Η Βιοτεχνολογία αποτελεί ένα ραγδαία αναπτυσσόμενο σύνθετο επιστημονικό κλάδο ο οποίος στοχεύει στην αξιοποίηση της εντυπωσιακής προόδου που έχει πραγματοποιηθεί στις Βιολογικές και συναφείς επιστήμες, με σκοπό την ανάπτυξη νέων και προηγμένων προϊόντων και υπηρεσιών.
Η συνεισφορά της Βιοτεχνολογίας είναι σημαντική στους τομείς υγείας, βιομηχανίας, διατροφής, πρωτογενούς παραγωγής, ενέργειας, περιβάλλοντος και ποιότητας ζωής της σύγχρονης κοινωνίας, με τεράστιες επενδύσεις σε παγκόσμια κλίμακα στην εκπαίδευση, την έρευνα και τις εφαρμογές της.
Εφαρμογές στην ιατρική και φαρμακευτική
Χρειάστηκαν χιλιάδες χρόνια από τότε που ο άνθρωπος χρησιμοποίησε τις ιδιότητες της ζύμωσης του κριθαριού για να παράγει μπίρα, τη χρήση μαγιάς για το ψωμί και βακτηρίων για το γιαούρτι και το τυρί, για να φτάσουμε σε μια άλλη χρήση των μικροοργανισμών που οι πρόγονοι μας δεν φαντάζονταν.
Από το 1953, όμως, που ανακαλύφθηκε η δομή της διπλής έλικας του DNA πέρασαν 22 χρόνια για να παραχθεί το πρώτο μονοκλωνικό αντίσωμα, το οποίο άνοιξε το δρόμο για την εξατομικευμένη θεραπεία εξαιρετικά σοβαρών και απειλητικών για τη ζωή ασθενειών. Αποκλειστικός τρόπος αντιμετώπισης διαφόρων μορφών καρκίνου και γενετικών νόσων, η εξέλιξη των εξατομικευμένων βιοτεχνολογικών θεραπειών κινείται με γοργούς ρυθμούς, ιδίως αμέσως μετά την ολοκλήρωση της ταυτοποίησης του ανθρώπινου γονιδιώματος.
Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA έδωσε τη δυνατότητα παραγωγής φαρμακευτικών πρωτεϊνών σε σημαντικές ποσότητες, τόσο για τον αποτελεσματικό έλεγχο της δράσης τους όσο και για ευρεία κατανάλωση.
Η αποτελεσματική θεραπεία προϋποθέτει την κατανόηση των βιοχημικών μηχανισμών και του γενετικού υπόβαθρου της ασθένειας, για να εφαρμοστεί η κατάλληλη θεραπεία είτε με φαρμακευτική αγωγή είτε ακόμη και με «γενετική διόρθωση» της βλάβης.
Η Βιοτεχνολογία συνεισφέρει ουσιαστικά στους παραπάνω στόχους:
- με την ανάπτυξη της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA,
- με τη χρήση της τεχνικής PCR,
- καθώς και με τη χρήση ανιχνευτών μορίων DNA.
Οι τεχνικές αυτές βρίσκουν εφαρμογή στη βελτίωση και παραγωγή σε ευρεία κλίμακα ευαίσθητων διαγνωστικών ουσιών όπως τα μονοκλωνικά αντισώματα, αποτελεσματικών εμβολίων και φαρμακευτικών προϊόντων.
Πρόσφατα, ένας νέος τομέας της Βιοτεχνολογίας αναπτύσσεται ταχύτατα, η γονιδιακή θεραπεία, που στηρίζεται στην εφαρμογή της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA στη θεραπεία πολλών σοβαρών γενετικών ασθενειών όπως η κυστική ίνωση, το σύνδρομο επίκτητης ανοσολογικής ανεπάρκειας (AIDS) και διάφοροι τύποι καρκίνου.
Εφαρμογές στη βιομηχανία
Η βιοτεχνολογία στηρίζεται κυρίως σε τεχνικές καλλιέργειας και ανάπτυξης των μικροοργανισμών και σε τεχνικές ανασυνδυασμένου DNA.
Οι μικροοργανισμοί βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή στη βιομηχανία όπου χρησιμοποιούνται σε ευρεία κλίμακα για να παράγουν προϊόντα εμπορικής αξίας. Στις παλαιότερες εφαρμογές περιλαμβάνεται η παραγωγή μπίρας και κρασιού με αλκοολική ζύμωση. Ακολούθησε η παραγωγή φαρμακευτικών προϊόντων, αντιβιοτικών, ενζύμων απορρυπαντικών και άλλων χημικών ουσιών. Σε όλες αυτές τις διαδικασίες γινόταν προσπάθεια να παραχθεί το προϊόν που ενδιαφέρει σε μεγάλη ποσότητα, δηλαδή να υπάρχει υψηλή απόδοση.
