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バイオテクノロジーは、生物やその一部を利用して製品やサービスを開発するために、自然科学と工学を統合した学際的な分野です。 [1]
バイオテクノロジーという用語は、 1919年にカーロイ・エレキによって初めて使用され、生体の助けを借りて原材料から製品を生産することを指します[2] 。バイオテクノロジーの中核となる原理は、細菌、酵母、植物などの生物学的システムと生物を利用して、特定のタスクを実行したり、貴重な物質を生産したりすることです。
バイオテクノロジーは、医学から農業、環境科学まで、社会の多くの分野に大きな影響を与えました。バイオテクノロジーで使用される主要な技術の1つは遺伝子工学であり、科学者は生物の遺伝子構造を変更して望ましい結果を得ることができます。これには、ある生物の遺伝子を別の生物に挿入することが含まれる可能性があり、その結果、新しい形質を作成したり、既存の形質を変更したりします。[3]
バイオテクノロジーで使用されるその他の重要な技術には、研究者が研究や医療目的で実験室で細胞や組織を培養できるようにする組織培養や、ビール、ワイン、チーズなどの幅広い製品を生産するために使用される 発酵などがあります。
バイオテクノロジーの応用は多岐にわたり、命を救う医薬品、バイオ燃料、遺伝子組み換え作物、革新的な素材などの重要な製品の開発につながっています。[4]また、生分解性プラスチックの開発や微生物を利用した汚染地の浄化など、環境問題の解決にも利用されています。
バイオテクノロジーは急速に発展している分野であり、差し迫った地球規模の課題に対処し、世界中の人々の生活の質を向上させる大きな可能性を秘めています。しかし、多くの利点があるにもかかわらず、遺伝子組み換えや知的財産権に関する問題など、倫理的および社会的課題も引き起こしています。その結果、さまざまな業界や分野でバイオテクノロジーの使用と応用をめぐる議論と規制が続いています。[5]
意味
バイオテクノロジーの概念は、動物の家畜化、植物の栽培、および人工選択と交配を採用した育種プログラムによるこれらの「改良」にまで遡る、人間の目的のために生物を改変する幅広い手順を包含する。現代の用法には、遺伝子工学、細胞および組織培養技術も含まれる。アメリカ化学会は、バイオテクノロジーを、生命科学の学習と医薬品、作物、家畜などの材料や生物の価値の向上のために、さまざまな産業が生物学的有機体、システム、またはプロセスを応用することと定義している。[6]欧州バイオテクノロジー連盟によると、バイオテクノロジーは、製品やサービスのための自然科学と生物、細胞、その部分、および分子類似体を統合したものである。[7]バイオテクノロジーは、基礎生物学（分子生物学、生化学、細胞生物学、発生学、遺伝学、微生物学など）に基づいており、逆に生物学の基礎研究をサポートおよび実行するための方法を提供する。[要出典]
バイオテクノロジーとは、バイオインフォマティクスを用いてあらゆる生物やバイオマス源から生化学工学によって探索、抽出、活用、生産を行う研究室での研究開発であり、高付加価値製品の企画（例えば生合成による再現）、予測、配合、開発、製造、販売が可能であり、持続可能な運営（研究開発への無限の初期投資からの回収のため）と永続的な特許権（販売の独占権のため、そしてこれに先立ち、特にバイオテクノロジーの製薬分野における動物実験や人体実験の結果から国内および国際的な承認を得て、製品の使用による未検出の副作用や安全性の懸念を防ぐため）の獲得を目的としている。[8] [9] [10]生物学的プロセス、生物、またはシステムを利用して、人間の生活を改善することが期待される製品を生産することをバイオテクノロジーと呼ぶ。[11]
対照的に、バイオエンジニアリングは、生物と相互作用し、生物を利用するためのより高次のシステムアプローチ（必ずしも生物学的材料を直接変更または使用するわけではない）をより重視する関連分野として一般的に考えられています。バイオエンジニアリングは、工学と自然科学の原理を組織、細胞、分子に適用することです。これは、生物学を操作して植物や動物の機能を改善できる結果を達成するために、生物学を操作して得た知識を使用するものと考えることができます。[12]関連して、生物医学工学は、特に組織工学、バイオ医薬品工学、遺伝子工学などの生物医学または化学工学の特定のサブフィールドで、バイオテクノロジー（さまざまな定義による）を活用し、適用する重複分野です。[要出典]
歴史
通常最初に思い浮かぶものではないが、人間由来の農業の多くの形態は、「バイオテクノロジーのシステムを利用して製品を作る」という広い定義に明らかに当てはまる。実際、植物の栽培は最も初期のバイオテクノロジー事業とみなすことができる。[要出典]
農業は、新石器革命以来、食料生産の主流となったと理論づけられている。初期の農民は、初期のバイオテクノロジーを通じて、最も適した作物（例えば、最も収穫量の多い作物）を選択し、栽培して、増加する人口を支えるのに十分な食料を生産した。作物や畑が次第に大きくなり、維持が困難になるにつれ、特定の生物とその副産物が、効果的に肥料を与え、窒素を補給し、害虫を駆除できることが発見された。農業の歴史を通じて、農民は、作物を新しい環境に導入し、他の植物と交配させることで、作物の遺伝子を意図せず改変してきた。これは、バイオテクノロジーの最初の形態の 1 つである。[説明が必要]
