Biotechnologie: Definition, Geschichte und Anwendungsbereiche

Was ist Biotechnologie?

Die Biotechnologie ist die Anwendung von Technologie auf die Biologie. Sie wird vor allem in der Landwirtschaft, der Pharmazie, den Ernährungswissenschaften, der Medizin und im Umweltbereich eingesetzt.

Sie entwickelt sich zu einem multidisziplinären Ansatz, der verschiedene Wissenschaften und Disziplinen einbezieht, darunter:

• Biologie
• Biochemie
• Genetik
• Virologie
• Agrarwissenschaften
• Ingenieurwesen
• Physik
• Chemie
• Medizin und Veterinärmedizin u. a.

Die Biotechnologie hat großen Einfluss auf die Pharmazie, die Medizin, die Mikrobiologie, die Ernährungswissenschaft, den Bergbau und die Landwirtschaft.

Definitionen nach internationalen Übereinkommen

Nach dem Übereinkommen über die biologische Vielfalt von 1992 ist Biotechnologie definiert als:

"Jede technologische Anwendung, die biologische Systeme, lebende Organismen oder Derivate davon verwendet, um Produkte oder Verfahren für bestimmte Verwendungszwecke herzustellen oder zu verändern."

Das Protokoll von Cartagena über die biologische Sicherheit zum Übereinkommen über die biologische Vielfalt definiert die moderne Biotechnologie als die Anwendung folgender Techniken:

1. In-vitro-Techniken von Nukleinsäuren, einschließlich Desoxyribonukleinsäure (DNA) und direkter Injektion von Nukleinsäure in Zellen oder Organellen.
2. Die Verschmelzung von Zellen über die taxonomische Familie hinaus, welche natürliche physiologische Vervielfältigungs- oder Rekombinationshindernisse überwindet.

Diese Techniken werden nicht bei der herkömmlichen Zucht und Auswahl verwendet.

Geschichte der Biotechnologie

Was heute als Gentechnik oder rekombinante DNA bekannt ist, geht auf die Entdeckung im Jahr 1970 zurück, die von Hamilton Smith und Daniel Nathans gemacht wurde. Sie identifizierten Enzyme (Restriktasen), die DNA an bestimmten Sequenzen erkennen und schneiden können.

Die Biotechnologie hat ihre Wurzeln in der Molekularbiologie, einem Forschungsbereich, der sich in den 1970er Jahren rasch entwickelte. Dies führte zur Gründung des ersten Biotech-Unternehmens, Genentech, im Jahr 1976.

Anwendungsbereiche der Biotechnologie

Die Biotechnologie findet Anwendung in wichtigen industriellen Bereichen:

• Gesundheitswesen: Entwicklung neuer Behandlungsansätze für Krankheiten.
• Landwirtschaft: Verbesserung von Kulturpflanzen und Lebensmitteln.
• Non-Food-Kulturen: Herstellung von biologisch abbaubaren Kunststoffen, pflanzlichen Ölen und Biokraftstoffen.
• Umweltschutz: Durch Bioremediation, Recycling, Abfallbehandlung und die Sanierung von industriell verseuchten Standorten.

Die Biotechnologie wird auch in der Genetik zur Veränderung von Organismen eingesetzt. Die spezifischen Anwendungen werden oft farblich unterschieden:

Rote Biotechnologie (Medizinische Biotechnologie)

Sie bezieht sich auf die Nutzung der Biotechnologie in medizinischen Prozessen. Beispiele hierfür sind die Entwicklung von Organismen zur Produktion von Antibiotika, die Entwicklung von Impfstoffen und die Heilung von Krankheiten durch genetische Manipulation.

Weiße Biotechnologie (Industrielle Biotechnologie)

Sie wird in industriellen Prozessen eingesetzt. Ein Beispiel ist die Entwicklung von Organismen zur Herstellung von Chemikalien oder der Einsatz von Enzymen als Katalysatoren in der Industrie. Dies dient entweder der Herstellung wertvoller Chemikalien oder der Zerstörung gefährlicher chemischer Verunreinigungen (z. B. mithilfe von Oxidoreduktasen).

Grüne Biotechnologie (Agrarbiotechnologie)

Dies ist die Biotechnologie, die auf landwirtschaftliche Prozesse angewendet wird. Ein Beispiel ist die Entwicklung transgener Pflanzen, die unter Umweltbelastungen wachsen können oder resistent gegen Schädlinge und Krankheiten sind.

Blaue Biotechnologie (Marine Biotechnologie)

Dieser Begriff beschreibt die Anwendungen der Biotechnologie in der Meeres- und aquatischen Umwelt. Obwohl sie sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, gibt es vielversprechende Anwendungen für die Aquakultur, das Gesundheitswesen, die Kosmetik und die Lebensmittelindustrie.

Bioremediation und Biologischer Abbau

Bioremediation ist der Prozess, bei dem Mikroorganismen zur Bereinigung von Altlasten eingesetzt werden. Biologische Prozesse spielen eine wichtige Rolle bei der Beseitigung von Schadstoffen. Die Biotechnologie nutzt die katabole Vielseitigkeit von Mikroorganismen, um diese Verbindungen abzubauen und umzuwandeln.

Im Bereich der Umweltmikrobiologie haben genomgestützte Studien neue Forschungsfelder in silico eröffnet. Sie erweitern das Panorama metabolischer Netzwerke und deren Regulierung und liefern Hinweise auf molekulare Mechanismen des Abbaus und Anpassungsstrategien an sich verändernde Umweltbedingungen.

Die Ansätze des funktionellen Genoms und des Metagenoms verbessern das Verständnis der unterschiedlichen Stoffwechselwege und Netzwerke des Kohlenstoffflusses in Nicht-Standard- und Spezialverbindungen. Dies wird zweifellos die Entwicklung von Technologien und Prozessen zur Biosanierung und Biotransformation beschleunigen. Maritime Umgebungen sind besonders anfällig, da Leckagen.."