Sólin Sólin Rís 08:50 • sest 17:33 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 17:49 • Sest 25:13 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 01:33 • Síðdegis: 14:21 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 07:49 • Síðdegis: 20:55 í Reykjavík

Hvað er líftækni?

Hörður Filippusson

Líftækni (e. biotechnology) er mjög víðtækt hugtak og ekki létt að skilgreina það í stuttu máli. En skilgreining gæti til dæmis verið þessi:
Líftækni er sérhver tækni þar sem líffræðilegum kerfum, lífverum eða hlutum þeirra, er beitt til að framleiða vörur eða breyta vörum eða vinnuferlum til ákveðinna nota.

Líftækni er ekki allskostar ný af nálinni. Egyptar og fleiri þjóðir til forna notuðu gersveppi til að brugga bjór um 6000 árum fyrir upphaf okkar tímatals og ger hefur löngum verið notað við brauðgerð svo dæmi séu tekin. Stundum er þróun landbúnaðar með kynbótum talin til líftækni.

Bjórgerð er einn angi af líftækni sem hefur verið stundaður í þúsundir ára.

Nær okkur í tíma má nefna að árið 1917 varð Chaim Weizmann (sem Weizmann-rannsóknastofnunin í Ísrael er kennd við) fyrstur til að beita ræktuðum bakteríum, Clostridium acetobutylicum, til framleiðslu á asetoni, sem þá var mikil þörf á til að framleiða sprengiefni vegna stríðsátaka. Annað dæmi er framleiðsla fúkalyfja. Alexander Fleming (1881-1955) uppgötvaði myglusvepppinn Penicillium árið 1928. Rúmum áratug seinna hafði tekist að vinna úr honum það sem við þekkjum sem penisilín og framleiða það í nægu magni til lyfjanota. Þá má nefna framleiðslu ýmissa ensíma til nota í sterkjuiðnaði, við efnagreiningar og sem hjálparefni við þvotta. Enn fremur vinnslu insúlíns úr briskirtlum sláturdýra til nota við sykursýki. Á árum seinna stríðs var þróuð aðferð til vinnslu prótínsins albúmins úr blóði nautgripa en albúmin var notað sem blóðbætir (e. plasma expander) fyrir sjúklinga sem höfðu orðið fyrir blóðmissi. Þannig mætti lengi telja.

Um og eftir miðbik 20. aldar var lífefnavinnsla til hagnýtingar vaxandi iðnaður. Orðið biotechnology var fyrst notað árið 1919 af ungverskum landbúnaðarverkfræðingi, Károly Ereky (1878–1952), í bók hans um stórskalaframleiðslu á kjöti, feiti og mjólk. Árið 1959 hóf göngu sína tímaritið Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering en nafni þess var síðar breytt í Biotechnology and Bioengineering.

Uppgötvun Watson og Crick og fleiri árið 1953 á byggingu og eðli kjarnsýra leiddi til mikillar grósku í rannsóknum á hlutverki kjarnsýra og tjáningu þeirra upplýsinga sem þær geyma. Um tveim áratugum síðar má segja að þessar rannsóknir hafi getið af sér mörg þeirra tæknibragða og aðferða sem urðu grundvöllur nútíma líftækni, undir nöfnum eins og erfðatækni, genatækni og erfðaverkfræði. Stundum er hið nýja upphaf miðað við það þegar Paul Berg við Stanfordháskóla tókst árið 1971 að splæsa gen, eða þegar Herbert W. Boyer og Stanley N. Cohen tókst að ferja erfðaefni inn í bakteríu þannig að bakterían tjáði nýfengin gen. Fljótlega var þessi nýja tækni til dæmis notuð til að láta E. coli bakteríur framleiða mannainsúlín á stórum skala og fleiri gagnleg prótín og prótínlyf fylgdu í kjölfarið.

Líftækni snýst meðal annars um að lækna heiminn, veita heiminum eldsneyti eða orku og fæða heiminn.

Líftækni er þannig í senn ný grein vísinda en um leið með elstu hagnýtum eða efnahagslegum viðfangsefnum mannsins. Og þessi tækni byggir á fjölda fræðigreina svo sem erfðafræði, efnafræði, lífefnafræði, örverufræði, grasafræði, dýrafræði, frumulíffræði og efnaverkfræði.

Nútíma líftækni er orðin svo umfangsmikil og fjölbreytt að torvelt er að lýsa henni í fáum orðum. Ein sýn á líftæknina segir að hún snúist um þrennt:
  • Að lækna heiminn.
  • Að veita heiminum eldsneyti eða orku.
  • Að fæða heiminn.

