đổi những cái hiện có .

• Kỹ thuật di truyền : Công cụ CRISPR – Cas9 “Gene Push-Pull” như CRISPR-Cas9 cho phép các nhà sinh học điều khiển gen của các sinh vật ngay cả ở cấp độ tế bào.

• Công nghệ protein và enzyme : Protein và enzyme thực hiện hầu hết các quá trình hóa học trong tế bào sống . Bằng cách thiết kế lại chúng, các cơ chế mới của các quá trình sinh học có thể được tạo ra.

• Công nghệ tế bào : Hiểu biết và kiểm soát cấu trúc và chức năng của các tế bào sống là một khía cạnh quan trọng khác của công nghệ sinh học. Điều này liên quan đến việc tạo ra các tế bào gốc và điều khiển chúng để tạo ra các loại tế bào khác nhau .

• Tin sinh học: Đây là lĩnh vực áp dụng các kỹ thuật và phương pháp toán học và tính toán để hiểu dữ liệu sinh học như trình tự DNA , protein và các quá trình xảy ra trong các tế bào sống .

• Sinh học tổng hợp: Đây là một lĩnh vực công nghệ sinh học mới nổi , mục tiêu của nó là thiết kế và phát triển hoàn toàn mới các thành phần và hệ thống sinh học để tăng cường hoặc tạo ra các cấu trúc trong tự nhiên. là để xây dựng. Kiến trúc và chức năng mới .

2. ứng dụng Công Nghệ Sinh Học Trong Y Tế

Công nghệ sinh học đã đóng góp to lớn cho ngành y tế theo nhiều cách , từ sản xuất dược phẩm đến phát hiện bệnh cho đến cải thiện cấy ghép nội tạng . Dưới đây là một số ứng dụng chính của công nghệ sinh học trong y tế.

• Sản xuất thuốc : Công nghệ sinh học đã tạo ra khả năng sản xuất thuốc mới thuốc, kể cả thuốc không thể sản xuất bằng phương pháp hóa học truyền thống . Ví dụ, insulin, một loại protein cần thiết cho việc điều chỉnh lượng đường trong máu , hiện được sản xuất bởi vi khuẩn tái tổ hợp có chứa gen insulin của người trong DNA của chúng .

• Liệu pháp tế bào gốc : Những tiến bộ trong nghiên cứu và ứng dụng tế bào gốc đã mở ra những khả năng mới trong việc điều trị các bệnh và tình trạng khác nhau , bao gồm bệnh Parkinson, bệnh tim và bệnh Alzheimer .

• Liệu pháp gen : Liệu pháp gen mang lại khả năng chữa khỏi hoặc ngăn ngừa bệnh bằng cách thay đổi gen của bệnh nhân . Bất chấp những thách thức, liệu pháp gen đã được phê duyệt cho một số bệnh như bệnh vận chuyển lipid liên kết với X và bệnh mù xanh liên kết với X.

• Chẩn đoán bệnh : Công nghệ sinh học đã cải tiến việc chẩn đoán bệnh , từ việc xác định nhanh vi khuẩn gây bệnh đến phân tích gen của bệnh nhân để dự đoán nguy cơ của bệnh di truyền .

• Chỉnh sửa gen bằng CRISPR : CRISPR-Cas9 là một công cụ chỉnh sửa gen mạnh mẽ có thể được sử dụng để thay đổi DNA của các tế bào sống . Nó được sử dụng trong nghiên cứu để điều trị nhiều bệnh di truyền , bao gồm bệnh Huntington và bệnh xơ nang.

• Phát triển vắc-xin : Công nghệ sinh học đã đóng vai trò một vai trò quan trọng trong việc phát triển vắc -xin, chẳng hạn như vắc-xin mRNA chống lại bệnh vi – rút corona mới (COVID-19), thay đổi cách chúng ta ứng phó với đại dịch.

3. Ứng Công Nghệ Sinh Học Trong Nông Nghiệp

Công nghệ sinh học đang tạo ra một cách tiếp cận hoàn toàn mới cho nông nghiệp, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm , đồng thời giúp giải quyết các vấn đề về môi trường . Dưới đây là một số ứng dụng chính của công nghệ sinh học trong nông nghiệp.

