జీవసాంకేతిక విజ్ఞానం

బీరు పులియబెట్టే ట్యాంకులు

ఒక బయోటెక్నాలజీ ప్రయోగశాలలో పరిశోధన చేస్తున్న శాస్త్రవేత్త

బయోటెక్నాలజీ (Biotechnology) అనేది విజ్ఞాన శాస్త్రంలోని ఒక విభాగం. ఇది ఉపయోగకరమైన వస్తువులను తయారు చేయడానికి లేదా సేవలను అందించడానికి జీవరాశులపై ఆధారపడుతుంది. దీనిని తెలుగులో 'జీవ సాంకేతిక శాస్త్రం' అని కూడా పిలుస్తారు. ఇది జీవశాస్త్రం (Biology) మరియు ఇంజనీరింగ్ (Engineering) కలయికతో ఏర్పడింది. ఈ రంగంలో పనిచేసే నిపుణులను బయోటెక్నాలజిస్టులు అంటారు.

"బయోటెక్నాలజీ" అనే పదాన్ని మొదటిసారిగా 1919లో కరోలీ ఎరేకీ (Károly Ereky) ఉపయోగించారు. ముడి పదార్థాలను వస్తువులుగా మార్చడానికి జీవులు ఎలా సహాయపడతాయో వివరించడానికి ఆయన ఈ పదాన్ని వాడారు. ప్రస్తుతం ఈ రంగం వైద్యం, వ్యవసాయం, పర్యావరణం వంటి ఎన్నో రంగాల్లో విస్తరించింది. ఇది బ్యాక్టీరియా, ఈస్ట్ మరియు మొక్కల కణాల వంటి సూక్ష్మజీవులను ఉపయోగించుకుని ప్రత్యేకమైన పనులను చేస్తుంది.

ఆధునిక బయోటెక్నాలజీలో అత్యంత ముఖ్యమైన భాగం జెనెటిక్ ఇంజనీరింగ్ (Genetic Engineering). దీనిని 'జన్యు ఇంజనీరింగ్' అని అంటారు. శాస్త్రవేత్తలు ఒక జీవి యొక్క DNAని మార్చి, దానికి కొత్త లక్షణాలను ఇచ్చే ప్రక్రియ ఇది. ఉదాహరణకు, మొక్కలు వేగంగా పెరిగేలా చేయడం లేదా ఔషధాలను తయారు చేసే బ్యాక్టీరియాను సృష్టించడం వంటివి దీని ద్వారా సాధ్యమవుతాయి.

చరిత్ర

బయోటెక్నాలజీకి చాలా సుదీర్ఘమైన చరిత్ర ఉంది. ఇది వేల ఏళ్ల క్రితమే వ్యవసాయం మరియు ఆహార తయారీతో ప్రారంభమైంది.

మనుషులు కొన్ని వేల సంవత్సరాల నుండి బయోటెక్నాలజీని వాడుతున్నారు. పూర్వం రైతులు మంచి దిగుబడి ఇచ్చే విత్తనాలను ఎంచుకుని నాటేవారు. ఇది బయోటెక్నాలజీకి ఒక ప్రాథమిక రూపం. అలాగే జంతువులు బలంగా ఉండాలని లేదా ఎక్కువ పాలు ఇవ్వాలని మేలైన జంతువులను పెంచేవారు.

బీరు తయారు చేయడం అనేది మనుషులు బయోటెక్నాలజీని ఉపయోగించిన మొదటి మార్గాలలో ఒకటి.

కిణ్వ ప్రక్రియ (Fermentation) అనేది మరొక పాత పద్ధతి. చాలా దేశాల ప్రజలు ఈస్ట్ (Yeast) ఉపయోగించి బీరు మరియు రొట్టె తయారు చేసేవారు. బ్యాక్టీరియా సహాయంతో జున్ను (Cheese), పెరుగు, సోయా సాస్ వంటి పదార్థాలు తయారు చేసేవారు. ఇవన్నీ ఎలా జరుగుతున్నాయో అప్పట్లో తెలియకపోయినా, ఆహారంలో మార్పులు తీసుకురావడానికి వారు జీవులను ఉపయోగించుకున్నారు. 1857లో లూయీ పాశ్చర్ ఈ కిణ్వ ప్రక్రియ ఎలా జరుగుతుందో శాస్త్రీయంగా వివరించే వరకు దీని వెనుక ఉన్న అసలు రహస్యం ఎవరికీ తెలియదు.

