Biotekniikan sanasto

Muodostaa emäsparin tymiinin (T) kanssa (A-T) kanssa kaksijuosteisessa DNA-molekyylissä. Adeniini esiintyy myös solun muissa tehtävissä; adenosiinitrifosfaatti (ATP) on tärkeä molekyyli solujen energian tuotossa ja syklinen AMP solun sisäisessä signaloinnissa.

Ihmisyksilöllä on geenistä kaksi alleelia, kaksi samanlaista (homotsygootti) tai kaksi erilaista (heterotsygootti). Populaatiossa erilaisia alleeleja voi olla lukuisia. Erilaisia alleeleja syntyy rekombinaation ja mutaatioiden tuloksena.

Aminohappoja esiintyy myös vapaina elimistön kudosnesteissä ja soluissa. Kaikki aminohapot eivät toimi proteiinien rakenneosina vaan niillä voi olla monia muita biologisia tehtäviä.

Niiden perimä koostuu DNA:sta, mutta niillä ei ole tumaa ja niiden solurakenne on alkeellinen. Bioteollisuudessa bakteereja käytetään mm. monien rekombinanttiproteiinien, kuten biologisten lääkkeiden ja entsyymien tuotantoisäntinä ja elintarvikkeiden, kuten hapanmaitotuotteiden, valmistuksessa.

YK:n biologista monimuotoisuutta säätelevän nk. biodiversiteettisopimuksen (Rio de Janeiro 1992) määritelmä: ”biologinen monimuotoisuus tarkoittaa kaikkiin, kuten manner-, meri- tai muuhun vesiperäiseen ekosysteemiin tai ekologiseen kokonaisuuteen kuuluvien elävien eliöiden vaihtelevuutta; tähän lasketaan myös lajin sisäinen ja lajien välinen sekä ekosysteemien monimuotoisuus”. Biodiversiteettiä voidaan tarkastella useilla tasoilla: lajinsisäistä geneettistä vaihtelua, lajien monimuotoisuutta ja ekosysteemien tai eliöyhteisöjen monimuotoisuutta. Esimerkiksi suurilla maissipelloilla biodiversiteetti on hyvin pientä. Pelto muodostaa vain yhden ekosysteemin jos sillä kasvaa vain yksi laji. Nykyisin viljeltävä hybridimaissi on lisäksi geneettisesti hyvin yhdenmukaista. Toisaalta esimerkiksi laajan metsäalueen biodiversiteetti voi olla hyvin rikas. Monimuotoisuus on elämän edellytys. Ekosysteemien häviäminen johtaa lajien häviämiseen ja lajiston köyhtyminen vaikeuttaa muiden lajien selviytymistä. Lajin sisäinen geneettinen diversiteetti on edellytys ympäristöön sopeutumiselle ja lajin säilymiselle. Maatalousalueen monimuotoisuudesta voidaan käyttää myös käsitettä agrodiversiteetti.

Luonnonmukaisen viljelyn periaatteiden lisäksi biodynaaminen viljely nojautuu astrologiaan, viljelytoimien ajoittamiseen eläinradan merkkien asentojen mukaan, sekä kosmisten voimien sitomiseen maaperään ja eliöihin. Keskeisessä roolissa ovat nk. preparaatit, biodynaamiset ruiskutteet, joita voi verrata homeopatiaan. Lisäksi korostetaan tilakokonaisuuden merkitystä sekä henkilökohtaista suhdetta tilaan ja sitä ympäröivään luontoon. Biodynaamisen viljelyn periaatteet eivät perustu tieteeseen. Biodynaaminen viljely kuuluu luomutukien piiriin.

http://biodyn.fi/viljely/

Bioetiikan tutkimuskohteisiin kuuluvat esimerkiksi aborttiin, eutanasiaan, geeniterapiaan, geneettisen muokkaamiseen ja kantasolututkimukseen liittyvät moraaliset ja poliittiset kysymykset. Myös ihmisten ja eläinten asema ja oikeudet tieteellisessä tutkimuksessa sekä ympäristön muokkaamiseen ja käyttöön liittyvät kysymykset kuuluvat bioetiikan tutkimuksen piiriin.

Esimerkiksi kompostissa tapahtuva jätteiden muuttuminen mullaksi on biohajoamista. Biohajoavat materiaalit voidaan siis hävittää kompostoimalla. Niitä ei pidä kuitenkaan sekoittaa biomateriaaleihin tai biopohjaisiin materiaaleihin.

Niin kutsuttu hakkerietiikka kehittyi tietotekniikan yleistyessä. Se korostaa avointa lähdekoodia, ei-hierarkkisuutta, yhteisöllisyyttä ja innovaatioiden vapaata jakamista. Tutkimuslaitteiden ja menetelmien nopea kehittyminen ja kaupallistuminen ovat johtaneet tilanteeseen, jossa yksinkertaista biotekniikkaa ja geenitekniikkaa voi harrastaa kuka tahansa. Esimerkiksi New Yorkissa toimiva laboratorio on avoin yleisölle ja pyrkii tuomaan biotekniikkaa jokaisen ulottuville. Synteettisessä biologiassa käytettäviä modulaarisia geneettisiä rakennuspalikoita on kaikkien saatavilla mm. BioBrick-kokoelmassa. Biohakkeri-liike voi johtaa merkittävien uusien innovaatioiden kehittymiseen, aivan kuten tietotekniikan alalla on tapahtunut, ja auttaa tieteen popularisoimisessa. Tee-se-itse-malli on herättänyt kuitenkin myös huolta turvallisuudesta.

http://genspace.org/
http://biobricks.org/

Aikoinaan hiilikaivoksen työntekijöiden luotettavimpiin työkumppaneihin kuuluivat kanarialinnut, joiden sirkutus häkissä viesti hengitysilman häkä- eli hiilimonoksidi sekä metaanipitoisuuksien olevan turvallisen vähäisiä myös ihmiselle. Ennen kaikkea bioindikaattorit ovat auttaneet arvioimaan, miten ihmisen toiminta on vaikuttanut ympäristön tilaan niin vesistöissä, ilmastossa, tropiikissa kuin napajäätiköillä. Esimerkiksi järven runsas leväpitoisuus viestii runsaasta ravinnekuormituksesta ja jäkälien katoaminen puun rungoilta kertoo ilmansaasteiden, kuten rikkihapon, lisääntymisestä. Pingviinien höyhenten tutkimus kertoo vuosittaisista ilmansaastemäärien muutoksista Antarktiksella ja ympäröivillä merialueilla. Bioindikaattorit varoittavat muutoksista, jotka ovat uhaksi ympäristön monimuotoisuudelle eli biodiversiteetille. Toisin kuin bioindikaattori, biomarkkeri viestii kyseisen eliön tai ihmisen omasta terveydentilasta.

https://peda.net/oppimateriaalit/e-oppi/lukio/n%C3%A4yteluvut/siy/2yt/23b

Bioinformatiikan merkitys biologisessa tutkimuksessa on kasvanut erityisesti tietomäärän lisääntymisen myötä, joka puolestaan on seurausta tutkimusmenetelmien, kuten genomin sekvensoinnin, kehityksestä. Niin kutsutut omiikat, kuten genomiikka, epigenomiikka, proteomiikka ja metabolomiikka perustuvat bioinformatiikan menetelmiin. Tärkeimpiin työkaluihin kuuluvat internetin kansainväliset tietokannat, joista löytyvät muun muassa sekvenssitietokannat eri eliöiden genomeille ja proteiinien rakenteille ja vuorovaikutuksille. Bioinformatiikka mahdollistaa useiden eri tutkimusten tulosten yhdistelyn, monimutkaisten riippuvuussuhteiden analysoimisen sekä tärkeän tiedon erottamisen suuresta tietomäärästä. Esimerkiksi etsittäessä riskigeenejä tiettyä sairautta potevien ihmisten genomisekvenssejä verrataan ihmisen yli 3 miljardin emäsparin mittaiseen referenssigenomiin. Näin on voitu tunnistaa esimerkiksi rintasyövälle, Alzheimerin taudille ja sydäninfarktille altistavia riskigeenejä. Analysoitujen tulosten perusteella voidaan myös luoda biologisia ennustemalleja esimerkiksi taudin etenemisestä systeemibiologisin menetelmin.