これらのプロセスは、ビールの初期の発酵にも含まれていました。[13]これらのプロセスは、初期のメソポタミア、エジプト、中国、インドで導入され、現在でも同じ基本的な生物学的方法が使用されています。醸造では、麦芽穀物（酵素を含む）が穀物のデンプンを糖に変換し、次に特定の酵母を加えてビールを製造します。このプロセスでは、穀物の炭水化物がエタノールなどのアルコールに分解されます。後に、他の文化が乳酸発酵のプロセスを生み出し、醤油などの他の保存食品を生産しました。この時期には、発酵はパンの発酵にも使用されていました。発酵のプロセスは、1857年のルイ・パスツールの研究まで完全には理解されていませんでしたが、それでも、食品源を別の形に変換するためのバイオテクノロジーの最初の使用です。[要出典]
チャールズ・ダーウィンの活動と生涯以前から、動物学者や植物学者は品種改良を行っていた。ダーウィンは、科学が種を変える能力についての科学的観察をその研究に付け加えた。これらの記述は、ダーウィンの自然選択理論に貢献した。[14]
人類は何千年もの間、食用作物や家畜の生産を改善するために品種改良を行ってきました。品種改良では、望ましい特性を持つ生物を交配して、同じ特性を持つ子孫を生み出します。例えば、この技術はトウモロコシに使用され、最も大きくて甘い作物を生産しました。[15]
20世紀初頭、科学者たちは微生物学への理解を深め、特定の製品の製造方法を模索しました。1917年、ハイム・ワイツマンは、クロストリジウム・アセトブチリカムを使用したコーンスターチの製造プロセスで、純粋な微生物培養物を初めて工業プロセスに使用し、アセトンを生産しました。アセトンは、第一次世界大戦中にイギリスが爆発物の製造に切実に必要としていたものでした。[ 16]
バイオテクノロジーは抗生物質の開発にもつながりました。1928年、アレクサンダー・フレミングはカビのペニシリウムを発見しました。彼の研究は、ハワード・フローリー、エルンスト・ボリス・チェイン、ノーマン・ヒートリーによるカビが生成した抗生物質化合物の精製につながり、今日私たちがペニシリンとして知っている化合物が作られました。1940年、ペニシリンは人間の細菌感染症の治療に医療用として利用できるようになりました。[15]
現代のバイオテクノロジーの分野は、一般的には、ポール・バーグ（スタンフォード大学）の遺伝子組み換え実験が初期の成功を収めた1971年に誕生したと考えられています。ハーバート・W・ボイヤー（カリフォルニア大学サンフランシスコ校）とスタンレー・N・コーエン（スタンフォード大学）は、遺伝物質を細菌に移し、輸入した物質を再生できるようにすることで、1972年にこの新技術を大幅に進歩させました。バイオテクノロジー産業の商業的実現可能性は、1980年6月16日、米国最高裁判所がダイアモンド対チャクラバーティ事件で遺伝子組み換え 微生物に特許を認める判決を下したことで大幅に拡大しました。[17]インド生まれでゼネラル・エレクトリックに勤務していたアナンダ・チャクラバーティは、原油を分解できる細菌（シュードモナス属）を組み換え、原油流出の処理に使用することを提案しました。 （チャクラバーティの研究は遺伝子操作ではなく、シュードモナス菌株間で細胞小器官全体を移植するものでした）。[要出典]
MOSFETは1955年から1960年にかけてベル研究所で発明されました。[18] [19] [20] [21] [22] [23] 2年後の1962年、リーランド・C・クラークとシャン・ライオンズが最初のバイオセンサーを発明しました。 [24] [25]その後、 バイオセンサーMOSFETが開発され、それ以来、物理的、化学的、生物学的、環境的パラメータの測定に広く使用されています。[26]最初のバイオFETは、 1970年にピエト・ベルグフェルドが発明したイオン感応電界効果トランジスタ（ISFET）でした。 [27] [28]これはMOSFETの特殊なタイプで、[26]金属ゲートがイオン感応膜、電解液、参照電極に置き換えられています。[29] ISFETは、 DNAハイブリダイゼーションの検出、血液からのバイオマーカーの検出、抗体の検出、グルコース測定、pHセンシング、遺伝子技術などのバイオメディカルアプリケーションで広く使用されています。[29]
1980年代半ばまでに、ガスセンサーFET（GASFET）、圧力センサーFET（PRESSFET）、化学電界効果トランジスタ（ChemFET）、リファレンスISFET（REFET）、酵素修飾FET（ENFET）、免疫学的修飾FET（IMFET）など、他のバイオFETが開発されました。[26] 2000年代初頭までに、 DNA電界効果トランジスタ（DNAFET）、遺伝子修飾FET（GenFET）、細胞電位バイオFET（CPFET）などのバイオFETが開発されました。[29]
バイオテクノロジー分野の成功に影響を与える要因としては、世界的に知的財産権に関する法律とその施行が改善されたこと、そして医療・医薬品に対する需要が高まったことが挙げられる。[30]
バイオ燃料の需要増加はバイオテクノロジー分野にとって朗報となると予想されており、エネルギー省はエタノールの使用により2030年までに米国の石油由来燃料の消費量を最大30％削減できると見積もっている。バイオテクノロジー分野は、害虫や干ばつに耐性のある遺伝子組み換え種子を開発することで、米国の農業産業がバイオ燃料の主な投入物であるトウモロコシと大豆の供給を急速に増やすことを可能にした。バイオテクノロジーは農場の生産性を高めることで、バイオ燃料の生産を促進する。[31]
例
バイオテクノロジーは、ヘルスケア（医療）、作物生産と農業、作物やその他の製品の非食品（工業）用途（例：生分解性プラスチック、植物油、バイオ燃料）、環境用途の4つの主要な産業分野に応用されています。[要出典]