Önnur sýn á umfang líftækninnar er fólgin í litrófi líftækninnar þar sem hvert svið líftækni fær tiltekinn litakóða.

Rauð líftækni snýst um beitingu líftæknilegra aðferða í heilbrigðisvísindum, framleiðslu lyfja svo sem fúkalyfja, bóluefna og mótefna, en einnig þróun lækninga sem byggja á breytingum í erfðamengi sjúklings (genalækningar).
Hvít líftækni eða iðnaðarlíftækni, einnig nefnd framleiðslulíftækni, fjallar um notkun örvera eða ensíma við framleiðslu efna. Undir þetta hugtak falla notkun gerfruma við framleiðslu víns, bjórs og brauðs. Enn fremur framleiðsla iðnaðarensíma og örvera og gerð eldsneytis úr endurnýjanlegum hráefnum eins og sterkju.
Græn líftækni fjallar um notkun líftækni í landbúnaði. Hér má nefna bæði hefðbundin viðfangsefni á borð við kynbætur plöntuyrkja í frumuræktum en einnig erfðabreytingu plöntuyrkja til að auka þol þeirra gegn til dæmis þurrki eða ágangi skordýra. Gott dæmi eru svokölluð „gullin hrísgrjón“ sem bætt hafa verið með genum páskalilju þannig að þau framleiði beta-karótín sem er forstig A-vítamíns, en skortur á því veldur náttblindu sem er algengur kvilli í Asíulöndum.
Blá líftækni snýst um sjávarlífverur. Sjávarlífverur eða afurðir þeirra eru notaðar til framleiðslu nýrra lyfja, innihaldsefna í snyrtivörur og ýmiss konar matvæli og fæðubótarefni.
Gul líftækni mætti kalla næringarlíftækni. Hún snýst um nýjar aðferðir til að bæta matvæli og auka næringargildi þeirra. Enn fremur fjallar hún um að losna við ofnæmisvalda og önnur efni sem geta valdið óþoli.
Grá líftækni fjallar um notkun lífvera til umhverfisbóta. Hún fjallar um förgun úrgangs, svo sem skólps og sorps, en einnig hreinsun umhverfis af mengunar- og spilliefnum, þar með talin olía og eiturefni. Skólphreinsun þar sem bakteríustofnar eru nýttir til að brjóta niður ýmis næringarefni í skólpi, er dæmi um gráa líftækni.
Gyllt líftækni eða lífgagnatækni (e. bioinformatics) snýst um úrvinnslu erfðafræðilegra, sameindalíffræðilegra og lífefnafræðilegra gagna, svo sem við raðgreiningu prótína og kjarnsýra og greiningu genamengja. Undir þetta falla erfðamengjagreining (e. genomics), umritamengjagreining (e. transcriptomics) og prótínmengjagreining (e. proteomics).
Brún líftækni snýr að nýtingu þurra svæða og eyðimarka til ræktunar. Í Afríku eru tveir þriðju hlutar lands af þessari gerð og þar býr um helmingur íbúanna. Með erfðabreytitækni má væntanlega ná fram yrkjum gagnlegra jurta sem geta vaxið og gefið af sér verðmætar afurðir á svæðum þar sem regn er af skornum skammti.
Fjólublá líftækni er nokkuð annars eðlis því hún snýst um lagaumhverfi tækninnar. Líftækni er umdeild og getur hugsanlega verið hættuleg. Þess vegna er nauðsynlegt að beiting hennar lúti ákveðnum reglum. Hér koma einnig til siðfræðileg álitamál, til dæmis er varða erfðalækningar, dýratilraunir og fleira.
Dökk líftækni er svarti sauðurinn í þessu litrófi. Ekki verður fram hjá því litið að ýmislegt í líftækninni felur í sér möguleika á glæpsamlegri starfsemi, beitingu líffræðilegra aðferða í hernaði og hryðjuverkum. Nægir að nefna sjúkdómsvaldandi, smitskæðar og lífseigar örverur í því sambandi.

Af þessari upptalningu sést að líftækni er beitt á fjölmörg viðfangsefni og snertir okkur öll með einum eða öðrum hætti.

Heimildir og myndir:

Höfundur

Hörður Filippusson

prófessor emeritus í lífefnafræði við Háskóla Íslands

Útgáfudagur

1.9.2020

Spyrjandi

Baldvin Johnsen

Tilvísun

Hörður Filippusson. „Hvað er líftækni?“ Vísindavefurinn, 1. september 2020. Sótt 25. október 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=79782.