విజ్ఞాన శాస్త్ర అభివృద్ధి

1900ల ప్రారంభంలో శాస్త్రవేత్తలు మైక్రోబయాలజీ (సూక్ష్మజీవశాస్త్రం) గురించి ఎక్కువ విషయాలు తెలుసుకున్నారు. మొదటి ప్రపంచ యుద్ధం సమయంలో, చైమ్ వైజ్మాన్ (Chaim Weizmann) బ్యాక్టీరియాను ఉపయోగించి అసిటోన్ తయారు చేశారు. పేలుడు పదార్థాల తయారీలో దీని అవసరం ఉండేది. ఒక పెద్ద పరిశ్రమలో బయోటెక్నాలజీని వాడటం అదే మొదటిసారి.

1928లో అలెగ్జాండర్ ఫ్లెమింగ్ పెన్సిలియమ్ అనే బూజును కనుగొన్నారు. దీని ద్వారా పెన్సిలిన్ అనే మందు తయారైంది. 1940 నాటికి ఇది ప్రపంచంలోనే అతిపెద్ద యాంటీబయాటిక్ మందుగా మారింది. అప్పట్లో ప్రాణాలు తీసే ఇన్ఫెక్షన్లను నయం చేయడానికి ఇది వైద్యులకు ఎంతో సహాయపడింది.

ఆధునిక కాలం

ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ 1971లో మొదలైంది. శాస్త్రవేత్తలు జన్యువులను ఒక జీవి నుండి మరొక జీవిలోకి మార్చే పద్ధతిని కనిపెట్టారు. దీనిని "జీన్ స్ప్లైసింగ్" అంటారు. 1980లో అమెరికా సుప్రీం కోర్టు ఒక కీలక తీర్పు ఇచ్చింది. ప్రయోగశాలలో మార్పులు చేసిన జీవులపై పేటెంట్ (హక్కులు) పొందవచ్చని కోర్టు చెప్పింది. దీనివల్ల చాలా కొత్త కంపెనీలు పుట్టుకొచ్చాయి.

అదే సమయంలో లీలాండ్ సి. క్లార్క్ మొదటి బయోసెన్సర్ తయారీలో సహాయపడ్డారు. ఆ తర్వాత పీట్ బెర్గ్‌వెల్డ్ అయాన్-సెన్సిటివ్ ఫీల్డ్-ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ (ISFET) అనే పరికరాన్ని కనిపెట్టారు. ఈ పరికరాలు జీవసంబంధమైన మార్పులను ఎలక్ట్రానిక్ పద్ధతిలో కొలవడానికి సహాయపడతాయి. ప్రస్తుతం వీటిని రక్త పరీక్షలు మరియు DNA పరీక్షల కోసం వాడుతున్నారు.

బయోటెక్నాలజీ రకాలు

శాస్త్రవేత్తలు బయోటెక్నాలజీలోని వివిధ విభాగాలను గుర్తించడానికి రంగులను ఉపయోగిస్తారు. === రెడ్ బయోటెక్నాలజీ (వైద్యం) === ఈ విభాగం ఆరోగ్యం మరియు వైద్యానికి సంబంధించింది. కొత్త మందులను కనిపెట్టడానికి మరియు తయారు చేయడానికి ఇది ఉపయోగపడుతుంది. ఇందులో జన్యు పరీక్షలు కూడా ఉంటాయి. ఒక కుటుంబంలో తరతరాలుగా వస్తున్న వ్యాధులు మనకు వస్తాయా లేదా అని తెలుసుకోవడానికి ఈ పరీక్షలు సహాయపడతాయి.

దీనికి ఒక మంచి ఉదాహరణ ఇన్సులిన్. మధుమేహం (షుగర్ వ్యాధి) ఉన్న వారికి ఇది చాలా అవసరం. గతంలో ఇన్సులిన్‌ను పందుల నుండి తీసేవారు. 1978లో శాస్త్రవేత్తలు ఎషెరీచియా కోలి (E. coli) అనే బ్యాక్టీరియా DNA మార్చి మానవ ఇన్సులిన్‌ను తయారు చేశారు. ఇప్పుడు ఇది చాలా తక్కువ ధరకే అందుబాటులో ఉంది.

గ్రీన్ బయోటెక్నాలజీ (వ్యవసాయం)

ఈ విభాగం వ్యవసాయంలో ఉపయోగపడుతుంది. శాస్త్రవేత్తలు జన్యుమార్పిడి పంటలు (GM crops) సృష్టిస్తారు. ఈ మొక్కలు పురుగులను తట్టుకోగలవు లేదా తక్కువ నీటితో ఎండలో కూడా పెరుగుతాయి.

