bioteknologi

Viktige basisdisipliner er:

• mikrobiologi
• biokjemi
• cellebiologi
• molekylærgenetikk
• kjemisk og biokjemisk prosessteknikk

Sentrale moderne teknikker er:

• rekombinant DNA-teknikk (se genteknologi og nukleinsyrer)
• monoklonal antistoffteknikk (immunglobuliner)

En viktig fremvekst innen bioteknologiens arbeidsteknikker er utviklingen av CRISPR/Cas9-systemet for genredigering. Systemet ble oppdaget i bakterier på 1980-tallet og er et slags genetisk forsvarssystem som beskytter bakterien mot virus. I 2012 publiserte forskerne Jennifer Doudna og Emmanuelle Charpentier ved University of California i Berkeley en artikkel som beskrev hvordan man kan benytte CRISPR-teknologien til genredigering. De kunne programmere enzymene i CRISPR/Cas9-systemet til å gjenkjenne, klippe ut og erstatte hvilket som helst gen i en gensekvens. Teknologien er veldig enkel å bruke og kan brukes til å redigere arvestoffet i omtrent alle mulige celletyper. Dette har skapt mange nye muligheter for genmanipulering og har derfor også forårsaket opphetet debatt om de etiske og moralske sidene ved dette. CRISPR/Cas9-teknologi benyttes i et enormt omfang i verden i dag (2017).

I human- og veterinærmedisinen gir monoklonale antistoffer mer spesifikke diagnostiske reagenser for infeksjonssykdommer enn reagenser basert på blandede antistoffer. Immunmålemetoder for hormoner og andre småmolekyler vil også bli bedre.

Man håper å kunne bruke kreftvevspesifikke monoklonale antistoffer til lokalisering av kreftvev og til å bære cellegifter til dette vevet. Rekombinant DNA-teknikk har allerede gitt flere bioteknologisk produserte hormoner (humant insulin og erytropoietin og veksthormon fra flere arter) og andre medisinsk viktige proteiner (blodfaktor VIII og IX, alfa- og gamma-interferon, vevsplasminogenaktivator og ulike lymfokiner).

Mange vaksiner, blant dem human hepatitt B-vaksine, produseres nå basert på oppformering av ett av infeksjonsorganismens overflateproteiner. For alle disse proteinene er genet for angjeldende protein blitt ført inn i en genbærer (vektor) som formerer seg i bakterier, gjær eller i celler i kultur.

Et tredje anvendelsesområde for genteknologi i medisinen er fremstilling av diagnostiske gensøkere, genprober. Dette er kortere eller lengre DNA-molekyler som er merket med radioaktivitet eller på annen måte, og som brukes til å påvise nærvær av arvestoff fra en infeksjonsorganisme i materiale fra en pasient eller forandret arvestoff i en blodprøve fra en pasient med en arvelig sykdom.

Det er mulig å lage slike DNA-prober når en kjenner strukturen til infeksjonsorganismens nukleinsyre eller strukturen til sykdomsgenet. DNA-proben vil feste seg til den tilsvarende nukleinsyren fra pasienten.

Når det gjelder arvelige sykdommer kan en også ha nytte av prober som fester seg noe til siden for det skadede genet. Man studerer da endringen i lengden på de DNA-fragmentene som forskjellige restriksjonsenzymer lager og som binder proben.

En alternativ diagnosemetode er å oppformere et stykke DNA med polymerase-kjedereaksjonen ved å bruke primærsekvenser som er karakteristiske for infeksjonsorganismen eller sykdomsgenet, og i siste tilfelle påvise mutasjonen med et egnet restriksjonsenzym.

Kjennskap til genstrukturen for sykdomsgener gjør at man for visse sykdommer har lykkes med genterapi, behandling med DNA som helt eller delvis kurerer sykdommen.

I landbruket åpner bioteknologi helt nye perspektiver når det gjelder planteforedling og planteproduksjon, hvor anvendelse av celledyrking, embryokulturer og genoverføring vil stå sentralt i arbeidet med å øke fortjenesten og bedre produktenes kvalitet.