Hörður Filippusson. (2020, 1. september). Hvað er líftækni? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=79782

Hörður Filippusson. „Hvað er líftækni?“ Vísindavefurinn. 1. sep. 2020. Vefsíða. 25. okt. 2020. <http://visindavefur.is/svar.php?id=79782>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað er líftækni?
Líftækni (e. biotechnology) er mjög víðtækt hugtak og ekki létt að skilgreina það í stuttu máli. En skilgreining gæti til dæmis verið þessi:

Líftækni er sérhver tækni þar sem líffræðilegum kerfum, lífverum eða hlutum þeirra, er beitt til að framleiða vörur eða breyta vörum eða vinnuferlum til ákveðinna nota.

Líftækni er ekki allskostar ný af nálinni. Egyptar og fleiri þjóðir til forna notuðu gersveppi til að brugga bjór um 6000 árum fyrir upphaf okkar tímatals og ger hefur löngum verið notað við brauðgerð svo dæmi séu tekin. Stundum er þróun landbúnaðar með kynbótum talin til líftækni.

Bjórgerð er einn angi af líftækni sem hefur verið stundaður í þúsundir ára.

Nær okkur í tíma má nefna að árið 1917 varð Chaim Weizmann (sem Weizmann-rannsóknastofnunin í Ísrael er kennd við) fyrstur til að beita ræktuðum bakteríum, Clostridium acetobutylicum, til framleiðslu á asetoni, sem þá var mikil þörf á til að framleiða sprengiefni vegna stríðsátaka. Annað dæmi er framleiðsla fúkalyfja. Alexander Fleming (1881-1955) uppgötvaði myglusvepppinn Penicillium árið 1928. Rúmum áratug seinna hafði tekist að vinna úr honum það sem við þekkjum sem penisilín og framleiða það í nægu magni til lyfjanota. Þá má nefna framleiðslu ýmissa ensíma til nota í sterkjuiðnaði, við efnagreiningar og sem hjálparefni við þvotta. Enn fremur vinnslu insúlíns úr briskirtlum sláturdýra til nota við sykursýki. Á árum seinna stríðs var þróuð aðferð til vinnslu prótínsins albúmins úr blóði nautgripa en albúmin var notað sem blóðbætir (e. plasma expander) fyrir sjúklinga sem höfðu orðið fyrir blóðmissi. Þannig mætti lengi telja.

Um og eftir miðbik 20. aldar var lífefnavinnsla til hagnýtingar vaxandi iðnaður. Orðið biotechnology var fyrst notað árið 1919 af ungverskum landbúnaðarverkfræðingi, Károly Ereky (1878–1952), í bók hans um stórskalaframleiðslu á kjöti, feiti og mjólk. Árið 1959 hóf göngu sína tímaritið Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering en nafni þess var síðar breytt í Biotechnology and Bioengineering.

Uppgötvun Watson og Crick og fleiri árið 1953 á byggingu og eðli kjarnsýra leiddi til mikillar grósku í rannsóknum á hlutverki kjarnsýra og tjáningu þeirra upplýsinga sem þær geyma. Um tveim áratugum síðar má segja að þessar rannsóknir hafi getið af sér mörg þeirra tæknibragða og aðferða sem urðu grundvöllur nútíma líftækni, undir nöfnum eins og erfðatækni, genatækni og erfðaverkfræði. Stundum er hið nýja upphaf miðað við það þegar Paul Berg við Stanfordháskóla tókst árið 1971 að splæsa gen, eða þegar Herbert W. Boyer og Stanley N. Cohen tókst að ferja erfðaefni inn í bakteríu þannig að bakterían tjáði nýfengin gen. Fljótlega var þessi nýja tækni til dæmis notuð til að láta E. coli bakteríur framleiða mannainsúlín á stórum skala og fleiri gagnleg prótín og prótínlyf fylgdu í kjölfarið.

Líftækni snýst meðal annars um að lækna heiminn, veita heiminum eldsneyti eða orku og fæða heiminn.

Líftækni er þannig í senn ný grein vísinda en um leið með elstu hagnýtum eða efnahagslegum viðfangsefnum mannsins. Og þessi tækni byggir á fjölda fræðigreina svo sem erfðafræði, efnafræði, lífefnafræði, örverufræði, grasafræði, dýrafræði, frumulíffræði og efnaverkfræði.