たとえば、バイオテクノロジーの応用例の 1 つは、有機製品 (ビールや乳製品など)の製造に微生物を直接利用することです。別の例としては、鉱業で天然に存在する細菌をバイオリーチングに使用することが挙げられます。[要出典]バイオテクノロジーは、リサイクル、廃棄物処理、産業活動によって汚染された場所の浄化 (バイオレメディエーション)、さらには生物兵器の製造にも使用されます。
バイオテクノロジーのいくつかの分野を識別するために、一連の派生用語が造られてきました。たとえば、次のとおりです。
- バイオインフォマティクス（または「ゴールドバイオテクノロジー」）は、計算技術を使用して生物学的問題に対処し、生物学的データの迅速な整理と分析を可能にする学際的な分野です。この分野は計算生物学とも呼ばれ、「生物学を分子の観点から概念化し、情報科学技術を適用して、これらの分子に関連する情報を大規模に理解および整理する」と定義できます。[32]バイオインフォマティクスは、機能ゲノミクス、構造ゲノミクス、プロテオミクスなどのさまざまな分野で重要な役割を果たしており、バイオテクノロジーおよび製薬部門の重要な要素を形成しています。[33]
- ブルーバイオテクノロジーは、海洋資源の開発に基づいて製品や産業用途を創出するものです。[34]このバイオテクノロジーの分野は、主に光合成微細藻類によるバイオオイルの生産を中心に、精製および燃焼産業で最も多く使用されています。 [34] [35]
- グリーンバイオテクノロジーは、農業プロセスに適用されるバイオテクノロジーです。例としては、マイクロプロパゲーションによる植物の選択と栽培化が挙げられます。別の例としては、化学物質の存在下（または不在下）の特定の環境で成長するように遺伝子組み換え植物を設計することが挙げられます。1つの希望は、グリーンバイオテクノロジーが従来の工業型農業よりも環境に優しいソリューションを生み出す可能性があることです。その一例は、殺虫剤を発現するように植物を設計し、それによって外部からの殺虫剤散布の必要性をなくすことです。この例としては、 Btトウモロコシがあります。このようなグリーンバイオテクノロジー製品が最終的に環境に優しいかどうかは、かなりの議論の的となっています。[34]これは一般に、緑の革命の次の段階と考えられており、生物的および非生物的ストレスに対してより肥沃で耐性のある植物の生産を可能にし、環境に優しい肥料の適用と生物農薬の使用を保証する技術を使用して世界の飢餓を根絶するためのプラットフォームと見なすことができます。主に農業の発展に焦点を当てています。[34]一方、グリーンバイオテクノロジーの用途には、廃棄物の浄化と削減に微生物を利用するものもある。[36] [34]
- レッドバイオテクノロジーとは、医療・製薬産業、健康維持におけるバイオテクノロジーの利用である。[34]この分野には、ワクチンや抗生物質の製造、再生療法、人工臓器の創出、病気の新しい診断が含まれる。[34]ホルモン、幹細胞、抗体、siRNA、診断検査の開発も同様である。[34]
- ホワイトバイオテクノロジーは、工業バイオテクノロジーとも呼ばれ、工業プロセスに応用されるバイオテクノロジーです。一例として、有用な化学物質を生産する生物の設計が挙げられます。また、酵素を工業用触媒として使用して、貴重な化学物質を生産したり、有害/汚染化学物質を破壊したりすることも挙げられます。ホワイトバイオテクノロジーは、工業製品を生産するために使用される従来のプロセスよりも、資源の消費量が少ない傾向があります。[37] [38]
- 「イエローバイオテクノロジー」とは、食品生産（食品産業）におけるバイオテクノロジーの利用を指し、例えば発酵によるワイン（ワイン製造）、チーズ（チーズ製造）、ビール（醸造）の製造に用いられる。[34]また、昆虫に応用されたバイオテクノロジーを指すためにも使用されている。これには、有害な昆虫の防除、研究目的での昆虫の有効成分や遺伝子の特性評価と利用、農業や医療への応用、その他さまざまなアプローチのためのバイオテクノロジーに基づくアプローチが含まれる。[39]
- グレイバイオテクノロジーは環境への応用に特化しており、生物多様性の維持と汚染物質の除去に重点を置いています。[34]
- ブラウンバイオテクノロジーは乾燥地や砂漠の管理に関連しています。その応用例の一つは、乾燥地域の極端な環境条件に耐える強化種子の作成であり、これは農業技術の革新、創造、資源管理に関連しています。[34]
- バイオレットバイオテクノロジーは、バイオテクノロジーを取り巻く法律、倫理、哲学の問題に関連しています。[34]
- 微生物バイオテクノロジーは、宇宙や微小重力（宇宙バイオエコノミー）におけるバイオテクノロジー応用の急速に発展している分野として提案されている[40]
- ダークバイオテクノロジーは、微生物や毒素を使用して人間、家畜、作物に病気や死を引き起こすバイオテロや生物兵器、生物戦争に関連付けられる色です。[41] [34]
薬
医療の分野では、現代のバイオテクノロジーは、医薬品の発見と製造、薬理ゲノム学、遺伝子検査（または遺伝子スクリーニング）などの分野で多くの応用があります。2021年には、世界中の製薬バイオテクノロジー企業の総企業価値の約40％が腫瘍学の分野で活動しており、神経学と希少疾患が他の2つの大きな応用分野でした。[42]
薬理ゲノム学（薬理学とゲノミクスを組み合わせたもの）は、遺伝子構成が個人の薬物に対する反応にどのように影響するかを分析する技術です。[43] この分野の研究者は、遺伝子発現または一塩基多型を薬物の有効性または毒性と相関させることにより、患者の薬物反応に対する遺伝的変異の影響を調査します。[ 44 ]薬理ゲノム学の目的は、患者の遺伝子型に関して薬物療法を最適化し、副作用を最小限に抑えて最大限の有効性を確保するための合理的な手段を開発することです。[ 45 ]このようなアプローチは、「個別化医療」の到来を約束します。個別化医療では、薬物と薬物の組み合わせが各個人の独自の遺伝子構成に合わせて最適化されます。[46] [47]
