Công nghệ sinh học
Lịch sử

Mặc dù không phải là những gì đầu tiên xuất hiện trong thời kỳ đầu, nhiều hình thức nông nghiệp có nguồn gốc từ con người rõ ràng phù hợp với định nghĩa rộng "sử dụng một hệ thống công nghệ sinh học để tạo ra các sản phẩm". Thật vậy, việc trồng cây có thể được xem là doanh nghiệp công nghệ sinh học sớm nhất.
Nông nghiệp đã được lý thuyết hóa để trở thành phương thức sản xuất thực phẩm chủ đạo kể từ Cách mạng thời đại đồ đá mới. Thông qua công nghệ sinh học sớm, những người nông dân sớm nhất đã chọn và nhân giống các loại cây trồng phù hợp nhất, có năng suất cao nhất, để sản xuất đủ lương thực để hỗ trợ cho dân số ngày càng tăng. Khi cây trồng và cánh đồng ngày càng lớn và khó bảo trì, người ta đã phát hiện ra rằng các sinh vật cụ thể và các sản phẩm phụ của chúng có thể thụ tinh, phục hồi nitơ và kiểm soát sâu bệnh một cách hiệu quả. Trong suốt lịch sử nông nghiệp, nông dân đã vô tình thay đổi di truyền của cây trồng thông qua việc đưa chúng vào môi trường mới và nhân giống chúng với các loại cây khác - một trong những hình thức đầu tiên của công nghệ sinh học.
Các quá trình này cũng được bao gồm trong quá trình lên men bia sớm. Các quá trình này đã được giới thiệu ở Mesopotamia sớm, Ai Cập, Trung Quốc và Ấn Độ, và vẫn sử dụng các phương pháp sinh học cơ bản tương tự. Trong sản xuất bia, các loại hạt mạch nha (có chứa enzyme) chuyển đổi tinh bột từ ngũ cốc thành đường và sau đó thêm các loại men cụ thể để sản xuất bia. Trong quá trình này, carbohydrate trong các loại ngũ cốc đã phân hủy thành rượu, chẳng hạn như ethanol. Sau đó, các nền văn hóa khác đã tạo ra quá trình lên men axit lactic, nơi sản xuất các thực phẩm được bảo quản khác, chẳng hạn như nước tương. Lên men cũng được sử dụng trong thời gian này để sản xuất bánh men. Mặc dù quá trình lên men chưa được hiểu đầy đủ cho đến khi Louis Pasteur hoạt động vào năm 1857, đây vẫn là lần đầu tiên sử dụng công nghệ sinh học để chuyển đổi nguồn thực phẩm sang dạng khác.
Trước thời gian làm việc và cuộc sống của Charles Darwin, các nhà khoa học động vật và thực vật đã sử dụng nhân giống chọn lọc. Darwin đã thêm vào cơ thể công việc đó bằng những quan sát khoa học của mình về khả năng khoa học thay đổi loài. Những tài khoản này đã đóng góp cho lý thuyết chọn lọc tự nhiên của Darwin.
Trong hàng ngàn năm, con người đã sử dụng nhân giống chọn lọc để cải thiện sản xuất cây trồng và vật nuôi để sử dụng chúng làm thực phẩm. Trong chọn giống, các sinh vật có đặc điểm mong muốn được giao phối để tạo ra con cái có cùng đặc điểm. Ví dụ, kỹ thuật này đã được sử dụng với ngô để tạo ra những cây trồng lớn nhất và ngọt nhất.
Vào đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học đã hiểu biết nhiều hơn về vi sinh và tìm hiểu các cách sản xuất các sản phẩm cụ thể. Năm 1917, Chaim Weizmann lần đầu tiên sử dụng nuôi cấy vi sinh tinh khiết trong quy trình công nghiệp, đó là sản xuất tinh bột ngô sử dụng Clostridium acetobutylicum, để sản xuất acetone, mà Vương quốc Anh rất cần để sản xuất thuốc nổ trong Thế chiến I.
Công nghệ sinh học cũng đã dẫn đến sự phát triển của kháng sinh. Năm 1928, Alexander Fleming đã phát hiện ra nấm Penicillium. Công việc của ông đã dẫn đến việc tinh chế hợp chất kháng sinh được hình thành bởi nấm mốc bởi Howard Florey, Ernst Boris Chain và Norman Heatley - để tạo thành thứ mà ngày nay chúng ta gọi là penicillin. Năm 1940, penicillin đã có sẵn để sử dụng thuốc để điều trị nhiễm khuẩn ở người.
