מבוא לביוטכנולוגיה

1. מבוא לביוטכנולוגיה כתה י'

2. מהי ביוטכנולוגיה?

3. תחום העוסק במחקר, בפיתוח ובשימוש במערכות ביולוגיות לשירות האדם יישומים טכנולוגיים של הפוטנציאל הביולוגי הטמון באורגניזמים (בע"ח, צמחים, אצות, פטריות, שמרים, חיידקים) ובמרכיביהם (רקמות, תאים, חלבונים, הורמונים, חומר תורשתי) בתחומים שונים: תעשייה, רפואה, חקלאות ואיכות הסביבה.

4. בעשייה הביוטכנולוגית משולבים ידע, עקרונות, תהליכים וטכניקות מתחומי הביולוגיה והכימיה, יחד עם בסיס טכנולוגי הנשען על הנדסה, מדעי המחשב, אלקטרוניקה ועוד.

6. מחקר בסיסי מחקר יישומי/מעשי • מדע בסיסי(חקר שאלות עקרוניות ללא מטרה יישומית. המניע העיקרי הוא סקרנות ותוצרי המחקר הם רעיונות, עקרונות, שיטות ותובנות שיכולות לשמש ליישומים טכנולוגיים) • מדע יישומי • ביולוגיה • ביוטכנולוגיה

7. מי עוסק בתהליך הביוטכנולוגי? • מדענים העוסקים במחקר בסיסי שתוצאותיו אולי יביאו לפיתוח מוצר ביוטכנולוגי • אנשי ייצור בתעשייה • עורכי דין (רישום פטנטים) • אנשי עסקים (מימון) • אנשי שיווק ופרסום (מכירות המוצר והפצתו) • ועוד...

8. מה ההבדל בין ביוטכנולוגיה מסורתית לביוטכנולוגיה מודרנית? • ביוטכנולוגיה מסורתית - מבוססת על אורגניזמים שלא עברו שינוי גנטי מכוון • ביוטכנולוגיה מודרנית - מבוססת על שימוש באורגניזמים שעברו שינוי גנטי מכוון באמצעות טכנולוגיות של הנדסה גנטית.

10. ביוטכנולוגיה מסורתית • ביות בע"ח • גידולים חקלאיים המשמשים מאכל ומרפא • הכלאות • ברירת פרטים בעלי תכונות רצויות • וכך הדבר הוביל להשבחת זנים בהתאםלצרכי האדם, כגון פרות המניבות חלב רבאו פרחי נוי מרהיבים.

11. ביוטכנולוגיה מסורתית • בימי התנ"ך : (ללא הבנת הבסיס הביולוגי כגון תסיסה, חיידקים..) • יין • מוצרי חלב • מאפים ועוד... • סוף המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20, הבנת הבסיס המדעי של תהליכים: • תעשיה (אצטון – מופק מתסיסת צמחים באמצעות חיידקים, חיוני בהכנת חומרי נפץ) • תרופות אנטיביוטיות (פנצילין) • אנרגיה ירוקה (שימוש באורגניזמים ובתהליכי הייצור והפירוק שהם מקיימים) • ייצור נוגדנים וחיסונים • ועוד...

12. ביוטכנולוגיה מודרנית - Genetic engineering • עידן חדש: הנדסה גנטית. • בזכות פענוח ההרכב, המבנה, התפקוד והאוניברסליות של מולקולת ה-DNA הוכשרה הקרקע להנדסה גנטית.

13. הנדסה גנטית מבוססת על שימוש בתאים או באורגניזמים שעברו שינוי גנטי. • ניתן להחדיר גנים ולבטא חלבונים בתאים (או אורגניזמים) שאינם תאי הביטוי הטבעיים שלהם(לדוגמא, לגרום לחיידק לייצר הורמון אנושי) • טרנסגן - קטע DNA זר שהוחדר לתא או לאורגניזם. טרנסגן הוא לרוב גן שמקורו באורגניזם אחר או מקטע DNA רקומביננטי, והטרנסגן מקנה לתא או לאורגניזם תכונה חדשה.

14. אורגניזמים או מרכיביהם שיוצרו או הושבחו בשיטות של הנדסה גנטית משמשים - ברפואה - לרוב למטרות של אבחון וריפוי מחלות • בחקלאות - שיפור תהליכים ותוצרים כך שיהיו איכותיים, יעילים, בטוחים וזולים יותר, וכן לשם פירוק חומרים או הפקת תוצרים.

15. התא או האורגניזם ה"מקבל" אשר מבטא את הטרנסגן משמש כבית חרושת לייצור החלבון הרצוי שמקורו באורגניזם ה"תורם" • טיפול בחולי סוכרת מטיפוס 1 באמצעות אינסולין אנושי מהונדס המיוצר בחיידקים

16. טיפול באמצעות ההורמון אריתרופויטין אנושי ומהונדס המיוצר בתאי אוגר הגדלים בתרבית רקמה (אנמיה, בעיות בכליות( אריתרופויטין - הורמון המופרש מהכליות בתגובה לירידה בלחץ החלקי של חמצן בדם. מגרה יצירת תאי דם אדומים במוח העצמות.

17. ייצור של עז מהונדסת שבבלוטות החלב שלה מיוצר נוגד קרישת הדם אנטי-תרומבין (מעכב את פעילותם של מספר אנזימיםבמערכת קרישת הדם( • תרופה זו ניתנת במצבים של פקקת, כלומר במצב שבו קריש דם סותם את אחד מכלי הדם בגוף.

