Công nghệ Sinh học được hình thành từ rất lâu đời. Ngay từ xa xưa, dù chưa biết về các vi sinh vật nhưng loài người đã biết sử dụng chúng trong các sản phẩm lên men truyền thống (men bia, men rượu, giấm…). Cho tới nay, CNSH đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại nhiều giá trị trong cuộc sống. Các giai đoạn phát triển của CNSH có thể được điểm qua như sau.
- Hiệp hội ngành nông nghiệp đã thể hiện hết vai trò?
- Bảo đảm an ninh lương thực và phát triển nông thôn
- Thế nào là phát triển bền vững trong nông nghiệp – P1
Công nghệ Sinh học được hình thành từ rất lâu đời. Ngay từ xa xưa, dù chưa biết về các vi sinh vật nhưng loài người đã biết sử dụng chúng trong các sản phẩm lên men truyền thống. Các loại men rượu bia, giấm… là những thực phẩm đã được sử sách ghi nhận từ hàng nghìn năm về trước. Ở Trung Đông, Ai Cập, có di tích đã ghi nhận con người đã biết làm bia cách nay 6000 năm. Nhiều thế kỷ trước công nguyên, ở trung Quốc, Hy lạp, La mã, rượu đã được phổ biến trong hầu hết các bữa tiệc. Đó là những dẫn chứng cụ thể của cong nghe sinh hoc trong quá khứ.
Lịch sử hình thành và phát triển công nghệ sinh học trải qua các giai đoạn sau:
· Giai đoạn thứ nhất
Đã hình thành từ lâu đời trong việc sử dụng các phương pháp lên men vi sinh vật để chế biến và bảo quản thực phẩm, ví dụ: sản xuất pho mát, dấm ăn, làm bánh mì, nước chấm, sản xuất rượu bia… Trong đó, nghề nấu bia có vai trò rất đáng kể. Ngay từ cuối thế kỷ 19, Pasteur đã chỉ ra rằng vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình lên men. Kết quả nghiên cứu của Pasteur là cơ sở cho sự phát triển của ngành công nghiệp lên men sản xuất dung môi hữu cơ như aceton, ethanol, butanol, isopropanol… vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20.
· Giai đoạn thứ hai
Nổi bật nhất của quá trình phát triển công nghệ sinh học trong giai đoạn này là sự hình thành nền công nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh penicillin, khởi đầu gắn liền với tên tuổi của Fleming, Florey và Chain (1940). Trong thời kỳ này đã xuất hiện một số cải tiến về mặt kỹ thuật và thiết bị lên men vô trùng cho phép tăng đáng kể hiệu suất lên men. Các thí nghiệm xử lý chất thải bằng bùn hoạt tính và công nghệ lên men yếm khí tạo biogas chứa chủ yếu khí methane, CO và tạo nguồn phân bón hữu cơ có giá trị cũng đã được tiến hành và hoàn thiện.
· Giai đoạn thứ ba
Bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ 20, song song với việc hoàn thiện các quy trình công nghệ sinh học truyền thống đã có từ trước, một số hướng nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học đã hình thành và phát triển mạnh mẽ nhờ một loạt những phát minh quan trọng trong ngành sinh học nói chung và sinh học phân tử nói riêng. Đó là việc lần đầu tiên xác định được cấu trúc của protein (insulin), xây dựng mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tử ADN (1953). Tiếp theo là việc tổng hợp thành công protein (1963-1965) và đặc biệt là việc tổng hợp thành công gen và buộc nó thể hiện trong tế bào vi sinh vật (1980). Chính những phát minh này đã tạo tiền đề cho sự phát triển nhanh chóng của các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng thực tế sau đó trong lĩnh vực công nghệ sinh học hiện đại.
· Giai đoạn tứ tư
Kể từ 1973, khi những thí nghiệm khởi đầu dẫn đến sự ra đời của kỹ thuật ADN tái tổ hợp được thực hiện; sự xuất hiện insulin – sản phẩm đầu tiên của nó vào năm 1982, và thí nghiệm chuyển gen vào cây trồng năm 1982 thành công thì đến nay công nghệ sinh học hiện đại đã có những bước tiến khổng lồ trong các lĩnh vực nông nghiệp (cải thiện giống cây trồng…), y dược (liệu pháp gen, liệu pháp protein, chẩn đoán bệnh…), công nghiệp thực phẩm (cải thiện các chủng vi sinh vật…)…
Công nghệ sinh học phát triển cho đến ngày nay chủ yếu dựa trên ba công nghệ chính là: công nghệ vi sinh, công nghệ tế bào (nuôi cấy mô và tế bào…) và công nghệ sinh học hiện đại, tức công nghệ gen.
