biotechnologia


 
 

Agrobiotechnologia – biotechnologia w rolnictwie

agrobiotechnologia

Rolnictwo

jest jednym z działów gospodarki, którego głównym zadaniem jest dostarczenie żywności. Rolnictwo uzyskuje produkty roślinne i zwierzęce dzięki uprawie roślin i hodowli zwierząt.
Rolnictwo należy do najstarszych dziedzin wytwórczości materialnej człowieka - jego początki datuje się na neolit - 10000 do 3000 lat p.n.e. Przejście od łowiectwa i zbieractwa do uprawy roli doprowadziło do "rewolucji" w społecznościach ludzkich. Zmiana trybu życia z koczowniczego na osiadły doprowadziła do powstania liczniejszych i bardziej złożonych form społecznych, aż do pierwszych rozwiniętych kultur ludzkich. Umożliwiła także dalszą ewolucję umysłowości człowieka, zmienił się również jego stosunek do przyrody, którą to zaczął od tej pory dostosowywać do własnych potrzeb.

Biotechnologia

zaś jest nauką wykorzystującą procesy biologiczne na skalę przemysłową. Najczęściej ma ona zastosowanie w medycynie, produkcji żywności i rolnictwie. Biotechnologia jest dynamicznie rozwijającą się dziedziną współczesnej wiedzy, która korzysta z różnych metod badawczych, lecz głównie z inżynierii genetycznej. Podstawowym celem współczesnej biotechnologii jest zmodyfikowanie mikroorganizmów oraz komórek roślinnych i zwierzęcych tak, aby procesy życiowe nowych organizmów były szybsze, wydajniejsze, tańsze i dostarczały nowych metabolitów.

Pojęcie agrobiotechnologii odnajdujemy pośród trzech istniejących współcześnie typów rolnictwa:

• tradycyjnego – dającego wysokie plony dzięki intensywnemu stosowaniu nawozów i środków ochrony roślin;
• ekologicznego – określanego również jako organiczne, biologiczne lub biodynamiczne, oznaczającego system gospodarowania, o zrównoważonej w obrębie gospodarstwa produkcji roślinnej i zwierzęcej, oparty na środkach pochodzenia biologicznego i mineralnego nieprzetworzonych technologicznie. Ten typ z założenia wyklucza środki chemiczne, jak również inżynierię genetyczną. W Polsce i Europie jest on w zasadniczy sposób dotowany i adresowany do elitarnych kręgów zamożnego społeczeństwa, bowiem produkty te, ze względu na koszty wytworzenia i pomimo dopłat, są nadal znacznie droższe od tych uzyskanych metodami tradycyjnymi;
• oraz typu wykorzystującego inżynierię genetyczną i inne osiągnięcia współczesnej biotechnologii, nazywanego powszechnie właśnie agrobiotechnologią. Ta forma uprawy jest przyszłościowa i stanowi coraz bardziej liczącą się konkurencję, o ile wręcz nie alternatywę, dla pozostałych form.



Obszary działań agrobiotechnologii


Ogromnym wyzwaniem cywilizacyjnym w bieżącym stuleciu będzie ilość i jakość produkowanej żywności. Dlatego głównym polem działania agrobiotechnologii jest wytwarzanie pożywienia.
W wieku XXI liczba ludności na kuli ziemskiej może teoretycznie wzrosnąć nawet do kilkudziesięciu miliardów istnień. Dlatego, podczas obrad Światowego Forum Przemysłu Rolno-Spożywczego, jakie odbyło się w listopadzie 1998 r. w Monte Carlo, oświadczono, że w najbliższym ćwierćwieczu, globalna produkcja rolna znacznie zmaleje. Będzie to wynikiem systematycznego spadku konsumpcji w krajach rozwiniętych, które są jednocześnie największymi producentami żywności. W tym samym czasie popyt na żywność w krajach biednych i pozbawionych środków finansowych na jej zakup, wzrośnie co najmniej dwukrotnie wskutek wzrostu liczby mieszkańców. Dotyczyć to będzie około 2/3 populacji globu ziemskiego.
Jeśli możliwe byłoby zapobieżenie stratom światowej produkcji żywności, które najczęściej spowodowane są chorobami roślin uprawnych i zwierząt hodowlanych, a także zredukowanie lub wręcz likwidacja niekorzystnego wpływu warunków pogodowych i środowiskowych na rolnictwo, wówczas ilość obecnie produkowanej żywności byłaby wystarczająca do zaspokojenia głodu w krajach Afryki i Azji w najbliższych latach. Perspektywę rozwiązania tych problemów niesie ze sobą współczesna agrobiotechnologia, która jest w stanie wdrożyć uprawy roślin transgenicznych oraz wyhodować zwierzęta bardziej dorodne oraz odporne na choroby i czynniki zewnętrzne.