Nútíma líftækni er orðin svo umfangsmikil og fjölbreytt að torvelt er að lýsa henni í fáum orðum. Ein sýn á líftæknina segir að hún snúist um þrennt:
  • Að lækna heiminn.
  • Að veita heiminum eldsneyti eða orku.
  • Að fæða heiminn.

Önnur sýn á umfang líftækninnar er fólgin í litrófi líftækninnar þar sem hvert svið líftækni fær tiltekinn litakóða.

Rauð líftækni snýst um beitingu líftæknilegra aðferða í heilbrigðisvísindum, framleiðslu lyfja svo sem fúkalyfja, bóluefna og mótefna, en einnig þróun lækninga sem byggja á breytingum í erfðamengi sjúklings (genalækningar).
Hvít líftækni eða iðnaðarlíftækni, einnig nefnd framleiðslulíftækni, fjallar um notkun örvera eða ensíma við framleiðslu efna. Undir þetta hugtak falla notkun gerfruma við framleiðslu víns, bjórs og brauðs. Enn fremur framleiðsla iðnaðarensíma og örvera og gerð eldsneytis úr endurnýjanlegum hráefnum eins og sterkju.
Græn líftækni fjallar um notkun líftækni í landbúnaði. Hér má nefna bæði hefðbundin viðfangsefni á borð við kynbætur plöntuyrkja í frumuræktum en einnig erfðabreytingu plöntuyrkja til að auka þol þeirra gegn til dæmis þurrki eða ágangi skordýra. Gott dæmi eru svokölluð „gullin hrísgrjón“ sem bætt hafa verið með genum páskalilju þannig að þau framleiði beta-karótín sem er forstig A-vítamíns, en skortur á því veldur náttblindu sem er algengur kvilli í Asíulöndum.
Blá líftækni snýst um sjávarlífverur. Sjávarlífverur eða afurðir þeirra eru notaðar til framleiðslu nýrra lyfja, innihaldsefna í snyrtivörur og ýmiss konar matvæli og fæðubótarefni.
Gul líftækni mætti kalla næringarlíftækni. Hún snýst um nýjar aðferðir til að bæta matvæli og auka næringargildi þeirra. Enn fremur fjallar hún um að losna við ofnæmisvalda og önnur efni sem geta valdið óþoli.
Grá líftækni fjallar um notkun lífvera til umhverfisbóta. Hún fjallar um förgun úrgangs, svo sem skólps og sorps, en einnig hreinsun umhverfis af mengunar- og spilliefnum, þar með talin olía og eiturefni. Skólphreinsun þar sem bakteríustofnar eru nýttir til að brjóta niður ýmis næringarefni í skólpi, er dæmi um gráa líftækni.
Gyllt líftækni eða lífgagnatækni (e. bioinformatics) snýst um úrvinnslu erfðafræðilegra, sameindalíffræðilegra og lífefnafræðilegra gagna, svo sem við raðgreiningu prótína og kjarnsýra og greiningu genamengja. Undir þetta falla erfðamengjagreining (e. genomics), umritamengjagreining (e. transcriptomics) og prótínmengjagreining (e. proteomics).
Brún líftækni snýr að nýtingu þurra svæða og eyðimarka til ræktunar. Í Afríku eru tveir þriðju hlutar lands af þessari gerð og þar býr um helmingur íbúanna. Með erfðabreytitækni má væntanlega ná fram yrkjum gagnlegra jurta sem geta vaxið og gefið af sér verðmætar afurðir á svæðum þar sem regn er af skornum skammti.
Fjólublá líftækni er nokkuð annars eðlis því hún snýst um lagaumhverfi tækninnar. Líftækni er umdeild og getur hugsanlega verið hættuleg. Þess vegna er nauðsynlegt að beiting hennar lúti ákveðnum reglum. Hér koma einnig til siðfræðileg álitamál, til dæmis er varða erfðalækningar, dýratilraunir og fleira.
Dökk líftækni er svarti sauðurinn í þessu litrófi. Ekki verður fram hjá því litið að ýmislegt í líftækninni felur í sér möguleika á glæpsamlegri starfsemi, beitingu líffræðilegra aðferða í hernaði og hryðjuverkum. Nægir að nefna sjúkdómsvaldandi, smitskæðar og lífseigar örverur í því sambandi.

Af þessari upptalningu sést að líftækni er beitt á fjölmörg viðfangsefni og snertir okkur öll með einum eða öðrum hætti.

Heimildir og myndir:

...