Biojalostamoissa yhdistetään lukuisia tuotantoprosesseja, jotka hyödyntävät älykkäällä tavalla toistensa sivuvirtoja niin, että raaka-aineet käytetään mahdollisimman tehokkaasti ja jätettä tuottamatta. Tämän mahdollistaa paitsi uusi teknologia, myös laitosten suuri koko, jolloin pienimpienkin sivuvirtojen hyödyntäminen on mahdollista. Esimerkiksi biojalostamo tuottaa sellu- ja paperitehtaan jätteistä biodieseliä ja biotuotetehdas tuottaa sellun ja kuitupuun lisäksi bioenergiaa ja kemikaaleja.

http://www.upmbiopolttoaineet.fi/biopolttoaineen-valmistus/biojalostamo-lappeenrannan-uusi-laitos/Pages/Default.aspx
http://biotuotetehdas.fi/

Biokemian tutkimuskohteita ovat elävissä eliöissä esiintyvien biomolekyylien kuten proteiinien, hiilihydraattien, lipidien ja nukleiinihappojen kemialliset prosessit. Biokemia liittyy vahvasti molekyylibiologian, solubiologian, orgaanisen kemian ja lääketieteen tutkimukseen.

Sana biologia on johdettu kreikan sanoista bios ja logia ja sen sananmukainen suomennos on oppi elämästä. Latinankielinen sana esiintyy jo Carl von Linnén vuonna 1736 julkaisemassa Bibliotheca botanica -teoksessa. Nykyiseen käyttöönsä se lienee kuitenkin vakiintunut vasta Gottfried Reinhold Treviranuksen teoksessa Biologie; oder die philosophie der lebenden natur (1802). Biologian tutkimusala voidaan jaotella tutkittavan eliöryhmän mukaan (eläintiede ja kasvitiede), tutkittavien järjestelmien organisaatioiden mukaan (solubiologia ja ekologia) tai tutkittavien ilmiöiden mukaan (perinnöllisyystiede ja fysiologia). Biologian tutkimuskenttä on laajentunut viimeisen vuosisadan aikana ja on syntynyt useita uusia alatieteitä. Biologian lisäksi mm. biokemian, molekyylibiologian, solubiologian, genetiikan, biofysiikan, immunologian, neurotieteen ja ekologian voidaan katsoa kuuluvan biotieteisiin.

Eliöt voivat olla joko luonnossa esiintyviä tai niitä on voitu muokata laboratoriossa. Haitallisen eliön tai toksiinin määritteleminen biologiseksi aseeksi edellyttää, että se on mahdollista viedä kohteeseensa. Tämä voi tapahtua esimerkiksi raketeilla, ohjuksilla, aerosolina, hyönteisten välittämänä tai kirjekuoressa postitse. Vaikutus voi kohdistua ihmisten lisäksi myös viljelykasveihin tai tuotantoeläimiin. Biologisten aseiden vaikutusta on vaikea kontrolloida ja ne aiheuttavat kohtuutonta kärsimystä. Niiden kohtalaisen helppo valmistaminen ja niihin liittyvä pelote ovat tehneet niistä myös vakavasti otettavan terrorin välineen, ks. bioterrorismi. Kemiallisten ja biologisten aseiden käyttö on kielletty Geneven sopimuksessa (1925). Toisen maailmansodan aikana kuitenkin niin Yhdysvallat, Englanti, Neuvostoliitto, kuin Japanikin kehittivät aktiivisesti biologisia aseita. Japanin joukot käyttivät myös ainakin koleraa, paiseruttoa ja pernaruttoa Kiinassa. Vuoden 1972 bioasekonventiossa biologisten aseiden kehittäminen, valmistaminen ja varastointi kiellettiin laajemmin.

Biologisia lääkkeitä voidaan käyttää mm. korvaamaan elimistön omaa lakannutta tai puutteellista biologisten molekyylien tuottoa. Nykyisin myös geeni-, solu- ja kudosterapiatuotteiden katsotaan kuuluvan biologisiin lääkkeisiin. Lääkettä voidaan antaa esimerkiksi suonensisäisesti sairaalassa tai potilaan itsensä toimesta ruiskeina. Proteiinit ovat rakenteellisesti monimutkaisempia ja isompia kuin tavanomaiset kemialliset lääkeainemolekyylit, minkä vuoksi biologisten lääkkeiden valmistus on kallista. Biologiset lääkkeet valmistetaan geeniteknologisin menetelmin esimerkiksi bioreaktoreissa isäntäorganismien kuten bakteerien, hiivojen tai hyönteis- ja nisäkässolujen avulla. Tietyn biologisen lääkkeen kaltaislääkettä kutsutaan biosimilaariksi.

http://www.laaketeollisuus.fi/terveydenhuolto/biologiset-laakkeet#sthash.ANabo5jZ.dpuf
http://www.fimea.fi/myyntiluvat/biologiset_laakkeet#sthash.0sBW2GMI.dpuf

​

Biologisia lääkkeitä voidaan käyttää mm. korvaamaan elimistön omaa lakannutta tai puutteellista biologisten molekyylien tuottoa. Nykyisin myös geeni-, solu- ja kudosterapiatuotteiden katsotaan kuuluvan biologisiin lääkkeisiin. Lääkettä voidaan antaa esimerkiksi suonensisäisesti sairaalassa tai potilaan itsensä toimesta ruiskeina. Proteiinit ovat rakenteellisesti monimutkaisempia ja isompia kuin tavanomaiset kemialliset lääkeainemolekyylit, minkä vuoksi biologisten lääkkeiden valmistus on kallista. Biologiset lääkkeet valmistetaan geeniteknologisin menetelmin esimerkiksi bioreaktoreissa isäntäorganismien kuten bakteerien, hiivojen tai hyönteis- ja nisäkässolujen avulla. Tietyn biologisen lääkkeen kaltaislääkettä kutsutaan biosimilaariksi.

​

Biomateriaaleilla voidaan tuottaa, korvata tai hoitaa elävää kudosta, ja ne ovat siten apuna kudosteknologiassa. Koska biomateriaalit ovat jatkuvassa kontaktissa elimistön kanssa, on tärkeää että ne ovat myrkyttömiä eivätkä aiheuta hylkimisreaktioita. Biomateriaalit voivat olla monenlaisia; lasia, teflonia, titaania, erilaisia biopolymeerejä ja geelejä tai jauheita. Biomateriaalien käyttökohteet ulottuvat kovista implanteista, kuten lonkkanivelistä, ihon korjaamisessa käytettäviin pehmeisiin materiaaleihin ja lääkkeiden kapseloimiseen käytettävistä hajoavista biopolymeereista ihonhoidossa käytettäviin hydrogeeleihin. Eloperäisistä raaka-aineista valmistetuista tuotteista, kuten biomuoveista ja kuiduista, tulisi käyttää termiä biopohjainen materiaali.

Luonnon tilaa ilmentävää biomarkkeria kutsutaan yleensä bioindikaattoriksi, kun taas biomarkkeri-sanaa käytetään yleensä ilmaisemaan kyseisen eliön tai ihmisen omaa terveydentilaa. Biomarkkerina voi toimia eliön biokemiallisissa prosesseissa, yhdisteissä (esim. DNA:ssa tai proteiineissa) tai rakenteissa mitattavissa oleva muutos, joka ilmaisee esimerkiksi puutostilaa tai sairautta. Lääketieteessä biomarkkeri viittaa tiettyyn tautiin tai taudin vaiheeseen ja biomarkkerin tunnistamisella pyritään estämään vakavammat muutokset. Esimerkiksi hieman suurentuneet veren glukoosin paastoarvo voivat viestiä alkavasta tyypin 2 diabeteksesta ja kohonnut verenpaine sydänsairauden suurentuneesta riskistä. Biomarkkereiden avulla voidaan myös ennustaa esimerkiksi eri syöpien aggressiivisuutta ja uusiutumisen todennäköisyyttä. Tautien biomarkkereiden määrittäminen vaatii suurten tutkimusaineistojen, kuten biopankkitutkimusten tietojen systemaattista analysointia bioinformatiikan keinoin.

Biomien rajaaminen perustuu siihen että eliöstö, kasvillisuus ja ympäristötekijät, kuten lämpötila ja sademäärät ovat samankaltaisia koko biomin alueella. Kaikki maapallon biomit muodostavat yhdessä biosfäärin. Biomit voidaan luokitella kokonaisuuksiin, esimerkiksi havumetsiin, tundriin tai jäätiköihin, mutta luonnossa vaihtelu ei ole näin selvärajaista vaan on mahdollista havaita eri biomien välimuotoja.

