Bioteknologihistorie: Forfedre, Moderne anvendelser og fødsel av bioinformatikk

Historie om bioteknologi: Forfedre, Moderne applikasjoner og fødsel av bioinformatikk!

Før vi diskuterer prestasjonene av modembioteknologi i detalj, la oss se hvordan denne vitenskapen har utviklet seg gjennom tidene. For de fleste er bioteknologi et begrep knyttet til moderne vitenskap.

Imidlertid kan røttene spores tilbake til flere århundrer. Faktisk utgjorde Karl Ereky, en ungarsk ingeniør, selve begrepet "bioteknologi" tilbake i 1919. På den tiden refererte det til prosessen med å utvikle produkter fra råvarer ved hjelp av levende organismer.

Bioteknologi for våre forfedre:

Mannen har manipulert levende organismer for å forbedre sin livsstil i årevis, lenge før Ereky ga det et navn. Faktisk bærer selve konseptet med brygging av vin og baking av brød frøene til bioteknologi. Det samme kan sies om parring av passende par dyr for å få ønskede fysiske egenskaper.

I ferd med å bake brød legger bakere til gjærceller til deigen. Denne gjesten bruker opp næringsstoffene i deigen til egen overlevelse, og genererer dermed alkohol og karbondioksidgass. Alkoholen bidrar til den rike aromaen til bakt brød. På samme måte i ølindustrien brukes gjærceller til å bryte ned stivelsen i kornet til sukker for å danne alkohol. Dermed, selv i antikken, produserte våre forfedre mat ved å la levende organismer handle på andre ingredienser.

Sena attende og tidlig nittende århundre så begynnelsen av vaksinasjon, grønt rotasjon og dyretrukne maskiner. Oppdagelsen av mikroorganismer og deres betydning førte til etablering av mikrobielle prosesser av legendariske forskere som Robert Koch, Louis Pasteur og Joseph Lister.

Det tjuende århundres begynnelse førte til industri- og landbruksrevolusjonen. Under første verdenskrig ble fermenteringsprosesser utviklet for å produsere aceton og lakkløsemidler for den raskt voksende bilindustrien. Avløpsvannbehandling og kommunal kompostering av fast avfall ble mye brukt over hele verden.

Era av moderne applikasjoner:

Grunnlaget for moderne bioteknologiske applikasjoner kan spores til 1866, da den tsjekkiske munken Greger Mendel gjennomførte en uttømmende studie på hagenaen og konkluderte med at genetikk var ansvarlig for arv og overføring av egenskaper.

I 1869 oppdaget sveitsisk kjemiker, Johann Miescher 'nuklein' i kjernekjernene. Dette ble betegnet nukleinsyre, og ble ytterligere kategorisert som deoksyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA). Så i 1882 avslørte etterfølgende studier av tysk embryolog Walter Fleming eksistensen av kromosomer. Tysk zoolog, august weismann bevist at disse er bærere av arvelige instruksjoner.

Enda en annen dimensjon til utviklingspuslespillet ble lagt til i 1903, da amerikansk biolog WS Sutton foreslo at gener ligger på kromosomer. Dette bidro igjen til videre forskning, og den danske biologen Wilhelm Johanssen utarbeidet begrepet "gen" i 1911.

Han beskrev også at genotype (genetisk sammensetning) og fenotype (utvendig utseende åpen for påvirkning av miljø) er to forskjellige faktorer. For å undersøke disse kromosomene og generene, utviklet den amerikanske genetikeren Thomas Hunt Morgan og hans team teknikker for å lage genkart (av fruktfluorkromosomer) i 1922, noe som tyder på at kromosomer er grupper av bundet gener.

Overføringen av gener fra en organisme til en annen ble gjort mulig i 1928, da Fedrick Griffith oppdaget fenomenet 'transformasjon', der noe ukjent prinsipp forvandler en harmløs stamme av bakterier til en virulent stamme.