Trong những năm gần đây, thế giới đã mở ra một bước tiến mới về CNSH với sự phát triển đỉnh cao của công nghệ di truyền hay còn gọi là công nghệ gen. Nhờ đó con người có thể thực hiện chuyển gen thành công để tạo ra các tế bào hoặc các cá thể mang gen mới, nhằm tạo ra những vật chất cần thiết cho con người. Đây là những thành tựu của công nghệ nhằm giúp con người có thể chẩn đoán, cứu chữa và phòng ngừa các bệnh hiểm nghèo kể cả các bệnh di truyền. Điển hình như sản xuất insulin ở quy mô công nghiệp, sản xuất kích tố sinh trưởng người, các loại interferon (chống virut và ung thư), các loại vacxin tổng hợp…
Sản phẩm CNSH có giá trị thực tiễn rất lớn, vì vậy đã đem lại những nguồn doanh thu khổng lồ cho các công ty CNSH ở nhiều nước. Sau thành công trong công nghệ sản xuất insulin, tới nay Hoa Kỳ đã cho phép sản xuất mới trên 50 loại dược phẩm tái tổ hợp gen. Hiện nay ở Mỹ có hơn 1300 công ty CNSH, châu Âu có 700 công ty CNSH. Năm 1996, doanh thu chỉ riêng về các loại dược phẩm tái tổ hợp gen ở Hoa kỳ đạt tới 8 tỷ USD, mỗi năm tăng bình quân 13% và dự kiến doanh thu vào năm 2006 là 25 tỷ USD. Doanh thu của Nhật Bản năm 1996 từ các dược phẩm tái tổ hợp gen đã đạt đến 481,1 tỷ Yen, chiếm 25% tổng doanh thu về các sản phẩm công nghệ sinh học.
Công nghệ sinh học nano (Nanobiotechnology) là công nghệ tạo ra các thiết bị hiển vi có thể đưa vào mọi nơi trong cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bào ung thư, tạo ra hàng trăm các dược phẩm mới từ vi sinh vật mang ADN tái tổ hợp (recombinant DNA), tạo ra các protein truyền cảm (protein sensor)có thể tiếp nhận các tín hiệu của môi trường sống, tạo ra các động cơ sinh học và tiến tới khả năng tạo ra các máy tính sinh học (biocomputer) với tốc độ truyền đạt thông tin như bộ não. Riêng về công nghệ sinh học nano, ước tính tới năm 2010 có thể đạt doanh thu khoảng 300 tỷ USD.
Các giai đoạn phát triển của Công nghệ sinh học ở Việt Nam
· Giai đoạn khởi đầu
CNSH ở Việt Nam được khởi nguồn từ cái nôi đầu tiên là Viện Pasteur Sài gòn, được thành lập vào năm 1891. Đây là viện nghiên cứu thứ hai trên thế giới sau viện Pasteur ở Paris – Pháp. Năm 1891, Louis Pasteur đã quết định thành lập chi nhánh đầu tiên của viện Pasteur ở ngoài nước Pháp. Ông đã giao trách nhiệm cho một trong những học trò của mình là bác sỹ Albert Calmette làm giám đốc đầu tiên của phân viện này ở Sài Gòn – Việt Nam.
Trong 3 năm ở Sài Gòn, Calmatte đã thực hiện được một khối lượng công việc rất lớn. Từ sản xuất vaccin đậu mùa và chống dại trong điều kiện tại chỗ, đến nghiên cứu về bệnh lý nhiệt đới, về men làm rượu nếp, về tẩy sạch nước uống cho thành phố… Một trong những công trình của ông được cả thế giới hoan nghênh, đó là công trình làm huyết thanh chống nọc rắn hổ mang. Ông cũng đã sáng chế ra vacxin phòng chống lao.
Vào năm 1983, Calmette ốm nặng phải rời bỏ Sài Gòn và người thay thế ông tiếp quản Viện nghiên cứu Parteur Sài gòn là Alexandre Yersin, từ đó ông là giám đốc thứ 2 của Viện nghiên cứu này. Ông chính là người phát hiện ra vi khuẩn dịch hạch và là người thành lập nên một loạt các viện Parteur ở Nha Trang (1894), Hà Nội (1925), Đà Lạt (1936) và một loạt các viện Parteur khác ở Đông Dương. Các viện nghiên cứu này đều nằm dưới quyền kiểm soát và chỉ đạo của Viện Parteur Paris và do vậy các công trình khoa học đều được đảm bảo về uy tín và chất lượng.
