زیست فناوری
مقدمه :
زیست فناوری یا همان بیوتکنولوژی اصطلاحی است مربوط به فناوری مهندسی ژنتیک یعنی فناوری قرن 21 ، با این همه لفظ زیست فناوری در برگیرنده فرآیندهای گسترده تری از تغییرات زیست فناوری اورگانیزم هاست که اخیرا نقش آنها در زندگی انسان بیشتر از پیش نمود پیدا کرده ا ست. بررسی فرآیند تبدیل مواد اولیه زیستی به محصولاتی همچون میوه ها و بهینه کردن آنها از مهمترین کاربردهای این علم است. با گسترش و توسعه دستاوردها و روش های جدید، صنایع زیست فناوری قدیمی نیز در حال رسیدن به افق های روشنی در این زمینه هستند که این به آنها در تولید محصولات با کیفیت تر و بیشتر کمک خواهد کرد.
تعریف و شرح :
سابقه بهکارگیری میکروارگانیسمها برای تولید مواد خوراکی مانند سرکه، ماست و پنیر به بیش از 8 هزار سال پیش برمی‌گردد. اما در اوایل قرن بیستم بود که کارل کلی (Karl Ereky) این کلمه را که به مفهوم کاربرد علوم زیستی و اثر مقابل آن در فناوری‌های ساخت بشر بود به کار برد. تا قبل از دهه 70 میلادی زیست فناوری تنها در صنایع کشاورزی به کار برده می شد. از سال 1971 پیشرفت این علم با تاسیس آزمایشگاه های مدرن در اروپا و آمریکا و کار بر روی روش های جدید در زمینه های دیگری همچون فرآیندهای دستکاری بافتها و DNA آغاز شد.
به طور کلی و بر اساس گفته های فوق می توان گفت هر گونه کنش هوشمندانه بشر در آفرینش، بهبود و عرضه فرآورده‌های گوناگون با استفاده از جانداران، به ویژه از طریق دستکاری آنها در سطح مولکولی در حیطه این مهمترین، پاک‌ترین و اقتصادی‌ترین فناوری سده حاضر، بیوتکنولوژی، قرار میگیرد. زیستفناوری را در یک تعریف کلی به کارگیری اندامگان یا ارگانیسم یا فرایندهای زیستی در صنایع تولیدی یا خدماتی دانسته‌اند. تعریف ساده این پدیده نوین عبارت است از دانشی که کاربرد یکپارچه زیست‌شیمی ، میکروب‌شناسی و فناوری‌های تولید را در سامانههای زیستی به دلیل استفاده‌ای که در سرشت بین رشته‌ای علوم دارند مطالعه می‌کند.
در تعریف دیگر زیستفناوری (بیوتکنولوژی) را چنین تشریح کرده‌اند : فنونی که از موجودات زنده برای ساخت یا تغییر محصولات، ارتقا کیفی گیاهان یا حیوانات و تغییر صفات میکروارگانیسمها برای کاربردهای ویژه استفاده می‌کند. بیوتکنولوژی به لحاظ ویژگیهای ذاتی خود دانشی بین رشته‌ای است. کاربرد این گونه دانشها در مواردی است که ترکیب ایده‌های حاصل در طی همکاری چند رشته به تبلور قلمرویی با نظام جدید می‌انجامد و زمینه‌ها و روششناسی خاص خود را دارد و در نهایت حاصل برهمکنش بخشهای گوناگون زیستشناسی و مهندسی است. زیستفناوری در اصل هسته‌ای مرکزی و دارای دو جزء است: یک جزء آن در پی دستیابی به بهترین کاتالیزور برای یک فرایند یا عملکرد ویژه است و جزء دیگر سامانه یا واکنشگری است که کاتالیزورها در آن عمل می‌کنند.
کاربرد و زیر شاخه ها :
زیست فناوری در 4 زمینه کلی کاربرد دارد که این زمینه ها شامل علوم پزشکی(Red Biotechnology)، کشاورزی(Green biotechnology)، دریای(Blue Biotechnology) و صنعتی (white Biotechnology) هستند البته این زیر شاخه ها و کاربردها را به صورت دیگری نیز می توان تقسیم بندی کرد که در ذیل به آن اشاره خواهد شد:
پزشکی: کاربرد زیست فناوری در زمینة علوم پزشکی و دارویی، موضوعات بسیار گسترده‌ای مانند ابداع روش‌های کاملاً جدید برای "تشخیص مولکولی مکانیسم‌های بیماری‌زایی و گشایش سرفصل جدیدی به نام پزشکی مولکولی"، "امکان تشخیص پیش از تولد بیماری‌ها و پس از آن"، "ژن‌‌درمانی و کنار گذاشتن (نسبی) برخورد معلولی با بیمار و بیماری"، "تولید داروها و واکسن‌های نوترکیب و جدید"، "ساخت کیت‌های تشخیصی"، "ایجاد میکروارگانیسم‌های دستکاری شده برای کاربردهای خاص"، "تولید پادتن‌های تک‌دودمانی (منوکلونال)" و غیره را در بر میگیرد.
کشاورزی: رشد فزآینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای مواد غذایی در دهه‌های اخیر موجب شد تا در زمینة علوم کشاورزی و مواد غذایی شاهد یک گذر جدی و اجتناب‌ناپذیر از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته و بکارگیری روش‌های نوین زیست فناوری در تولید محصولات زراعی و دامی باشیم. همانگونه که می‌دانیم، گیاهان، اصلی‌ترین و مهمترین منابع تجدید شونده جهان هستند که علاوه بر تأمین غذای آدمی و حیوانات، نیازهای غیرتغذیه‌ای، شیمیایی و صنعتی هم توسط آنها مرتفع می‌گردد. به همین دلیل، کاربرد روش‌های مهندسی ژنتیک و زیست فناوری برای افزایش کمی و کیفی محصولات از یک سو و کاهش هزینه‌ها و زمان تولید از سوی دیگر، استفاده از این روش‌ها در شاخه‌های گوناگون کشاورزی را بسیار ارزشمند کرده است.