I 1944 demonstrerte Oswald Avery og hans gruppe ved Rockefeller Institute, New York, at gener består av deoksyribonukleinsyre - DNA, som er det grunnleggende stoffet består av fire baser: adenin, tymin, guanin og cytosin, og at det er ansvarlig for overføring av arvelige tegn.

Lederberg og Tatums arbeid viste at seksuell utveksling av genetisk materiale er mulig i bakterier. Erwin Chargaffs arbeid i 1948 viste videre at basenadenien vil forbinde med tymin, og cytosin vil korrespondere med guanin. Denne informasjonen viste seg å være svært viktig for å bestemme DNA-strukturen. Arbeidet med Rosalind Frankalin (1952) på røntgendiffraksjon var medvirkende i etterfølgende klargjøring av DNAs molekylære struktur.

Imidlertid kom det virkelige store gjennombrudd med James Watsons og Francis Cricks arbeid i 1953, da de unraveled DNA-helixstrukturen. Da arbeidet ble tildelt Nobelprisen i 1962, åpnet det kunnskapsflodene for forskere over hele verden.

Mer informasjon om DNA og dens manipulasjon i et cellefritt system fulgt da Kornenberg viste at DNA kunne syntetiseres i et cellefritt bakterieekstrakt. Han demonstrerte også at involvering av et spesifikt enzym (DNA Polymerase) er nødvendig for å koble DNA-nukleotidprekursorer og at enzymet bare virker i nærvær av en DNA-mal. I 1967 oppdaget Szybalski og Summers at bare en streng ( sansstrengen) virker som en mal for transkripsjon av RNA fra en DNA-mal.

I 1969 sprakk Marshall Nirenberg og hans team tripletkoden som kartlegger RNA-kodoner til bestemte aminosyrer. I samme år isolerte Jonathan Beckwith et gen for første gang fra en bakterie hvis proteinprodukt er involvert i sukker metabolisme. Dette ble etterfulgt av en kjemisk syntese av genet av Har Gobind Khorana og hans forskningsgruppe i 1970, som fødte vitenskapen om kjemisk genetikk.

Isoleringen av enzymet, DNA Ligase av Walter Gilbert viste seg å være en veritabel boon for den kjemiske manipulasjonen av genet. Det fungerte som molekylær lim for å knytte sammen de ulike stykkene av DNA. Mertz og Davis isolerte et annet kraftig enzym - Restriction Enzyme - i 1972.

Deres arbeid bekreftet at EcoRl, eller restriktionsendonukleasen, kutter DNA på et bestemt sted, som er fire til seks nukleotider langt. Disse enzymene viste seg å være molekylære saks som kunne kutte DNA i presise posisjoner. Dermed ble disse to enzymene arbeidshestene av moderne bio tech manipulasjoner.

I 1972 brukte Paul Berg og hans team disse enzymene til å kutte, lime og dermed skreddersy DNA, for å produsere det første rekombinante DNA-molekylet. Stanley Cohen og Herbert Boyer tok denne studien videre i 1973, og satte inn et gen fra en afrikansk klumpete padde i bakterielt DNA. Dette var begynnelsen på epoken med genteknologi. Frederick Sanger og hans team publiserte den første sekvensen av et genom for en organisme - bakteriofagen i 1977.

Et annet stort gjennombrudd ble oppnådd da Schell i Belgia og Nester Gordon og Dell-Chilton i USA viste at overføring av gener var mulig ved bruk av bakterien Agro bacterium tumefaciens som bærer. Denne oppdagelsen lette genteknologi for plantearter. Det neste store trinnet var oppfinnelsen av Polymerase Chain Reaction (PCR) av Kary Mullis i 1983. Denne oppfinnelsen førte underverk for tempoet i genetisk vitenskap og teknologiutvikling.