Αυτό γινόταν με δύο μεθόδους:
- Τη γενετική βελτίωση των οργανισμών με παραδοσιακό τρόπο (επιλογή στελεχών με υψηλή απόδοση και διασταυρώσεις).
- Τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας που ακολουθείται για την παραγωγή του προϊόντος.
Σήμερα η Βιοτεχνολογία έρχεται να συμβάλει στις παραδοσιακές μεθόδους. Έτσι με την τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA δημιουργήθηκαν γενετικά τροποποιημένοι μικροοργανισμοί που παράγουν προϊόντα με βελτιωμένες ιδιότητες.
Εφαρμογές στη γεωργία
Στον τομέα της γεωργίας η βιοτεχνολογία έχει τη δυνατότητα να αυξήσει την παραγωγή τροφίμων με βελτίωση της απόδοσης, με μείωση του κόστους των αγροτικών επενδύσεων και συνεισφορά στην ανάπτυξη νέων προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας, ικανοποιώντας τις ανάγκες των καταναλωτών και των βιομηχανιών τροφίμων.
Ειδικότερα με τους γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς καθίσταται δυνατή η δημιουργία ακόμη πιο βελτιωμένων ποικιλιών. Τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης εφαρμογής είναι:
- ανθεκτικότητα στις ασθένειες από ιούς, μικρόβια ή παράσιτα, που οδηγεί σε σημαντικό περιορισμό της χρήσης βιοκτόνων μέσων,
- ανθεκτικότητα σε έντομα,
- καθυστέρηση στη διαδικασία σαπίσματος των λαχανικών,
- πιο υγιεινή σύσταση και συστατικά με μεγαλύτερη θρεπτική αξία,
- αυξημένες αποδόσεις τροφίμων και
- αντοχή στις κλιματικές συνθήκες, όπως κρύο, ζέστη, ξηρασία, έδαφος με πολλά άλατα.
Η χρήση των γενετικά τροποποιημένων οργανισμών ασφαλώς ενέχει και κινδύνους που πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη πριν την οποιαδήποτε απελεύθερωσή τους στο περιβάλλον. Σαν τέτοιους μπορούμε να αναφέρουμε: α) την εμφάνιση νέων ειδών με ανεπιθύμητα χαρακτηριστικά, β) την ανάπτυξη μικροοργανισμών με ανθεκτικότητα σε αντιβιοτικά και γ) την πιθανή διαταραχή της ισορροπίας του οικοσυστήματος εξαιτίας της εμφάνισης αυτών των νέων οργανισμών.
Εφαρμογές στη κτηνοτροφία
Οι εφαρμογές της βιοτεχνολογίας στη ζωική παραγωγή περιλαμβάνουν μεθόδους και τεχνικές που μπορούν να καταταχθούν σε τρεις κυρίως κατηγορίες: αυτές που έχουν σχέση α) με την αναπαραγωγική διαδικασία (βιοτεχνολογία αναπαραγωγής, β) με τη χρήση ορμονών και άλλων χημικών ουσιών και γ) με την εφαρμογή τεχνικών της γενετικής μηχανικής που αφορούν στο γονιδίωμα των αγροτικών ζώων (γονιδιακή τεχνολογία).
Η εφαρμογή της τεχνητής σπερματέγχυσης, οι επεμβάσεις στην ανάπτυξη και ωρίμανση του ωοθυλακίου, του οίστρου και η πρόκληση πολλαπλής ωοθυλακοιορρηξίας και ιδιαίτερα η μεταφορά εμβρύων αλλά και η εξωσωματική γονιμοποίησή του, η διαίρεση του εμβρύου και η κλωνοποίηση, αποτελούν μερικά από τα σύγχρονα επιτεύγματα της βιοτεχνολογίας στο χώρο της ζωικής παραγωγής.
Ακόμη περισσότερο, με την εφαρμογή των τεχνικών της γενετικής μηχανικής και την ανάπτυξη της γονιδιακής τεχνολογίας, με την εκλεκτική μεταφορά γονιδίων σε άτομα του ίδιου είδους ή διαφορετικών ειδών είναι δυνατό να παραχθούν ζωικά προϊόντα αφενός με τροποποιημένη σύνθεση που να ικανοποιεί τις σύγχρονες διαιτητικές απαιτήσεις των καταναλωτών και αφετέρου με όσο το δυνατό λιγότερη περιεκτικότητα σε φαρμακευτικές ή άλλες πρόσθετες ουσίες.