Biomimetiikan idea perustuu siihen, että luonnossa vallitsevat rakenteet ja toiminnot ovat säilyneet evolutiivisessa paineessa ja ovat siksi optimaalisia ja tehokkaita. Biomimetiikan ajattelumallia on hyödynnetty monissa teknisissä ratkaisuissa aina nanomittakaavasta pilvenpiirtäjiin. Esimerkiksi tupakan mosaiikkiviruksen kestävästä rakenteesta on otettu mallia nanokuitujen valmistuksessa ja lintujen siipien rakenne on auttanut nopeampien lentokoneiden rakentamisessa.

http://www.tiede.fi/artikkeli/jutut/artikkelit/aerodynamiikkaa_arokotkalta

Biomolekyylien kemiallinen koostumus eroaa elottomasta luonnosta; biomolekyylit rakentuvat pääosin hiilestä, vedystä, hapesta ja typestä. Biomolekyylit ovat verrattain suurikokoisia ja voivat olla rakenteeltaan monimutkaisia. Niitä rakentuu elävissä soluissa biosynteesiksi kutsutussa prosessissa, ja niiden valmistaminen keinotekoisesti on usein vaikeaa. Siksi biomolekyylien löytyminen esimerkiksi Marsista tai asteroideilta olisi melko varma merkki elämästä avaruudessa. Biomolekyylit voidaan jakaa karkeasti neljään ryhmään: proteiineihin, rasvoihin, sokereihin ja nukleiinihappoihin.

http://www.solunetti.fi/fi/solubiologia/solun_biomolekyylinen_rakenne/2/

Veri- ja kudosnäytteistä voidaan esimerkiksi eristää DNA:ta genomitutkimuksia varten sekä selvittää bioinformatiikan keinoin mm. sairauteen liittyviä riskigeenejä ja biomarkkereita. Biopankki on tavallisen kansalaisen mahdollisuus osallistua terveyttä edistävään tutkimukseen. Näytteiden keräystä on säädelty biopankkilailla vuodesta 2013 lähtien. Biopankkitutkimuksessa käytetään luovutettuja näytteitä sekä niihin liittyviä tietoja, kuten luovuttajan aiemmin sairastamia tauteja ja laboratorioarvoja. Biopankkijärjestelmä varmistaa laadukkaan ja tehokkaan tutkimuksen: 1) näytteiden keräämisessä ja säilytyksessä sovelletaan yhdenmukaisia laatukriteereitä ja 2) näytteet ja potilaan terveystiedot kootaan digitaalisesti yhteen tietokantaan, josta ne luovutetaan tutkimuskäyttöön anonyymeina 3) tutkimuksen näytekohtaiset uudet tiedot lisätään biopankkiin, ja ne ovat siten hyödynnettävissä tulevissa tutkimuksissa. Biopankit siis kasvavat arvoa uusien tutkimusten myötä. Jokaisella näytteenantajalla on oikeus saada tietää mihin hänestä otettuja näytteitä ja näytteisiin liittyviä tietoja on luovutettu, ja niistä määritetty terveydentilaansa koskeva tieto. Näytteenantaja voi siten itse hyötyä biopankkitutkimuksesta yksilöllistetyn terveydenhoidon muodossa. Oikeus näytteen käsittelyyn perustuu näytteenantajan suostumukseen. Henkilöllä on oikeus peruuttaa antamansa suostumus.

Biopiratismia esiintyy etenkin kehittyvissä maissa, joiden rikas biodiversiteetti tarjoaa paljon mahdollisuuksia uusien kaupallistettavien sovellusten etsimiselle mutta joissa paikallisen hallinnon on vaikea valvoa oikeuksiaan maan omiin luonnonvaroihin. Bioteollisuuden hyödyntämien luonnonvarojen, kuten lääkekasvien, mikrobien tai niistä eristettävien geenien, ja näihin kaikkiin liittyvän tietopääoman omistussuhteiden selvittäminen on hankalaa. Raja bioprospektoinnin ja biopiratismin välillä voi olla vaikeasti määritettävissä. Geenivarojen tai muiden luonnonvarojen kaupallistamisesta on sovittu YK:n Rio de Janeiron biologisen monimuotoisuuden yleissopimuksessa (1992 ja siihen liittyvässä Nagoyan pöytäkirjassa (2010).

http://maailmantalous.net/fi/artikkeli/ymparisto-ja-luonto-hyodykkeistettyna-kuka-hyotyy

Raaka-aineena voidaan käyttää esimerkiksi maatalouden tai metsäteollisuuden jätteitä. Biotuotteet voidaan karkeasti jakaa materiaaleihin (paperi tai biomuovi), kemikaaleihin (mäntyöljy) ja energiatuotteisiin (biosähkö, biopolttoaineet). Biotuotteilla voidaan korvata useita tuotteita jotka on aiemmin valmistettu fossiilisesta raakaöljystä. Biopohjaisia ttuotetta ei pidä sekoittaa biomateriaaleihin tai biohajoaviin materiaaleihin.

Prospektiolla on alun perin tarkoitettu malmien, erityisesti kullan etsintää. Nykyisin termiä käytetään myös myyntiin ja markkinointiin liittyvästä uusien asiakkaiden ja liiketoiminnan etsimisestä. Bioprospektion lähtökohtana voi olla kansanperinne tai aivan uudet, ennen käyttämättömät luonnonresurssit. Esimerkiksi oluen valmistukseen voidaan etsiä uusia panimohiivoja vanhoista oluista ja muista alkoholijuomista tai toisaalta ympäristöstä. Bioprospektiota säädetään biodiversiteettisopimuksessa (Rio de Janeiro 1992), sekä siihen liittyvässä Nagoyan pöytäkirjassa (2010). Kun sopimuksia jätetään noudattamatta, kyseessä voi olla biopiratismi.

Biopuhdistusta käytetään myös jätevesien ja teollisuusjätteiden puhdistamiseen, jolloin puhutaan yleensä biologisesta käsittelystä. Biopuhdistuksessa käytettäviä eliöitä, kuten mikrobeja ja kasveja, voidaan parantaa biotekniikan keinoin esimerkiksi kehittämällä niiden kykyä sietää, sitoa ja hajottaa haitallisia yhdisteitä.

Esimerkiksi kompostoria voi olla bioreaktori, joka ylläpitää mikrobien elollisen jätteen hajotustoimintaa. Myös jätevesien puhdistuksessa käytetään usein eräänlaisia bioreaktoreja, joissa mikrobit hajottavat veden epäpuhtauksia. Olut ja hapatetut maitotuotteet tuotetaan hiivojen ja maitohappobakteerien avulla käymisastioissa, bioreaktoreissa. Bioreaktoreja käytetään myös esimerkiksi biologisia lääkkeitä tai elintarviketeollisuuden käyttämiä entsyymejä tuottavien mikrobien kasvattamiseen.

Signaali muunnetaan luettavaan muotoon kemiallisten reaktioiden avulla tai muuttamalla se sähköiseksi. Biologisten ja kemiallisten signaalien mittaamisessa biosensorit ovat usein merkittävästi parempia kuin muut mittalaitteet. Esimerkiksi veren glukoosipitoisuutta mitataan laitteella, jossa glukoosioksidaasientsyymin glukoosia hapetettaessa muodostaman vetyperoksidin määrä mitataan elektronisesti ja muunnetaan luettavaan, numeeriseen muotoon. Synteettinen biologia mahdollistaa täysin uudenlaisten biosensorien kehittämisen. Esimerkiksi tarkoitukseen suunnitelluilla reseptoreilla varustetut pieneliöt voivat tulevaisuudessa aistia mm. ympäristömyrkkyjä tai ruuan pilaantumisesta kertovia yhdisteitä, ja välittää informaation laitteelle joka viestii tiedon eteenpäin.

Kun biologisen lääkkeen patentti raukeaa, kilpailijat voivat tuoda markkinoille lääkkeitä, jotka on kehitetty vertailukelpoisiksi alkuperäisen valmisteen kanssa. Toisin kuin rinnakkaislääkkeissä, lääkemolekyylin ei tarvitse olla identtinen alkuperäisen kanssa esimerkiksi tuotantotapa voi olla toinen. Hyväksymisprosessi tukeutuu alkuperäisvalmisteen hyväksymisprosessiin ja on huomattavasti nopeampi, mutta ei kuitenkaan yhtä kevyt prosessi kuin rinnakkaislääkkeillä.

