Công nghệ sinh học là một trong các lĩnh vực công nghệ cao đang được toàn thế giới quan tâm và đầu tư rất nhiều tiền của, công sức, trí tuệ nhằm cải biến các sản phẩm, cải biến các loài sinh vật phục vụ cho con người và các lĩnh vực khác trong đời sống của con người.
CNSH theo định nghĩa của từ điển tiếng việt [1] là: Khoa học kỹ thuật tổng hợp lấy sinh học làm cơ sở, lợi dụng các bộ phận cơ thể sinh vật để cung cấp sản phẩm hàng hóa hay dịch vụ cho xã hội, còn gọi là kĩ thuật sinh vật.
CNSH lấy sinh vật làm cơ sở và dựa trên thành tựu trung của rất nhiều lĩnh vực khoa học khác vì vậy tính chất đa ngành trong cách nghiên cứu và ứng dụng tổng hợp của nó thể hiện rất rõ trong mọi lĩnh vực ứng dụng của CNSH, tất cả đều đan xen, liên hệ với nhau rất khó tách riêng lĩnh vực ứng dụng.
1. CNSH gọi theo lĩnh vực kinh tế xã hội được chia ra:
- Nông, lâm, ngư nghiệp:
Công nghệ tạo chủng vi sinh vật mới có ích.
Công nghiệp lên men để sx các chế phẩm.
Công nghệ sản xuất giống cây trồng vật nuôi chống chịu bệnh, thích nghi với các điều kiện sinh thái và cho năng suất cao.
- Y dược:
Công nghệ sản xuất vắc xin, kháng sinh, kháng thể đơn dòng, các thuốc phòng chữa bệnh, các loại hóc môn, các loại peptit, các loại axit amin, các loại kháng kháng thể... ?phục vụ cho sức khỏe và chuyển hóa của con người và sinh vật.
Liệu pháp gen và liệu pháp thay thể gen, tế bào, mô, cơ quan của một hoặc nhiều cơ thể.
Sử dụng các bộ cảm biến sinh học (biosense), chíp sinh học (biochip) để phân tích và chẩn đoán cũng như điều trị các bệnh do virus, vi trùng, ký sinh trùng và ko phải sinh vật gây ra.
- Công nghiệp thực phẩm:
Công nghệ sx các loại thực phẩm mới có giá trị dinh dưỡng cao, thực phẩm điều trị, các chất bổ sung (vitamin, các axit amin...).
Sử dụng và cải tạo các dạng sản phẩm lên men truyền thống: bia, rượu, nước giải khát, dưa, cà, đậu tương, sữa và các sản phẩm từ sữa (bơ, pho mát, sữa chua...)
Chế biến và tạo ra các sản phẩm từ thủy sản.
- Môi trường:
Xử lý và chế biến rác và phế thái.
Nghiên cứu và dự đoán tình trạng ô nhiễm.
Bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên và nhân tạo. Sau đó sẽ đưa ra các biện pháp cải tạo và đảm bảo quá trình phát triển ổn định bền vững.
- Năng lượng: Công nghệ Biogas. Sản xuất etanol, hydro làm nhiên liệu. Pin nguồn gốc từ sinh vật, hoặc bắt chước cấu tạo sinh vật.
- Công nghiệp hóa chất:
Công nghệ sản xuất các axit hữu cơ, các sản phẩm, các dẫn xuất từ các thành phần của sinh vật.
Sản xuất các hóa chất làm vật liệu.
Sản xuất chất tẩy rửa, phân bón, thuốc trừ sâu sinh học.
...
Cho dù ứng dụng và lĩnh vực của công nghệ sinh học có phong phú đến đâu đi chăng nữa nó đều phải dựa vào nền tảng cơ bản là tác động tổng hợp, theo chuỗi, theo chu trình và được kiểm soát nghiêm ngặt theo các quá trình sinh học diễn ra trong cơ thể sinh vật. Hoặc con người sẽ bắt chước và tạo ra các điều kiện tương tự như tổng hợp, phân giải của sinh vật trong tự nhiên để từ đó chuyển vào các sinh vật khác nhằm tạo ra sản phẩm mong muốn, có ích cho con người và hài hòa với tự nhiên.
2. CNSH phân loại theo đối tượng sinh học:
- Công nghệ sinh học phân tử bao gồm công nghệ gen và các ứng dụng kĩ thuật di truyền. Sản xuất ra các sản phẩm: Peptít, Protein, vắc xin tái tổ hợp, các chế phẩm dùng chẩn đoán và trị liệu các bệnh có nguồn gốc từ sinh vật và không phải sinh vật, các chủng, các dòng vi sinh vật, các loại động, thực vật chuyển gen.
- Công nghệ sinh học Protein và enzyme:
Sản xuất các protein của cơ thể, vắc xin, kháng thể, hóc môn; interferon, interleukin, protein dùng cho phân tích; protein không xúc tác...
Sản xuất các enzyme công nghiệp: protease, lipase, glucoamylase, pectinase..., các enzyme cố định...