バイオテクノロジーは、伝統的な低分子 医薬品だけでなく、バイオテクノロジーの産物である医薬品、すなわちバイオ医薬品の発見と製造にも貢献してきました。現代のバイオテクノロジーは、既存の医薬品を比較的容易かつ安価に製造するために使用できます。最初の遺伝子組み換え製品は、人間の病気を治療するために設計された医薬品でした。一例を挙げると、1978年にジェネンテックは、細菌大腸菌に挿入されたプラスミドベクターに遺伝子を結合することにより、合成ヒト化インスリンを開発しました。糖尿病の治療に広く使用されているインスリンは、以前は屠殺動物（牛または豚）の膵臓から抽出されていました。遺伝子組み換え細菌は、比較的低コストで大量の合成ヒトインスリンを生産することができます。[48] [49]バイオテクノロジーは、遺伝子治療などの新しい治療法も可能にしました。バイオテクノロジーの基礎科学への応用（例えばヒトゲノム計画を通じて）は生物学に対する理解を劇的に向上させ、正常生物学と疾患生物学の科学的知識が増加するにつれて、これまで治療できなかった疾患を治療するための新薬を開発する能力も向上しました。[49]
遺伝子検査は、遺伝性疾患に対する脆弱性の遺伝子 診断を可能にし、また、子供の親子関係（遺伝上の母親と父親）または一般に人の祖先を決定するために使用することができる。個々の遺伝子のレベルまで染色体を研究することに加えて、より広い意味での遺伝子検査には、遺伝性疾患の可能性、または遺伝性疾患を発症するリスクの増加に関連する遺伝子の変異形態の存在を検出する生化学検査が含まれる。 遺伝子検査は、染色体、遺伝子、またはタンパク質の変化を特定する。[50]ほとんどの場合、検査は遺伝性疾患に関連する変化を見つけるために使用される。 遺伝子検査の結果は、疑わしい遺伝状態を確認または除外したり、人が遺伝性疾患を発症または遺伝させる可能性を判断するのに役立ちます。 2011年の時点で、数百の遺伝子検査が使用されていました。[51] [52]遺伝子検査は倫理的または心理的な問題を引き起こす可能性があるため、遺伝子検査には遺伝カウンセリングが伴うことが多い。
農業
遺伝子組み換え作物（「GM 作物」または「バイオテクノロジー作物」）は、農業で使用される植物で、遺伝子工学技術によってDNAが組み換えられています。ほとんどの場合、主な目的は、その種に自然には存在しない新しい特性を導入することです。バイオテクノロジー企業は、都市農業の栄養と生存能力を改善することで、将来の食糧安全保障に貢献できます。さらに、知的財産権の保護により、アグロバイオテクノロジーへの民間投資が促進されます。[引用が必要]
食用作物の例としては、特定の害虫に対する耐性、[53]病気に対する耐性、[54]ストレスの多い環境条件に対する耐性、[55]化学処理に対する耐性（例えば、除草剤に対する耐性[56]）、腐敗の減少、[57]または作物の栄養プロファイルの改善[ 58]などが挙げられます。非食用作物の例としては、医薬品、[59] バイオ燃料、[60]およびその他の産業上有用な商品、[61]ならびにバイオレメディエーション[ 62 ] の生産が挙げられます。[63]
農家はGM技術を広く採用している。1996年から2011年の間に、GM作物の耕作地の総面積は17,000平方キロメートルから1,600,000平方キロメートル（4,200,000エーカーから395,400,000エーカー）へと94倍に増加した。[64] 2010年には、世界の農地の10％にGM作物が植えられた。 [64] 2011年現在、11種類の遺伝子組み換え作物が、米国、ブラジル、アルゼンチン、インド、カナダ、中国、パラグアイ、パキスタン、南アフリカ、ウルグアイ、ボリビア、オーストラリア、フィリピン、ミャンマー、ブルキナファソ、メキシコ、スペインなど29か国で3億9,500万エーカー（1億6,000万ヘクタール）の土地で商業的に栽培されている。[64]
遺伝子組み換え食品とは、遺伝子工学の手法でDNAに特定の変化を導入した生物から生産される食品である。これらの技術により、新しい作物の形質の導入が可能になり、また、これまでの品種改良や突然変異育種などの手法よりも食品の遺伝子構造をはるかに制御できるようになった。[65]遺伝子組み換え食品の商業販売は、カルジーン社が熟成遅延トマト「Flavr Savr」を初めて販売した1994年に始まりました。 [66]現在までに、食品の遺伝子組み換えのほとんどは、主に大豆、トウモロコシ、キャノーラ、綿実油など、農家の需要が高い換金作物に焦点を当ててきました。これらは、病原体や除草剤への耐性と、より良い栄養プロファイルのために遺伝子組み換えされています。遺伝子組み換え家畜も実験的に開発されており、2013年11月には市場に出回っていませんでしたが、[67] 2015年にFDAが商業生産と消費のための最初の遺伝子組み換えサーモンを承認しました。[68]
現在入手可能な遺伝子組み換え作物由来の食品は、従来の食品よりも人間の健康に大きなリスクをもたらさないという科学的コンセンサスがあるが、 [73] [74] [75] [76] [77] 、各遺伝子組み換え食品は導入前に個別にテストする必要がある。[78] [79] [80]それにもかかわらず、一般の人々が遺伝子組み換え食品を安全であると認識する可能性は、科学者よりもはるかに低い。[81] [82] [83] [84]遺伝子組み換え食品の法的および規制上の地位は国によって異なり、一部の国では遺伝子組み換え食品を禁止または制限し、他の国では規制の程度が大きく異なるものの遺伝子組み換え食品を許可している。[85] [86] [87] [88]