Kaikki elävissä eliöissä muodostuneet yhdisteet on alun perin tuotettu biosynteesissä. Esimerkiksi kasvien fotosynteesissä hiilidioksidista ja vedestä muodostetaan glukoosia ja happea auringosta saatavan energian avulla. Myös proteiinien rakentuminen aminohapoista translaatiossa on biosynteesiä, jossa käytetään kemiallista energiaa. Eläimissä tapahtuvaa biosynteesiä kutsutaan myös anaboliaksi.

Biotalous edustaa fossiilisiin resursseihin perustuneen talouden jälkeistä uutta aaltoa. Sen keskeisiin periaatteisiin kuuluvat paitsi pyrkimys vähentää riippuvuutta fossiilisista luonnonvaroista, myös raaka-aineiden tehokas kierrättäminen ja kansantalouden edistäminen kestävän kehityksen periaatteiden mukaisesti. Vaikka biotalous Suomessa perustuu voimakkaasti metsätalouteen, suurenee sen rooli kaikilla aloilla. Esimerkiksi biodieseliä valmistetaan tehtaan oman sellunvalmistuksen tähteenä syntyvästä mäntyöljystä ja vaatteissa käytettävä viskoosi puukuidusta. Biotaloutta edustavat myös biologiset lääkkeet ja elintarvikkeisiin lisätyt, terveyttä edistävät maitohappobakteerit. Tehokkaiden bioteknisten menetelmien kehittäminen on edellytys bioteollisuuden ja biotalouden kehittymiselle, sillä kyseiset alat voivat menestyä ainoastaan ollessaan liiketaloudellisesti kannattavampia kuin uusiutumattomiin luonnonvaroihin perustuva talous.

http://www.sitra.fi/ekologia/biotalous
http://www.vtt.fi/medialle/uutiset/selluloosasta-biotalouden-supermateriaali-laaja-alainen-yhteisty%C3%B6-moninkertaistaa-suomalaisen-puun-arvon
https://www.youtube.com/watch?v=kzwqo0bsPg8
http://www.btnk.fi/files/pdf/Julkaisu/Biotalous.pdf

Biotekniikkaa hyödynnetään esimerkiksi elintarvike-, panimo- ja lääketeollisuudessa, jätehuollossa ja kasvinjalostuksessa. Esimerkiksi hiivojen käyttö leivän, viinin ja oluen valmistuksessa on biotekniikkaa, jolla on hyvin pitkät juuret historiassa. Modernimpaa biotekniikkaa edustavat rehun säilöminen AIV-menetelmällä, probioottien lisääminen elintarvikkeisiin ja lääkkeiden tuottaminen muuntogeenisissä soluissa ja bakteereissa. Biotekniikkaa hyödyntävää teollisuutta kutsutaan bioteollisuudeksi. Biotekniikka hyödyntää yhä useammin myös geenitekniikkaa, jonka avulla kehitetään muokattuja eliöitä ja molekyylejä biotekniikan käyttöön. Sanaa bioteknologia käytetään usein biotekniikan synonyyminä. Bioteknologialla tarkoitetaan kuitenkin laajemmin biotekniikan ja biokemian alojen teknisten sovellusten joukkoa ja teoreettista taustaa.

http://www.btnk.fi/files/pdf/Julkaisu/BTNK_levaselvitys.pdf
http://www.hs.fi/tiede/a1305974973842

Englanninkielinen termi biotechnology voidaan kääntää suomeksi joko biotekniikaksi tai bioteknologiaksi. Sanoja käytetään usein hieman virheellisesti toistensa synonyymeinä.

Bioteollisuus tuottaa mm. elintarvikkeita ja alkoholijuomia, polttoaineita, kemikaaleja ja lääkkeitä, biologisia lääkkeitä ja geenihoitoja, muuntogeenisiä kasveja ja eläimiä sekä puhdistaa jätevesiä ja kierrättää jätteitä. Teollisen biotekniikan kehitystä edellyttävät monet globaalit asiat, kuten kestävän kehityksen haasteet, päästötavoitteet ja raakaöljyn hinnanvaihtelu. Biotalous yhdistää eloperäisten raaka-aineiden kestävän käytön ja bioteollisuuden yhdeksi kokonaisuudeksi. Suomessa biotekniikkateollisuuden toimijoita edustaa Suomen Bioteollisuus ry FIB (http://www.finbio.net/) ja Euroopassa EuropaBio (http://www.europabio.org/).

Biologisten aseiden käyttö sodankäynnissä on tuhoisaa, koska niiden vaikutusta ei voida rajata vain tiettyyn kohteeseen. Lisäksi vaikutus alkaa usein viiveellä. Bioterrorismin kohteena voivat olla joko ihmiset tai esimerkiksi tuotantoeläimet ja maataloustuotanto.

​

DNA muodostuu neljästä eri rakennusosasta, nukleotidista. Nukleotidien emäsosat ovat adeniini (A), tymiini (T), sytosiini (C) ja guaniini (G). DNA esiintyy kierteisenä kaksoisjuosteena, jossa kaksi polymeeriketjua on liittynyt yhteen emäspari-periaatteen mukaisesti (A ja T, C ja G). Näiden komponenttien keskinäinen järjestys eli sekvenssi DNA-ketjussa sisältää perinnöllisen informaation, geenit. Ne toimivat valmistusohjeina mm. solun proteiinien rakentumiselle ja niiden kautta solun toiminnalle. Suurin osa ihmisen perimästä on kuitenkin eproteiinia koodaamatonta aluetta, joka muun muassa säätelee proteiinien valmistusta. Ihmisen DNA sijaitsee tumassa pakkautuneena kromosomirakenteiksi. Pieni määrä DNA:ta löytyy mitokondrioista, jotka periytyvät ainoastaan äidiltä.

http://opetus.tv/biologia/solubiologia-ja-perinnollisyys/nukleotidi/

​

Entsyymeillä on keskeinen rooli biosynteesissä, eli siinä, miten elävät eliöt rakentavat monimutkaisia yhdisteitä, valmistavat proteiineja DNA-ohjeen mukaisesti ja toisaalta monimutkaisten yhdisteiden hajottamisessa esimerkiksi aterian ravintoaineiden hyödyntämisessä (katabolia). Eliöistä peräisin olevia entsyymejä käytetään monissa teollisissa sekä arkipäiväisissä prosesseissa. Esimerkiksi useiden pesuaineiden teho perustuu entsyymien likaa, kuten rasvaa ja proteiineja, pilkkovalle aktiivisuudelle. Entsyymejä käytetään laajasti myös elintarvikkeiden valmistuksessa. Elimistössä laktoosia pilkkoo laktaasientsyymi. Teollisuuden käyttämät entsyymit ovat usein rekombinanttiproteiineja. Ne valmistetaan siirtogeenisissä mikrobeissa, joita kasvatetaan bioreaktoreissa.