Deretter forsøkte mange andre forskere over hele verden å ta opp andre like viktige spørsmål i feltet. I 1984 utviklet Alec Jeffrey den nåkjente genetiske fingeravtrykksteknikken, som kan brukes til å identifisere individer ved å analysere de forskjellige sekvensene (polymorfismer) i DNA. 80-årene så også engineering av den rekombinante mikroorganismen av Anand Chakrabarty, den indiske forskeren som jobber i USA. For første gang, ble mikroorganismer brukt til å rense oljeutslipp.

Den første rDNA dyrevaksinen for koliobacillose og rekombinant insulin ble også godkjent for bruk i denne perioden. Dessuten ble den første vellykkede krysspesifikke overføringen av et gen (et humant gen satt inn i en mus) og den første transgene planten også rapportert i løpet av 1980-tallet.

Human Genome Project ble initiert i 1986 med det formål å sekvensere hele menneskelige genomet, og gi en komplett katalog over hvert humant gen. Disse første studiene førte til et samarbeidsarbeid for å kartlegge og sekvensere hele menneskelige genom. I 1995 rapporterte Institute for Genomic Research (Venter, Smith, Fraser og hans gruppe) den første komplette DNA-sekvensen av genomet av en fri levende organisme - bakterien Haemophilus influenza.

Dette ble etterfulgt av rapporten fra 1997 som kartlegger den komplette sekvensen av genomet av en eukaryote - den første organismen med kjernemembraner. Dette var gjær-Saccharomyces cerevisiae. Det første genomet av en multi-cellulær organisme - 97 mega-basen DNA-sekvensen av rundorm Caenorhabditis elegans, ble utgitt i 1998 av John Sulston og Bob Waterston.

Det første menneskelige kromosom 22 ble sekventert i 1999. Human Genome Project kunngjorde arbeidet med utkastet til hele DNA-innholdet i et Hurrian-genom i juli 2000. Dette markerte begynnelsen av post-genomisk tid. Det har vært stor fremgang i feltet siden da. Den komplette kartlegging av genomet av en plante, Arabidopsis-genomet er et slående eksempel.

Alt dette banebrytende arbeidet på genomet har blitt gjort mulig ved utvikling av ekstremt sofistikerte teknikker. For eksempel er Microchip-teknikken brukt til å studere flere gener samtidig.

Med denne teknikken kan forskere nå direkte analysere en rekke gener (ved mRNA, dvs. transkripsjon) eller proteiner (proteome). Denne og andre nyskapende studier har også bidratt til å avdekke veldig interessante fakta om opprinnelsen og utviklingen av livsformer.

Fødsel av bioinformatikk:

Bruken av slike avanserte metoder gjorde det igjen mulig å etablere enorme genetiske databaser som for tiden inneholder genomsekvenser av et stort antall organismer og proteinstrukturdata. Den store størrelsen på denne informasjonen er umulig å håndtere uten bruk av kraftige programvare og datamaskiner.

Dette har gitt grunnlag for vitenskapen om bioinformatikk, som beskriver gruvedriften av biologisk sekvensinformasjon for å forutsi genfunksjon, protein og RNA struktur, genregulering, genomorganisasjon og fylogenetisk historie av gener og genfamilier. Faktisk har den vellykkede integrasjonen av eksperimentelle og bibliografiske databanker bidratt til å produsere en betydelig vitenskapelig infrastruktur for landbruk og biomedisinsk forskning.

Utviklingen av bioteknologi har hjulpet oss med å forstå utviklingen av livet. Ved unraveling av dette mysteriet tilbyr sekvensering av menneske, plantegenom og andre organismer kontinuerlig en rekke fordeler.

Det hjelper oss å håndtere problemene med sykdommer, skadedyr, miljøutfordringer og fremfor alt befolkningsvekst. Utviklingen av denne vitenskapen har sikkert vist seg å være en av de største prestasjonene i det tjuende århundre, og lover å være like og kanskje enda mer spennende i det nye årtusen.