Líftækni

Líftækni er tækni sem notast við lífverur eða hluta þeirra til að framleiða afurðir eða til að hraða eða breyta náttúrulegum ferlum. Líftækni snýst því um hagnýtingu líffræðilegrar og lífefnafræðilegrar þekkingar, gjarnan til framleiðslu lyfja, matvæla eða annarra afurða, en einnig til úrlausna annars konar tæknilegra verkefna, til dæmis við niðurbrot á úrgangi eða hreinsun umhverfismengunar.

Insúlínkristallar eru framleiddir með líftækni.

Fyrir 1970 var þessi tækni aðallega notuð í matvælaframleiðslu og landbúnaði en síðan þá hefur tæknin útvíkkað sig inn í genatækni, lífgagnatækni og fleira. Líftækni hefur í raun verið stunduð um árþúsund, eða allt frá því í árdaga landbúnaðarbyltingarinnar, þó svo hugtakið sem slíkt sé að miklum mun yngra. Öll gerjuð matvæli, svo sem brauð, vín, bjór, osta, jógúrt, skyr, súrdeig, súrpæklað grænmeti, sojasósu og gerjaðar pylsur, má telja til líftækniafurða, enda er framleiðsla þeirra bæði beint og óbeint háð aðkomu gerjandi örvera á borð við gersveppi eða bakteríur. Frá því upp úr miðri 20. öld hefur mikill fjöldi annarra afurða bæst í flóru líftækniafurða, og má þar nefna ýmis ensím, vítamín, lyf og fleiri efni til heimilis- eða iðnaðarnota sem framleidd eru með aðstoð lífvera í ræktunartönkum, oftast vegna þess að of erfitt eða dýrt þykir að framleiða þau með efnafræðilegum aðferðum. Einnig hefur á síðari árum litið dagsins ljós ýmis önnur hagnýting lífvera, þar sem ekki á sér stað framleiðsla á afurðum, heldur felst hagnýtingin í annars konar vinnu, svo sem við lífhreinsun á mengunar- og spilliefnum.

Saga líftækninnar

Eftirmynd af smásjá Leeuwenhoeks. Sýninu er komið fyrir á nálinni og lýst með sólarljósi.

Þó svo fræðiorðið „líftækni“ (þ. Biotechnologie) komi ekki fram á sjónarsviðið fyrr en árið 1919, þá má rekja sögu líftækni langt aftur í aldir, raunar allt til landbúnaðarbyltingarinnar þegar stýrð alkohólgerjun á korni og þrúgum til ölgerðar, víngerðar og brauðbaksturs leit fyrst dagsins ljós. Með tilkomu smásjárinnar um aldamótin 1600 varð tæknilega mögulegt að greina smásæjar lífverur og uppgötvaði Antonie van Leeuwenhoek smásæja einfrumunga á borð við frumdýr og bakteríur á síðari helmingi 17. aldar. Það var þó ekki fyrr en á 19. öld sem Charles Cagniard de la Tour lagði það til fyrstur manna að það væru örverur sem bæru ábyrgð á gerjun. Á síðari helmingi 19. aldar var mikil gróska í örverurannsóknum, borin voru kennsl á bakteríutegundir og aðferðir þróaðar til að lita þær og greina. Upp úr miðri 19. öld verður svokölluð „gertækni“ (e. zymotechnology) að mikilvægri fræði- og tæknigrein í Þýskalandi, Danmörku og víðar, en bjóriðnaðinum hafði þá mjög vaxið fiskur um hrygg. Í fyrri heimsstyrjöld fær „gertækni“ stóraukið vægi, en þá framleiddu Max Delbrück og samstarfsmenn hans ger á stórum skala til fóðurgerðar í Þýskalandi og Chaim Weizmann gerjaði maís og myndaði asetón til sprengjugerðar fyrir breska herinn. Lífefnafræðin var einnig að komast á legg á þessum tíma og menn öðluðust þekkingu á próteinum, ensímum og litningum.