I forsøk med genoverføring har en lykkes med overføring av egenskaper som styres av enkle arveanlegg, slik som insektresistens (toksin-gen fra Bacillus thuringensis), virusresistens (gen fra viruskappeprotein) og herbicidresistens (gen for bakterieenzym som bryter ned herbicidet).

Det er kommet på markedet tomater som er mer holdbare fordi DNA for et modningsenzym er satt inn i motsatt retning i kromosomet og derved produserer RNA som binder og inaktiverer enzymets m-RNA (budbringer-RNA).

Ett viktig mål for plantebioteknologien er å gjøre kornslagenes aminosyresammensetning mer balansert. På noe lengre sikt kan det bli mulig ved hjelp av rekombinant DNA-teknikk å flytte nordgrensen for flere viktige landbruksvekster ved å gjøre dem mer tolerante overfor klimatiske stressfaktorer.

Parallelt med disse bestrebelsene vil bioteknologi kunne gi et mer effektivt plantevern. Ved genteknologi kan man skaffe DNA-prober til påvisning av virus og bakterier som angriper planter, forbedre den mikrobielle produksjonen av insekticider, forbedre biologisk bekjempelse av jordbundne bakterier og sopper, og få frem bakterier som hindrer frostskader.

Også i husdyravl og havbruk venter man viktige bidrag fra bioteknologien. Genkartlegging og påvisning av bestemte gener med DNA-prober kan være nyttige i avlsarbeidet ved at bærere av sykdomsgener kan sjaltes ut, mens bærere av verdifulle gener kan selekteres, for eksempel gener for bestemte kaseintyper, sykdomsresistens, raskere vekst og bedre fôrutnyttelse.

En annen anvendelse er overføring av DNA til befruktede egg med den hensikt å gi dyret nye egenskaper. Det lyktes i 1985 å innføre fremmed arvestoff på denne måten i kanin, sau, gris og fisk.

Det er tre grupper arveanlegg som synes særlig aktuelle for overføring, nemlig gener som

• regulerer veksthastighet
• styrer det stofflige innholdet i husdyrprodukter
• for fisk: gener som styrer kjønnsmodningen

Industriens bruk av bioteknologi er blant annet knyttet til produksjon av farmasøytiske preparater som legemidler, diagnostika og vaksiner.

Genmodifiserte sauer er tatt i bruk til produksjon av alfa-1-antitrypsin i melken, som dette legemidlet mot emfysem isoleres fra. Andre viktige produktgrupper er finkjemikalier som enzymer, aminosyrer, vitaminer og steroider.

Biopolymerer og mikrobielle surfaktanter (stoffer som senker overflatespenningen i væsker) er produktgrupper med mange og viktige anvendelser, blant annet i oljeutvinning og oljefjerning.

Næringsmiddelsektoren representerer et av de feltene hvor bioteknologiske prosesser og prosesstrinn kan få særlig stor betydning, både når det gjelder bedre ressursutnyttelse, nye produkter og konserveringsmetoder og forbedret prosessteknologi.

Sentralt innenfor disse områdene står fermenteringsteknologi, enzymteknologi og teknologi for isolering og rensing av produktene. Dette er metoder som også har viktige anvendelser innenfor miljøteknikk, knyttet blant annet til rensning og disponering av avfall.

Patentering i bioteknologisk sammenheng er omstridt. Den første genmodifiserte mikroorganismen ble patentert i USA i 1980, og slike patenter er også gitt i Norge.

I 1985 ble det i USA gitt patent på en genmodifisert mus, til bruk i kreftforskning. Det europeiske patentkontoret har også godkjent dette patentet. I Norge har regjeringen vært tilbakeholden og erklært at det ikke bør åpnes for patentering av dyr og planter, eller for fremgangsmåter til fremstilling av slike.

• bioteknologiskolen.no
• Om bioteknologi hos Bioteknologirådet

• Aakvaag, Ruth Kleppe: Bioteknologi i Norge, 4. utgave, 1995
• Bud, Robert: The Uses of Life : A History of Biotechnology, 1993
• Hviid Nielsen, Torben, Arve Monsen, Tore Tennøe: Livets tre og kodenes kode: fra genetikk til bioteknologi: Norge 1900-2000, 2000. Les boken i bokhylla
• Oksholen, Tore: Den nye biologien, 2002