Lĩnh vực công nghệ sinh học hiện đại thường được cho là ra đời vào năm 1971 khi các thí nghiệm của Paul Berg (Stanford) trong ghép nối gen đã thành công sớm. Herbert W. Boyer (Đại học Calif. Tại San Francisco) và Stanley N. Cohen (Stanford) đã cải tiến đáng kể công nghệ mới vào năm 1972 bằng cách chuyển vật liệu di truyền thành vi khuẩn, do đó vật liệu nhập khẩu sẽ được sao chép. Khả năng thương mại của ngành công nghiệp công nghệ sinh học đã được mở rộng đáng kể vào ngày 16 tháng 6 năm 1980, khi Tòa án Tối cao Hoa Kỳ phán quyết rằng một vi sinh vật biến đổi gen có thể được cấp bằng sáng chế trong trường hợp Diamond v. Chakrabarty. Ananda Chakrabarty sinh ra ở Ấn Độ, làm việc cho General Electric, đã sửa đổi một loại vi khuẩn (thuộc chi Pseudomonas) có khả năng phá vỡ dầu thô, mà ông đề xuất sử dụng để xử lý sự cố tràn dầu. (Công việc của Chakrabarty không liên quan đến thao túng gen mà là chuyển toàn bộ bào quan giữa các chủng vi khuẩn Pseudomonas.
MOSFET (bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại) được phát minh bởi Mohamed M. Atalla và Dawon Kahng vào năm 1959. Hai năm sau, Leland C. Clark và Champ Lyons đã phát minh ra bộ cảm biến sinh học đầu tiên vào năm 1962. MOSFE Biosensor sau đó đã được phát triển, và chúng đã được sử dụng rộng rãi để đo các thông số vật lý, hóa học, sinh học và môi trường. BioFE đầu tiên là bóng bán dẫn hiệu ứng trường nhạy cảm với ion (ISFE), được phát minh bởi Piet Bergveld vào năm 1970. Nó là một loại MOSFET đặc biệt, trong đó cổng kim loại được thay thế bằng màng nhạy cảm với ion, dung dịch điện phân và điện cực tham chiếu. ISFE được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh, như phát hiện lai DNA, phát hiện dấu ấn sinh học từ máu, phát hiện kháng thể, đo glucose, cảm biến pH và công nghệ di truyền.
Vào giữa những năm 1980, các BioFE khác đã được phát triển, bao gồm cảm biến khí FET (GASFE), cảm biến áp suất FET (PRESSFE), bóng bán dẫn hiệu ứng trường hóa học (Hóa chất), ISFE tham chiếu (REFE), FET biến đổi enzyme (ENFE) và FET sửa đổi miễn dịch (IMFE). Đến đầu những năm 2000, các loại BioFE như bóng bán dẫn hiệu ứng trường DNA (DNAFE), FET biến đổi gen (GenFE) và BioFE tiềm năng tế bào (CPFE) đã được phát triển.
Một yếu tố ảnh hưởng đến thành công của ngành công nghệ sinh học là cải thiện luật quyền sở hữu trí tuệ và thực thi pháp luật trên toàn thế giới, cũng như tăng cường nhu cầu đối với các sản phẩm y tế và dược phẩm để đối phó với dân số Hoa Kỳ đang già hóa và ốm yếu.
Nhu cầu tăng đối với nhiên liệu sinh học dự kiến sẽ là tin tốt cho ngành công nghệ sinh học, với Bộ Năng lượng ước tính việc sử dụng ethanol có thể làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ của Mỹ tới 30% vào năm 2030. Ngành công nghệ sinh học đã cho phép ngành công nghiệp nông nghiệp Hoa Kỳ tăng nhanh nguồn cung ngô và đậu nành. Đầu vào chính vào nhiên liệu sinh học bằng cách phát triển hạt giống biến đổi gen chống lại sâu bệnh và hạn hán. Bằng cách tăng năng suất trang trại, công nghệ sinh học thúc đẩy sản xuất nhiên liệu sinh học.