Prace współczesnych biotechnologów zmierzają nie tylko do genetycznego ulepszania znanych gatunków roślin i zwierząt, lecz również do np. poszukiwania nowych i wartościowych gatunków, które mogłyby po adaptacji wzbogacić grupę roślin uprawnych.



Rośliny transgeniczne


Efekty agrobiotechnologicznych metod uprawy stają się coraz bardziej zauważalne i ich produkty są już obecne na rynkach światowych. Dla przykładu pomidory transgeniczne, odporne na choroby, produkuje się w USA od 1995 roku. Od roku 1997 produkowane są transgeniczne ziemniaki, odporne na infekcje wirusowe, a transgeniczna soja, rzepak i bawełna są uprawiane od 1998 roku. Znane są również efekty doskonalenia genetycznego wielu innych roślin. W ten sposób uzyskano jabłonie odporne na insekty; kukurydzę, kapustę i pszenicę odporne na herbicydy. Transgeniczne krzewy kawowca produkują zwiększone ilości ziaren, z których kawa ma lepszy smak i bogatszy aromat. Znane są też banany odporne na szybkie psucie się oraz warzywa zawierające podwyższoną ilość witamin. Są to tylko niektóre przykłady roślin, u których wymienione cechy użytkowe uzyskane w drodze biotechnologicznej są powielane w kolejnych pokoleniach, a więc mają znamiona trwałej cechy organizmu i predysponują go do uprawy przemysłowej. Prawdopodobnie już wkrótce uzyskają one licencję komercjalizacji.
Ważnym kierunkiem badawczym agrobiotechnologii jest także wprowadzanie transgenicznych roślin do produkcji szczepionek doustnych i rekombinowanych białek, a także wykorzystywanie tychże roślin jako surowców odnawialnych w biorafineriach. Należy podkreślić, że nie jest przewidywany zauważalny wzrost znaczenia roślin genetycznie modyfikowanych w produkcji żywności, przynajmniej tak długo, jak długo państwa Unii Europejskiej będą stosować sztuczne ceny na produkty rolne i dofinansowywać ten rynek. Natomiast wykorzystanie takich roślin do produkcji energii, zarówno poprzez biopaliwa (bioetanol, biooleje, biogaz) jak i do spalania – to ogromnie nęcąca ekonomicznie i ekologicznie perspektywa.