• Cải tiến giống cây trồng : Công nghệ sinh học đã giúp phát triển các giống cây trồng mới có khả năng khả năng chống chịu với áp lực môi trường , bệnh tật và bệnh tật. , ngăn ngừa côn trùng và nâng cao năng suất.

• Làm cho cây trồng kháng sâu bệnh : Công nghệ sinh học cho phép các nhà khoa học thiết kế các gen giúp cây trồng kháng sâu bệnh , giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học và bệnh tật . giảm tác động môi trường . có thể được giảm thiểu.

• Bảo vệ và phục hồi môi trường : Công nghệ sinh học cũng được sử dụng để phục hồi môi trường bằng cách loại bỏ các chất ô nhiễm và phục hồi đất bị ô nhiễm .

• Sản xuất sinh học: Công nghệ sinh học đã góp phần phát triển các phương pháp sản xuất năng lượng tái tạo mới như etanol và dầu diesel sinh học từ thực vật và chất thải sinh học.

• Cải thiện chất lượng thực phẩm : Các gen tốt hơn có thể được đưa vào cây trồng để cải thiện chất lượng thực phẩm như hương vị, màu sắc, kết cấu và giá trị dinh dưỡng .

• Phát triển chăn nuôi biến đổi gen : Công nghệ sinh học đã giúp phát triển chăn nuôi biến đổi gen làm thực phẩm qua đó nâng cao hiệu quả chăn nuôi và sức khỏe vật nuôi .

• Ứng phó với biến đổi khí hậu : Công nghệ sinh học cung cấp các công cụ cho phép các nhà nghiên cứu phát triển các loài thực vật mới có khả năng chống lại các điều kiện môi trường thay đổi , từ đó giúp nông nghiệp phát triển trước biến đổi khí hậu .

4. Ứng dụng Công Nghệ Sinh Học Trong Môi Trường

Công nghệ sinh học cũng đã có những bước tiến dài trong việc bảo vệ và cải thiện môi trường. Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng của công nghệ sinh học trong môi trường.

• Xử lý sinh học: Đây là việc sử dụng các sinh vật sống (thường là vi khuẩn hoặc nấm) để tiêu diệt hoặc chuyển hóa các chất ô nhiễm trong môi trường. Ví dụ, vi khuẩn biến đổi gen có thể được sử dụng để nuôi dioxin và hydrocarbon dầu mỏ . Vị trí thứ 2 Phân hủy chất thải : Công nghệ sinh học có thể giúp cải thiện việc xử lý chất thải , ví dụ bằng cách sử dụng vi khuẩn để phân hủy chất thải hữu cơ hoặc sinh vật biển để loại bỏ chất phóng xạ khỏi nước thải .

• Tái tạo năng lượng: Công nghệ sinh học đang phát triển những cách mới để tạo ra năng lượng tái tạo , chẳng hạn như sử dụng vi khuẩn để sản xuất khí sinh học từ chất thải hữu cơ và tảo để sản xuất dầu diesel sinh học.

• Lọc sinh học: Ở đây, các sinh vật được sử dụng để lọc các chất ô nhiễm từ không khí, nước hoặc chất thải. Ví dụ, một số vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ các hợp chất và kim loại nặng làm thức ăn để loại bỏ chúng ra khỏi môi trường.

• Giảm phát thải khí nhà kính : Công nghệ sinh học cũng giúp giảm phát thải khí nhà kính , ví dụ bằng cách sử dụng các sinh vật biển để chuyển CO2 thành O2. 6. Bảo tồn đa dạng sinh học : Công nghệ sinh học có thể góp phần bảo tồn đa dạng sinh học bằng cách tái tạo các loài đã tuyệt chủng hoặc có nguy cơ tuyệt chủng và bằng cách tạo ra các sinh vật mới có thể thích nghi với môi trường thay đổi .