18. צמחים בעלי פירות וירקות המכילים חלבונים רצויים, ויטמינים ואף חיסונים.

19. מקור הגן הוא באותו אורגניזם רק שהוא מתבטא בעוצמה רבה יותר, או ברקמה/זמן שונה • יוצרו צמחים ובעלי חיים העמידים למזיקים ופתוגנים או לחומרי הדברה. • צמחים המתפתחים מהר יותר או שמניבים תוצרת למשך זמן ארוך יותר, ובעלי תנובה רבה יותר ואיכותית יותר (טעם, מרקם, צורה, גודל, ריח). • חיידקים בעלי יכולת משופרת לפירוק זיהומי נפט, או אנזימים היכולים לפרק רעלים ביעילות.

20. השתקת ביטוי של חלבונים לא רצויים – יישומי בריפוי גני. • השתקת הביטוי של חלבונים המעורבים באלרגיות למיניהן • דיכוי חלבונים שבצורתם המוטנטית גורמים למחלה - דוגמת החלבון הנטינגטין במחלת ניוונית הנטינגטון (מחלה ניוונית הנגרמת ממות תאים במוח). • עיכוב חלבונים המעורבים בחדירת נגיפים לתא, התרבות בהם והרס תאים, מה שעלול לגרום למחלות ופגיעה במערכת החיסונית כמו לדוגמה במחלת האיידס.

21. ביוטכנולוגיה מודרנית-העתיד • מחשבים ננו-ביולוגים: עשויים מולקולותDNA ואנזימים שונים, ובעלי יכולת חישוב בתוך תאים או באמצעות תאים. בעתיד, כך מקווים חוקרים, יוכלו מיליארדי מחשבים ננו ביולוגיים לתפקד כ"רופאים תאיים" - הם יסיירו בתאי הגוף (או במבחנה), יאבחנו מחלות ברגישות גבוהה, וייבלמו אותן עוד לפני שפרצו ולפני שאנו עצמנו מודעים לסכנתן. The sky is the limit

22. יישומים בביוטכנולוגיה - דוגמאות • רפואה • מזון • חקלאות • איכות הסביבה • ועוד...

23. רפואה יצירת ארטמיסינין, בצמח הטבק • ארטמיסינין הוא חומר טבעי המופק מצמחי ארטמיסיהאנואה אולם אין בנמצא תרופות זולות המבוססות על ארטמיסינין בגלל העלות הגבוהה הכרוכה בהפקת התרכובת באופן טבעי או בסינתזה כימית שלה. • בשיטות של הנדסה גנטית פיתחו צמחי טבק(לענה) המכילים את הגנים המקודדים לכל המסלול הביוכימי הדרוש לייצור ארטמיסינין. • מכיוון שלטבק יש ביו מסה גדולה והוא צומח במהירות - המצאה זו תאפשר ייצור זול של כמויות גדולות של התרופה, ותסלול את הדרך לפיתוח פלטפורמה צמחית לייצור מסחרי של תרופה נוגדת מלריה. • פותח בפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית.

25. מזון שימוש באורגניזמים • תעשיית החלב : גבינות, יוגורט, חיידקים פרוביוטים. • תעשיית המאפים • תהליכי תסיסה • תהליכי שימור • ועוד...

26. חקלאות החדרת גנים לשיפור תבואה

27. איכות הסביבה דלק ירוק • חיידקים צלולוליתיים (cellulolytic bacteria), כדוגמת החיידק Thermobifidafusca, מכילים מנגנון המורכב מתצמידים של אנזימים שונים, היוצרים ביחד מכונה הנקראת "צלולוזום". מכונה זו מסוגלת לפרק את הפוליסכריד תאית (צלולוז), הבונה את דופן תאי הצמחים, בתהליך ביוקטליטי לסוכרים מסיסים, מהם ניתן להפיק דלק ביולוגי זול וידידותי לסביבה. • פותח במכון וויצמן

28. ביוטכנולוגיה בארץ והעולם • ב-2010 פעלו בישראל 135 חברות ביוטק בלבד (4% מכלל חברות ההיי-טק באותה שנה), נכון לאמצע שנת 2014, ישנן 1,603 חברות ביוטקוקלינטק פעילות - 27% מכלל חברות ההיי-טק הישראליות. • טבע: הדוגמה להצלחה ישראלית פנומנלית בתחום הביוטכנלוגיה. החברה מעסיקה 38 אלף עובדים בשורה של מפעלים ברחבי העולם, מתוכם כ-6,300 עובדים בישראל. • דנציגר אינוביישנס : הוקמה בשנת 2008. מפתחת טכנולוגיה ייחודיתMemoGene, להשבחת צמחים. הטכנולוגיה מאפשרת ביצוע מוטציות מוכוונות ומדויקות באתרים ספציפיים בגנום הצמחי, וביצוע טרנספורמציה לאתרים מוכוונים בגנום, במטרה לטפח צמחים בעלי תכונות חדשות. • רוטס - לחמם ולקרר את שורשי הצמח: הוקמה ב-2012, מאפשרים לחמם וגם לקרר שורשים ומשתמשת באנרגיה מועטה מאוד. • ועוד....