Etuliite “epi”- tulee kreikan kielestä ja voidaan suomentaa “päällä”. Epigeneettinen säätely ei vaikuta geenien emäsjärjestykseen eli sekvenssiin, vaan siihen milloin ja kuinka paljon geeniä luetaan jättämällä DNA-juosteen tai histoniproteiinien ”päälle” epigeneettisiä merkkejä. Epigeneettiset merkit muodostavat yhdessä epigenomin, joka säilyy solujen uusiutuessa, toisinaan myös sukupolvelta toiselle. Epigeneettinen informaatio on yksilönkehityksen, solujen normaalin kasvun ja erilaistumisen edellytys. Ihmiskehon kaikkiin 3.72 × 1013 soluun sisältyy identtinen genomi, mutta epigeneettinen informaatio on mahdollistanut sen, että hedelmöittyneestä munasolusta on syntynyt kehon noin 200 erilaista solutyyppiä. Epigeneettisen informaation periytyvyys takaa sen, että jakautuva ihosolu tuottaa ihosolun eikä esimerkiksi maksasolua. Epigeneettistä muuntelua voi kuitenkin tapahtua missä tahansa vaiheessa elämää ja se voi periytyä seuraavalle sukupolvelle. Epigenomi on huomattavasti herkempi ympäristön muutoksille ja muuntuu nopeammin kuin genomi. Epigeneettiset muutokset voivat helpottaa huomattavasti kasvien ja eläinten selviytymistä muuttuvissa oloissa kuten vuodenaikojen vaihtuessa tai ilmastonmuutoksessa. Toisaalta epigeneettisten muutosten on havaittu olevan syy myös monien sairauksien kuten tyypin 2 diabeteksen ja syöpien syntyyn ja periytymiseen.
http://ojs.tsv.fi/index.php/tt/article/view/49578/14670

Epigenetiikka haastaa käsityksiämme periytymisestä ja evoluutiosta. Hanna Häkkinen, Antti Miettinen, Anne-Mari Mikkonen, Tinja Pitkämäki, Salla Sovelius ja Susanne Varjola

​

​

Saman geenin eri muotoja kutsutaan alleeleiksi. Ominaisuuksien periytyminen eliöltä sen jälkeläisille perustuu pääasiassa geenien eli genomin proteiinia koodaavien osien periytymiseen. Geenit koostuvat proteiinia koodittavasta DNA-sekvenssistä, sekä geenin ilmentymistä säätelevistä alueista. Ihmisen genomi, ja sitenjokainen solu, sisältää noin 25 000 proteiinia koodaavaa geeniä, mutta vain pieni osa geeneistä ilmentyy tietyssä solutyypissä. Ainoastaan nk. ylläpitogeenit ilmentyvät jatkuvasti kaikissa aktiivisissa soluissa ja huolehtivat muun muassa energian tuotosta. Geenien ilmentymistä säätelevät monet solun proteiinit sekä DNA:n pakkautuminen kromatiiniksi, jota epigenetiikka suurelta osin säätelee. Proteiinien lisäksi geenit koodaavat RNA-molekyylejä, joilla on omia tehtäviä esimerkiksi muiden geenien säätelyssä.

​

DNA sidotaan esimerkiksi pienten kultahiukkasten pinnalle, jotka ammutaan soluihin ja solun DNA:n korjausmekanismit liittävät uuden geneettisen materiaalin solun perimään. Geeninsiirtoja voidaan tehdä myös mikroruiskeilla, eräiden bakteerien avustuksella, tai heikentämällä hetkellisesti solun seinärakenteita joko kemiallisesti tai fysikaalisesti.

Esimerkiksi geenien kloonaaminen, siirtogeenisten eliöiden tuottaminen ja geeniterapia ovat geenitekniikan sovelluksia. Sattumanvaraisten mutaatioiden tuottamista tai kromosomien/kromosomiston muokkaamista esimerkiksi sädettämällä tai kemikaaleille altistamalla, ei kuitenkaan lueta geenitekniikaksi.

Geeniterapiaa käytetään pääasiassa syöpätautien ja eräiden harvinaisten perinnöllisten tautien hoidossa. Geenisiirron onnistumiseksi geeni kuljetetaan soluun geenivektorin avulla. Geenivektorin mukaan geeni joko liittyy osaksi perimää, jolloin terapeuttinen vaikutus on usein pysyvämpi, tai pysyy erillisenä molekyylinä tumassa. Geeniterapia kohdistuu somaattisiin soluihin.

http://www.btnk.fi/files/pdf/Biotekniikka%20ja%20etiikka_web.pdf

Genomin sekvensoinnin halventumisen myötä laajat perimän geenitestaukset ovat yleistyneet. Yleensä kuitenkin vain osaa genomista testataan. Sairauksien riskigeenien testauksella voidaan selvittää esimerkiksi raskauden aikana onko syntyvällä lapsella jokin vakava perinnöllinen sairaus, auttaa oireisen henkilön sairauden diagnosoinnissa tai auttaa sairauden ehkäisyssä, kun yksilön riskigeenit tiedetään. Sairauden geneettisen taustan selvittäminen voi auttaa parhaan hoidon ja lääkityksen valitsemisessa kyseiselle yksilölle. Geenitesteillä on keskeinen merkitys yksilöllistetyn terveydenhoidon kehittämisessä. Geenitestejä ja myös niiden tulkintoja kuluttajille tarjoavat kaupalliset yritykset ovat yleistyneet viime vuosina. Tämä on käytännössä mahdollistanut kenelle tahansa sairausalttiutensa selvittämisen, genomitietoon perustuvien ravinto- ja liikuntasuosituksien hankkimisen ja toisaalta mahdollisuuden tarjota uteliaille tietoa esivanhemmistaan. Genomitiedon tulkinta ei kuitenkaan ole yksiselitteistä ja varsinkin kaupallisten testien tulkintoihin tulisi suhtautua varauksella.

http://www.sitra.fi/julkaisut/muut/Kuluttajille_suunnatut_genomitietopalvelut_ja_niiden_liiketoimintamallit.pdf
http://www.sitra.fi/artikkelit/perima-ja-terveys/geenitieto-selkeyttanyt-elamaa-ja-antanut-toivoa-mutta-kaikki-eivat

Tavoitteena voi olla solun tai geenin toiminnan tutkiminen, geeniterapia tai muuntogeenisen organismin, kuten kasvin, tuottaminen. Harmittomaksi muokatut virusvektorit bakteeriperäiset plasmidit ovat yleisimmin käytettyjä geenivektoreita.

Geneettinen markkeri on osa eliön perimä, sijaitsee kromosomissa tutkittavan geenin läheisyydessä ja siten siirtyy oletettavasti sen mukana. Geneettinen markkeri ja sen avulla tutkittava geeni tai ominaisuus paikannetaan joko molekyylibiologian keinoin tai jonkin geneettisen markkerin ominaisuuden perusteella (esim. banaanikärpäsen silmien väri tai kasvien siementen muoto). Geneettistä markkeria ei pidä sekoittaa merkkigeeniin.

Muuntogeenisiä mikrobeja, kasveja ja eläimiä käytetään laajasti bio- ja lääketieteellisessä tutkimuksessa. Myös rekombinanttiproteiinit, kuten suuri osa esimerkiksi biologisista lääkkeistä, rokotteista ja elintarviketeollisuuden käyttämistä entsyymeistä, tuotetaan muuntogeenisissä organismeissa. Tiettyjen geenitekniikoiden avulla jalostetut viljelykasvit ovat muuntogeenisiä organismeja, joskin joidenkin tekniikoiden osalta lainsäädäntö on vielä epäselvä. Suuri osa maailmassa viljeltävästä puuvillasta, soijasta ja maissista on muuntogeenistä. Myös muuntogeenistä rapsia ja papaijaa viljellään laajasti. Ensimmäiset kasveihin geenitekniikalla jalostetut ominaisuudet ovat liittyneet kasvien kykyyn torjua tuholaisia, sekä rikkakasvintorjunta-aineiden kestokykyyn ja vastustuskykyyn virustauteja kohtaan. Tulevaisuudessa geenitekniikan avulla jalostetaan uusia lajikkeita, jotka ovat mm. vastustuskykyisempiä taudeille ja tuholaisille, kestävät paremmin kuivuutta ja suolaista viljelymaata sekä sisältävät enemmän ravintoaineita ja vähemmän haitallisia yhdisteitä. Muuntogeenisten kasvien viljely tai käyttö elintarvike- ja rehukäyttöön EU-alueella edellyttää EU:n elintarvike- ja rehuasetuksen 2003/0829/EY mukaisen luvan ja muihin käyttötarkoituksiin direktiivin 2001/18/EC mukaisen hyväksynnän. Molemmissa tapauksissa luvan myöntäminen edellytetään luvan perusteellista riskinarviointia. EU:ssa on merkittävä kaikki muuntogeenisiä organismeja tai niiden osia sisältävät tuotteet, esimerkiksi rehuna käytettävä soija. Merkintävelvoite ei kuitenkaan koske suljetussa ympäristössä valmistettuja tuotteita, joissa ei enää ole itse tuotantoeliötä mukana, eikä elintarvikkeen tuotantoprosessissa käytettäviä apuaineita. Esimerkiksi geenitekniikan avulla valmistetulla juoksetteella tuotettua juustoa tai pektinaasilla kirkastettua mehua tai muuntogeenisissä mikrobeissa valmistettua B12-vitamiinia ei tarvitse erikseen merkitä. Merkintävelvoitteet eivät koske myöskään biologisia lääkkeitä, kuten insuliinia.

http://ec.europa.eu/food/plant/gmo/new/legislation/plant_breeding/index_en.htm
http://www.nbtplatform.org/
http://www.btnk.fi/files/pdf/Muuntogeeniset%20elintarvikkeet2010.pdf
http://www.evira.fi/portal/fi/elintarvikkeet/tietoa+elintarvikkeista/tuotantotapoja/muuntogeeniset+elintarvikkeet/
ttp://www.gmo-compass.org/
http://gmo.kormany.hu/download/e/55/40000/EU%20Legislation%20Overview%20JRC%20Report.pdf

Genomi sijaitsee eukaryoottisen solussa tumassa, mutta prokaryoottisen solussa ei ole tumaa. Genomi sisältää geenit ja niiden ulkopuoliset, proteiinia koodaamattomat alueet. Genomin tutkimuksesta käytetään termiä genomiikka ja siitä analysoitua tietoa kutsutaan genomitiedoksi.

