Σύγχρονες εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας 

στην Ιατρική και Φαρμακευτική

Βιοτεχνολογία χαρακτηρίζεται η τεχνολογία των βιολογικών διεργασιών με χρήση οργανισμών, κυρίως μικροοργανισμών, μερών και προϊόντων επεξεργασιών τους όπως ένζυμα, δευτερογενείς μεταβολίτες και αντισώματα, για την παραγωγή χρήσιμων ή εμπορικά αξιοποιήσιμων προϊόντων και για την παροχή υπηρεσιών προς όφελος του ανθρώπου.

Ο όρος υποδηλώνει ένα ευρύ φάσμα διαδικασιών, από τη χρήση γαιοσκωλήκων για παραγωγή πρωτεΐνης μέχρι την παραγωγή ανθρώπινων γονιδίων, όπως η ορμόνη ανάπτυξης. Στα βιοτεχνολογικά προϊόντα περιλαμβάνονται φαρμακευτικές πρωτεΐνες, τροφές, απορρυπαντικά.... Στις υπηρεσίες περιλαμβάνεται ένα πλήθος εφαρμογών, από την επεξεργασία λυμάτων και αποβλήτων ως την ιατρική διάγνωση, ή τα επιτεύγματα της γονιδιακής θεραπείας.

Αν και ως όρος η βιοτεχνολογία είναι πρόσφατος, ως δραστηριότητα είναι τόσο παλιά όσο και η παραγωγή μπύρας από τη ζύμωση κριθαριού και η παραγωγή ψωμιού πριν 9.000 χρόνια στη Βαβυλώνα. Η σημερινή βιοτεχνολογία αξιοποιεί τα σύγχρονα επιτεύγματα της μοριακής βιολογίας και χρησιμοποιεί ένα πλήθος τεχνικών, στις οποίες συμπεριλαμβάνονται η γενετική μηχανική (ανασυνδυασμένο DNA), μέθοδοι ιστομηχανικής και καλλιεργειών κυττάρων σε μεγάλη κλίμακα, η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) κλπ.

Έχει πλήθος εφαρμογών στις επιστήμες υγείας, τη διατροφή του ανθρώπου, τα τρόφιμα, την προστασία του περιβάλλοντος (π.χ. χρήση της στη διαχείριση αποβλήτων), στη γεωργία, στην κτηνοτροφία και στη βιομηχανία. Από κοινού με τη βιοϊατρική τεχνολογία, η οποία αφορά την ανάπτυξη τεχνολογιών με εφαρμογές στην ιατρική, η βιοτεχνολογία αποκαλείται ορισμένες φορές βιολογική μηχανική.

Η βιοτεχνολογία αποτελεί έναν ραγδαία αναπτυσσόμενο σύνθετο επιστημονικό τομέα, η συνεισφορά του οποίου απλώνεται σε πολλούς και διαφορετικούς κλάδους, όπως:

·        στην ιατρική (κόκκινη βιοτεχνολογία)

·        τη γεωργία (πράσινη βιοτεχνολογία)

·        τη βιομηχανία (λευκή βιοτεχνολογία)

·        τις  θαλάσσιες και υδάτινες εφαρμογές (μπλε βιοτεχνολογία),

βελτιώνοντας τη διαδικασία παραγωγής, την ποιότητα των προϊόντων και υπηρεσιών και το περιβαλλοντικό αποτύπωμά τους.

Σύγχρονες εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας 

στην Ιατρική

Η Βιοτεχνολογία έχει συμβάλει αποτελεσματικά σε τρεις βασικούς στόχους της Ιατρικής, που είναι η έγκαιρη διάγνωση μιας ασθένειας, η πρόληψη και η αποτελεσματική θεραπεία της. 

·       Η έγκαιρη διάγνωση μιας ασθένειας απαιτεί την ανάπτυξη ευαίσθητων τεχνικών που μπορούν να εντοπίσουν την ασθένεια στα αρχικά της στάδια, πριν να εμφανιστούν τα συμπτώματά της στον οργανισμό, να ανιχνεύσουν κάποια μόλυνση από παθογόνους οργανισμούς ή να διαπιστώσουν την ύπαρξη κάποιας κληρονομικής ασθένειας. 