Biopaliwa


Od pewnego już czasu trwają poszukiwania niekonwencjonalnych źródeł i nośników energii. Coraz częściej wykorzystuje się łupki i piaski bitumiczne, energię słoneczną, energię geotermiczną, siłę wiatru oraz klasyczną energię nuklearną. Niektóre z tych źródeł energii z wielu względów mogą być wykorzystywane tylko w ograniczonym zakresie. Dlatego uwaga badaczy zwrócona jest na powszechnie dostępną biomasę roślinną, pod pojęciem której należy rozumieć zarówno każdy rodzaj zbędnego materiału roślinnego, jak i celowe uprawy roślinne charakteryzujące się wysoką zawartością takich składników organicznych, jak cukry lub oleje.
Biomasa jako produkt wegetacji roślin jest ciągle odnawialna, a więc jest to stałe, praktycznie niewyczerpalne źródło energii. Jak dotąd wykorzystuje się jedynie około 2% biomasy roślinnej, przy jej rocznych rezerwach na kuli ziemskiej w ilości 100-200 miliardów ton. Ilość ta może być o wiele większa, jeżeli zaczną być uprawiane zmodyfikowane genetycznie rośliny, które będą odporne na różnego rodzaju czynniki szkodliwe. Gdyby jednak ograniczyć się tylko do podanych wyżej ilości powstającej corocznie biomasy roślinnej, to okaże się, że można z niej uwolnić około 800 bilionów kWh. Jest to ilość 20-krotnie większa od ilości energii pochodzenia kopalnego, która wykorzystywana jest przez człowieka u progu XXI wieku. Szacuje się, że już teraz produkcja energii z biomasy stanowi równoważnik 3 mln. ton ropy naftowej dziennie.



Zwierzęta transgeniczne


Z transgenicznych zwierząt hodowlanych w kolejce do dopuszczenia na rynek żywności czekają już królik, koza i krowa, dla których przeprowadza się ostateczne testy kontrolne. Postęp genetyczny doprowadził do powstania zupełnie nowych ras zwierząt użytkowych. Opanowano metody wywoływania mnogiej owulacji i przenoszenia zarodków. W ten sposób można selekcjonować pogłowie bydła o najlepszych cechach użytkowych. Zapładnianie pozaustrojowe połączone z regulacją płci oraz klonowanie zarodków, zwiększają możliwości replikacji zwierząt transgenicznych. Biotechnolodzy pracują nad zwierzętami transgenicznymi, mając na celu udoskonalenie ich cech produkcyjnych. Najważniejsze z nich to:

• korzystniejsze tempo wzrostu
• zwiększona wydajność mleczna,
• polepszona jakość mleka,
• produkcja mięsa.

Innymi kierunkami transgenezy zwierząt są:

• doskonalenie biokonwersji składników pasz,
• ulepszanie zestawu enzymów trawiennych,
• polepszenie naturalnej odporności na choroby.

Największe zainteresowanie skierowane jest na modyfikowanie świń i bydła. Większość manipulacji genetycznych, prowadzonych na genomie świń, zmierza do otrzymania zwierząt ze zwiększonym wydzielaniem hormonu wzrostu, uzyskania większych przyrostów masy ciała, lepszego wykorzystania paszy lub redukcji tłuszczu.
Ważna jest również modyfikacja genetyczna świń w celu zwiększenia odporności na choroby lub zastosowania ich jako bioreaktorów do produkcji zmodyfikowanych białek mleka przydatnych w medycynie czy też potencjalnych dawców organów do przeszczepu.

Tak więc ilość organizmów modyfikowanych genetycznie jest znacząca. Szacuje się, że na początku XXI wieku rynek tych organizmów ma wartość około 100 miliardów dolarów.



