Tehnică experimentală

Cursul nr.1

Dezvoltarea cercetarii in domeniul biotehnologiilor;tehnici experimentale utilizate in domeniul biotehnologiilor;aplicatii ale rezultatelor de cercetare in diferite domenii;

Biotehnologia reprezinta una din cele mai dinamice stiinte, la ora actuala; aflata la granita dintre biologie, biochimie, genetica, inginerie, biotehnologia studiaza evolutia viului astfel incit acesta sa fie manipulat in folosul omului.

Reamintim definitia biotehnologiei:dintre toate definiţiile aceea dată biotehnologiei de către Federaţia Europeană de Biologie (1978), pare a fi satisfăcătoare:

"Utilizarea integrată a biochimiei, microbiologiei şi ingineriei în scopul obţinerii unei aplicaţii tehnologice (industriale), cu ajutorul microorganismelor, culturilor de celule şi a părţilor componente a acestora"

Caracterul interdisciplinar al biotehnologiei a creat încă de la început probleme privind definirea şi localizarea ei ca ştiinţă de sine stătătoare.

Biotehnologia utilizează materia vie pentru degradarea, sinteza şi producerea de materiale(prin bioconversie-biosinteză) în scopul unei activităţi agronomice sau industriale, acompaniind în final un progres social şi economic.Ea apelează pe scară largă la enzime libere sau fixate, la microorganisme, structuri celulare şi subcelulare active(biocatalizatori, anticorpi) la o inginerie sofisticată.

Deci, în esenţă,principalul scop al biotehnologiei este obţinerea de produse sau servicii utile activităţii umane, cu ajutorul organismelor vii.

Procesul de bază în biotehnologie este “proces biologic”.

Cercetarea din domeniul biotehnologiei vizeaza in general descrierea unor proprietati noi ale celulelor, a unor fenomene noi precum si utilizarea acestor aspecte la obtinerea unor produse noi sau servicii utile activitatii umane.

In general exista doua tipuri de cercetari efectuate de oamneii de stiinta:

1.Cercetare fundamentala

2.Cercetare aplicativa

Cercetarea fundamentala se refera la studiul aprofundat al unor fenomene naturale sau a unor structuri materiale, conducind la o mai buna cunoastere a acestora, fara a conduce insa la o aplicatie imediata.

Cercetarea aplicativa urmareste reproducerea unui fenomen, studiul cunostintelor referitoare la acesta astfel incit in final sa rezulte un produs, o metoda sau o tehnologie cu aplicatii concrete in industrie, agicultura sau in viata de zi cu zi a omului.

Cercetarea fundamentala se desfasoara, in general in Institute de cercetare sau Universitati avind o dotare tehnica deosebita.

Cercetarea aplicativa se desfasoara de asemenea in Institute de cercetari si Universitati dar, de obicei este foarte dezvoltata in cadrul firmelor sau companiilor interesate sa aplice rezultatele acestor cercetari.

Cunoaşterea ştiinţifică şi strategia de dezvoltare economică actuală se bazează pe o nouă abordare a fenomenelor, acestea conducând la o adevărată revoluţie biotehnologică. Se apreciază că în viitor cea mai mare parte a industriei se va baza pe procedee de fermentaţie, inginerie biochimică, biologie moleculară, aceasta din urmă imprimând un salt tehnologic corespunzător.Pe aceste baze, industria biotehnologică va lua un avânt considerabil.

Ingineria genetică este considerată a fi tehnica ideală capabilă să amelioreze cantitativ şi calitativ capacitatea de biosinteză a celulelor de microorganisme,animale sau vegetale, în scopul obţinerii unor produse utile.

Natura interdisciplinară a biotehnologiei este evidentă dacă se ţine seama de etapele unui proces biotehnologic complet. Dacă se ia ca exemplu obţinerea unui

produs nou DNA-recombinant, cum ar fi insulina, hormonul de creştere sau interferonul atunci de la idee până la obţinerea unui produs comercial, se parcurg o serie întreagă de faze care implică cunoştinţe aparţinînd unor domenii ştiinţifice foarte diferite(fig.1).

Fig. 1 : Treptele unui proces biotehnologic complet de obţinere a noi produse aplicând tehnica ADN-recombinant; 1-substanţe chimice, 2-ţesut animal, 3-cromozom animal, 4-genă tăiată dintr-un cromozom, 5-microorganism, ca de exemplu E.coli, 6-plasmidă , 7-plasmidă secţionată, 8-plasmidă recombinant, 9-introducere în microorganism, 10-multiplicarea plasmidei şi expresia genei, 11-diviziune celulară, 12-cultivare în laborator, 13-bioreactor de laborator, 14-bioreactor pilot, 15-operare la scară industrială, 16-recuperarea produsului, 17-condiţionare şi vînzare.

Prima treaptă de dezvoltare a bioprocesului se referă la manipularea genetică a organismului gazdă; în acest caz , o genă din ADN-ul animal este clonat într-o celulă de Escherichia coli. Aceste operaţii aparţinând domeniului ingineriei genetice sunt realizate în laborator de către oameni de ştiinţă instruiţi în domeniul biologiei moleculare şi biochimiei. Instrumentele utilizate în această fază constau în plăci Petri, micropipete, microcentrifugi, enzime de restricţie în cantităţi foarte mici(de ordinul nano ori microgramelor), geluri de electroforeză pentru separarea şi identificarea ADN. Parametrii cei mai importanţi în acest stadiu al cercetării fundamentale sunt: stabilitatea tulpinii recombinant obţinute şi nivelul de expresie al produsului dorit.