Bt మొక్కజొన్న: ఈ మొక్కజొన్నలో కొన్ని రకాల పురుగులను చంపే జన్యువు ఉంటుంది. దీనివల్ల రైతులు ఎక్కువ పురుగుల మందులు వాడాల్సిన అవసరం ఉండదు.

గోల్డెన్ రైస్: ఈ బియ్యంలో విటమిన్లు ఎక్కువగా ఉండేలా మార్పులు చేశారు. ఇది పేద దేశాల్లోని ప్రజల ఆరోగ్యానికి ఎంతో మేలు చేస్తుంది.

వైట్ బయోటెక్నాలజీ (పరిశ్రమలు)

దీనిని పారిశ్రామిక బయోటెక్నాలజీ అని కూడా అంటారు. ఇది ఫ్యాక్టరీల పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది. శాస్త్రవేత్తలు ఎంజైమ్ (Enzymes)లను ఉపయోగించి రసాయన చర్యలను వేగవంతం చేస్తారు. పాత పద్ధతుల కంటే ఈ పద్ధతిలో తక్కువ శక్తి ఖర్చవుతుంది మరియు వ్యర్థాలు కూడా తక్కువగా వస్తాయి.

బ్లూ మరియు గ్రే బయోటెక్నాలజీ (పర్యావరణం)

బ్లూ: సముద్రంలోని జీవుల నుండి కొత్త ఉత్పత్తులను తయారు చేయడాన్ని బ్లూ బయోటెక్నాలజీ అంటారు. ఉదాహరణకు సముద్రపు మొక్కల నుండి మందులు తయారు చేయడం.

గ్రే: ఇది పర్యావరణాన్ని కాపాడటానికి ఉపయోగపడుతుంది. ఇందులో బయోరెమిడియేషన్ (Bioremediation) అనే పద్ధతి ఉంది. సముద్రంలో ఆయిల్ చిందినప్పుడు లేదా కాలుష్యం పెరిగినప్పుడు, ఆ కాలుష్యాన్ని "తినేసే" బ్యాక్టీరియాను శాస్త్రవేత్తలు ఇక్కడ ఉపయోగిస్తారు.

ఇది ఎలా పనిచేస్తుంది?

జీవ వ్యవస్థల్లో మార్పులు తీసుకురావడానికి బయోటెక్నాలజీ కొన్ని ముఖ్యమైన పద్ధతులను వాడుతుంది.

జెనెటిక్ ఇంజనీరింగ్

ఒక జీవి యొక్క DNAని మార్చే ప్రక్రియనే జన్యు ఇంజనీరింగ్ అంటారు. DNA అనేది జీవానికి సంబంధించిన ఒక కంప్యూటర్ కోడ్ లాంటిది. ఆ కోడ్‌ను మార్చడం ద్వారా శాస్త్రవేత్తలు మొక్కలు లేదా జంతువులు పెరిగే విధానాన్ని మార్చగలరు. దీనివల్ల మనుషులకు ఉపయోగపడే కొత్త లక్షణాలను సృష్టించవచ్చు.

టిష్యూ ఇంజనీరింగ్ ద్వారా శాస్త్రవేత్తలు ప్రయోగశాలలో కొత్త కణజాలాలను మరియు అవయవాలను పెంచుతున్నారు.

సింథటిక్ బయాలజీ

సింథటిక్ బయాలజీ (Synthetic biology) అనేది ఈ రంగంలో ఒక కొత్త విభాగం. ఇందులో జీవ సంబంధిత భాగాలను మొదటి నుండి కొత్తగా తయారు చేస్తారు. బ్యాక్టీరియాను చిన్న ఫ్యాక్టరీలుగా మార్చడానికి శాస్త్రవేత్తలు దీనిని ఉపయోగిస్తారు. ఉదాహరణకు, కార్లు నడపడానికి అవసరమైన జీవ ఇంధనం (Biofuel) తయారు చేసే బ్యాక్టీరియాను దీని ద్వారా సృష్టించవచ్చు. దీనివల్ల భూమిలో దొరికే పెట్రోల్, డీజిల్ వాడకం తగ్గుతుంది.