·        

  Η πρόληψη σοβαρών ασθενειών όπως η ηπατίτιδα Β, η πολιομυελίτιδα και η φυματίωση χρειάζεται πιο εξελιγμένα, επαρκώς ασφαλή αλλά και οικονομικά προσιτά εμβόλια. Επίσης η ανάπτυξη εμβολίων για την πρόληψη ασθενειών όπως το AIDS, η μηνιγγίτιδα και ο καρκίνος είναι πλέον επιτακτική ανάγκη. 

· 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 σύμμαχος στην αντιμετώπιση επικίνδυνων ασθενειών:

Είναι πραγματικά πολύτιμη  η συμβολή της βιοτεχνολογίας στην προαγωγή της ιατρικής επιστήμης, όπου η προστιθέμενη αξία της σώζει κυριολεκτικά ζωές, καθώς έχει εφοδιάσει το ιατρικό και ερευνητικό προσωπικό με τα κατάλληλα εργαλεία για την αντιμετώπιση σοβαρών ασθενειών και απειλητικών για τη ζωή νόσων, όπως καρκίνος αιματολογικές διαταραχές, αυτοάνοσα νοσήματα, λευχαιμία κ.α. Η παραγωγή καινοτόμων φαρμακευτικών σκευασμάτων και νέων εξειδικευμένων διαγνωστικών εξετάσεων έχει συνδράμει καθοριστικά στην ίαση ασθενειών ή στην επιμήκυνση του προσδόκιμου ζωής και τη βελτίωση της ποιότητας ζωής ομάδων ασθενών.

Σημαντικότερη συμβολή της βιοτεχνολογίας στην ιατρική είναι, σύμφωνα με εξειδικευμένους ιατρούς,  η αντιμετώπιση του καρκίνου μέσω της απομόνωσης ουσιών στον καρκινικό ιστό και το αίμα των ασθενών. Η βιοτεχνολογία έχει συμβάλει, επίσης, στην παραγωγή πολυάριθμων εμβολίων, τη γονιδιακή θεραπεία γενετικών νόσων, την τεχνητή κατασκευή ιστών και οργάνων, όπως χημικών και βιολογικών αντιδραστηρίων – απαραίτητων εργαλείων της ερευνητικής δραστηριότητας στο πλαίσιο της εξεύρεσης θεραπειών για ασθένειες, η αντιμετώπιση των οποίων εξακολουθεί να μην είναι αποτελεσματική, καθώς οι επιστήμονες βρίσκονται σχεδόν στο σκοτάδι και εναποθέτουν τις ελπίδες τους στην εξέλιξη της βιοτεχνολογίας.

ΕΙΔΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ: Ιοί

Ο ιός είναι μια πιο απλή μορφή ζωής. Το βασικό του χαρακτηριστικό είναι ότι δεν μπορεί να ζήσει αυτόνομα. Για να ζήσει χρειάζεται να ενσωματωθεί στα κύτταρα ενός άλλου μονοκύτταρου ή πολυκύτταρου οργανισμού. Λειτουργεί θα λέγαμε σαν παράσιτο.

Ο πολλαπλασιασμός των ιών γίνεται στο εσωτερικό των κυττάρων - ξενιστών όπου παρασιτούν. Για να εισέλθει ο ιός σε ένα κύτταρο, πρέπει αρχικά να προσκολληθεί στην επιφάνειά του.

Για παράδειγμα, ο ιός της πολιομυελίτιδας στον άνθρωπο προσβάλλει τα νευρικά κύτταρα του νωτιαίου μυελού, ενώ ο ιός της γρίπης τα επιθηλιακά κύτταρα της αναπνευστικής οδού.

Ιατρική χρήση των ιών:

• Οι ιοί χρησιμεύουν στην παραγωγή εμβολίων για την αντιμετώπιση ασθενειών που προκαλούνται από ιούς,  όπως  η ευλογιά και η πολιομυελίτιδα.
• Τα εμβόλια αποτελούνται από νεκρές ή από εξασθενημένες μορφές ενός παθογόνου μικροοργανισμού. Για τον σκοπό αυτό, ο παθογόνος μικροοργανισμός αναπτύσσεται σε κυτταροκαλλιέργεια, απομονώνεται και είτε νεκρώνεται, είτε απενεργοποιείται (γίνεται μη μολυσματικός), χωρίς βέβαια να χάνει την ικανότητά του να προκαλεί ενεργητική ανοσία. 
•  Η βιοτεχνολογία και οι τεχνικές γενετικής μηχανικής χρησιμοποιούνται για να παραχθούν “designer” εμβόλια που θα περιέχουν μόνο τις πρωτεΐνες της κάψας του ιού.  Το εμβόλιο της ηπατίτιδας Β είναι ένα παράδειγμα εμβολίου τέτοιου τύπου. Αυτά τα εμβόλια είναι πιο ασφαλή, επειδή δεν μπορούν σε καμία περίπτωση να προκαλέσουν την ασθένεια.
• Δεν είναι όμως όλα τα εμβόλια αποτελεσματικά για μια ασθένεια π.χ. για τον ιό του AIDS γίνονται συνεχείς ανεπιτυχείς προσπάθειες κατασκευής εμβολίου.

ΕΙΔΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ: Βακτήρια

Τα περισσότερα βακτήρια δεν είναι επικίνδυνα. Κάποια όμως μπορούν να προκαλέσουν  ασθένειες όπως η πνευμονία, ο τυφοειδής πυρετός κ.ά. Αυτά λέγονται παθογόνα βακτήρια και αντιμετωπίζονται με αντιβιοτικά. Πολλά βακτήρια όμως βρίσκονται στο πεπτικό σύστημα των ανθρώπων και των ζώων και βοηθούν στη διάσπαση των τροφών και την απορρόφησή τους από τον οργανισμό.

Βακτήρια μέσα στον οργανισμό:

ΕΙΔΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ: Μύκητες

 

       Μούχλα για τη δημιουργία αντιβιοτικών: Η μούχλα είναι η κοινή ονομασία πολλών κατώτερων φυτικών οργανισμών. Στην πραγματικότητα είναι αποικίες που σχηματίζονται στην επιφάνεια διαφορετικών ουσιών, όπως τα φρούτα, το ψωμί, οι μαρμελάδες, τα χόρτα, κ.λ.π. από μικροσκοπικούς μύκητες.

  Οι μικροοργανισμοί της μούχλας τρέφονται με οργανική ύλη και αναπαράγονται απελευθερώνοντας σπόρια.

 Η ένδειξη της μούχλας σε ξεχασμένα δισκία μικροβιακών καλλιεργειών που χρησιμοποιούσε ο Αλεξάντερ Φλέμιγκ το 1929, στις έρευνές του για τον σταφυλόκοκκο τον οδήγησε στην ανακάλυψη της πενικιλλίνης. Το 20% περίπου των γνωστών αντιβιοτικών παράγεται από μύκητες. Οι μύκητες παράγουν πενικιλίνες, κεφαλοσπορίνες κ.ά..    

    Τα αντιβιοτικά είναι χημικές ουσίες με αντιμικροβιακή δράση που παράγονται από βακτήρια, μύκητες και φυτά. Το πρώτο αντιβιοτικό, η πενικιλίνη, ανακαλύφθηκε τυχαία από τον Αλεξάντερ Φλέμινγκ το 1929, όταν παρατήρησε ότι η ανάπτυξη των βακτηριακών κυττάρων είχε ανασταλεί σε καλλιέργειες στις οποίες τυχαία είχε αναπτυχθεί ένας μύκητας του γένους Penicillium.

Σύγχρονες εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας 

στη Γεωργία και τη Κτηνοτροφία

Σήμερα ο πληθυσμός του πλανήτη μας είναι 6 δισεκατομμύρια και υπολογίζεται ότι το 2050 θα είναι 8,5 δισεκατομμύρια, οπότε για να καλυφθούν επαρκώς οι αυξημένες ανάγκες σε τροφή, θα πρέπει να αυξηθεί η φυτική και η ζωϊκή παραγωγή. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι οι ελεγχόμενες από τον άνθρωπο διασταυρώσεις φυτών και ζώων. Η δημιουργία διαγονιδιακών οργανισμών ανοίγει νέους δρόμους στην αύξηση της ζωϊκής και φυτικής παραγωγής. Σήμερα μπορούμε να δημιουργήσουμε φυτά και ζώα με επιθυμητές ιδιότητες με τη βοήθεια της Γενετικής Μηχανικής.

