زیست‌شناسی (۳)

بیوتکنولوژی چیست؛ دستاوردهای مهم زیست فناوری از دیروز تا امروز

 

بیوتکنولوژی، روش جدیدی برای پرداختن به تکنیک کشت وکار است. با دست یابی به شیوه های کاربردی فن آوری موجودات زنده ، می توان محصول بیشتر ، گیاه مقاوم تر وحتی محصول بهتر تولید نمود.هزاران سال است،انسان دریافته است که چگونه گیاهان مفید را به کاربرد . از گندم نان وازشیر ، لبنیات تولید نماید. درتولید ماست ازشیر، یک میکرو ارگانیسم این فرآیند را انجام می دهد. یعنی درواقع می توان از میکرو ارگانیسم های مفید برای تغییرات وتبدیلات مورد نظر درمحصولات کشاورزی اعم از گیاهی وحیوانی استفاده نمود.

دردوهزار سال قبل از میلاد مسیح، مصری ها جو را تخمیر کرده یا از انگور سرکه تولید می کردند. آنان به اصول تخمیر ، پی برده بودند، یا درواقع به نوعی بیوتکنولوژی دست یافته بودند. نتیجه ای که گرفته می شود، این است که بیوتکنولوژی سابقه ای دیرینه دارد.در واقع تا آنجا که به کشاورزی ارتباط می یابد، واژه بیوتکنولوژی ، روش جدیدی برای پرداختن به تکنیک کشت وکار است. یعنی با دست یابی به شیوه های کاربردی فن آوری موجودات زنده ، می توان محصول بیشتر، گیاه مقاوم تروحتی محصول بهتر تولید نمود. این علم امروزه توانسته است برروی ژن موجودات زنده کاربکند وتغییراتی درجهت هدفهای پیش بینی شده درمواد بدهد، یعنی درواقع درنحوه اطلاعات وراثتی سلولهای زنده دخالت کند وموفق به تولید گونه های جدید وبهتری گردد.

34081078865395745720

اما حقیقتاً بیوتکنولوژی یا همان زیست فناوری چیست؟ شما به این سوال چه پاسخی می‌دهید؟

تمام این تصورات و حتی نظر شما می‌تواند پاسخی به این سوال باشد. در حقیقت واژه‌ی بیوتکنولوژی به طور کلی بیانگر روش‌های استفاده از موجودات زنده و تولیدات آنها برای بهتر ساختن شرایط زندگی انسان و محیط زیستش است. اگرچه واژه‌ی بیوتکنولوژی اغلب برای اشاره به تکنولوژی مهندسی ژنتیک استفاده می‌شود اما در واقع در برگیرنده‌ی دامنه‌‌ی وسیع‌تری از روش‌های اصلاح زیستی موجودات براساس  نیازهای انسانی است.رشد و شکوفایی بیوتکنولوژی ریشه در ماقبل تاریخ دارد. زمانی که انسان‌های اولیه فهمیدند که چگونه می‌توانند گیاهان مورد استفاده شان را کشت کنند ویا زمانی که تلاش کردند تا حیونات را اهلی کنند و یاد گرفتند که چگونه آنها را پرورش دهند، درواقع آنها یاد گرفتند که از بیوتکنولوژی استفاده کنند.کشف اینکه شیر می‌تواند به پنیر و ماست تبدیل شود یا از تخمیر میوه‌ها سرکه و الکل  تولید می‌‍شود شروع اولین مطالعات بیوتکنولوژی بود.نانواهایی که فهمیدند که چگونه خمیر صاف و سبک‌تر عمل آورند یا دامدارانی که با تشخیص تفاوت‌های فیزیکی در بین دام‌هایشان و انتخاب جفت مناسب برای آنها به اصلاح نژاد پرداختند ویا کشاورزانی که بین انواع یک گیاه هیبریدگیری کردند تا محصول مطلوب‌تری حاصل کنند اولین بیوتکنولوژیست‌ها بودند.اما در قرن بیست یکم بیوتکنولوژی به صورت رشته‌ای مستقل در آمد. این استقلال نه تنها سبب قطع ارتباطش با رشته‌های دیگر نشد بلکه با فعالیت‌ها بیشتر با رشته‌های بیشتری ارتباط یافتن و نیز باعث ارتباط رشته‌های دیگر با هم شدند.فناوری زیستی بین علوم زیستی از قبیل ژنتیک، میکروبیولوژی، ویروس شناسی، بیوشیمی، زیست مولکولی، زیست سلولی و  جنین شناسی با رشته‌های کاربردی نظیر مهندسی شیمی، الکترونیک، نانو فناوری و فناوری اطلاعات پیوند برقرار ساخت و از آنها برای خدمت به کشاورزی، پزشکی، داروسازی، تولیدات غذایی، دامپروری و صنایع مختلف که ملموس‌ترین آن نساجی می‌باشد بهره می‌جوید.