GM作物は、過剰に使用されなければ、多くの生態学的利益ももたらします。[89]害虫耐性作物は農薬使用量を減らすことが証明されており、したがって農薬全体の環境への影響を軽減します。[90]しかし、反対派は、環境への懸念、GM作物から生産された食品が安全かどうか、GM作物が世界の食糧需要に対応するために必要かどうか、これらの生物が知的財産法の対象であるという事実から生じる経済的懸念など、いくつかの理由でGM作物自体に反対しています。
バイオテクノロジーは食糧安全保障の分野でいくつかの用途がある。ゴールデンライスのような作物は栄養価が高くなるように改良されており、食品の保存期間を長くできる可能性がある。[91]農業バイオテクノロジーの一形態ではないが、ワクチンは畜産業で見られる病気の予防に役立つ。さらに、農業バイオテクノロジーは繁殖プロセスを迅速化して、より早く結果を得て、より多くの食糧を供給することができる。[92]穀物の遺伝子組み換え栄養強化は、インドやその他の国で栄養失調と闘う有望な方法と考えられてきた。[93]
産業
産業バイオテクノロジー（主にヨーロッパではホワイトバイオテクノロジーとして知られている）は、産業発酵を含む産業目的へのバイオテクノロジーの応用である。これには、微生物などの細胞、または酵素などの細胞成分を使用して、化学薬品、食品・飼料、洗剤、紙・パルプ、繊維、バイオ燃料などの分野で産業的に有用な製品を生成する慣行が含まれる。[94]ここ数十年で、産業バイオテクノロジーの用途の多様性と経済的実現可能性を高める遺伝子組み換え生物（GMO）の作成において大きな進歩が遂げられている。再生可能な原材料を使用してさまざまな化学物質や燃料を生産することにより、産業バイオテクノロジーは温室効果ガスの排出を削減し、石油化学ベースの経済から脱却する方向に積極的に前進している。[95]
合成生物学は、製造業への経済的かつ持続可能な貢献から、産業バイオテクノロジーの重要な基礎の1つと考えられています。バイオテクノロジーと合成生物学は共同で、化石燃料ではなくバイオベースの生産を使用して、自然に優しい機能を備えた費用対効果の高い製品を生み出す上で重要な役割を果たします。 [96]合成生物学は、ゲノム編集ツールを使用して大腸菌などのモデル微生物を操作し、医薬品やバイオ燃料のバイオ生産などのバイオベース製品を生産する能力を高めるために使用できます。[97]たとえば、コンソーシアム内の大腸菌とサッカロミセスセレビシエは、2つの微生物の利点を活用する共培養アプローチで代謝工学を適用することにより、化学療法剤パクリタキセルの前駆体を生産するための産業用微生物として使用できます。[98]
産業バイオテクノロジーにおける合成生物学の応用のもう一つの例は、繊維製造に使用される1,4-ブタンジオールという化学物質の生産に向けた、CRISPRおよびCRISPRiシステムによる大腸菌の代謝経路の再設計である。1,4-ブタンジオールを生産するために、著者らはCRISPRによって大腸菌の代謝調節を変更し、 glt A遺伝子の点突然変異、sad遺伝子のノックアウト、および6つの遺伝子（cat 1、suc D、4hbd、cat 2、bld、およびbdh ）のノックインを誘発した。一方、CRISPRiシステムは、1,4-ブタンジオールの生合成経路に影響を及ぼす3つの競合遺伝子（gab D、ybg C、およびtes B）をノックダウンするために使用した。その結果、1,4-ブタンジオールの収量は0.9 g/Lから1.8 g/Lに大幅に増加した。[99]
環境
環境バイオテクノロジーには、バイオ濾過や生分解など、環境廃棄物の削減や環境に安全なプロセスの提供に重要な役割を果たすさまざまな分野が含まれます。[100] [101]バイオテクノロジーは、良い影響と悪い影響の両方で環境に影響を与えます。バレロらは、有益なバイオテクノロジー（例：バイオレメディエーションは、石油流出や危険な化学物質の漏出を浄化するためのもの）とバイオテクノロジー事業から生じる悪影響（例：遺伝子組み換え生物から野生株への遺伝物質の流入）の違いは、それぞれ応用と影響として見ることができると主張しています。[102]環境廃棄物の浄化は、環境バイオテクノロジーの応用の一例です。一方、生物多様性の喪失や有害微生物の封じ込めの喪失は、バイオテクノロジーの環境影響の例です。[要出典]
多くの都市では、バイオテクノロジーを利用して都市の大気から汚染物質をろ過するCityTreesを導入しています。 [103]
規制
遺伝子工学の規制は、遺伝子工学技術の使用、および遺伝子組み換え作物や遺伝子組み換え魚を含む遺伝子組み換え生物（GMO）の開発と放出に関連するリスクを政府が評価および管理するためのアプローチに関係しています。国によってGMOの規制には違いがあり、最も顕著な違いのいくつかは米国とヨーロッパの間に発生しています。[104]規制は、遺伝子工学の産物の意図された用途に応じて、特定の国で異なります。たとえば、食用を目的としない作物は、通常、食品安全を担当する当局による審査を受けません。[105]欧州連合は、EU内での栽培の承認と輸入および加工の承認を区別しています。EUでの栽培が承認されているGMOはわずかですが、輸入および加工が承認されているGMOは多数あります。[106] GMOの栽培は、GM作物と非GM作物の共存に関する議論を引き起こしました。共存規制に応じて、GM作物の栽培に対するインセンティブは異なります。[107]
EUで使用されているGMOのデータベース
EUginius (欧州 GMO 統一データベース システム構想) データベースは、企業、関心のある個人ユーザー、管轄当局が、欧州連合で使用されている GMO の存在、検出、識別に関する正確な情報を見つけるのに役立つことを目的としています。情報は英語で提供されています。[引用が必要]