బయోఇన్ఫర్మేటిక్స్

బయోఇన్ఫర్మేటిక్స్ (Bioinformatics) అంటే జీవ సమాచారాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి కంప్యూటర్లను వాడటం. DNA అనేది చాలా క్లిష్టమైనది, కాబట్టి దానిని అర్థం చేసుకోవడానికి శక్తివంతమైన కంప్యూటర్లు కావాలి. ఏ జన్యువు వల్ల ఏ వ్యాధి వస్తుందో మరియు దానిని ఎలా నయం చేయాలో తెలుసుకోవడానికి ఇది సహాయపడుతుంది.

ఉపయోగాలు-సవాళ్లు

బయోటెక్నాలజీ పెద్ద సమస్యలను పరిష్కరించగలదు, కానీ అదే సమయంలో కొన్ని ఆందోళనలను కూడా కలిగిస్తుంది.

ఉపయోగాలు

ఆహార భద్రత: జన్యుమార్పిడి పంటల వల్ల తక్కువ భూమిలో ఎక్కువ ఆహారాన్ని పండించవచ్చు. పెరుగుతున్న జనాభాకు ఆహారం అందించడానికి ఇది తోడ్పడుతుంది.

మంచి వైద్యం: కొత్త టీకాలు మరియు మందులు ప్రతి ఏటా ఎంతో మంది ప్రాణాలను కాపాడుతున్నాయి.

స్వచ్ఛమైన ఇంధనం: బొగ్గు లేదా గ్యాస్ కంటే జీవ ఇంధనాలు పర్యావరణానికి తక్కువ నష్టం కలిగిస్తాయి.

సవాళ్లు-నైతికత

రక్షణ: జన్యుమార్పిడి చేసిన ఆహారం (GM food) తినడం సురక్షితమేనా అని కొందరు భయపడుతుంటారు. చాలా మంది శాస్త్రవేత్తలు ఇది సురక్షితమేనని చెబుతున్నప్పటికీ, ప్రతి కొత్త ఆహారాన్ని కచ్చితంగా పరీక్షించాల్సి ఉంటుంది.

పర్యావరణం: మార్పులు చేసిన మొక్కలు అడవి మొక్కలతో కలిసిపోయి ప్రకృతి సమతుల్యతను దెబ్బతీస్తాయేమో అన్న భయం ఉంది.

చట్టాలు: కొన్ని జన్యువులపై హక్కులు ఎవరికి ఉండాలనే విషయంలో చాలా వాదనలు జరుగుతున్నాయి. దీనిని మేధో సంపత్తి (Intellectual property) అని అంటారు.

నిబంధనలు

బయోటెక్నాలజీ విషయంలో ఒక్కో దేశానికి ఒక్కో రకమైన నియమాలు ఉన్నాయి. అమెరికాలో ఉన్న నిబంధనలు యూరప్ దేశాల్లో ఉన్న వాటికి భిన్నంగా ఉంటాయి. యూరప్ దేశాల్లో జన్యుమార్పిడి పంటల పట్ల చాలా జాగ్రత్తగా ఉంటారు. ఏ జీవులకు అనుమతి ఉందో తెలుసుకోవడానికి EUginius వంటి డేటాబేస్‌లు అందుబాటులో ఉన్నాయి.

బయోటెక్నాలజీ నేర్చుకోవడం

చాలా మంది విద్యార్థులు కళాశాలల్లో బయోటెక్నాలజీ చదువుతున్నారు. 1988లో నేషనల్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ హెల్త్ కొత్త బయోటెక్నాలజిస్టులకు శిక్షణ ఇవ్వడానికి ప్రోగ్రామ్‌లను ప్రారంభించింది. విద్యార్థులు ఈ రంగంలో PhD కూడా చేయవచ్చు. నిజ జీవిత సమస్యలను పరిష్కరించడానికి విజ్ఞాన శాస్త్రాన్ని ఎలా వాడాలో వారు ఇక్కడ నేర్చుకుంటారు. ప్రస్తుతం ప్రయోగశాలల్లో మరియు పరిశ్రమల్లో బయోటెక్నాలజీ తెలిసిన వారికి చాలా ఉద్యోగ అవకాశాలు ఉన్నాయి.

ఇవి కూడా చూడండి

బయో ఇన్ఫర్మేటిక్స్

క్లోనింగ్

నాడీ విజ్ఞానం - ప్రవర్తన

బయోలాజికల్ ఇంజనీరింగ్

బయోఎథిక్స్

బయటి లింకులు

బయోటెక్నాలజీ అంటే ఏమిటి? – వనరులు మరియు సమాచారం

నేచర్ నుండి బయోటెక్నాలజీ వార్తలు