Bioteknologiens historie: Forfædre, Moderne Anvendelser og Fødsel af Bioinformatik

Bioteknologihistorie: Forfædre, Moderne Applikationer og Fødsel af Bioinformatik!

Før vi diskuterer resultaterne af modembioteknologi i detaljer, lad os se, hvordan denne videnskab har udviklet gennem tiden. For de fleste mennesker er bioteknologi et begreb forbundet med moderne videnskab.

Men dets rødder kan spores tilbage til flere århundreder. Faktisk tog Karl Ereky, en ungarsk ingeniør, selve udtrykket "bioteknologi" tilbage i 1919. På det tidspunkt refererede den til processen med at udvikle produkter fra råstoffer ved hjælp af levende organismer.

Bioteknologi til vores forfædre:

Mennesket har manipuleret levende organismer for at forbedre sin livsstil i årevis, længe før Ereky gav det et navn. Faktisk bærer selve begrebet brygning af vin og bagning af brød frøene til bioteknologi. Det samme kan siges om parring af passende par dyr for at få ønskede fysiske træk.

I forbindelse med bagning af brød tilføjer bagere gærceller til dejen. Denne gær bruger op næringsstoffer i dejen til sin egen overlevelse og danner dermed alkohol og kuldioxidgas. Alkoholen bidrager til den rige aroma af det bagt brød. Ligeledes i ølindustrien anvendes gærceller til at nedbryde stivelsen i kornet til sukker for at danne alkohol. Således, selv i oldtiden, producerede vores forfædre mad ved at tillade levende organismer at handle på andre ingredienser.

Det sene attende og det tidlige nittende århundrede var begyndelsen på vaccinationstid, afgrøderotation og dyretrukne maskiner. Opdagelsen af ​​mikroorganismer og deres betydning førte til etablering af mikrobielle processer af legendariske forskere som Robert Koch, Louis Pasteur og Joseph Lister.

Det 20. århundredes begyndelse indvarslede industri- og landbrugsrevolutionen. Under første verdenskrig blev gæringsprocesser udviklet til at producere acetone og malingsopløsningsmidler til den hurtigt voksende bilindustri. Spildevandsbehandling og kommunal kompostering af fast affald blev udbredt i hele verden.

Era af moderne applikationer:

Grundlæggelsen af ​​moderne bioteknologiske anvendelser kan spores til 1866, da den tjekkiske munk Greger Mendel gennemførte en udtømmende undersøgelse af havenærten og konkluderede, at genetik var ansvarlig for arv og overførsel af træk.

I 1869 opdagede schweizisk kemi, Johann Miescher 'nuclein' i cellernes kerner. Dette blev betegnet nukleinsyre og blev yderligere kategoriseret som deoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA). Derefter afslørede efterfølgende undersøgelser af den tyske embryolog Walter Fleming i 1882 eksistensen af ​​kromosomer. Tysk zoolog, august weismann bevist at disse er bærere af arvelige instruktioner.

Endnu en anden dimension til evolutionpuslespillet blev tilføjet i 1903, da den amerikanske biolog WS Sutton foreslog, at gener ligger på kromosomer. Dette førte igen til yderligere forskning, og den danske biolog Wilhelm Johanssen mønnede begrebet 'gen' i 1911.

Han beskrev også, at genotype (genetisk sammensætning) og fænotype (ekstern udseende åben for påvirkning af miljøet) er to forskellige faktorer. For yderligere at sonde ind i disse kromosomer og gener udviklede den amerikanske genetiker Thomas Hunt Morgan og hans team teknikker til fremstilling af genkort (af frugtflykromosomer) i 1922, hvilket tyder på, at kromosomer er grupper af bundne gener.

Overførslen af ​​gener fra en organisme til en anden blev gjort mulig i 1928, da Fedrick Griffith opdagede fænomenet 'transformation', hvor noget ukendt princip omdanner en harmløs stamme af bakterier til en virulent stamme.