学ぶ
1988年、米国議会の要請を受けて、国立一般医学研究所（国立衛生研究所）（NIGMS）はバイオテクノロジー研修のための資金提供メカニズムを導入した。全国の大学はバイオテクノロジー研修プログラム（BTP）を設立するために資金を競い合っている。申請が通れば通常5年間の資金提供を受け、その後は競争的に更新されなければならない。大学院生はBTPへの入学を競い合い、入学が認められれば、博士論文執筆期間中の2～3年間、奨学金、授業料、健康保険が支給される。19の機関がNIGMS支援のBTPを提供している。[108]バイオテクノロジー研修は学部レベルやコミュニティカレッジでも提供されている。[要出典]
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We have reviewed the scientific literature on GE crop safety for the last 10 years that catches the scientific consensus matured since GE plants became widely cultivated worldwide, and we can conclude that the scientific research conducted so far has not detected any significant hazard directly connected with the use of GM crops.
The literature about Biodiversity and the GE food/feed consumption has sometimes resulted in animated debate regarding the suitability of the experimental designs, the choice of the statistical methods or the public accessibility of data. Such debate, even if positive and part of the natural process of review by the scientific community, has frequently been distorted by the media and often used politically and inappropriately in anti-GE crops campaigns. - ^ "State of Food and Agriculture 2003–2004. Agricultural Biotechnology: Meeting the Needs of the Poor. Health and environmental impacts of transgenic crops". Food and Agriculture Organization of the United Nations. Archived from the original on January 9, 2019. Retrieved August 30, 2019.
Currently available transgenic crops and foods derived from them have been judged safe to eat and the methods used to test their safety have been deemed appropriate. These conclusions represent the consensus of the scientific evidence surveyed by the ICSU (2003) and they are consistent with the views of the World Health Organization (WHO, 2002). These foods have been assessed for increased risks to human health by several national regulatory authorities (inter alia, Argentina, Brazil, Canada, China, the United Kingdom and the United States) using their national food safety procedures (ICSU). To date no verifiable untoward toxic or nutritionally deleterious effects resulting from the consumption of foods derived from genetically modified crops have been discovered anywhere in the world (GM Science Review Panel). Many millions of people have consumed foods derived from GM plants – mainly maize, soybean and oilseed rape – without any observed adverse effects (ICSU).