Cảm biến sinh học (biosensor)
- Công nghệ sinh học vi sinh vật: Các loại thực phẩm lên men cổ truyền (rượu, bia, sữa và các sản phẩm từ sữa, đậu, tương, chao, mắm...) các các axit hữu cơ, amino axit, enzyme, các thuốc kháng sinh, polyme sinh học,... sinh khối tế bào vi sinh làm nguồn protein, protein đơn bào,...
- Công nghệ sinh học thực vật:
Các cây nhân giống trong ống nghiệm, các dòng tế bào thực vật được nuôi in vitro ứng dụng trong nhân, chọn và tạo giống: hạt phấn, meristem, đỉnh, chồi,...
Các loại cây trồng biến đổi gen, cải biến di truyền, chống chịu sâu bệnh...
- Công nghệ sinh học động vật: Vắc xin, interferon, interleukin, hóc môn tách chiết từ nuôi tế bào động vật, vắc xin, virus, các loại kháng thể đơn dòng, tế bào gốc; kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào, chẩn đoán nhanh đực cái, chuyển phôi, ghép phôi, ghép tạng từ các loài khác nhau...
Cơ sở nền tảng của phân loại này dựa trên cấu trúc và tổ chức của hệ thống sinh vật ở các mức độ và đặc trưng khác nhau: Phân tử, tế bào và quá trình biệt hoá, nhân lên thành mô, phát triển thành cơ quan, cơ thể. Các mức tổ chức sau đều dựa trên quá trình hoạt động nhịp nhàng và ăn khớp của cấp tổ chức trước theo quy luật và con người sẽ tìm và tác động phá vỡ một mắt xích của qui luật để sản phẩm tạo ra nhiều, năng suất cao phục vụ cho nhu cầu của chính mình.
Cho dù có theo cách phân loại nào thì công nghệ sinh học đang dần dần xâm nhập vào tham dự vào mọi lĩnh vực của đời sống con người theo xu thế tất yếu và khó có thể dự báo được nó sẽ tiến đến mức nào và mức độ ứng dụng của nó sẽ phong phú đến mức nào?
Tài liệu tham khảo:
1. Nguyễn Như Ý (chủ biên). Từ điển tiếng việt. NXB: Văn hóa thông tin, 1999, tr 456.
2. PGS. TS. Nguyễn Nhu Hiền. Công nghệ sinh học. Tập 1: Sinh học phân tử và tế bào - Cơ sở khoa học của CNSH. NXB: GD, 2005, tr 10.
3. Phạm Thành Hổ. Nhập môn CNSH. NXB: GD, 2005, tr 17, 18.
CNSH theo định nghĩa của từ điển tiếng việt [1] là: Khoa học kỹ thuật tổng hợp lấy sinh học làm cơ sở, lợi dụng các bộ phận cơ thể sinh vật để cung cấp sản phẩm hàng hóa hay dịch vụ cho xã hội, còn gọi là kĩ thuật sinh vật.
CNSH lấy sinh vật làm cơ sở và dựa trên thành tựu trung của rất nhiều lĩnh vực khoa học khác vì vậy tính chất đa ngành trong cách nghiên cứu và ứng dụng tổng hợp của nó thể hiện rất rõ trong mọi lĩnh vực ứng dụng của CNSH, tất cả đều đan xen, liên hệ với nhau rất khó tách riêng lĩnh vực ứng dụng.
1. CNSH gọi theo lĩnh vực kinh tế xã hội được chia ra:
- Nông, lâm, ngư nghiệp:
Công nghệ tạo chủng vi sinh vật mới có ích.
Công nghiệp lên men để sx các chế phẩm.
Công nghệ sản xuất giống cây trồng vật nuôi chống chịu bệnh, thích nghi với các điều kiện sinh thái và cho năng suất cao.
- Y dược:
Công nghệ sản xuất vắc xin, kháng sinh, kháng thể đơn dòng, các thuốc phòng chữa bệnh, các loại hóc môn, các loại peptit, các loại axit amin, các loại kháng kháng thể... ?phục vụ cho sức khỏe và chuyển hóa của con người và sinh vật.
Liệu pháp gen và liệu pháp thay thể gen, tế bào, mô, cơ quan của một hoặc nhiều cơ thể.
Sử dụng các bộ cảm biến sinh học (biosense), chíp sinh học (biochip) để phân tích và chẩn đoán cũng như điều trị các bệnh do virus, vi trùng, ký sinh trùng và ko phải sinh vật gây ra.
- Công nghiệp thực phẩm:
Công nghệ sx các loại thực phẩm mới có giá trị dinh dưỡng cao, thực phẩm điều trị, các chất bổ sung (vitamin, các axit amin...).
Sử dụng và cải tạo các dạng sản phẩm lên men truyền thống: bia, rượu, nước giải khát, dưa, cà, đậu tương, sữa và các sản phẩm từ sữa (bơ, pho mát, sữa chua...)