Genomiikkaan kuuluu DNA-sekvenssin selvittämisen lisäksi myös proteiinien kolmiulotteisten rakenteiden tietokonemallinnus genomisekvenssin ja kokeellisten menetelmien avulla, sekä geenien ja niiden ohjeen mukaan tuotettujen proteiinien, ja proteiinia koodaamattomien sekvenssialueiden toiminnan ja vuorovaikutusten tutkiminen soluissa. Genomiikka ja genomitieto muodostavat modernin lääketieteen kivijalan. Genomiikan ansiosta sairauksien geneettisiä taustoja on pystytty selvittämään, mikä on mahdollistanut hoitokeinojen kohdistamisen itse tautien aiheuttajiin, eikä vain sairauden oireiden lievittämiseen. Genomiikka tarvitsee tuekseen bioinformatiikan keinoja sekvenssitiedon hyödyntämiseksi, esim. riskigeenien ja tautien biomarkkereiden selvittämiseksi.

Räätälöityjä nukleaasientsyymejä tai nk. “molekyylisaksia” käyttämällä DNA:han voidaan lisätä ja siitä voidaan poistaa tai vaihtaa haluttuja sijanniltaan tarkoin määriteltyjä nukleotidejä. Etenkin CRISPR/Cas9 -järjestelmään perustuva tekniikka on helpottanut ja nopeuttanut biotieteellistä tutkimusta. CRISPR RNA/Cas perustuu spesifisen DNA-sekvenssin tunnistamiseen CRISPR RNA-molekyylin avulla ja Cas-proteiinin kykyyn katkaista DNA. Käytännössä mitä tahansa kohtaa genomissa voidaan muokata suunnittelemalla sopiva RNA-sekvenssi, mikä on merkittävä parannus aiempiin tekniikoihin verrattuna. Tehokkailla genomin muokkaustekniikoilla on merkittävä osa synteettisen biologian kehityksessä. Tarkkojen genomin muokkausmenetelmien kehittyminen edistää myös geeniterapioiden kehittymistä. Uusilla menetelmillä vioittuneita geenejä voidaan korjata tarkasti ja haittavaikutusten riski pienenee paljon. Ihmisen genomin muokkaaminen ja etenkin yhteisten pelisääntöjen puute on herättänyt voimakasta keskustelua bioetiikan alalla. Keskustelu kiihtyi vuoden 2015 keväällä kun kiinalainen tutkimusryhmä julkaisi ihmisalkioilla tehtyjä kokeita, joissa pyrittiin korjaamaan vakavaa perinnöllistä sairautta aiheuttava geenivirhe.

​

Genomitietoa voidaan hyödyntää muun muassa sairauksille altistavien geenimuunnoksien eli riskigeenien määrittämisessä, lääkekehityksen kohdemolekyylien tehokkaassa tunnistamisessa, potilaan lääkevasteiden ennustamisessa, sairauksien tarkemmassa diagnosoinnissa ja tarkennettujen hoitojen kehittämisessä. Täten genomitieto on keskeisessä roolissa yksilöllistetyn, ehkäisevän ja kustannustehokkaan terveydenhuollon tarjoamisessa. Työryhmän ehdotus kansalliseksi genomistrategiaksi julkistettiin kesäkuussa 2015, ja sen tarkoitus on taata, että genomitietoa hyödynnetään tehokkaasti terveydenhuollossa vuoteen 2020 mennessä. Strategiaan kuuluvat mm. terveydenhuollon ja tutkimuksen hyödynnettävissä olevan kansallisen genomitietokannan perustaminen, terveydenhuollon ammattilaisten kouluttaminen genomitiedon tulkitsemiseksi, sekä lainsäädännön päivittäminen yksilönsuojan takaamiseksi.

http://www.potilaanlaakarilehti.fi/uutiset/geenitieto-kuuluu-kaikille/#.VaqEQvlVhBc
http://www.potilaanlaakarilehti.fi/uutiset/geenitieto-avartaa-tautikasitysta/#.VaqFqPlVhBc
http://www.potilaanlaakarilehti.fi/uutiset/genomitieto-avuksi-sydantautiriskin-arviointiin/#.VaqF6flVhBc
http://www.sitra.fi/uutiset/perima-ja-terveys/strategiaehdotus-tiekartta-genomitiedon-tehokkaaseen-hyodyntamiseen

Muodostaa emäsparin sytosiinin (G-C) kanssa kaksijuosteisessa DNA-molekyylissä. Guaniini on hopeanhohtoinen ja valoa heijastava aine, jota esiintyy esimerkiksi kissojen silmissä, kalojen iholla ja joidenkin kasvien siementen pinnalla.

​

Hiivoja hyödynnetään niin panimo- ja leipomoteollisuudessa kuin rekombinanttiproteiinien valmistuksessakin. Tuttu leivinhiiva (Saccharomyces cerevisiae) on laajasti käytetty biotieteellisen tutkimuksen malliorganismi. Se oli myös ensimmäinen aitotumainen eliö, jonka perimän emäsjärjestys saatiin selvitettyä (1996).

​

Ihmisen kantasolut voivat olla peräisin alkiosta, sikiöstä tai aikuisen yksilön eri kudoksista. Alkioperäiset kantasolut voivat erikoistua miksi tahansa yksilön solutyypiksi, kun taas aikuistyyppisten kantasolujen erilaistumiskyky rajallisempi. Kudosvaurioiden hoitamista kantasolujen avulla kutsutaan kantasoluhoidoksi.

Aikuisen kantasolujen käyttämisen etu on, että potilaan omat solut ovat kätevästi eristettävissä eivätkä ne yleensä laukaise kehon hylkimisreaktiota. Niihin ei myöskään liity samanlaisia eettisiä ongelmia kuin alkion kantasoluihin. Aikuisen kantasolut eristetään usein luuytimestä ja vanhin kantasoluhoitomenetelmä onkin luuytimen siirto leukemiapotilaalle. Kantasoluhoidoilla on mahdollista jopa parantaa kuurous ja auttaa hermovaurioiden korjauksessa. Suuri läpimurto kantasolututkimuksessa tehtiin vuonna 2006, kun tutkijat onnistuivat luomaan hiiren erikoistuneista soluista alkion kantasolujen kaltaisia nk. “indusoituja monikykyisiä kantasoluja” (induced pluripotent stems cells iPSC). Tulevaisuudessa nämä solut voivat mullistaa kudosteknologian, jolloin se alkaisi muistuttaa tilaustyönä tehtävää ihmisen varaosien valmistusta.

Esimerkiksi UV-säteily, radioaktiivinen säteily ja monet kemikaalit ovat karsinogeenisia mutageenisuutensa vuoksi. Karsinogeeneja syntyy mm. orgaanisten yhdisteiden poltossa (tupakka). Toisaalta niitä esiintyy myös luonnostaan ravinnossa. Esimerkiksi homeille altistuneissa pähkinöissä tai viljoissa, joissa voi olla aflatoksiineja.

