Công nghệ sinh học là gì? Các công bố khoa học về Công nghệ sinh học
Công nghệ sinh học là một lĩnh vực đa ngành kết hợp kiến thức và kỹ thuật từ nhiều khoa học để phát triển các giải pháp mới cải thiện cuộc sống. Lịch sử công nghệ sinh học phát triển từ việc lên men đến công nghệ DNA tái tổ hợp bắt đầu từ thập niên 1970. Ứng dụng chính trong y tế gồm thuốc sinh học và liệu pháp gen, trong nông nghiệp gồm giống cây trồng và vật nuôi kháng bệnh, và bảo vệ môi trường qua xử lý chất thải sinh học. Tiến bộ gần đây như CRISPR và sự kết hợp với AI đang mở ra nhiều khả năng mới. Dù có nhiều thách thức như vấn đề đạo đức, công nghệ sinh học hứa hẹn đem lại lợi ích lớn.
Giới thiệu về Công nghệ Sinh học
Công nghệ sinh học là một lĩnh vực đa ngành, tích hợp kiến thức và kỹ thuật từ sinh học, hóa học, vật lý, và tin học để phát triển các sản phẩm và giải pháp mới nhằm cải thiện cuộc sống con người. Đây là một ngành công nghiệp đang phát triển rất nhanh chóng và có tiềm năng to lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, nông nghiệp, môi trường, và công nghiệp.
Lịch sử phát triển của Công nghệ Sinh học
Công nghệ sinh học có lịch sử phát triển dài hàng ngàn năm, bắt đầu từ những ứng dụng đơn giản như lên men để sản xuất thực phẩm và đồ uống. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ sinh học hiện đại chỉ thực sự bắt đầu từ những năm 1970 với sự ra đời của công nghệ DNA tái tổ hợp. Điều này đã mở ra một kỷ nguyên mới cho khả năng chỉnh sửa và điều khiển thông tin di truyền của các sinh vật.
Các lĩnh vực ứng dụng của Công nghệ Sinh học
Một trong các lĩnh vực ứng dụng nổi bật nhất của công nghệ sinh học là trong y tế. Các thành tựu quan trọng bao gồm phát triển thuốc sinh học, liệu pháp gen, và công nghệ tế bào gốc. Công nghệ sinh học cũng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp để tạo ra các giống cây trồng và vật nuôi có năng suất cao, kháng bệnh tốt. Ngoài ra, công nghệ sinh học còn đóng góp lớn vào bảo vệ môi trường thông qua việc xử lý chất thải sinh học và phát triển các giải pháp năng lượng xanh.
Công nghệ Sinh học và các tiến bộ gần đây
Công nghệ sinh học đang chứng kiến nhiều tiến bộ vượt bậc, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ gen. Sự phát triển của công nghệ CRISPR-Cas9 đã mở ra nhiều khả năng mới trong việc chỉnh sửa gen với độ chính xác cao. Đồng thời, sự kết hợp giữa công nghệ sinh học và trí tuệ nhân tạo (AI) cũng đang tạo ra nhiều đột phá mới, từ việc dự đoán cấu trúc protein đến khám phá thuốc mới.
Thách thức và cơ hội của Công nghệ Sinh học
Mặc dù có nhiều tiềm năng, công nghệ sinh học cũng đối mặt với không ít thách thức. Vấn đề đạo đức, an toàn sinh học, và rủi ro môi trường là những mối quan tâm lớn cần được giải quyết. Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ, ngành công nghệ sinh học hứa hẹn sẽ tiếp tục mở rộng và mang lại nhiều lợi ích cho xã hội.
Kết luận
Công nghệ sinh học là một lĩnh vực đầy triển vọng, đem lại những đóng góp to lớn cho sự phát triển của nhân loại. Với những tiến bộ khoa học không ngừng, công nghệ sinh học sẽ tiếp tục khẳng định vị thế của mình trong việc giải quyết các thách thức toàn cầu và cải thiện chất lượng cuộc sống con người.