- ^ ロナルド、パメラ (2011 年 5 月 1 日)。「植物遺伝学、持続可能な農業、および世界の食糧安全保障」。遺伝学。188 ( 1 ) : 11–20。doi : 10.1534 /genetics.111.128553。PMC 3120150。PMID 21546547。現在市場に 出回っている遺伝子組み換え作物は食べても安全であるという広範な科学的コンセンサスがあります。14
年間の栽培と累計 20 億エーカーの栽培を経て、遺伝子組み換え作物の商業化による健康や環境への悪影響は発生していません (農業天然資源委員会、遺伝子組み換え植物の商業化に伴う環境影響に関する委員会、国立研究会議、地球生命研究部 2002)。米国国立研究会議と共同研究センター（欧州連合の科学技術研究機関であり、欧州委員会の不可欠な一部）は、遺伝子組み換え作物の食品安全性の問題に適切に対処する包括的な知識体系が存在すると結論付けています（遺伝子組み換え食品のヒトの健康に対する意図しない影響の特定と評価に関する委員会と米国国立研究会議 2004 年、欧州委員会共同研究センター 2008 年）。これらとその他の最近の報告書は、遺伝子組み換えのプロセスと従来の育種は、ヒトの健康と環境に対する意図しない結果という点では違いがないと結論付けています（欧州委員会研究イノベーション総局 2010 年）。
- ^
ただし、次も参照してください:
Domingo, José L.; Bordonaba, Jordi Giné (2011). 「遺伝子組み換え植物の安全性評価に関する文献レビュー」(PDF) . Environment International . 37 (4): 734–742. Bibcode :2011EnInt..37..734D. doi :10.1016/j.envint.2011.01.003. PMID 21296423. 2022年10月9日時点のオリジナルより アーカイブ(PDF)
。 それにもかかわらず、遺伝子組み換え植物の安全性評価に特化した研究の数は依然として限られています。しかし、注目すべきは、研究結果に基づき、遺伝子組み換え作物（主にトウモロコシと大豆）の多くの品種が、それぞれの従来の非遺伝子組み換え作物と同じくらい安全で栄養価が高いと示唆する研究グループと、依然として深刻な懸念を抱かせる研究グループの数に、初めて一定の均衡が見られたということである。さらに、遺伝子組み換え食品が従来の育種で得られた食品と同じくらい栄養価が高く安全であることを実証する研究の大半は、これらの遺伝子組み換え作物の商品化にも責任を持つバイオテクノロジー企業またはその関連企業によって実施されたことも特筆に値する。いずれにせよ、これは、これらの企業による近年の科学雑誌への研究発表の不足と比較すると、注目すべき進歩である。
Krimsky, Sheldon (2015)。「GMO の健康評価の背後にある幻想的なコンセンサス」。科学、技術、人間の価値。40 (6): 883–914。doi : 10.1177 /0162243915598381。S2CID 40855100。この記事は、GMO の健康への影響については
文字通り科学的な論争はないという、尊敬される科学者の証言から始まりました。科学文献の調査では、別の話が明らかになりました。
そして対比：
Panchin, Alexander Y.; Tuzhikov, Alexander I. (2016 年 1 月 14 日)。「公開された GMO 研究は、多重比較で補正すると害の証拠を見つけられない」。Critical Reviews in Biotechnology。37 ( 2): 213–217。doi :10.3109/07388551.2015.1130684。ISSN 0738-8551。PMID 26767435。S2CID 11786594。ここ では、遺伝子組み換え作物に対する世論に強く否定的な影響を与え、GMO 禁輸などの政治的行動を引き起こした論文のいくつかが、データの統計的評価に共通 の
欠陥を持っていることを示しています。これらの欠陥を考慮した上で、これらの論文で提示されたデータは、GMO の害の実質的な証拠を提供していないと結論付けています。
GMO の害の可能性を示唆する発表された論文は、世間の注目を集めました。しかし、その主張にもかかわらず、これらの論文は、研究対象の GMO の害と実質的同等性の欠如の証拠を弱めています。過去 10 年間に GMO に関する 1,783 件を超える論文が発表されており、実際にはそのような違いが存在しない場合でも、それらの論文のいくつかは GMO と従来の作物の間に望ましくない違いを報告しているはずであると私たちは強調します。
そして
Yang , YT; Chen, B. (2016). 「米国における GMO の管理: 科学、法律、公衆衛生」。Journal of the Science of Food and Agriculture。96 (4): 1851–1855。Bibcode : 2016JSFA ...96.1851Y。doi :10.1002/jsfa.7523。PMID 26536836。したがって、米国で GMO の表示を義務付け、禁止する取り組みが政治問題として高まっているのは驚くことではありません
(Domingo および Bordonaba、2011 を引用)
。全体として、現在販売されている GM 食品は従来の食品よりも大きなリスクをもたらさないという広範な科学的コンセンサスがあります... 主要な国内外の科学および医学協会は、現在までに査読済みの文献で GMO 食品に関連する人間の健康への悪影響は報告または実証されていないと述べています。
さまざまな懸念があるにもかかわらず、今日では、アメリカ科学振興協会、世界保健機関、および多くの独立した国際科学組織は、遺伝子組み換え作物は他の食品と同様に安全であることに同意しています。従来の育種技術と比較すると、遺伝子組み換えははるかに正確であり、ほとんどの場合、予期しない結果が生じる可能性は低くなります。
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たとえば、EUはGMOの生物学的安全性に関する研究に3億ユーロ以上を投資している。最近の報告書には、「25年以上の研究期間をカバーし、500を超える独立した研究グループが関与する130を超える研究プロジェクトの取り組みから得られる主な結論は、バイオテクノロジー、特にGMOは、それ自体、例えば従来の植物育種技術よりもリスクが高いわけではないということだ」と記されている。世界保健機関、米国医師会、米国科学アカデミー、英国王立協会、そして証拠を調査した他のすべての尊敬される組織は、同じ結論に達しています。遺伝子組み換え作物由来の成分を含む食品を摂取することは、従来の植物改良技術によって改変された作物植物由来の成分を含む同じ食品を摂取することよりも危険ではありません。
Pinholster, Ginger (2012年10月25日)。「AAAS理事会：遺伝子組み換え食品ラベルの法的義務化は「消費者を誤解させ、誤った警告を与える」可能性がある」（PDF）。アメリカ科学振興協会。2022年10月9日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。 2019年8月30日閲覧。 - ^ 欧州委員会。研究総局（2010年）。EUが資金提供したGMO研究の10年間（2001～2010年）（PDF）。研究・イノベーション総局。バイオテクノロジー、農業、食品。欧州委員会、欧州連合。doi : 10.2777/97784。ISBN 978-92-79-16344-9. 2022年10月9日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2019年8月30日閲覧。
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Several scientific organizations in the US have issued studies or statements regarding the safety of GMOs indicating that there is no evidence that GMOs present unique safety risks compared to conventionally bred products. These include the National Research Council, the American Association for the Advancement of Science, and the American Medical Association. Groups in the US opposed to GMOs include some environmental organizations, organic farming organizations, and consumer organizations. A substantial number of legal academics have criticized the US's approach to regulating GMOs.