Lífvísindum fleygði óðfluga fram á 20. öld. Fjölmargar uppgötvanir voru gerðar sem skutu mikilvægum stoðum undir nútíma líftækni. Meðal þeirra mikilvægustu mætti telja uppgvötun Alexanders Fleming á penisillíni og þróun sýklalyfja í framhaldi af því, tilurð nútíma erfðafræði og tengsl gena við arfbæra sjúkdóma, uppgötvun vaxtarhormóna og ýmislegt fleira. Árið 1944 sýndu svo Avery, McCarty og MacLeod fram á að erfðaefnið er DNA. Tæpum áratug síðar (1953) leiddu James Watson og Francis Crick út þrívíða byggingu DNA. Árið 1955 var ensím sem kemur við sögu í kjarnsýrusmíð einangrað í fyrsta sinn og 1969 er ensím búið til í stýrðu umhverfi í fyrsta sinn. Á seinni hluta 20. aldarinnar urðu gífurlegar framfarir í þekkingu á DNA. Upp úr 1980 voru menn farnir að hagnýta þá þekkingu sem þeir höfðu um DNA og afritun þess, en PCR-tæknin leit fyrst dagsins ljós árið 1983 og hlutu þeir Kary Mullis og Michael Smith fyrir nóbelsverðlaunin í efnafræði 1993. Upp úr 1980 voru menn einnig farnir að erfðabreyta plöntum.. Undir lok 20. aldar hlaut klónun dýra mikla athygli, en fyrstur til þess að klóna dýr var Ian Wilmut sem kynnti sauðkindarklónið Dollý 1996.

Undanfarin 20 ár hefur hafa orðið gífurlegar framfarir í rannsóknum í erfðafræði sem hafa orðið til þess að lækningar og þekking á hinum ýmsu sjúkdómum hefur aukist. Þróun og framleiðsla lyfja hefur stóraukist með tilkomu rannsókna í líftækni. Lífvirk efni eru þróuð úr hinum ýmsu afurðum og notuð í matvælaiðnaði og snyrtivöruiðnaði. Síðastliðin ár hefur verið mikið lagt í rannsóknir á endurnýjanlegum orkugjöfum og eldsneytisframleiðslu með örverum.

Saga líftækni á Íslandi

Á Íslandi hefur um langan aldur verið lögð stund á ýmsa verkun matvæla sem telja mætti til líftækni. Ýmsar gamlar geymsluaðferðir sem að meira eða minna leyti byggja á gerjun mætti nefna, svo sem kæsingu brjóskfiska, skreiðar- og saltfiskverkun. Skipulagðar rannsóknir á matvælum hefjast hér á landi með stofnun Efnarannsóknastofu landsins þegar árið 1906, en meðal merkra manna sem þar störfuðu má nefna Gísla Guðmundsson, gerlafræðing og frumkvöðul. Gísli var einnig hvatamaður að stofnun Ölgerðar Egils Skallagrímssonar sem væntanlega má telja eitt af fyrstu líftæknifyrirtækjum landsins.

Aukinn kraftur færðist í matvæla- og líftæknirannsóknir með tilkomu Atvinnudeildar Háskóla Íslands 1937 og 1965 er svo Rannsóknastofnun fiskiðnaðarins stofnuð, en þar átti sér stað mikið þróunarstarf, meðal annars í líftækni. Má sem dæmi nefna rannsóknir Sigurðar Péturssonar gerlafræðings á roðaskemmdum í saltfiski og tilraunir Emilíu Martinsdóttur til framleiðslu á matarlími úr grásleppuhvelju.

Saga hátækniiðnaðar á Íslandi er, hins vegar öllu styttri, aðeins um 20 ár. Atvinnulíf landsmanna þróaðist nær alla tuttugustu öldina í nálægð við náttúruauðlindir. Það var ekki fyrr en undir lok aldarinnar að vísindi og tækni urðu drifkraftur nýrra atvinnugreina. Á níunda og tíunda áratug síðustu aldar voru á Íslandi stofnuð mörg fyrirtæki sem byggðust á rannsóknum og þróun (r&þ).

Frá tíunda áratugi síðustu aldar hefur gætt vaxandi grósku í líftækni- og lyfjarannsóknum og samstarf íslenskra líftæknifyrirtækja og einstakra vísindamanna við erlend fyrirtæki og stofnanir hefur aukist. Árið 2004 voru líftæknifyrirtæki á annan tug í landinu. Til dæmis má nefna eftirfarandi fyrirtæki:

• Árið 1996 var deCode Inc í Bandaríkjunum stofnað og stuttu síðar Íslensk erfðagreining ehf. á Íslandi. Í upphafi var Íslensk erfðagreining að leita að erfðavísum sem valda sjúkdómum á Íslandi og markaðssetja þær upplýsingar.

• Lyfjaþróun var stofnuð árið 1991. Fyrirtækið rannsakar og þróar aðferðir til lyfjagjafar og bólusetningar. Markmið félagsins er að þróa bóluefni í nýju lyfjaformi, nefúða í stað stungusprautu við ýmsum smitsjúkdómum, svo sem barnaveiki, stífkrampa, inflúensu og kóleru.