Danh sách công bố khoa học về chủ đề "công nghệ sinh học":
Các đặc điểm cơ bản của việc sử dụng cellulose vi sinh được xem xét ở các cấp độ tập hợp ngày càng cao, bao gồm cấu trúc và thành phần của sinh khối cellulose, đa dạng thuế tộc, hệ thống enzyme cellulase, sinh học phân tử của enzyme cellulase, sinh lý học của các vi sinh vật phân giải cellulose, các khía cạnh sinh thái của các cộng đồng phân giải cellulase, và các yếu tố giới hạn tốc độ trong tự nhiên. Cơ sở phương pháp học để nghiên cứu việc sử dụng cellulose vi sinh được xem xét liên quan đến việc định lượng các tế bào và enzyme trong sự hiện diện của các nền tảng rắn, cũng như thiết bị và phân tích đối với các nền văn hóa liên tục phát triển từ cellulose. Mô tả định lượng quá trình thủy phân cellulose được đề cập liên quan đến sự hấp phụ của các enzyme cellulase, tốc độ thủy phân enzym, sinh năng lượng của việc sử dụng cellulose vi sinh, động học của việc sử dụng cellulose vi sinh, và các đặc điểm tương phản so với động học của các nền tảng hòa tan. Một cái nhìn từ góc độ sinh học về việc xử lý sinh khối cellulose được trình bày, bao gồm các đặc điểm của các nền tảng đã được xử lý trước và các cấu hình quá trình thay thế. Sự phát triển của cơ quan được xem xét cho "quy trình sinh học tập trung" (CBP), trong đó sản xuất enzyme cellulolytic, thủy phân sinh khối, và lên men các đường thu được để tạo ra các sản phẩm mong muốn diễn ra trong một bước. Hai chiến lược phát triển cơ quan cho CBP được xem xét: (i) cải thiện năng suất sản phẩm và khả năng chống chịu trong các vi sinh vật có khả năng sử dụng cellulose, hoặc (ii) biểu hiện một hệ thống dị hợp cho việc thủy phân và sử dụng cellulose trong các vi sinh vật có năng suất sản phẩm cao và độ chịu đựng. Một cuộc thảo luận kết thúc xác định các vấn đề chưa được giải quyết liên quan đến việc sử dụng cellulose vi sinh, đề xuất các phương pháp mà các vấn đề như vậy có thể được giải quyết, và so sánh một mô hình thủy phân cellulose định hướng vi sinh với mô hình thủy phân enzyme truyền thống hơn trong cả một ngữ cảnh cơ bản và ứng dụng.
Trong suốt thập kỷ qua, vi khuẩn diệt côn trùng Bacillus thuringiensis đã trở thành đối tượng được nghiên cứu sâu rộng. Những nỗ lực này đã đem lại nhiều dữ liệu đáng kể về mối quan hệ phức tạp giữa cấu trúc, cơ chế hoạt động và di truyền của các protein tinh thể diệt côn trùng của sinh vật này, và hình ảnh nhất quán về những mối quan hệ này bắt đầu được hình thành. Các nghiên cứu khác tập trung vào vai trò sinh thái của protein tinh thể B. thuringiensis, hiệu quả của chúng trong các bối cảnh nông nghiệp và thiên nhiên khác, và sự phát triển của các cơ chế kháng cự ở các loài dịch hại mục tiêu. Với nền tảng kiến thức này cùng với công cụ công nghệ sinh học hiện đại, các nhà nghiên cứu hiện đang báo cáo những kết quả đầy hứa hẹn trong việc tạo ra các độc tố và công thức hữu ích hơn, trong việc tạo ra cây trồng chuyển gen có khả năng diệt côn trùng, và trong việc xây dựng các chiến lược quản lý tích hợp để đảm bảo rằng các sản phẩm này được sử dụng với hiệu quả và lợi ích tối đa.