فناوری زیستی با توجه به کاربردی که هدف قرار می‌‌دهد به شاخه‌های مختلف تقسیم می‌شود که به این ترتیب نامگذاری می‌شود:

• بیوتکنولوژی سبز که در آن محققان بر روی کاربردهای کشاورزی متمرکز اند از جمله اهلی سازی گیاهان با تغیر در اندازه‌ی آنها و تولید گیاهان ترارخت با توان رشد در محیط‌های با شرایط خاص یا توان مقابله با آفت‌ها از طریق وارد کردن ژن‌های اضافی به ژنوم آنها.

• بیوتکنولوژی قرمز برای بیوتکنولوژی پزشکی به کار می‌رود. ازجمله اهدافش طراحی ارگانیسم‌هایی است که توان تولید آنتیبیوتیک‌ها یا داروهای دیگر را دارند و یا درمان‌های ژنتیکی از طریق دستورزی‌های ژنتیکی است.

• بیوتکنولوژی سفید یا بیوتکنولوژی صنعتی که به عنوان مثال برای تولید مواد صنعتی از موجودات زنده استفاده می‌کنند و یا از آنزیم‌ها استفاده‌ی صنعتی می‌کنند.

• بیوتکنولوژی آبی که محققان بر روی موجودات آبزی و دریایی کار می‌کنند.

در آینده از کاربردهای زیست فناوری در زمینه‌های مختلف بیشتر صحبت خواهیم کرد.

35896796751279853011

نتیجه گیری اینکه…

بیوتکنولوژی ، روش جدیدی برای پرداختن به تکنیک کشت وکار است…

با دست یابی به شیوه های کاربردی فن آوری موجودات زنده می توان محصول بیشتر ، گیاه مقاوم تر وحتی محصول بهتر تولید نمود. دردوهزار سال قبل از میلاد مسیح ، مصری ها جو  را تخمیر کرده یا ازانگور سرکه تولید می کردند. آنان به اصول تخمیر پی برده بودند یا درواقع به نوعی بیوتکنولوژی دست یافته بودند. نتیجه ای که گرفته می شود این است که بیوتکنولوژی سابقه ای دیرینه دارد، درواقع تا آنجا که به کشاورزی ارتباط می یابد، واژه بیوتکنولوژی روش جدیدی برای پرداختن به تکنیک کشت وکار است. یعنی با دست یابی به شیوه های کاربردی فن آوری موجودات زنده می توان محصول بیشتر، گیاه مقاوم تروحتی محصول بهتر تولید نمود.این علم امروزه توانسته است برروی ژن موجودات زنده کاربکند وتغییراتی درجهت هدفهای پیش بینی شده درمواد بدهد، یعنی درواقع درنحوه اطلاعات وراثتی سلولهای زنده دخالت کند وموفق به تولید گونه های جدید وبهتری گردد.درحدود بیست سال اخیر دو کار بنیادی واصولی درتکنولوژی کشاورزی صورت گرفته است . یکی تکنیک بهره برداری های مختلف ازسلول گیاهی ودیگری استفاده از بافت گیاهی با شیوه های ترکیب جدید ژنها. به بیان دیگر با شیوه کاربردی جدید می توان ضمن جدا کردن سلول یک گیاه، به تنهائی آن را وادار به تکثر نمود و بعدا” به خاک انتقال داد. زیرا امکان کشت سلولی برای همه گیاهان موجود برروی کره زمین عملی است. یکی از نتایج این شیوه صرفه جوئی ازنظر وقت وفضای کشت وکار است. ازطرفی این روش تکثیر گیاهی نتایج بهتری برای هدف تعیین شده به دست می دهد. درواقع یک سانتی مترمکعب ازبافت یا اندام که چندین میلیون سلول مانند هم دارد ، بالقوه می تواند میلیون ها بوته هم خواص با آن گیاه باشد. درواقع این شیوه کار بذر و قلمه را به نحو بهتری انجام می دهد. ضمنا” می توان به خواص وراثتی گیاه پی برد و برای رشد و نمو آن تا مرحله به ثمرآمدن زمان صرف نکرد. به عبارت دیگر این شیوه روشی است که امکان مطالعه بهتر گیاه را درکمترین زمان و با بیشترین ضریب اطمینان به دست می دهد. حتی می توان با جدانمودن دیواره سلولی یک گیاه، چند سلول را از نظر محتوا به هم آمیخت. دریک آزمایشگاه تحقیقاتی به نام ماکس پلانک درآلمان ضمن آزمایشی معلوم شدکه ازمیان چهل و دو هزار بافت سیب زمینی مورد آزمایش فقط ۱۷۳ بافت یعنی چهار درصد بافت ها دربرابر بیماری قارج سیب زمینی مقاوم بودند، این بافت تکثیر گردید تا درمرحله گیاه کامل به مزرعه انتقال داده شود. نتیجه ای که حاصل آمد این بود که این گونه جدید واقعا” نسبت به قارچ مقاوم است وبه سمپاشی نیازی ندارد . این شیوه دست یابی به گونه های مقاوم فقط درمدت هشت ماه عملی گردید. درصورتیکه در سالهای ۱۹۷۵ تا ۱۹۸۰ ، این کار ازطریق روشهای اصلاح نباتات حد اقل ده تا پانزده سال زمان می طلبید. این کار برای گیاهان دیگر ازجمله نخل روغنی حداقل سی سال زمان نیازدارد. درحال حاضر درکشورهای صنعتی این شیوه بسیار رواج یافته وتحولات شگرفی به وجود آمده ونتایج کارهای چندین ساله محققین به تولید انبوه رسیده است.کمسیون جهانی طرفداران توسعه دانش بیوتکنولوژی براین عقیده اند که افق دید این عمل بسیار وسیع تر ازگذشته بوده واهداف والائی چون رفع مشکلات سلامتی ، تغذیه ، محیط زیست و نیز مواد اولیه را بسیار سریع تر از شیوه های سنتی گذشته تامین خواهند نمود. معمولا” تولیدات سالم تر، فشار کمتری بر محیط زیست وارد می کند. این مواد نیاز به انرژی کمتری دارند و دست آخر اینکه مواد حاصل ازبیو تکتولوژی مضربه حال طبیعت نیست. ازطرف دیگر میکرو ارگانیسم ها قادرهستند از مواد آلی با قیمانده درشهرها ومزارع وآبهای آلوده درکشاورزی مواد الکلی وپروتئین به دست دهند.