• Urður Verðandi Skuld (UVS) var stofnuð árið 1999. UVS sérhæfir sig í krabbameinsrannsóknum þar sem leitað er að erfðafræðilegum orsökum krabbameins og er ætlunin að leita betri leiða til að greina og meðhöndla krabbamein.

• Prokaria var stofnað árið 1998. Tilgangur fyrirtækisins er að rannsaka og þróa vörur og aðferðir við að hagnýta erfðaefni úr íslenskri náttúru en megináherslan er lögð á ensím úr hveraörverum.

Svið líftækninnar

Líftæknilegum aðferðum er beitt á fjölmörgum sviðum framleiðslu og tækni. Til hægðarauka er því talið hentugt að skipta líftækninni upp í svið sem hefð er fyrir að „litakóða“ eins og sýnt er hér fyrir neðan. Athuga ber þó að einstök viðfangsefni líftækninnar geta hæglega skarast milli sviða, til dæmis framleiðsla lyfja (rauð líftækni) í erfðabreyttum plöntum (græn líftækni).

• Rauð líftækni snýst um framleiðslu lyfja og aðra beitingu líftæknilegra aðferða í heilbrigðisvísindum. Sem dæmi mætti nefna framleiðslu insúlíns í erfðabreyttum bakteríum, skimun eftir nýjum sýklalyfjum í náttúrlegum þýðum baktería og annarra lífvera, og þróun lækninga sem byggja á breytingum í erfðamengi sjúklings (genalækningar).
• Græn líftækni fjallar um notkun líftækni í landbúnaði. Hér má nefna dæmi á borð við kynbætur plöntuyrkja í frumuræktum og erfðabreytingu plöntuyrkja til að auka þol þeirra gegn ákveðnu umhverfisáreiti (t.d. þurrki eða ágangi skordýra).
• Hvít líftækni er einnig nefnd iðnaðarlíftækni eða framleiðslulíftækni. Dæmi um hvíta líftækni eru framleiðsla ýmiss konar efna, svo sem eldsneytis eða tæknilegra hjálparefna, með örverum í ræktunartanki og notkun örveruensíma í framleiðsluferlum. Matvælaframleiðslu með gerjun, sem stundum er nefnd gul líftækni, má flokka sem hvíta líftækni.
• Blá líftækni er hvers kyns líftækni sem snýr að hafinu og sjávarlífverum. Meðal dæma mætti nefna nýtingu sjávarafurða sem hráefnis við líftæknilega framleiðslu, nýtingu sjávarlífvera sem uppsprettu lyfja, og erfðabreytingar á eldisfiskum.
• Grá líftækni fjallar um förgun úrgangs, svo sem skólps og sorps, með aðstoð lífvera. Tveggja þrepa skólphreinsun, þar sem stýrt bakteríuþýði brýtur niður ýmis næringarefni í skólpi, er dæmi um gráa líftækni.
• Brún líftækni snýst um notkun líftæknilegra aðferða við verndun og hreinsun umhverfis. Lífhreinsun, þar sem náttúrlegir eða erfðabreyttir bakteríustofnar eru notaðir til að hreinsa upp mengun eftir mengunarslys eða aðra losun spilliefna, er dæmi um brúna líftækni.
• Lífgagnatækni er stundum talin upp sem sérstakt svið innan líftækninnar, en hún snýst um úrvinnslu erfðafræðilegra, sameindalíffræðilegra og lífefnafræðilegra gagna, einkum þegar beitt er heildstæðri nálgun þar sem gjörvöll mengi lífefna eru til skoðunar hverju sinni, sbr. erfðamengjagreiningu, umritamengjagreiningu og prótínmengjagreiningu.

Líftækni á Íslandi

Laufey Hrólfsdóttir, B.Sc. í líftækni, við rannsóknastörf við Háskólann á Akureyri vorið 2008.

Hefðbundin matvælalíftækni á borð við öl-, brauð- og ostagerð hefur verið stunduð á Íslandi um langan aldur og er nokkur fjöldi fyrirtækja starfandi á því sviði. Á öðrum sviðum líftækninnar hefur einnig verið mikil gróska hér á landi á umliðnum árum.