Chế biến và tạo ra các sản phẩm từ thủy sản.
- Môi trường:
Xử lý và chế biến rác và phế thái.
Nghiên cứu và dự đoán tình trạng ô nhiễm.
Bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên và nhân tạo. Sau đó sẽ đưa ra các biện pháp cải tạo và đảm bảo quá trình phát triển ổn định bền vững.
- Năng lượng: Công nghệ Biogas. Sản xuất etanol, hydro làm nhiên liệu. Pin nguồn gốc từ sinh vật, hoặc bắt chước cấu tạo sinh vật.
- Công nghiệp hóa chất:
Công nghệ sản xuất các axit hữu cơ, các sản phẩm, các dẫn xuất từ các thành phần của sinh vật.
Sản xuất các hóa chất làm vật liệu.
Sản xuất chất tẩy rửa, phân bón, thuốc trừ sâu sinh học.
...
Cho dù ứng dụng và lĩnh vực của công nghệ sinh học có phong phú đến đâu đi chăng nữa nó đều phải dựa vào nền tảng cơ bản là tác động tổng hợp, theo chuỗi, theo chu trình và được kiểm soát nghiêm ngặt theo các quá trình sinh học diễn ra trong cơ thể sinh vật. Hoặc con người sẽ bắt chước và tạo ra các điều kiện tương tự như tổng hợp, phân giải của sinh vật trong tự nhiên để từ đó chuyển vào các sinh vật khác nhằm tạo ra sản phẩm mong muốn, có ích cho con người và hài hòa với tự nhiên.
2. CNSH phân loại theo đối tượng sinh học:
- Công nghệ sinh học phân tử bao gồm công nghệ gen và các ứng dụng kĩ thuật di truyền. Sản xuất ra các sản phẩm: Peptít, Protein, vắc xin tái tổ hợp, các chế phẩm dùng chẩn đoán và trị liệu các bệnh có nguồn gốc từ sinh vật và không phải sinh vật, các chủng, các dòng vi sinh vật, các loại động, thực vật chuyển gen.
- Công nghệ sinh học Protein và enzyme:
Sản xuất các protein của cơ thể, vắc xin, kháng thể, hóc môn; interferon, interleukin, protein dùng cho phân tích; protein không xúc tác...
Sản xuất các enzyme công nghiệp: protease, lipase, glucoamylase, pectinase..., các enzyme cố định...
Cảm biến sinh học (biosensor)
- Công nghệ sinh học vi sinh vật: Các loại thực phẩm lên men cổ truyền (rượu, bia, sữa và các sản phẩm từ sữa, đậu, tương, chao, mắm...) các các axit hữu cơ, amino axit, enzyme, các thuốc kháng sinh, polyme sinh học,... sinh khối tế bào vi sinh làm nguồn protein, protein đơn bào,...
- Công nghệ sinh học thực vật:
Các cây nhân giống trong ống nghiệm, các dòng tế bào thực vật được nuôi in vitro ứng dụng trong nhân, chọn và tạo giống: hạt phấn, meristem, đỉnh, chồi,...
Các loại cây trồng biến đổi gen, cải biến di truyền, chống chịu sâu bệnh...
- Công nghệ sinh học động vật: Vắc xin, interferon, interleukin, hóc môn tách chiết từ nuôi tế bào động vật, vắc xin, virus, các loại kháng thể đơn dòng, tế bào gốc; kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào, chẩn đoán nhanh đực cái, chuyển phôi, ghép phôi, ghép tạng từ các loài khác nhau...
Cơ sở nền tảng của phân loại này dựa trên cấu trúc và tổ chức của hệ thống sinh vật ở các mức độ và đặc trưng khác nhau: Phân tử, tế bào và quá trình biệt hoá, nhân lên thành mô, phát triển thành cơ quan, cơ thể. Các mức tổ chức sau đều dựa trên quá trình hoạt động nhịp nhàng và ăn khớp của cấp tổ chức trước theo quy luật và con người sẽ tìm và tác động phá vỡ một mắt xích của qui luật để sản phẩm tạo ra nhiều, năng suất cao phục vụ cho nhu cầu của chính mình.
Cho dù có theo cách phân loại nào thì công nghệ sinh học đang dần dần xâm nhập vào tham dự vào mọi lĩnh vực của đời sống con người theo xu thế tất yếu và khó có thể dự báo được nó sẽ tiến đến mức nào và mức độ ứng dụng của nó sẽ phong phú đến mức nào?
Tài liệu tham khảo:
1. Nguyễn Như Ý (chủ biên). Từ điển tiếng việt. NXB: Văn hóa thông tin, 1999, tr 456.
2. PGS. TS. Nguyễn Nhu Hiền. Công nghệ sinh học. Tập 1: Sinh học phân tử và tế bào - Cơ sở khoa học của CNSH. NXB: GD, 2005, tr 10.
3. Phạm Thành Hổ. Nhập môn CNSH. NXB: GD, 2005, tr 17, 18.