Διαγονιδιακοί ή Γενετικά Τροποποιημένοι οργανισμοί ονομάζουμε τα φυτά και τα ζώα που έχουν δημιουργηθεί με τεχνικές Γενετικής Μηχανικής και περιέχουν γονίδια από άλλον οργανισμό, συνήθως διαφορετικού είδους. Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει η νέα μέθοδος είναι η δυνατότητα μόνο επιθυμητών ιδιοτήτων με ταυτόχρονη διατήρηση των παλαιών επιθυμητών χαρακτηριστικών και η ταχύτατη παραγωγή βελτιωμένων φυτών και ζώων. Δίνεται επίσης και η δυνατότητα εισαγωγής γονιδίων και από διαφορετικά είδη. Τα μειονεκτήματα της νέας μεθόδου είναι οι προβληματισμοί για τις επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου και στο περιβάλλον.

Τα διαγονιδιακά φυτά έχουν την ικανότητα να μεταβιβάζουν τις νέες ιδιότητες στους απογόνους τους, γιατί τα επιθυμητά γονίδια υπάρχουν σε όλα τα κύτταρά τους και επομένως στα γενετικά. Τα γενετικά τροποποιημένα φυτά δίνουν τη δυνατότητα στους αγρότες να προφυλάσσουν αποτελεσματικά τις καλλιέργειές τους από τα έντομα και τα ζιζάνια και να παράγουν προϊόντα που έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από το χωράφι ως τον καταναλωτή. Επίσης, παράγουν καρπούς με μεγαλύτερο μέγεθος και έχουν τα φυτά ανθεκτικότητα σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες. Με τα Γενετικά Τροποποιημένα προιόντα, υποστηρίζεται ότι παρατηρείται μείωση της χρήσης ζιζανιοκτόνων – εντομοκτόνων. Ωστόσο, μετά από έρευνες που έγιναν στις ΗΠΑ σε μεταλλαγμένες καλλιέργειες με εκτεταμένη χρήση ζιζανιοκτόνου RoundUp, αποδείχτηκε ότι η κατανάλωση του αυξήθηκε κατά 50%. Κάτι ανάλογο συμβαίνει και με τα εντομοκτόνα. Μεταλλαγμένες ποικιλίες πατάτας καλαμποκιού και βαμβακιού, παράγουν συνεχώς την εντομοκτόνα ουσία δ-ενδοτοξίνη του βακίλου Θουριγγίας. Η συνεχής έκκριση της εντομοκτόνου ουσίας και η παρουσία της σε όλους τους ιστούς των γ.τ φυτών, είχε σαν αποτέλεσμα την ανάπτυξη ανθεκτικότητας στα έντομα που προσβάλλουν το καλαμπόκι και το βαμβάκι. Μετά από τρία χρόνια επαφής με τα γ.τ. φυτά, η ανθεκτικότητα στη συγκεκριμένη εντομοκτόνο τοξίνη αυξήθηκε μέχρι και 5.000 φορές, κάτι που δεν είχε παρατηρηθεί μετά από 38 χρόνια χρήσης του φυσικού μικροοργανισμού από βιολογικούς και συμβατικούς καλλιεργητές. Τελικά, η καλλιέργεια μεταλλαγμένων ποικιλιών συνεπάγεται περισσότερα και ισχυρότερα εντομοκτόνα και σαφώς υψηλότερο κόστος.

Η κλωνοποίηση είναι χρήσιμη για τον πολλαπλασιασμό διαγονιδιακών ζώων και για την προστασία από την εξαφάνιση διαφόρων ζώων. Είναι η πιστή αντιγραφή και αναπαραγωγή ενός μορίου, κυττάρου ή ακόμα και ολόκληρου οργανισμού. Εξυπηρετεί σημαντικά την έρευνα, αλλά και σε μεγάλο βαθμό την υγεία και τη γεωργική παραγωγή. Εφαρμόζεται σε μεγάλη έκταση στα φυτά και τους μικροοργανισμούς. Από ένα μόνο σωματικό κύτταρο μπορούμε να πάρουμε ένα πιστό αντίγραφο του οργανισμού δότη. Τελευταία σε εξέλιξη βρίσκεται και η Κλωνοποίηση των ζώων.

Αναστάσιος Πολυκάρπου Γ΄3