64468124010097712806

به‌طور کلی بیوتکنولوژی نوین از سه ابزار مهم زیر در زمینه کشاورزی بهره می‌گیرد:

الف) مهندسی ژنتیک و دی-ان-آی نوترکیب

ب) کاربرد نشانگرهای مولکولی (پروتئین و دی-ان-آ)

ج) کشت سلول‌ها، ‌اندام‌ها و بافت‌های گیاهی

این نوشتار سعی دارد مهمترین حوزه‌های کاربرد بیوتکنولوژی گیاهی را در قالب سه مورد فوق‌الذکر به طور اجمال معرفی کند که می‌تواند تحلیلی درباره ضرورت توجه به این حوزه از تکنولوژی‌های نو ارائه نماید.
با توجه به اهمیت فناوری‌زیستی ابعاد اقتصادی، اجتماعی و حتی سیاسی، شایسته است که مسئولین علمی و سیاسی کشور بیش از پیش به حمایت و سرمایه‌گذاری در این زمینه توجه نمایند. همچنین لازم است، برنامه‌ریزان و تصمیم‌سازان استراتژی ملی توسعه کشور نسبت به اولویت‌دادن به آموزش‌ها و پژوهش‏های نوین بنیادی و کاربردی در عرصه بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک و ارایه تمهیدات و راهکارهای بهره‌برداری تجاری‌ از فراورده‌های آن، اقدام لازم را به عمل آورند.

57951275426852625613

الف) مهندسی ژنتیک و دی‌ان‌آی نوترکیب

مهندسی ژنتیک، پیچیده‌ترین شاخه بیوتکنولوژی است که روش‌‌های مبتنی بر ژنتیک سلولی و مولکولی، نشانگرهای مولکولی، کشت سلول و بافت، میکروبیولوژی و بیوشیمی را در بر می‌گیرد. به طورکلی مهندسی ژنتیک شامل استفاده از روش‌های انتخاب ژن موردنظر، جداسازی، خالص‌سازی، تکثیر و انتقال ژن‌ها و ارزیابی بروز آن‌ها در موجود زنده می‌‌باشد. این فناوری امکاناتی را فراهم می‌آورد که با روش‌های سنتی (کلاسیک) امکان‌پذیر نیست.
مهندسی ژنتیک با رفع مشکل محدودیت تلاقی‌های جنسی توانسته است انتقال مستقیم و سریع ژن‌های جدید یا تغییریافته از منابع مختلف شامل گونه‌های گیاهی، حیوانات،‌ باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها به یکدیگر و از جمله گیاهان را فراهم آورد؛ در حالی که این کار با روش‌های معمول و کلاسیک به‌نژادی امکان‌پذیر نیست. این فناوری حتی می‌تواند ژن‌های مصنوعی طراحی نماید و به موجودات انتقال دهد. بنابراین تنوع در خزانه ژنی (gene pool) را افزایش می‌‌دهد.