Phương pháp PCR Ngược Dòng Thời gian Thực dựa trên huỳnh quang (RT-PCR) được sử dụng rộng rãi để định lượng mức mRNA ở trạng thái ổn định và là một công cụ quan trọng cho nghiên cứu cơ bản, y học phân tử và công nghệ sinh học. Các thử nghiệm dễ tiến hành, có khả năng xử lý khối lượng lớn, và có thể kết hợp độ nhạy cao với độ đặc hiệu đáng tin cậy. Công nghệ này đang tiến hóa nhanh chóng với sự xuất hiện của các enzym, hóa chất và thiết bị mới. Tuy nhiên, mặc dù RT-PCR thời gian thực đã giải quyết nhiều khó khăn vốn có trong RT-PCR thông thường, nó đã trở nên ngày càng rõ ràng rằng nó tạo ra những vấn đề mới cần giải quyết cấp thiết. Do đó, bên cạnh việc cung cấp bức tranh tổng thể về công nghệ RT-PCR thời gian thực, bài đánh giá này còn có mục tiêu bổ sung: sẽ mô tả và thảo luận cụ thể một số vấn đề liên quan đến việc giải thích các kết quả có tính chất số học và dễ dàng phân tích thống kê, nhưng độ chính xác của chúng bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự biến đổi của hóa chất và người điều hành.
Alginate là một polyme polysaccharide tự nhiên thể hiện tính tương thích sinh học và khả năng phân huỷ sinh học xuất sắc, có nhiều ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực y sinh học. Alginate có thể được chế biến dễ dàng thành các vật liệu giá thể ba chiều có thể áp dụng như hydrogel, vi cầu, vi nang, bọt biển, bọt xốp và sợi. Vật liệu sinh học dựa trên alginate có thể được sử dụng làm hệ thống dẫn truyền thuốc và là phương tiện mang tế bào trong kỹ thuật mô. Alginate có thể dễ dàng biến đổi thông qua các phản ứng hoá học và vật lý để thu được các dẫn xuất có cấu trúc, tính chất, chức năng và ứng dụng khác nhau. Việc điều chỉnh cấu trúc và tính chất như khả năng phân hủy sinh học, độ bền cơ học, tính chất gel hóa và ái lực tế bào có thể đạt được thông qua kết hợp với các vật liệu sinh học khác, cố định hóa các ligand cụ thể như peptide và phân tử đường, và liên kết chéo vật lý hoặc hoá học. Bài tổng quan này tập trung vào những tiến bộ gần đây trong việc sử dụng alginate và các dẫn xuất của nó trong lĩnh vực ứng dụng y học, bao gồm chữa lành vết thương, phục hồi sụn, tái tạo xương và dẫn truyền thuốc, những điều này có tiềm năng trong ứng dụng tái tạo mô.
Bệnh van tim là một vấn đề sức khỏe cộng đồng nghiêm trọng và ngày càng gia tăng, trong đó việc thay thế bằng bộ phận giả là điều thường thấy. Các thiết bị giả hiện tại không đủ tốt cho người lớn trẻ tuổi và trẻ em đang phát triển. Các kênh van động mạch chủ sống được thiết kế mô có tiềm năng để tái cấu trúc, tái tạo, và phát triển, nhưng việc chế tạo độ phức tạp giải phẫu tự nhiên với tính không đồng nhất của tế bào vẫn còn là thách thức. Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi áp dụng công nghệ sinh học in 3D để chế tạo các kênh van bằng chất dẻo alginate/gelatin sống với cấu trúc giải phẫu và việc kết hợp trực tiếp các loại tế bào kép theo cách bị hạn chế vùng. Các tế bào cơ trơn xoang gốc động mạch (SMC) và tế bào mô liên kết của nắp van động mạch (VIC) được bao bọc trong các đĩa hydrogels alginate/gelatin có khả năng sống qua 7 ngày trong môi trường nuôi cấy. Các hydrogels không có tế bào in 3D thể hiện sự giảm xu hướng, sức mạnh tối đa, và ứng suất tối đa giảm nhẹ trong suốt thời gian nuôi cấy 7 ngày, trong khi sinh học cơ học kéo của hydrogel chứa tế bào vẫn được duy trì. Các kênh van động mạch được in sinh học thành công với sự bao bọc trực tiếp SMC ở gốc van và VIC ở các nắp. Cả hai loại tế bào đều có khả năng sống (81,4 ± 3,4% đối với SMC và 83,2 ± 4,0% đối với VIC) trong các mô được in 3D. Tế bào SMC bao bọc biểu hiện mức alpha‐sợi cơ trơn cao, trong khi VIC biểu hiện mức vimentin cao. Những kết quả này chứng minh rằng các kênh van động mạch sống có độ phức tạp giải phẫu và bao bọc không đồng nhất có thể được chế tạo bằng công nghệ sinh học in 3D. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Phần A, 2013.