I 1944 demonstrerede Oswald Avery og hans gruppe ved Rockefeller Institute, New York, at gener er sammensat af deoxyribonukleinsyre - DNA'et, som er det grundlæggende stof, der består af fire baser: adenin, thymin, guanin og cytosin, og at det er ansvarlig for overførsel af arvelige tegn.

Lederbergs og Tatums arbejde viste, at seksuel udveksling af genetisk materiale er muligt i bakterier. Erwin Chargaffs arbejde i 1948 viste endvidere, at basen adenin vil parre med thymin, og cytosin ville svare til guanin. Disse oplysninger viste sig yderst signifikant til bestemmelse af DNA-strukturen. Rosalind Frankalins arbejde (1952) om røntgendiffraktion var medvirkende til efterfølgende opklaring af molekylstrukturen af ​​DNA.

Imidlertid kom det virkelige store gennembrud med James Watsons og Francis Cricks arbejde i 1953, da de opløste DNA's dobbelte helixstruktur. Da deres arbejde blev tildelt Nobelprisen i 1962, åbnede det videnskabens oversvømmelse for forskere over hele verden.

Mere information om DNA og dets manipulation i et cellefrit system fulgte, da Kornenberg viste, at DNA kunne syntetiseres i et cellefrit bakterieekstrakt. Han demonstrerede også, at involvering af et specifikt enzym (DNA Polymerase) er nødvendigt for at forbinde DNA-nukleotidprecursorerne, og at enzymet kun virker i nærværelse af en DNA-skabelon. I 1967 opdagede Szybalski og Summers at kun en streng ( følelsesstrengen) virker som en skabelon til transkription af RNA fra en DNA-skabelon.

I 1969 sprængte Marshall Nirenberg og hans team tripletkoden, der kortlægger messenger-RNA-kodoner til specifikke aminosyrer. I samme år isolerede Jonathan Beckwith et gen for første gang fra en bakterie, hvis proteinprodukt er involveret i sukkerstofskifte. Dette blev efterfulgt af en kemisk syntese af genet af Har Gobind Khorana og hans forskningsgruppe i 1970, der fødte videnskaben om kemisk genetik.

Isoleringen af ​​enzymet, DNA Ligase af Walter Gilbert viste sig at være en sandboon for genets kemiske manipulation. Det fungerede som molekylær lim for sammenføjning af de forskellige stykker af DNA. Mertz og Davis isolerede et andet stærkt enzym - Restriktionsenzymet - i 1972.

Deres arbejde bekræftede, at EcoRl, eller restriktionsendonukleasen, skærer DNA på et bestemt sted, hvilket er fire til seks nukleotider langt. Disse enzymer viste sig at være den molekylære sakse, der kunne skære DNA i præcise positioner. Således blev disse to enzymer arbejdsheste af modem bio tech manipulationer.

I 1972 brugte Paul Berg og hans team disse enzymer til at skære, indsætte og dermed skræddersy DNA'et for at producere det første rekombinante DNA-molekyle. Stanley Cohen og Herbert Boyer tog denne undersøgelse videre i 1973, og indsatte et gen fra en afrikansk kløget pad i bakteriel DNA. Dette var begyndelsen på æra af genteknologi. Frederick Sanger og hans team udgav den første sekvens af et genom for en organisme - bakteriofagen i 1977.

Et andet stort gennembrud blev opnået, da Schell i Belgien og Nester Gordon og Dell-Chilton i USA viste, at overførsel af gener var mulig ved anvendelse af bakterierne Agro bacterium tumefaciens som bærer. Denne opdagelse lette genteknologi for plantearter. Det næste store trin var opfindelsen af ​​Polymerase Chain Reaction (PCR) af Kary Mullis i 1983. Denne opfindelse bragte vidundere til tempoet i genetisk videnskab og teknologiudvikling.