DNA:n kloonaaminen voi tarkoittaa DNA:n, kuten geenin, eristämistä eliön perimästä, sen siirtämistä geenivektoriin, kuten plasmidiin ja monistamista toisessa isäntäeliössä, esimerkiksi kolibakteerissa. Eliön kloonaaminen tarkoittaa että siitä muodostetaan klooni. Kasveista, kuten perunasta tai hedelmäpuusta, klooni voidaan tuottaa esimerkiksi jakamalla sitä pistokkaiden tai mukuloiden avulla. Selkärankaisten eläinten kloonaaminen on huomattavasti vaikeampaa. Se edellyttää eläimen tavallisen solun tuman siirtämistä munasoluun, jonka oma tuma on poistettu. Jos näin syntynyt munasolu saadaan jakautumaan ja kehittymään yksilöksi, se muodostaa alkuperäisen eläimen kanssa kloonin. Ensimmäinen tällä menetelmällä kloonattu eläin oli 1970- luvulla kloonattu kynsisammakko. Ensimmäinen kloonattu nisäkäs oli Dolly-lammas vuonna 1997. Eläinten kloonaaminen on kallista ja vaivalloista, eikä siihen liittyvä eläinten vakavia terveysongelmia ole vielä pystytty ehkäisemään. Vaikka kloonaamalla voitaisiin periaatteessa tuottaa juuri halutunlaisia tuotantoeläimiä, ei se ole ainakaan vielä taloudellisesti kannattavaa. Arvokkaita siitoseläimiä, kuten sonneja ja hevosia on kuitenkin kloonattu. EFSA on vuonna 2008 arvioinut, että kloonaamalla tuotettuihin eläimiin ei liittyisi eläinten terveyteen, elintarviketurvallisuuteen tai ympäristöön vaikuttavia erityispiirteitä.

http://www.btnk.fi/files/pdf/BTNK_elankloonaus_verkko-1.pdf

Sana klooni on johdettu kreikankielisestä tikkua tai varpua tarkoittavasta sanasta κλών. Ensimmäiset ihmisen tuottamat kloonit ovatkin olleet nimenomaan pistokkaista lisättyjä kasveja. Esimerkiksi yhdestä kasvista jakamalla lisätyt mansikat ja banaanit muodostavat kloonin. Koko klooni on tavallisesti geneettisesti yhdenmukainen, mutta mutaatiot voivat aiheuttaa siinä vaihtelua. Soluviljelmissä klooni saadaan aikaiseksi aloittamalla viljelmä yhdestä solusta. Solun jakautuessa suvuttomasti muodostuu klooni. Identtiset ihmiskaksoset muodostavat myös kloonin.

​

Kromosomit muodostuvat DNA- rihmasta, joka on eukaryoottisissa soluissa kiertyneenä histoniproteiinien ympärille. Eukaryoottien DNA:n pakkausmuotoa kutsutaan kromatiiniksi, joka muodostaa kromosomit. Ilman järjestäytynyttä kromatiinirakennetta eukaryottien perimäaines ei mahtuisi solun sisälle. Kromosomien muoto ja pakkausaste vaihtelevat solun elinkaaren mukaan: ennen solunjakautumista kromosomit ovat järjestäytyneet tiiviiksi, X:n -muotoisiksi kappaleiksi, kun taas muuten DNA:n täytyy olla löyhemmin pakkautunut, jotta aktiivinen geenien ilmentyminen eli proteiinien tuotto olisi mahdollista. Kromosomien koko ja muoto sekä geenien järjestyminen niihin ovat lajityypillisiä ominaisuuksia. Ihmisellä on kaksinkertainen (diploidi) kromosomisto, joka muodostuu 22 kromosomiparista sekä sukupuolikromosomiparista XX (naisilla) tai XY (miehillä). Kaikki elimistön solut sisältävät 46 kromosomia, joista toinen on peritty isältä ja toinen äidiltä. Poikkeuksen muodostavat sukusolut, joissa kromosomisto on yksinkertainen (haploidi, 23 kromosomia). Ihmisen yksittäinen kromosomi sisältää 50-2 000 geeniä ja ihmisen geenien kokonaismäärä on noin 25 000.

http://opetus.tv/biologia/solubiologia-ja-perinnollisyys/emasjarjestys-ja-kodoni/

Usein hoito perustuu näiden kolmen tekijän yhdistelmään. Kudosteknologiassa potilaan omia soluja tai luovutettuja soluja voidaan hyödyntää uusien kudosten luomiseen, ensin eristämällä ja kasvattamalla soluja kehon ulkopuolella. Kasvattaminen voi tapahtua esimerkiksi biomateriaalista kolmiulotteisella tulostuksella valmistetusta kehikossa, joka tarjoaa mekaanisen tuen solujen kasvulle ja muodostaa kehon olosuhteita muistuttavat biologiset olosuhteet kasvutekijöiden stimuloidessa solujen kasvua. Tämän jälkeen solut voidaan siirtää takaisin potilaaseen. Kudosteknologia perustuu joko erilaistuneiden solujen käyttöön (soluterapia) tai kantasolujen käyttämiseen (kantasoluterapia). Kudosteknologian kirjo on laaja ja vaihtelee ihosiirteistä rustokudosten luomiseen tai kokonaisen keuhkoputken kasvattamiseen sekä tulevaisuudessa kenties jopa monimutkaisten elinten, esimerkiksi sydämen luomiseen.

Luomuviljelyssä vältetään väkilannoitteita ja kasvinsuojeluaineita sekä korostetaan viljelykierron ja eloperäisten lannoitteiden käyttöä. Luonnonmukaisessa eläintuotannossa pyritään mahdollistamaan tuotantoeläinten lajinmukainen käyttäytyminen ja mahdollisimman vähäinen lääkitseminen. Myös rehun on oltava luomutuotettua. Luomuelintarvikkeiden valmistuksessa raaka-aineiden tulee olla pääosin luomutuotantoa ja lisäaineiden käyttöä on rajoitettu. Luomutuotannon vaatimuksista sovitaan EU:ssa yhteisesti ja Suomessa tuotantoa valvovat Evira ja ELY-keskukset.

http://www.evira.fi/portal/fi/tietoa+evirasta/asiakokonaisuudet/luomu/

​

Merkkigeeninä voi toimia esimerkiksi fluoresoivaa proteiinia koodaava geeni, joka tekee solusta tai eliöstä fluoresoivan UV-valossa tai mikrobilääkeresistenssin antava geeni, joka mahdollistaa muuntogeenisten solujen valikoinnin mikrobilääkkeen avulla. Termiä ei tule sekoittaa geneettiseen markkeriin.

​

Mikrobeja käytetään laajasti geenitekniikan ja biotekniikan sovelluksissa. Viruksia käytetään rokotteissa ja vektoreina, hiivoja voidaan käyttää bioreaktoreissa tuottamaan biologisia lääkkeitä ja toisaalta oluen panemisessa ja bakteereja voidaan käyttää jätevesien puhdistuksessa. Ne voivat myös aiheuttaa vakavia sairauksia.

Mutaatioita tapahtuu luonnossa spontaanisti ja ne lisäävät perimän monimuotoisuutta eli diversiteettiä. Joskus mutaatiot voivat olla haitallisia ja aiheuttaa esimerkiksi syöpää. Jotkut mutaatiot taas ovat hyödyllisiä, esimerkiksi laktaasientsyymiä koodittavan geenin mutaatio, joka on mahdollistanut eurooppalaisten aikuisten maidonjuonnin. Mutaatioita voidaan myös aiheuttaa jalostustarkoituksessa esimerkiksi säteilyllä tai kemikaaleilla. Näin on saatu aikaiseksi muun muassa punainen verigreippi.

​

​

Nukleiinihapot muodostuvat nukleotideistä.

Nukleotidi rakentuu sokeri-, emäs- ja fosfaattiosasta. DNA:n ja RNA:n sokeriosat ovat erilaiset (deoksiriboosi ja riboosi) ja emäsosat osittain erilaiset (adeniini, guaniini ja sytosiini (RNA:ssa ja DNA:ssa) tymiini (vain DNA:ssa) Urasiili (vain RNA:ssa).