Mặc dù có một số công nghệ tách bốc hơi có khả năng về mặt kỹ thuật trong việc loại bỏ các sản phẩm dễ bay hơi từ nước lên men, chưng cất vẫn là công nghệ chiếm ưu thế. Điều này đặc biệt đúng đối với việc thu hồi nhiên liệu sinh học như ethanol. Trong bài báo này, tình trạng của công nghệ tách màng nổi lên, được gọi là công nghệ bốc hơi nước cho ứng dụng này, đã được xem xét. Nhiều vấn đề và ưu tiên nghiên cứu có thể ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh của công nghệ bốc hơi nước để thu hồi nhiên liệu sinh học từ các hệ thống lên men được xác định và thảo luận. Chúng bao gồm: tăng cường hiệu suất sử dụng năng lượng; giảm chi phí vốn cho các hệ thống bốc hơi nước; các thử nghiệm dài hạn với nước lên men thực tế; tối ưu hóa tích hợp công nghệ bốc hơi nước với thiết bị lên men; sự cộng hưởng khi thực hiện cả việc thu hồi rượu và khử nước dung môi bằng công nghệ bốc hơi nước với công nghệ ngưng tụ phân đoạn đông lạnh; và phân tích kinh tế cập nhật của công nghệ bốc hơi nước ở các quy mô sản xuất nhiên liệu sinh học khác nhau. Công nghệ bốc hơi nước hiện đang khả dụng để thu hồi nhiên liệu sinh học trong một số tình huống, nhưng việc ứng dụng rộng rãi hơn sẽ chỉ có thể khi có tiến bộ trong những vấn đề này. Được xuất bản vào năm 2005 cho SCI bởi John Wiley & Sons, Ltd.
Các enzym là những phân tử sinh học lớn cần thiết cho vô số sự chuyển đổi hóa học duy trì sự sống. Chúng thúc đẩy mọi quá trình trao đổi chất trong cơ thể và thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Enzym cực kỳ hiệu quả, có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên tới 100 triệu đến 10 tỷ lần nhanh hơn bất kỳ phản ứng hóa học nào bình thường. Nhờ vào sự phát triển của công nghệ tái tổ hợp và kỹ thuật protein, các enzym đã phát triển thành một phân tử quan trọng được sử dụng rộng rãi trong nhiều mục đích công nghiệp và điều trị. Các enzym vi sinh vật hiện đang thu hút nhiều sự chú ý với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ enzym. Enzym vi sinh vật được ưu tiên do tính khả thi kinh tế, năng suất cao, độ đồng nhất, dễ dàng thay đổi và tối ưu hóa sản phẩm, cung cấp thường xuyên do không có biến động theo mùa, sự phát triển nhanh chóng của vi khuẩn trên môi trường rẻ tiền, độ ổn định và hoạt tính xúc tác cao hơn. Các enzym vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong chẩn đoán, điều trị, nghiên cứu sinh hóa và giám sát nhiều bệnh tật đáng sợ. Amylase và lipase là hai enzym rất quan trọng đã được nghiên cứu rộng rãi và có ý nghĩa lớn trong các ngành công nghiệp khác nhau và ngành công nghiệp điều trị. Trong bài đánh giá này, một cách tiếp cận đã được thực hiện để làm nổi bật tầm quan trọng của các enzym khác nhau, đặc biệt tập trung vào amylase và lipase trong các lĩnh vực công nghiệp và y tế khác nhau.