Derefter forsøgte mange andre videnskabsmænd over hele verden at behandle andre lige vigtige spørgsmål på området. I 1984 udviklede Alec Jeffrey den nu berømte 'genetiske fingeraftryk' teknik, som kan bruges til at identificere individer ved at analysere de forskellige sekvenser (polymorfier) ​​i DNA'et. 80'erne så også engineering af den rekombinante mikroorganisme af Anand Chakrabarty, den indiske videnskabsmand, der arbejder i USA. For første gang nogensinde blev mikroorganismer brugt til at rense olieudslip.

Den første rDNA dyrevaccine til coliobacillose og rekombinant insulin blev også godkendt til brug i denne periode. Endvidere blev den første succesrige kryds-specifik overførsel af et gen (et humant gen indsat i en mus) og den første transgene plante også rapporteret i 1980'erne.

Human Genome Project blev initieret i 1986 med det formål at sekventere hele humant genom og tilvejebringe et komplet katalog over hvert humant gen. Disse indledende undersøgelser førte til et samarbejde om at kortlægge og sekvensere hele humant genom. I 1995 rapporterede instituttet for genomforskning (Venter, Smith, Fraser og hans gruppe) den første komplette DNA-sekvens af genomet af en fri levende organisme - bakterien Haemophilus influenza.

Dette blev efterfulgt af rapporten fra 1997, der kortlægger den komplette sekvens af genomet af en eukaryote - den første organisme med nukleare membraner. Dette var gær Saccharomyces cerevisiae. Det første genom af en multi-cellulær organisme - den 97 mega-baserede DNA-sekvens af rundorm Caenorhabditis elegans, blev offentliggjort i 1998 af John Sulston og Bob Waterston.

Det første humane kromosom 22 blev sekventeret i 1999. Human Genome Project annoncerede udkastet til hele DNA-indholdet af et hurriangenom i juli 2000. Dette markerede begyndelsen af ​​post-genomisk æra. Siden da har der været stor fremgang i feltet. Den fuldstændige kortlægning af genomet af en plante, Arabidopsis-genomet er et slående eksempel.

Alt dette banebrydende arbejde på genomet er blevet gjort muligt ved udvikling af ekstremt sofistikerede teknikker. Microchip-teknikken bruges til at studere flere gener samtidigt.

Med denne teknik kan forskere nu direkte analysere en række gener (ved mRNA dvs. transskription) eller proteiner (proteome). Denne og andre innovative undersøgelser har også hjulpet med at opdage meget interessante fakta om livsformernes oprindelse og udvikling.

Fødslen af ​​bioinformatik:

Anvendelsen af ​​sådanne avancerede metoder gjorde det på sin side muligt at etablere enorme genetiske databaser, der i øjeblikket indeholder genomsekvenser af et stort antal organismer og proteinstrukturdata. Den store størrelse af disse oplysninger ville være umulig at håndtere uden brug af kraftfulde softwareprogrammer og computere.

Dette har givet viden om bioinformatik, som beskriver minedriften af ​​biologisk sekvensinformation for at forudsige genfunktion, protein og RNA struktur, genregulering, genomorganisation og fylogenetisk historie af gener og genfamilier. Faktisk har den vellykkede integration af eksperimentelle og bibliografiske databanker bidraget til at producere en betydelig videnskabelig infrastruktur til landbrugs- og biomedicinsk forskning.

Udviklingen af ​​bioteknologi har hjulpet os med at forstå livets udvikling. Ved udryddelsen af ​​dette mysterium er sekvenseringen af ​​mennesker, plantegenomet og andre organismer løbende med en lang række fordele.

Det hjælper os med at løse problemerne med sygdomme, skadedyr, miljømæssige udfordringer og frem for alt befolkningstilvækst. Udviklingen af ​​denne videnskab har vist sig at være et af de største resultater i det tyvende århundrede, og lover at være lige og måske endnu mere spændende i det nye årtusinde.