دریایی: زیست فناوری دریایی یكی از حوزه‌های در حال رشد است كه با كمك آن، از موجوداتی مانند ماهی، جلبك و یا باكتری‌ها به‌طور مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌شود. مهمترین فواید زیست فناوری دریایی به شرح زیر است:
1- تولید فرآورده‌های جدید و اصلاح‌شده
2- فراهم آوردن تكنیك‌های جدید جهت ردیابی، ارزیابی، ذخیره، حفاظت و مدیریت اكوسیستم‌های دریایی
3- شیلات و پرورش آبزیان (Aquaculture) به صورت پایدار و مطمئن
صنعتی: به فرآیند کاربردهای صنعتی این فناوری می پردازد. مثالی در این باره طراحی یک اوگانیسم به منظور تولید یک ماده شیمیایی سودمند است. مثال دیگر استفاده از آنزیم ها به عنوان کاتالیست های صنعتی است. به طور کلی این شاخه به منظور تولید لوازم و ابزارهای پرکاربردتر و مطابق با محیط زیست بنا نهاده شده است.
دسته بندی دیگر برای شاخه های این فناوری می تواند بر اساس آنچه که در حال انجام روی این علم است باشد مثلا مهندسی بافت یعنی تولید یک بافت تحت کنترل در آید یا شرایط را برای تولید بافت مورد نظر فراهم کرد، مهندسی پروتئین که یکی از اهدافش ایجاد تغییر مطلوب در پروتئین‌ها برای ایجاد امکان استفاده‌ی بهتر از آنهاست، مهندسی ژنتیک که اساس آن تولید DNA نوترکیب با استفاده از کلونینگ ژن می‌باشد. ژن کلونینگ منجر به ایجاد روش‌های سریع و کارآمد توالی‌یابی DNA شد و در نهایت در سال 1990 با انجام پروژه‌ی مهم توالی‌یابی ژنوم (شامل پروژه‌ی ژنوم انسان که در سال 2000 کامل شد) استفاده از این روش‌ها و تکنیک‌ها به نقطه‌ی اوج خود رسید. اما کاربرد کلونینگ ژن فراتر از تعیین توالی DNA است. با استفاده از این تکنیک دانشمندان زیست مولکولی توانستند به مطالعه‌ی چگونگی تنظیم ژن‌ها بپردازند و تأثیر اختلال تنظیم ژن را در بیماری‌هایی نظیر سرطان دریابند. همچنین این تکنیک‌ها در تولید انبوه پروتئین‌های خاص نظیر انسولین که ترکیبات مهم در پزشکی و فرایندهای صنعتی می‌باشند کاربرد دارند.
خلاصه وضعیت در ایران :
هرچند توجه به بیوتكنولوژی در ایران، تنها با چندین سال تاخیر نسبت به بسیاری از كشورهای جهان، در اواسط دهه 80 میلادی (60 هجری) آغازشده است، ولی اگر امكانات و منابع تخصیص‌یافته به بیوتكنولوژی كشور را بررسی كرده ومنصفانه قضاوت نماییم، سرآغاز توجه نسبتاً جدی به مقولة بیوتكنوژی نوین در ایران طی5سال اخیر بوده است. در دهه‌های اخیر كه بسیاری از كشورهای جهان، مرحله ایجاد ساختار و انجام پژوهش‌های بیوتكنولوژی را پشت سر گذاشته و به مقوله گسترش تولیدات صنعتی و تجاری‌سازی فرآورده‌های بیوتكنولوژیپرداخته‌اند، در ایران همچنان در شروع بحث ایجاد ساختار و پژوهش‌های بنیادی این فناوری هستیم.با عنایت به دستاوردها و توانمندی‌های ویژه بیوتكنولوژی، بایستی در كشور ما نیز همچون سایر كشورها، توسعة بیوتكنولوژی گامی مهم در جهت رسیدن بهاستقلال و خودكفایی اقتصادی، به خصوص در بخش كشاورزی و تأمین احتیاجات جمعیت روبهرشد دانسته می‌شد، اما مرور فعالیت‌های كشور در زمینه بیوتكنولوژی بیانگر این واقعیت است كه روند رشد این فناوری در كشور بسیار كند بوده است و هنوز نتوانسته‌ایم به نقطه مطلوب و شایسته در این زمینه دست یابیم. اگر چه ایران طی چند سال اخیرتوانسته است گام‌های بلندی برای كسب دانش فنی، تهیه تجهیزات مورد نیاز این فناوری وكاهش فاصله با جهان بردارد؛ اما با توجه به سرعت بسیار بالای پیشرفت این علم، این سرمایه‌گذاری‌ها به هیچ وجه كافی نبوده است. این در شرایطی است كه كشور از نقاط قوت وتوانمندی‌های بالقوه بسیار زیادی در این زمینه برخوردار است. وجود مراكز و موسسات تحقیقاتی معتبر و نیروی متخصص ماهر كه بعضاً از فرصت‌های اندك استفاده كرده ودستاوردهای پژوهشی و حتی تولیدی قابل‌توجهی نیز برای كشور به ارمغان آورده‌اند، ازجمله این توانمندی‌ها می‌باشند.
دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی عمده در این زمینه در ایران فعالند که از آن جمله می توان به پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، انجمن بیوتکنولوژِی ایران و موسسه تحقیقات بیوتکنولوژِی کشاورزی اشاره کرد.
محمدصادق ابراهیمی