Có nhiều quan điểm khác nhau về ý nghĩa của phát triển năng lực liên quan đến công nghệ sinh học nông nghiệp. Trọng tâm của cuộc tranh luận này là liệu nó nên bao gồm phát triển nguồn nhân lực và cơ sở hạ tầng nghiên cứu, hay bao gồm một loạt các hoạt động rộng hơn, trong đó có phát triển năng lực sử dụng kiến thức một cách hiệu quả. Bài viết này sử dụng khái niệm hệ thống đổi mới để làm sáng tỏ cuộc thảo luận này, lập luận rằng cần phát triển
Sản xuất nhiên liệu sinh học lỏng để pha trộn với xăng dầu là một vấn đề quan trọng toàn cầu nhằm đảm bảo nguồn cung năng lượng, đồng thời giảm thiểu việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, hỗ trợ phát triển công nghệ nông thôn với các công việc dựa trên kiến thức và giảm thiểu khí thải nhà kính. Hiện nay, việc thiết kế cho xây dựng nhà máy đã trở nên dễ tiếp cận và các quy trình mới sử dụng chất thải nông nghiệp và rác thải sinh hoạt đã đạt được mức độ trưởng thành tốt và tỷ lệ chuyển đổi cao (gần 90% polysaccharide được chuyển đổi thành monosaccharide sẵn sàng cho quá trình lên men). Để công nghệ 2G thành công hoàn toàn, vẫn cần khắc phục một số hạn chế ngăn cản việc vận hành nhà máy lần đầu tiên với công suất danh nghĩa. Chúng tôi cũng cho rằng sự thành công của công nghệ 2G yêu cầu phát triển logistics thuận lợi để đảm bảo cung cấp sinh khối và khiến tất cả các bên liên quan (nông dân, nhà đầu tư, doanh nhân công nghiệp, chính phủ, và những người khác) nhận thức rằng sự thành công phụ thuộc vào sự tiến bộ trong thỏa thuận. Sự tăng trưởng sản xuất ethanol cho năm 2020 dường như đã được đảm bảo với một số nhà máy 2G, nhưng các khoản đầu tư công/tư vẫn cần thiết để cho phép công nghệ 2G tiến lên từ giai đoạn rất sơ khởi sang công nghệ trưởng thành hơn và đã được củng cố.
Nhiều bệnh nhân gặp phải tình trạng lỏng ghép sau khi cấy ghép hợp kim titan do phản ứng miễn dịch với các vật thể lạ, điều này có thể ức chế quá trình tạo xương tiếp theo, dẫn đến tình trạng lỏng ghép vô khuẩn và giảm sự tích hợp xương, trong khi hiện tại chưa có giải pháp phù hợp trong thực tiễn lâm sàng. Exosome (Exo) mang miRNA đã được chứng minh là một người mang nano thích hợp để giải quyết vấn đề này. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã khám phá xem liệu exosome overexpressing miR-181b (Exo-181b) có thể phát huy tác dụng tích cực trong việc thúc đẩy sự phân cực của đại thực bào M2, từ đó ức chế tình trạng viêm cũng như thúc đẩy quá trình tạo xương và làm rõ cơ chế tiềm ẩn trong vitro. Hơn nữa, chúng tôi đặt mục tiêu tìm hiểu xem liệu Exo-181b có thể tăng cường sự tích hợp xương hay không.
Trong môi trường in vitro, đầu tiên chúng tôi xác nhận rằng Exo-181b đã cải thiện đáng kể sự phân cực M2 và ức chế tình trạng viêm bằng cách ức chế PRKCD và kích hoạt p-AKT. Sau đó, trong môi trường in vivo, chúng tôi xác nhận rằng Exo-181b đã thúc đẩy sự phân cực M2, giảm phản ứng viêm và tăng cường sự tích hợp xương. Ngoài ra, chúng tôi cũng xác nhận rằng sự phân cực M2 được cải thiện có thể gián tiếp thúc đẩy sự di cư và phân hóa nguyên bào xương thông qua việc tiết ra VEGF và BMP-2 trong vitro
Exo-181b có thể ức chế phản ứng viêm bằng cách thúc đẩy sự phân cực M2 thông qua việc kích hoạt con đường truyền tín hiệu PRKCD/AKT, từ đó thúc đẩy quá trình tạo xương trong vitro và tăng cường sự tích hợp xương trong in vivo.
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 10