Fyrirtæki

Ýmis fyrirtæki á Íslandi notast við líftæknilegar aðferðir en mikilvægi þess eykst gífurlega. Þessar aðferðir eru notaðar við lyfja- og snyrtivöruframleiðslu, við förgun sorps og erfðabætingar svo eitthvað sé nefnt. Hér á eftir kemur listi yfir þau fyrirtæki sem notast við líftæknilegar aðferðir en listinn er ekki tæmandi:

Actavis Group Akthelia (BP lífefni) Artmedica Auris Biocule (Lífeind) Biogels (Líf-hlaup) Bláa Lónið Heilsuvörur deCode (Íslensk erfðagreining) enCode (Íslenskar lyfjarannsóknir) Fiskey Haliotis

Hjartavernd IceProtein (Matís) Íslensk fjallagrös Íslenskur Kúffiskur Kerecis Lindgen Línuhönnun Lýsi MentisCura NimbleGen NorðurÍs (NorthTaste) Oculis

Orf Líftækni Primex Prokaria (Matís) Rannsóknaþjónustan Sýni Saga Medica Sero Stofnfiskur Valamed Þörungaverksmiðjan WiCell á Íslandi Zymetech

Menntun og rannsóknir

Háskólinn á Akureyri býður einn íslenskra háskóla upp á sérhæft nám í líftækni, en nám á skyldum sviðum er einnig í boði við Háskóla Íslands, Landbúnaðarháskóla Íslands og Háskólann á Hólum. Líftækni er tiltölulega ný grein innan Háskólans á Akureyri og hefur verið kennd frá haustinu 2002. Alls hafa um 65 nemendur skráð sig í nám í Líftækni og þar af 26 lokið námi. Á Vorönn 2009 eru 17 nemendur skráðir við brautina. Líftækni býður upp á marga atvinnumöguleika og gæti þetta orðið iðnaður framtíðarinnar. Líftækni iðnaður er alþjóðlegur og er haldin árleg sýning þar sem helstu aðilar í líftæknigeiranum koma saman. Sýningin er sú stærsta sinnar tegundar í heiminum og gestafjöldinn árið 2007 var yfir 22.000 manns frá 64 löndum.

Auk háskólanna og ofangreindra fyrirtækja stunda rannsóknastofnanir á borð við Matís og Nýsköpunarmiðstöð Íslands rannsóknir á sviði líftækni.

Heimildir

• Biotechnology Institute (2005) Historical events in biotechnology Geymt 18 apríl 2009 í Wayback Machine. Grein á heimasíðu BI.
• Birgir Harðarson (2005) Hátækniiðnaður, Þróun og staða á Íslandi, Norðurlöndum og Írlandi. Skýrsla unnin fyrir Samtök upplýsingafyrirtækja PDF
• Emilía Martinsdóttir (1978) Gelatín eða matarlím úr grásleppuhvelju og nýting fisholdsins. Tæknitíðindi Rannsóknastofnunar fiskiðnaðarins nr. 100, 9 bls.
• K. Ereky (1919) Biotechnologie der Fleisch-, Fett- und Milcherzeugung im landwirtschaftlichen Grosbetriebe. Berlín: Verlag Paul Parey.
• M. G. Fári og U. P. Kralovánszky (2006) The founding father of biotechnology: Károly (Karl) Ereky. International Journal of Horticultural Science 12, 9-12.
• A. Fiechter, T. Beppu, V.S. Bisaria, og A.L. Demain (ritstj.) 2000. History of Modern Biotechnology I. New York: Springer-Verlag.
• Goeddel D.V., Kleid D.G., Bolivar F., Heyneker H.L., Yansura D.G., Crea R., Hirose T., Kraszewski A., Itakura K. og Riggs A.D. (1979) Expression in Escherichia coli of chemically synthesized genes for human insulin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 76, 106-110.
• Samtök Iðnaðarins (2007) Frétt á heimasíðu SI^{[óvirkur tengill]}.
• Sigurður Pétursson og Geir Arnesen (1975) Roði á saltfiski. Tæknitíðindi Rannsóknastofnunar fiskiðnaðarins nr. 55, 6 bls.

Tenglar

Wikipedia

Líftæknigátt
Tenglasafn í líftækni

• Gagnagrunnur National Center for Biotechnology Information.
• European Federation of Biotechnology Geymt 8 júlí 2017 í Wayback Machine.
• Upplýsingavefur þýska menntamálaráðuneytisins um líftækni.
• Nature Biotechnology.
• Erfðatækni og erfðabreyttar plöntur Geymt 4 janúar 2010 í Wayback Machine.
• Háskólinn á Akureyri, Líftækni.
• Líftækni greinar.
• Líftæknistofnun.
• Læknablaðið.
• Náttúra.info^{[óvirkur tengill]}.
• Samtök íslenskra líftæknifyrirtækja (SÍL) Geymt 25 apríl 2009 í Wayback Machine.
• Samtök líftækniiðnaðar.