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Overall finding on purported adverse effects on human health of foods derived from GE crops: On the basis of detailed examination of comparisons of currently commercialized GE with non-GE foods in compositional analysis, acute and chronic animal toxicity tests, long-term data on health of livestock fed GE foods, and human epidemiological data, the committee found no differences that implicate a higher risk to human health from GE foods than from their non-GE counterparts.
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Different GM organisms include different genes inserted in different ways. This means that individual GM foods and their safety should be assessed on a case-by-case basis and that it is not possible to make general statements on the safety of all GM foods.
GM foods currently available on the international market have passed safety assessments and are not likely to present risks for human health. In addition, no effects on human health have been shown as a result of the consumption of such foods by the general population in the countries where they have been approved. Continuous application of safety assessments based on the Codex Alimentarius principles and, where appropriate, adequate post market monitoring, should form the basis for ensuring the safety of GM foods. - ^ Haslberger, Alexander G. (2003). "Codex guidelines for GM foods include the analysis of unintended effects". Nature Biotechnology. 21 (7): 739–741. doi:10.1038/nbt0703-739. PMID 12833088. S2CID 2533628.
These principles dictate a case-by-case premarket assessment that includes an evaluation of both direct and unintended effects.
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"Genetically modified foods and health: a second interim statement" (PDF). British Medical Association. March 2004. Archived (PDF) from the original on October 9, 2022. Retrieved August 30, 2019.In our view, the potential for GM foods to cause harmful health effects is very small and many of the concerns expressed apply with equal vigour to conventionally derived foods. However, safety concerns cannot, as yet, be dismissed completely on the basis of information currently available.
When seeking to optimise the balance between benefits and risks, it is prudent to err on the side of caution and, above all, learn from accumulating knowledge and experience. Any new technology such as genetic modification must be examined for possible benefits and risks to human health and the environment. As with all novel foods, safety assessments in relation to GM foods must be made on a case-by-case basis.
Members of the GM jury project were briefed on various aspects of genetic modification by a diverse group of acknowledged experts in the relevant subjects. The GM jury reached the conclusion that the sale of GM foods currently available should be halted and the moratorium on commercial growth of GM crops should be continued. These conclusions were based on the precautionary principle and lack of evidence of any benefit. The Jury expressed concern over the impact of GM crops on farming, the environment, food safety and other potential health effects.
The Royal Society review (2002) concluded that the risks to human health associated with the use of specific viral DNA sequences in GM plants are negligible, and while calling for caution in the introduction of potential allergens into food crops, stressed the absence of evidence that commercially available GM foods cause clinical allergic manifestations. The BMA shares the view that there is no robust evidence to prove that GM foods are unsafe but we endorse the call for further research and surveillance to provide convincing evidence of safety and benefit. - ^ Funk, Cary; Rainie, Lee (January 29, 2015). "Public and Scientists' Views on Science and Society". Pew Research Center. Archived from the original on January 9, 2019. Retrieved August 30, 2019.
The largest differences between the public and the AAAS scientists are found in beliefs about the safety of eating genetically modified (GM) foods. Nearly nine-in-ten (88%) scientists say it is generally safe to eat GM foods compared with 37% of the general public, a difference of 51 percentage points.
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