เทคโนโลยีชีวภาพจุลินทรีย์

เทคโนโลยีชีวภาพจุลินทรีย์ประยุกต์ใช้พันธุวิศวกรรมและสรีรวิทยาของจุลินทรีย์เพื่อออกแบบจุลินทรีย์ที่ผลิตโมเลกุลที่มีคุณค่า เปลี่ยนแปลงสารตั้งต้น และทำความสะอาดสิ่งแวดล้อม

Definition

เทคโนโลยีชีวภาพจุลินทรีย์คือการใช้จุลินทรีย์ ซึ่งมักได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นประโยชน์และดำเนินกระบวนการที่มีคุณค่าในอุตสาหกรรม การแพทย์ การเกษตร และการจัดการสิ่งแวดล้อม

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเทคโนโลยีดีเอ็นเอลูกผสมและการผลิตโปรตีน เช่น อินซูลินในจุลินทรีย์เจ้าบ้าน; วิศวกรรมเมแทบอลิซึมเพื่อปรับทิศทางเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์ไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ; การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและสารเคมีอุตสาหกรรม; การบำบัดทางชีวภาพ (bioremediation) ซึ่งจุลินทรีย์ย่อยสลายสารมลพิษ; และการใช้จุลินทรีย์ในการเกษตร โดยถือว่าจุลินทรีย์เป็นโรงงานที่สามารถตั้งโปรแกรมได้และเป็นตัวแทนในการทำความสะอาดสิ่งแวดล้อม

Core questions

• จุลินทรีย์ได้รับการดัดแปลงทางวิศวกรรมเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่เป็นประโยชน์ได้อย่างไร?
• เทคโนโลยีดีเอ็นเอลูกผสมช่วยให้เกิดการผลิตโปรตีนได้อย่างไร?
• จุลินทรีย์สามารถนำมาใช้ย่อยสลายสารมลพิษได้อย่างไร?
• การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพจุลินทรีย์ในภาคส่วนต่างๆ มีอะไรบ้าง?

Key concepts

• เทคโนโลยีดีเอ็นเอลูกผสม
• การผลิตโปรตีนโดยจุลินทรีย์
• วิศวกรรมเมแทบอลิซึม
• เชื้อเพลิงชีวภาพและสารเคมีอุตสาหกรรม
• การบำบัดทางชีวภาพ

Key theories

เทคโนโลยีดีเอ็นเอลูกผสม

การนำยีนแปลกปลอมเข้าสู่จุลินทรีย์เจ้าบ้านทำให้จุลินทรีย์เหล่านั้นสามารถผลิตโปรตีนและเมแทบอไลต์ที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของความสามารถตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นหลักการที่ก่อให้เกิดเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่และการผลิตโปรตีนของมนุษย์โดยจุลินทรีย์

Mechanisms

ยีนที่เข้ารหัสผลิตภัณฑ์ที่ต้องการจะถูกโคลนลงในเวกเตอร์และนำเข้าสู่จุลินทรีย์เจ้าบ้าน ซึ่งจะแสดงออกผลิตภัณฑ์ภายใต้สภาวะควบคุม วิศวกรรมเมแทบอลิซึมปรับเปลี่ยนวิถีเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์เพื่อเพิ่มผลผลิตหรือสร้างสารประกอบใหม่ ในการบำบัดทางชีวภาพ ความสามารถในการเผาผลาญตามธรรมชาติหรือที่ได้รับการดัดแปลงทางวิศวกรรมของจุลินทรีย์ถูกนำมาใช้เพื่อย่อยสลายหรือเปลี่ยนแปลงสารมลพิษในดินและน้ำ โดยใช้ประโยชน์จากความหลากหลายของจุลินทรีย์เพื่อประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม

Clinical relevance

เทคโนโลยีชีวภาพจุลินทรีย์ผลิตยาชีวภาพลูกผสม เช่น อินซูลินและโปรตีนบำบัดอื่น ๆ เอนไซม์อุตสาหกรรม เชื้อเพลิงชีวภาพ และสารเคมีพิเศษ และสนับสนุนการทำความสะอาดสิ่งแวดล้อมผ่านการบำบัดทางชีวภาพ ทำให้เป็นรากฐานสำคัญของเศรษฐกิจชีวภาพสมัยใหม่

History

การพัฒนาเทคโนโลยีดีเอ็นเอลูกผสมในช่วงทศวรรษ 1970 โดยนักวิจัยรวมถึง Paul Berg, Herbert Boyer และ Stanley Cohen ทำให้สามารถดัดแปลงจุลินทรีย์ให้แสดงออกยีนแปลกปลอมได้ นำไปสู่การผลิตโปรตีนของมนุษย์โดยจุลินทรีย์เป็นครั้งแรก และการกำเนิดของอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ

Key figures

• Herbert Boyer
• Stanley Cohen
• Paul Berg

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

จุลินทรีย์สามารถผลิตโปรตีนของมนุษย์ เช่น อินซูลินได้อย่างไร?

โดยใช้เทคโนโลยีดีเอ็นเอลูกผสม ยีนสำหรับโปรตีนของมนุษย์จะถูกแทรกเข้าไปในจุลินทรีย์เจ้าบ้าน ซึ่งจะสังเคราะห์โปรตีนตามคำสั่งของยีนแปลกปลอม จุลินทรีย์จะถูกเพาะเลี้ยงในปริมาณมาก และโปรตีนจะถูกทำให้บริสุทธิ์เพื่อนำไปใช้