· Giai đoạn 1945 – 1954
Trong điều kiện kháng chiến muôn vàn khó khăn, phải đối đầu với bom đạn và những trận càn quét của địch nhưng các nhà khoa học Việt Nam vẫn có thể sản xuất ra hàng triệu liều Vacxin, huyết thanh để bảo vệ sức khỏe của nhân dân. Điển hình đó là hai tấm gương của bác sỹ Nguyễn Văn Hưởng và GS. BS. Đặng Văn Ngữ.
Năm 1949, BS. Nguyễn Văn Hưởng đã sản xuất hàng loạt các vacxin chống đậu mùa, tả, thương hàn và tiến hành các xét nghiệm bệnh ngay trong vùng kháng chiến. Ông đã đào tạo được nhiều kỹ thuật viên, lập ra nhiều đội vệ sinh đi các vùng tiêm chủng, hướng dẫn vệ sinh với phong trào trên một phạm vi rộng lớn.
Một sự kiện khác là năm 1950, GS.BS. Đặng Văn Ngữ và GS. BS. Đặng Ngọc Thạch đã thử nghiệm thành công nuôi cấy nấm Penicilium để làm thuốc rửa vết thương. BS. Đặng Văn Ngữ đã trực tiếp sản xuất dịch thô penicillin ở chiến khu Việt Bắc. Ông cũng đã rất thành công trong sự nghiệp khoa học với nhiều lĩnh vực như: đào tạo cán bộ y tế các cấp, nghiên cứu khoa học, tổ chức chỉ đạo công tác tiêu diệt bệnh sốt rét trên toàn miền Bắc. Ông cũng chính là người xây dựng nên bộ môn sinh vật học và ký sinh trùng của trường Đại học Y Hà Nội và xây dựng Viện sốt rét ký sinh trùng và côn trùng.
· Giai đoạn 1955 tới nay
Sau 1955, CNSH ở Việt Nam đã phát triển mạnh về lực lượng với sự đa dạng về các lĩnh vực nghiên cứu và đào tạo. Có rất nhiều cán bộ được đào tạo ở nước ngoài. Tuy nhiên, những thành tựu mang tính ứng dụng cụ thể thì rất hạn chế, hầu hết là các công trình lặp lại của các nghiên cứu nước ngoài. Điển hình như:
– Công nghiệp vacxin: là lĩnh vực đạt hiệu quả cao nhất. Các công ty vacxin trong nước đã sản xuất đủ lượng để đáp ứng nhu cầu phòng bệnh hàng năm ở nước ta, như: vacxin viêm gan B, vacxin viêm não Nhật Bản, vacxin tả, vacxin dại và nhiều loại khác như thương hàn, ho gà, uốn ván…
– Công nghiệp rượu bia, bột ngọt: Công nghiệp bia rượu chủ yếu thừa hưởng lại từ thời Pháp thuộc; năm 1996, các nhà máy bọt ngọt như Ajinomoto, Vedan… và các nhà máy bia liên doanh được xây dựng ở nhiều tỉnh thành trên cả nước.
– Từ những năm 1995, các kỹ thuật CNSH hiện đại đã được bắt đầu nghiên cứu tại các viện và các trường Đại học. Cụ thể như: chẩn đoán phân tử, chuyển gen động và thực vật, vi sinh vật tái tổ hợp, vacxin tái tổ hợp và lập bản đồ gen…
Cho đến nay, đã có nhiều giống cây, giống vật nuôi được các viện nghiên cứu, trường đại học trong nước đã và đang tạo lập với những đặc tính đặc biệt, thiết thực đáp ứng nhu cầu của các ngành kinh tế, kỹ thuật. Chẳng hạn, chuyển gen chịu hạn vào đậu tương để tạo giống đậu tương chịu hạn, chuyển gen kháng sâu vào ngô để tạo giống ngô kháng sâu, chuyển gen của virus H5N1 vào bèo tấm và dùng bèo tấm làm thức ăn cho gia cầm để tạo kháng thể miễn dịch H5N1 ở gia cầm, các kỹ thuật nuôi cấy mô tạo giống chất lượng cao… được thực hiện bởi Viện Di truyền Nông nghiệp.