Dată fiind varietatea proceselor biotehnologice, sfera domeniilor de aplicabilitate este foarte mare, cele mai importante fiind: agricultura (biotehnologia verde), industria (biotehnologia albă) şi sănătatea (biotehnologia roşie). Aplicaţiile din agricultură se referă la o varietate de tehnici moderne de împerechere a plantelor. De secole, fermierii au încercat să-şi sporească recolta prin metode de încrucişare; încercările se bazau mai cu seamă pe împerecherea de plante înrudite, iar rezultatele erau destul de întâmplătoare. Biotehnologia modernă din agricultură acţionează asupra culturilor prin metode mult mai ţintite, cea mai cunoscută fiind modificarea genetică, dar existând şi tehnici care duc la îmbunătăţirea reproducerii convenţionale; indiferent de tehnologia folosită, recolta poate fi destinată pieţei alimentare, biomaterialelor sau producţiei de energie. Modificarea genetică se referă atât la lucrul cu genele deja existente, cât şi la includerea unor noi gene ce pot conferi plantelor diverse caracteristici dezirabile, precum rezistenţa la anumite pesticide şi erbicide sau vitamine pentru fortificare. Pentru că doar anumite gene cu trăsături cunoscute sunt transferate, metodele modificării genetice sunt mult mai targetate şi rapide decât reproducerea tradiţională. Totuşi, ele sunt folosite paralel cu reproducerea convenţională.

Biotehnologia albă sau industrială foloseşte enzime şi microorganisme pentru a crea produse cu o bază bio pentru sectoare precum chimicalele, industria alimentară, detergenţii, hârtia, textilele şi bioenergia (biocombustibil sau biogaz). Practic, sunt folosite materiale regenerabile bio şi este una dintre cele mai promiţătoare şi inovative abordări pentru diminuarea emisiilor de gaze. Aplicaţiile biotehnologiei industriale au adus contribuţii semnificative, între altele, la atenuarea impactului asupra schimbărilor climaterice în acest sector. În plus, faţă de beneficiile aduse mediului înconjurător, biotehnologia poate îmbunătăţi performanţele industriale şi valoarea produselor, iar odată cu dezvoltarea biotehnologiei albe se vor înmulţi din ce în ce mai mult soluţiile viabile pentru mediul înconjurător, aducând beneficii atât pentru climă, cât şi pentru economie.

Biotehnologia roşie, sau cu aplicaţii în domeniul medical, se referă la un medicament, un vaccin sau un test care a fost realizat folosind organisme vii, de cele mai multe ori fabricat prin tehnologia de recombinare a ADN-ului. Un ADN recombinat se creează prin combinarea de secvenţe genice ce nu există, în mod normal, în acelaşi organism. Biotehnologia este folosită pentru realizarea a peste 20% din medicamentele comercializate şi, în viitorul apropiat, se estimează că peste 50% din totalul lor vor fi obţinute astfel.

Astfel de medicamente sunt folosite, cu precădere, pentru tratarea şi prevenirea bolilor cronice, sclerozei multiple, cancerului la sân, fibrozei chistice, leucemiei, diabetului, hepatitei etc., fiind implicată, de asemenea, în dezvoltarea de terapii pentru boli rare, multe de origine genetică. Printre tratamentele obţinute prin biotehnologie se numără insulina, factorul VIII coagulant pentru hemofilici, anticorpii pentru imunoterapie în cancer, vaccinurile sau terapiile complexe pentru repararea organelor, pielii, oaselor. Unul dintre avantajele biotehnologiei în raport cu alte tratamente este dat de medicaţiile personalizate, axate pe particularităţile individuale; scade astfel riscul unor tratamente ineficiente, cu multiple reacţii adverse. De aceea, biotehnologia este utilizată tot mai mult în cercetare, în combinaţie cu dispozitive medicale şi metode chirurgicale avansate.

Upgrade În medicină

Industria biofarmaceutică face paşi importanţi pe terenul descoperirilor medicale, cu potenţial de a revoluţiona viitoarelele tratamente pentru bolile ca Alzheimer, cancerul, boli de inimă sau hepatita C. Un medicament este o substanţă terapeutică folosită pentru prevenirea sau vindecarea unei boli, cel mai comun tip fiind regăsit ca o substanţă chimică numită şi moleculă introdusă într-o pilulă. Medicamentele biologice sunt molecule mari, similare sau identice cu proteinele şi alte substanţe complexe pe care organismul se bazează ca să rămână sănătos; nu pot fi produse doar prin metode chimice şi sunt fabricate folosind celule vii (microbi) sau linii celulare - modificate genetic pentru a produce molecula dorită. Cu ajutorul instrumentelor ştiinţifice dezvoltate în ultimele decenii, ingineria genetică permite cercetătorilor să producă astfel de molecule complexe - segmentele de ADN sunt decupate şi copiate pentru a forma secvenţe noi - care folosesc tiparul modificat, dar şi propriul mecanism celular.

Un medicament produs sau obţinut prin organisme vii este considerat terapie biotehnologică sau medicament biotehnologic, iar terapiile sale, cum ar fi insulina sau anumite vaccinuri, sunt folosite de mai multe decenii. O etapă importantă în procesul complex de descoperire, dezvoltare şi producere a terapiilor biologice constă în clarificarea cauzei bolii pentru care este destinat tratamentul. Astfel, cercetătorii folosesc instrumente care îi ajută să afle originile moleculare ale bolii şi să identifice diferenţele esenţiale dintre celulele sănătoase şi cele bolnave. Prin stabilirea deficienţelor moleculare din spatele unei boli, se pot identifica cele mai bune ţinte terapeutice pentru medicamente noi. Ţintele terapeutice sunt molecule din organism asupra cărora este conceput să acţioneze un tratament. Conform estimărilor oamenilor de ştiinţă, există aproximativ 8.000 de ţinte terapeutice, care ar putea asigura baza pentru noi medicamente. În timp ce unele ţinte sunt prezente în exces pe parcursul bolii, altele sunt deficitare sau absente, astfel că, după caz, medicamentele sunt concepute fie să blocheze, fie să potenţeze activitatea ţintelor.

Majoritatea medicamentelor biologice au fost concepute după apariţia ingineriei genetice, care a stat la baza industriei biotehnologice moderne. La fel ca alte produse farmaceutice, terapiile biologice nu pot fi prescrise pacienţilor înainte să fie aprobate de organismele de reglementare, în SUA – Food and Drug Administration, iar în Europa – Agenţia Europeană pentru Medicamente. Din 2000 până în 2015, acest domeniu a dat naştere la peste 550 de medicamente noi, aprobate de FDA (Food and Drug Administration), iar peste 7.000 de medicamente se află în prezent în testări clinice la nivel global.