Polska agrobiotechnologia


Również w Polsce w tej dziedzinie dzieje się bardzo wiele. Do ciekawych osiągnięć ostatnich lat należy wyjaśnienie przez prof. Andrzeja Jerzmanowskiego i jego zespół z Uniwersytet Warszawskiego oraz Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie wpływu suszy na spadek plenności zbóż. Prof. Jerzmanowski uważa, że badania genetyczne prowadzone na poziomie molekularnym są na dobrej drodze do uzyskania co najmniej 30% wzrostu plenności zbóż, jak pszenica i ryż, a więc jadanych przez cały świat.
W Zakładzie Mikrobiologii Ogólnej Instytutu Mikrobiologii i Biotechnologii UMCS zostały zainicjowane przez śp. Prof. Zbigniewa Lorkiewicza i nadal prowadzone przez jego uczniów badania nad przyswajaniem przez rośliny azotu atmosferycznego. Istnieją bowiem rośliny (np. łubin), które przy współudziale określonych bakterii korzystają z tzw. wolnego azotu. By zrozumieć ważność problemu należy wiedzieć, że gdyby udało się metodami inżynierii genetycznej przystosować inne rośliny uprawne do wiązania azotu z powietrza, wówczas zbędne stałyby się sztuczne nawozy azotowe, które w świecie stosowane są w ilościach ogromnych, a powstałe w glebie niektóre produkty rozkładu tych milionów ton nawozów azotowych to związki wysoce kancerogenne.
W zespole prof. Stefana Malepszego ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie trwają prace na ogórkiem transgenicznym. Uzyskano już ogórki o owocach słodkich, w których słodki smak pochodzi od obecności słodkiego białka – taumatyny, a nie od węglowodanów, a także ogórki charakteryzujące się tzw. partenokarpią czyli zdolnością wytwarzania owoców bez zapylenia. Jest to ważna cecha użytkowa, szczególnie podczas uprawy w warunkach szklarniowych, gdyż ogórek jest rośliną rozdzielnopłciową i do wytworzenia owoców potrzebuje pyłku z kwiatostanów męskich, a rozsiewanie pyłku w warunkach szklarniowych jest mocno utrudnione.
Pierwsza polska transgeniczna świnia - knurek TG 1154 - urodziła się we wrześniu 2003 roku, w Instytucie Zootechniki w podkrakowskich Balicach. Została stworzona w ramach projektu pt. "Wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych świń dla pozyskiwania organów do transplantacji u człowieka". Uczestniczy w nim 10 zespołów naukowych z całej Polski. Narządy ze świni z racji dużego podobieństwa anatomicznego i fizjologicznego do ludzkich są od dawna rozważane jako potencjalnie możliwe do transplantacji dla człowieka. Polska transgeniczna świnia ma wbudowany gen, który może znieść immunologiczną barierę międzygatunkową pomiędzy świnią i człowiekiem. Bariera immunologiczna jest jedną z największych przeszkód uniemożliwiających wykorzystanie genetycznie modyfikowanych świń do pozyskiwania organów do transplantacji u człowieka.



Perspektywy agrobiotechnologii


Zgodnie z prognozami rozwoju przyjętymi przez OECD (Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju, ang. Organization for Economic Co-operation and Development) jak i Unię Europejską, rozwój agrobiotechnologii przewidywany jest w następujących kierunkach:

• zastąpienie tradycyjnych, niebiologicznych procesów przemysłowych bioprocesami i wytwarzanie produktów o wysokiej wartości dodanej jak farmaceutyki, specyficzne związki chemiczne, żywność czy dodatki do żywności,
• wytwarzanie biomateriałów (biodegradowalne tworzywa sztuczne oparte o związki wytwarzane w drodze bioprocesów) oraz biopaliw z odnawialnych surowców (etanol, biodiesel, biogaz czy też sama biomasa),
• bioremediacja czyli usuwanie zanieczyszczeń gruntu, przy wykorzystaniu żywych mikroorganizmów w celu katalizowania rozkładu lub transformacji różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe.

Agrobiotechnologia to rolnictwo przyszłości. Oferuje szerokie spektrum możliwości produkcji celowanej oraz przetwórstwa produktów rolniczych. Dzięki perspektywom jakie daje zastosowanie metod biotechnologicznych staje się coraz bardziej realne zaspokojenie głodu na Ziemi, zapobieżenie kryzysowi paliwowemu oraz katastrofie ekologicznej. I tak jak pojawienie się rolnictwa zapoczątkowało zmiany w konstrukcji społeczności ludzkich, a powstanie i rozwój biotechnologii dało tej społeczności potężne narzędzie do zmian, tak być może agrobiotechnologia przyczyni się do istotnej zmiany naszej przyszłości.


Autor artykułu: dr inż. Joanna Harasym
Przedruk z: agrobiorafinacja.pl


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

221 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Facebook

Gadżety

Sklep e-biotechnologia.pl
Tematyczne kubki, koszulki, bluzy etc.


Zapraszamy do sklepu

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u