برای درک اهمیت بیوتکنولوژی، شناختن اجزای مختلف علم و فناوری که به زمینه بیوتکنولوژی کمک زیادی میکنند، بسیار مهم است. در این بخش، ما نقاط عطف مختلفی را خواهیم دید که بیوتکنولوژی را بسیار تحت تأثیر قرار داده است. در میان این اکتشافات، استفاده از پرورش انتخابی گیاهان و حیوانات تأثیر بسزایی در تولید محصولات زراعی و دامی برای مصرف انسان دارد. در پرورش انتخابی، موجودات با ویژگیهای مطلوب به طور هدفمند جفت میشوند تا فرزندانی با همان مشخصات مطلوب را تولید کنند. به عنوان مثال، انتخاب هدفمند گیاهان دگربارور )یا دگر گرده افشان که خودباروری ندارند و معمولا گیاهان دوپایه و خود ناسازگار گیاهان دگربارور هستند( که بزرگترین، شیرینترین و لطیفترین خوشههای غلات را تولید میکنند، روش خوبی برای کشاورزان است تا مطلوبترین محصولات را به مقدار زیادی تولید کنند.
پرورش انتخابی در گیاهان اساساً براساس اطلاعات فنوتیپ)ویژگیهای ظاهری( گیاهان و پیشرفتهای اخیر در زمینه مهندسی ژنتیک انجام شده است. این امر امکان ایجاد یک گیاه منحصر به فرد را فراهم می کند که گیاه تراریخته نامیده میشود. روش پرورش انتخابی فقط به گیاهان محدود نمیشود. همچنین از این روش در حیواناتی مانند گاو، مرغ و بز برای بهبود جمعیت و کیفیت حیوانات مزرعه بسیار استفاده شده است. مانند گیاهان، پرورش انتخابی در حیوانات نیز اساساً براساس اطلاعات فنوتیپ حیوانات و پیشرفتهای اخیر در زمینه مهندسی ژنتیک انجام شده است. همچنین ایجاد حیوانات تراریخته با دستکاری ژنهای مورد علاقه، امکان پذیر شد.
کشف دیگری که در روند درمان عفونتهای میکروبی در انسان، انقلابی ایجاد کرد، استفاده از آنتی بیوتیک در درمان عفونتهای میکروبی است. در سال 1918 ، آقای الکساندر فلمینگ 1 کشف کرد که قارچ پنیسیلیوم 2 از رشد باکتریهای استافیلوکوکوس اورئوس 3 که باعث ایجاد بیماری پوستی در انسان میشود، جلوگیری میکند. وی سپس توانست با موفقیت مادهای با خاصیت آنتی بیوتیکی را از قارچ جدا کرده و خالص کند تا از آن برای اهداف انسانی استفاده کند. آنتی بیوتیکها موادی هستند که توسط میکروارگانیسمها تولید و به طور معمول مانع رشد سایر میکروارگانیسمها میشوند. در دهه 1940 ، پنیسیلین به دارویی بسیار گسترده برای درمان عفونتهای باکتریایی در انسان تبدیل شد. در حال حاضر، از طیف گستردهای از میکروارگانیسمها برای تولید هزاران لیتر داروی آنتی بیوتیک با استفاده از ابزار پیشرفته بیوتکنولوژی استفاده شده است.
بین سالهای 1950 و 1960 ، یک سری اکتشافات در مورد کد ژنتیکی انسان صورت گرفت. این اکتشاف در سال 1953 با انتشار یک مقاله تحقیقاتی توسط جیمز واتسون 4 و فرانسیس کریک 5 ، که ساختار DNA انسان را کشف کرده بودند، شروع شد. نه سال بعد، در سال 1962 ، آنها به طور مشترک با موریس ویلکینز 6 جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را برای حل یکی از مهمترین معماهای زیستی دریافت کردند. این کشف منجر به ایجاد حوزه مطالعاتی دستکاری ژنتیکی و مهندسی ژنتیک شد. با کمک مهندسی ژنتیک میتوان ژنهای مورد علاقه را شناسایی و دستکاری کرد تا محصول مورد نظر تولید شود. به فرآیند دستکاری ژنتیکی، فناوری DNA نوترکیب گفته میشود. تکنیک DNA نوترکیب اولین بار توسط پیتر لوبن 7 ، دانشجوی فارغ التحصیل با اِی.دل.کایزر در گروه بیوشیمی دانشگاه استنفورد ارائه شد. سپس این تکنیک توسط گروهی از محققان استفاده و یافتهها در مجلات معتبر بین المللی منتشر شد. فناوری DNA نوترکیب با کشف، جداسازی و کاربرد اندونوکلئازهای محدودکننده )آنزیمهایی که توالی خاصی از DNA را شناسایی کرده و آن را برش میدهند( توسط ورنر آربر 1 ، دانیل ناتانز 2 و همیلتون اسمیت امکان پذیر شد.
به این صورت آنها جایزه نوبل پزشکی سال 1978 را دریافت کردند. کوهن و بویر نیز برای ثبت اختراع فرآیند تولید کایمرهای مولکولی )یعنی مولکولی که از کنارهم قرار گرفتن قطعات/اجزا مختلف تشکیل شده که در حالت طبیعی این قطعات در مولکولهای دیگری وجود دارند( دارای عملکرد زیستی که در سال 1974 در طبیعت وجود نداشت، درخواست دادند. در سالهای اخیر، از فناوری DNA نوترکیب به طور گستردهای برای تولید محصولات مختلف برای درمان بیماریهای انسانی استفاده شده است. به عنوان مثال، با افزایش سریع بیماران دیابتی، نیاز فوری به دارویی وجود داشت که بتواند به این بیماری کمک کند. دانشمندان با تلاشهای خود توانستند با استفاده از فناوری DNA نوترکیب، مولکولهای انسولین را با موفقیت سنتز کنند. استفاده از فناوری DNA نوترکیب، انواعی از محصولات درمانی و مقاوم در برابر بیماری را تولید میکند که منجر به تولید محصول بیشتری می شوند. دانشمندان همچنین توانستند کیفیت بهتری از برنج مانند برنج طلایی را تولید کنند. همچنین از فناوری DNA نوترکیب برای ایجاد باکتریهای مهندسی شده که توانایی تخریب آلایندههای محیطی را دارند؛ استفاده شده است .