​

Proteiini voi koostua yhdestä tai useasta toisiinsa liittyneestä aminohappoketjusta, jotka ovat laskostuneet kemiallisten sidosten avulla tarkasti määräytyneeseen rakenteeseen. Proteiinit mahdollistavat perimämme ilmentämisen (transkriptio ja translaatio) ja ottavat osaa lähes kaikkiin solun prosesseihin, myös säädellen omaa ilmentymistään. Muun muassa entsyymit, reseptorit, transkriptiotekijät, hormonit ja vasta-aineet ovat proteiineja. Proteiinit toimivat esimerkiksi lihaksiemme rakennusaineena. Proteiinien puutteellinen toiminta kehossa aiheuttaa vakavia sairauksia, joiden hoitoon voidaan käyttää esimerkiksi biologisia lääkkeitä ja geenitekniikkaa. Proteiinien määrien mittausta käytetäänkin useiden tautien biomarkkereina. Eliön tuottamien proteiinien kokonaisuutta kutsutaan proteomiksi ja proteomiikka tutkii proteiinien välisiä vuorovaikutuksia, tehtäviä ja kolmiulotteisia rakenteita.

​

​

Toisin kuin DNA, RNA on tavallisesti yksijuosteinen ja epästabiilimpi kuin DNA. Erilaisilla RNA-molekyyleillä on soluissa lukuisia tehtäviä. RNA esimerkiksi välittää DNA:han varastoitua informaatiota tumasta muualle soluun, toimii välimuotona proteiinien valmistuksessa (transkriptio, translaatio) ja säätelee proteiinien valmistusta.

Referenssigenomi on koottu useiden eri luovuttajien DNA-sekvenssien avulla, eikä siten edusta tarkasti ainuttakaan yksilöä. Se on kuitenkin hyödyllinen genomiikassa esimerkiksi riskigeenien löytämisessä.

Sananmukaisesti rekombinaatio tarkoittaa jälleen yhdistämistä. Rekombinaatio ja mutaatiot synnyttävät diversiteettiä, joka on evoluution ja ympäröiviin olosuhteisiin mukautumisen edellytys.

Geeni, jossa on informaatio halutun proteiinin tuottamiseksi, on siirretty sopivaan eliöön, kuten bakteeriin, hiivaan tai kasviin, ja joka tuon informaation perusteella tuottaa kyseistä proteiinia. Valtaosa biologisista lääkkeistä, kuten insuliini ja rokotteet, on rekombinanttiproteiineja, samoin monet elintarviketeollisuudessa ja pesuaineissa käytetyt entsyymit.

Reseptorit ovat proteiineja, jotka sijaitsevat solujen sisällä, niiden pinnalla tai vapaina kudosnesteissä. Ne sitoutuvat spesifisesti tiettyihin kohdemolekyyleihin, kuten hormoneihin tai lääkeaineisiin, ja aloittavat yleensä tarkoin määrätyn reaktioiden sarjan.

Se selvitetään geenin sekvensoinnilla, geenitestauksen avulla. Riskigeenien määrittäminen on vaatinut suurten kansallisten ja kansainvälisten tutkimusten systemaattista yhteistyötä, sairaustietojen yhdistämiseksi genomitietoon. Bioinformatiikan menetelmillä on keskeinen rooli tiedon analysoinnissa.

Useimmiten sekvensoinnilla viitataan DNA-sekvenssin selvittämiseen. Genomin sekvensointi on genomitutkimuksen ja yksilöllistetyn terveydenhoidon kivijalka. Ymmärryksemme biologiasta ja perinnöllisyydestä on avartunut sekvensointimenetelmien kehityksen ansiosta. Sekvenssitieto analysoidaan bioinformatiikan keinoin. Genomin sekvensointia voidaan käyttää paitsi nukleotidijärjestyksen selvittämiseen, myös mutaatioiden eli DNA:n muutosten selvittämiseen, kuten yhden tai useamman emäksen muutoksiin sekä DNA:n monistumiseen tai pilkkoutumiseen vertaamalla DNA:ta referenssigenomiin tai referenssi-DNA:han.

Uuden sukupolven sekvensointiteknologia video:https://vimeo.com/65714949

Biologiassa sekvenssillä viitataan DNA-, RNA- ja proteiinisekvenssiin eli DNA:n ja RNA:n emäsjärjestykseen ja proteiinin aminohappojärjestykseen. Ks. sekvensointi.

Termi on vanhahtava eikä kuvaa kovin tarkasti lukuisilla uusilla menetelmillä, esimerkiksi genomin muokkaus -työkaluilla aikaansaatuja muuntogeenisiä organismeja.

Pienimmät lisääntymään kykenevät eliöt ovat yksisoluisia. Monisoluiset eliöt puolestaan muodostuvat monien solujen toimiessa yhdessä ja jakaessa tehtäviä keskenään. Solujen koko vaihtelee mikroskooppisen pienistä bakteereista aina kananmuniin ja jopa metrin pituisiin hermosoluihin. Myös solujen muoto vaihtelee huomattavasti niiden tehtävien mukaan. Solut voidaan jakaa aitotumallisiin (eukaryootit) ja esitumallisiin soluihin (prokaryootit). Ihmisen solut ovat aitotumallisia. Niissä perimä sijaitsee tumassa ja niissä on lukuisia eri tehtäviin erikoistuneita soluelimiä. Ihmisen lisäksi aitotumallisia ovat myös mm. muut eläimet, kasvit, sienet ja yksisoluiset alkueläimet. Bakteerit ja arkkibakteerit puolestaan ovat esitumallisia. Niillä ei ole erillistä tumaa ja ne ovat rakenteeltaan muutenkin huomattavasti yksinkertaisempia. Virukset eivät ole soluja eivätkä kykene lisääntymään itsenäisesti.

Soluviljelmiä käytetään bio- ja lääketieteellisessä tutkimuksessa, lukuisien biologisten lääkkeiden tuotannossa, kantasoluhoidoissa sekä kudosteknologian sovelluksissa.

​

​

Terminä synteettinen biologia kehittyi jo 1970-luvulla kun puolalainen molekyylibiologi Waclaw Szybalski visioi DNA:n muokkaamiseen soveltuvien entsyymien mullistavan biologista tutkimusta. Varsinainen harppaus synteettisen biologian aikakaudelle on tapahtunut kuitenkin vasta aivan viime vuosina tehokkaan genomin sekvensoinnin, uusien genomin muokkaustyökalujen sekä edistyneen bioinformatiikan ja mallintamisen myötä. Tavanomaisempi geenitekniikka on mahdollistanut luonnossa esiintyvien ominaisuuksien siirtämisen eliöstä toiseen yhden tai useamman geenin mukana tai eliön omien toimintojen muuttamisen geenien aktiivisuuteen vaikuttamalla. Tähänastisesta poiketen, synteettinen biologia mahdollistaa täysin uudenlaisten (new-to-nature) ominaisuuksien ja toimintojen suunnittelemisen, mallintamisen ja toteuttamisen. Tässä mielessä synteettinen biologia tuo biologisen tutkimuksen lähemmäs insinööritieteitä. Tällaisia ominaisuuksia voidaan tulevaisuudessa soveltaa esimerkiksi lääketieteessä, kasvinjalostuksessa, bioteollisuudessa ja uusien biosensorien kehityksessä. Uusien teknologioiden kehittyminen synteettisen biologian alalla on erittäin nopeaa.

http://www.btnk.fi/files/pdf/Julkaisu/Synteettinen_biologia.pdf

Systeemibiologia käyttää hyväkseen bioinformatiikan keinoja, mutta pelkän tutkimustiedon analysoimisen sijasta systeemibiologian päämääränä on luoda mallisysteemi tietystä biologisesta tapahtumasta. Mallin luotettavuus varmennetaan kokeellisesti laboratoriossa ja prosessi vaatii yleensä useita toistoja mallisysteemin matemaattisen mallin tarkentamiseksi kokeellisen tiedon perusteella. Biopankkien näytekokoelmat, “omiikkojen” kuten proteomiikan, metabolomiikan, genomiikan ja epigenomiikan tuottamat tietomäärät, sekä internetin biologiset tietokannat ovat keskeisiä mallien luomisessa. Ihmisen genomin sekvensointiprojekti on yksi suurimmista projekteista, jonka tietoa on käytetty biologisten mallien, kuten tautimekanismien, proteiinien välisten vuorovaikutusten ja solujen erilaistumisen, mallintamiseen. Mallintamista käytetään yleisesti mm. lääkkeiden toimintamekanismien ja optimaalisen kemiallisen rakenteen löytäminen lääkekehityksessä. Tulevaisuuden päämääränä on luoda esimerkiksi tautimekanismi-malleja, jotka helpottavat lääkäreitä sairauksien diagnosoinnissa ja parhaan hoitotavan löytämisessä ja siten yksilöllistetyssä terveydenhuollossa.