5. Ứng dụng Công Nghệ Sinh Học Trong Sản Xuất Công Nghiệp

Công nghệ sinh học cũng đã tạo ra nhiều ứng dụng công nghiệp quan trọng . Dưới đây là một số ví dụ:

• Sản xuất Enzyme : Từ lipase được sử dụng trong sản xuất xà phòng đến protease được sử dụng trong sản xuất giấy, enzyme được sản xuất bởi vi khuẩn và nấm biến đổi gen để đảm bảo nguồn ổn định, tái tạo và thân thiện với môi trường .

• Sản xuất vật liệu sinh học: Công nghệ sinh học giúp sản xuất vật liệu mới từ các nguồn sinh học , chẳng hạn như nhựa sinh học làm từ tinh bột và lớp phủ chống ăn mòn làm từ vi khuẩn.

• Năng lượng sinh học: Vi khuẩn và nấm được sử dụng để phân hủy chất thải hữu cơ để sản xuất khí sinh học, ethanol và các loại năng lượng tái tạo khác năng lượng.

• Phân hủy chất thải công nghiệp : Công nghệ sinh học có thể giúp phân hủy nhiều loại chất thải công nghiệp , từ chất thải nguy hại chứa kim loại nặng đến chất thải dễ phân hủy từ các nhà máy chế biến thực phẩm .

• Cải thiện quy trình sản xuất : Vi khuẩn và enzyme được sử dụng để cải thiện nhiều quy trình công nghiệp , từ làm mềm bột nhào đến nâng cao hiệu suất lên men.

• Sản xuất hóa chất : Công nghệ sinh học mang đến những khả năng mới để sản xuất hóa chất, từ chất dẻo đến dược phẩm mà không sử dụng nguyên liệu hóa chất độc hại .

• Nâng cao chất lượng sản phẩm : Công nghệ sinh học được sử dụng để nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách tinh chỉnh các thuộc tính cơ bản của chúng , từ thực phẩm và nước uống đến vật liệu và hóa chất.

Các công nghệ sinh học tốt nhất hiện nay

• DNA tổng hợp : DNA tổng hợp được sử dụng để nghiên cứu bộ gen của vi -rút gây ra Covid-19 và theo dõi sự lây lan và tiến hóa của vi-rút .

• CRISPR: CRISPR là công nghệ chỉnh sửa gen cho phép các nhà khoa học chỉnh sửa gen với độ chính xác cao . Nó có nhiều cách sử dụng, bao gồm điều trị bệnh di truyền và phát triển cây trồng mới .

• Tế bào gốc : Tế bào gốc là tế bào có khả năng phát triển thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể. Nó có nhiều ứng dụng, chẳng hạn như y học tái tạo và khám phá thuốc.

• Liệu pháp gen : Liệu pháp gen là công nghệ sửa đổi gen để điều trị hoặc ngăn ngừa bệnh tật. Nó có nhiều công dụng , bao gồm điều trị rối loạn di truyền và ung thư.

• Nhiên liệu sinh học: Nhiên liệu sinh học là nhiên liệu được làm từ các nguồn sinh học có thể tái tạo như thực vật và tảo. Chúng có nhiều công dụng, bao gồm giảm phát thải khí nhà kính và cung cấp các giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch.

• Nhựa sinh học: Nhựa sinh học là loại nhựa được làm từ các nguồn sinh học có thể tái tạo như bột ngô và mía . Chúng có nhiều công dụng, bao gồm giảm chất thải nhựa và cung cấp giải pháp thay thế cho nhựa làm từ dầu mỏ .

KẾT LUẬN

Công nghệ sinh học là một lĩnh vực đầy hứa hẹn đã có những bước tiến dài trong nhiều lĩnh vực . Tuy nhiên, công nghệ sinh học cũng kéo theo những thách thức về môi trường, đạo đức và xã hội nên việc ứng dụng nó đòi hỏi sự thận trọng. Nhưng nếu chúng ta biết sử dụng và điều tiết hợp lý thì công nghệ sinh học sẽ tiếp tục là một công cụ quan trọng giúp chúng ta giải quyết những vấn đề khó khăn của cuộc sống trong thế giới hiện đại .

Bài viết bạn có thể quan tâm:

Cách Mạng Công Nghệ 4.0 & Tương Lai Thế Kỷ 21

Biotechnology | Definition, Examples, & Applications | Britannica