Εκτός από τα παραπάνω, η χρήση ορμονών από τη μια και από την άλλη η ανοσολογική ενίσχυση ή ανοσοεξουδετέρωση ορισμένων ορμονών και άλλων ενδογενών αντιγόνων, με τη χρήση μονοκλωνικών αντισωμάτων, συμβάλλουν ουσιαστικά στη διαμόρφωση ενός συστήματος σύγχρονης εκτροφής των παραγωγικών ζώων.
Συμπερασματικά η βιοτεχνολογία της ζωϊκής παραγωγής συμβάλλει ουσιαστικά στην αύξηση της παραγωγικότητας των ζώων, τη βελτίωση της ποιότητας των ζωικών προϊόντων και τη μείωση του κόστους παραγωγής και τελικά στην παραγωγή φθηνότερων, άριστης ποιότητας προϊόντων για την ικανοποίηση των συνεχώς αυξανόμενων αναγκών του καταναλωτικού κοινού.
Εφαρμογές στο περιβάλλον
Η προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και η εξυγίανση των υποβαθμισμένων από την ανθρώπινη δραστηριότητα περιοχών, αποτελεί ένα από τους κεντρικούς ερευνητικούς στόχους σε παγκόσμιο αλλά και ευρωπαϊκό επίπεδο.
Οι βιοτεχνολογικές εφαρμογές των φυτών στην προστασία του περιβάλλοντος αναπτύσσονται τα τελευταία χρόνια σε δύο κυρίως κατευθύνσεις.
- Η πρώτη περιλαμβάνει την πρόληψη της ρύπανσης, κυρίως μέσω της μείωσης των αγροχημικών που απαιτούνται για την καλλιέργεια τους.
- Η δεύτερη προσέγγιση περιλαμβάνει την χρησιμοποίηση φυτών για την αποδόμηση των ρύπων από τα υποβαθμισμένα οικοσυστήματα (Φυτοεξυγίανση-Phytoremediation).
Πέρα από τα προφανή άμεσα περιβαλλοντικά οφέλη, η ανάπτυξη βιοτεχνολογικών μεθόδων για την εξυγίανση περιβαλλοντικά υποβαθμισμένων περιοχών μπορεί να συμβάλει και στην αύξηση της γεωργικής παραγωγής, καθώς μεγάλες εκτάσεις μολυσμένων περιοχών θα μπορούσαν να αποδοθούν με ασφάλεια στην καλλιέργεια.
Η φυτοεξυγίανση με τη χρήση συμβατικών καλλιεργούμενων φυτικών ειδών (αγρωστώδη, μηδική, ηλίανθος, καπνός κ.α.) έχει ήδη να επιδείξει ικανοποιητικά αποτελέσματα στις περιπτώσεις όπου απαιτείται απομάκρυνση ρυπαντών από μεγάλες εκτάσεις. Η χρησιμοποίηση των παραπάνω φυτικών ειδών περιορίζεται μόνο στις περιπτώσεις όπου η συγκέντρωση των οργανικών ή ανόργανων ρυπαντών βρίσκονται σε σχετικά χαμηλά επίπεδα.
Επιπλέον οι καθιερωμένες πρακτικές, οι οποίες περιλαμβάνουν την συγκομιδή και την ταφή των παραπάνω καλλιεργούμενων φυτών, έχουν περιορίσει την εφαρμογή της φυτοεξυγίανσης, κυρίως λόγω του μεγάλου χρονικού διαστήματος που απαιτείται για την ικανοποιητική μείωση των επιπέδων των ρυπαντών. Σε πολλές περιπτώσεις το απαιτούμενο χρονικό διάστημα μπορεί να περιλαμβάνει πολλές καλλιεργητικές περιόδους.
Οι απαντήσεις της βιοτεχνολογίας στις παραπάνω προκλήσεις και προβλήματα είναι πολύπλευρες και περιλαμβάνουν τόσο τη χρησιμοποίηση καταλληλότερων φυτικών ειδών (πολλές φορές σε συνεργασία με μικροοργανισμούς του εδάφους), όσο και την έρευνα με σκοπό την ανάπτυξη γενετικά τροποποιημένων φυτών με βελτιωμένες ικανότητες φυτοεξυγίανσης.