به طور کلی دامنه مطالعات و کاربردهای مهندسی ژنتیک شامل موارد زیر می‌‌باشد:

۱- مطالعات بنیادی در زمینه زیست­شناسی پایه و از جمله شناسایی، جداسازی و شناخت اجزاء ژن و عمل آن‌ها، چگونگی فعالیت رونویسی، ترجمه و ابراز (بیان) ژن‌ها و بررسی فرآورده پروتئینی آن‌ها، یکی از مهمترین نقاط تمرکز پژوهش‌های مهندسی ژنتیک می‌‌باشد.

۲- تولید کاوشگرهای تشخیصی (diagnostic probes) جهت شناسایی توالی‌‌های مشابه که در مطالعات بیوتکنولوژی و همچنین تشخیص صفات از قبیل مقاومت و یا حساسیت به آفات و بیماری‌ها و شناخت ارقام هر گیاه کاربرد دارد.

۳- تراریزش یا انتقال ژن به روش‌های مهندسی ژنتیک (transformation) و تولید گیاهان و جانوران تراریخته transgenic دارای صفات جدید و یا تغییریافته، امروزه یکی از مهمترین و کاربردی‌ترین استفاده‌های مهندسی ژنتیک در کشاورزی می‌‌باشد و گیاهان تراریخته می‌توانند جهت استفاده‌های مستقیم یا غیرمستقیم غذا، علوفه‌ و الیاف بکار روند و یا اینکه در برنامه‌های به‌نژادی، تولید مواد دارویی و صنعتی استفاده شوند

53359130550734138610

گیاهان تراریخته (Transgenic Plants) و اهمیت اقتصادی آن‌ها:

فنون دست‌ورزی ژنتیکی گیاهان در اوایل دهه ۸۰ میلادی ابداع گردید و نتایج کاربردی آن از اوایل دهه ۹۰ با ایجاد گیاهان تراریخته مقاوم به آفات، بیماری‌ها و علف‌کش‌ها به ثمر نشست. اکنون حدود دو دهه از پیدایش فنون دی‌ان‌‌آی نوترکیب و مهندسی ژنتیک گیاهی می‌گذرد. در این مدت سرمایه‌گذاری‌های هنگفت و تلاش فراوانی در نقاط مختلف دنیا برای توسعه و بهبود این فنون جهت دستیابی به اهداف موردنظر به‌عمل آمد. مهندسی ژنتیک، انقلاب سبزی را برای بهبود کمی و کیفی محصولات کشاورزی و غلبه بشر بر گرسنگی و فقر غذایی بنیان نهاده است. دانشمندان با دست‌کاری ژن‌های یک گیاه، جانور و میکروارگانیسم، نژادهای تراریخته‌ای از آن را به وجود می‌آورند که نسبت به نژاد طبیعی، به آفات و بیماری‌ها و یا سموم مقاوم بوده، ‌‌یا برخی عناصر غذایی و ویتامین‌ها را که نوع طبیعی فاقد آن است، تولید می‌نماید. لذا این قبیل گیاهان یا جانوران، محصول بیشتر و با کیفیت بهتری تولید می‌کند. در دهه آینده امید می‌رود با استفاده از گیاهان زراعی تراریخته، افزایش عملکرد از ۱۰ به ۲۵ درصد برسد. از سال‌های‌ ۱۹۸۲ و ۱۹۸۳ که‌ اولین‌ انتقال موفقیت‌آمیز ژن‌ها به سلول‌های گیاهی انجام شد، سرعت پیشرفت ایجاد گیاهان تراریخته افزایش یافت‌. اولین آزمایش مزرعه‌ای گیاهان تراریخته در سال ۱۹۸۶ در کشور فرانسه انجام گرفت. اما استفاده عملی از گیاهان تراریخته، زمانی آغاز شد که کشور چین تنباکو و گوجه‌فرنگی تراریخته مقاوم به ویروس را در پایان‌ سال‌ ۱۹۹۲ برای عرضه در بازار تصویب نمود و سپس گوجه‌فرنگی با قابلیت انبارداری بیشتر توسط شرکت کالگن آمریکا در سال ۱۹۹۴ معرفی شد. امروزه تولید گیاهان تراریخته از عمده‌ترین کاربردهای بیوتکنولوژی در کشاورزی می‌باشد. در حال حاضر، انتقال ژن از طریق مهندسی ژنتیک و تولید گیاهان تراریخته در مواردی همچون مقاومت به آفات، بیماری‌ها، علف‌کش‌ها، بهبود کیفیت پروتئین و روغن و غیره در بیش از ۶۰ گیاه زراعی، باغی و زینتی حاصل شده است و تعداد آن‌ها با سرعت زیادی روز به روز افزایش می‌یابد. سطح زیرکشت این قبیل گیاهان در جهان طی سال‌های اخیر با روند تصاعدی افزایش یافته و از سال ۹۶ تا ۲۰۰۱ حدود ۳۰ برابر شده است (جدول ۱). اکنون بیش از ۲۵ درصد سطح‌کشت جهانی گیاهان تراریخته در کشورهای در حال توسعه قرار دارد. شمار کشورهایی که گیاهان زراعی تراریخته را کشت می‌کنند، از یک کشور در سال ۱۹۹۲ به چهارده کشور در سال‌ ۲۰۰۲ افزایش یافته ‌است.میزان فروش محصولات گیاهان تراریخته طی سال‌های ۱۹۹۵ تا ۲۰۰۰ به‌سرعت افزایش یافت (جدول ۲). بازار جهانی گیاهان تراریخته در سال ۲۰۰۱ از مرز سه میلیارد دلار گذشت و پیش‌بینی می‌‌شود که در سال ۲۰۰۵ و ۲۰۱۰ به ترتیب تا حد ۶ و ۲۰ میلیارد دلار افزایش یابد. سود حاصل از گیاهان تراریخته طی سال ۱۹۹۹ حدود ۷۰۰ میلیون دلار بود که بیش از دو میلیون کشاورز از آن بهره‌مند شده‌اند. در سال ۲۰۰۱ حدود پنج­و­نیم میلیون کشاورز از کشت این قبیل گیاهان بهره برده‌اند. لذا اکنون مقبولیت گونه‌های جدید زراعی، باغی و حتی دام‏های تراریخته نزد کشاورزان افزایش یافته است و این خود موضوعی است که دانشمندان را به سوی تولید فرآورده‏های نوین و با قابلیت‏های بیشتر سوق می‏دهد. پیش‌بینی می‌‌شود که در سال ۲۰۲۵ حدود ۱،۶ میلیارد نفر در جهان از طریق مهندسی ژنتیک غلات تغذیه خواهند نمود. شرکت زنکا (Zeneca) معتقد است که بازار جهانی گیاهان تراریخته در سال ۲۰۲۰ به ۷۵ میلیارد دلار خواهد رسید، لذا سرمایه‌گذاری در این زمینه را از ۲۰ میلیون دلار در سال ۹۷ به ۶۰ میلیون در سال ۹۸ افزایش داد. شرکت نوارتیس سوئیس نیز حدود ۲۰ میلیون دلار طی سال‌های ۹۹ و ۲۰۰۰ برای گسترش ساختمان موسسه تحقیقات بیوتکنولوژی خود هزینه نمود.کاهش هزینه کشاورزان از طریق کنترل بهینه آفات، بیماری‌ها، علف‏های هرز، کاهش مصرف سموم و افزایش کمیت و کیفیت محصول، از جمله مزیت‌های حاصل از کاربرد گیاهان تراریخته (تغییریافته ژنتیک) می‌باشد. گیاهان تراریخته مقاوم به آفات و بیماری‌های شایع و خسارت‌زا قادرند خسارات سالیانه ۳۰ درصدی محصولات کشاورزی را کاهش دهند؛ در نتیجه امروزه شاهد رویکرد کشاورزان در کشورهای صنعتی به سوی کاشت و بهره‏برداری از این قبیل گیاهان هستیم. کاشت این‌گونه گیاهان، هزینه‌های مبارزه شیمیایی و کاربرد سموم دفع آفات نباتی را کاهش می‌دهد. از سوی دیگر صدمات وارده به منابع زیستی مثل خاک و آب‌های زیرزمینی را به حداقل می‌رساند. برای روشن شدن مطلب به ذکر چند مثال زیر بسنده می‌شود:

زمینه‌های مختلف کاربرد گیاهان تراریخته:

۱- مبارزه با آفات و بیماری‌ها

یکی از رویکردهای بیوتکنولوژی برای مبارزه با آفات و بیماری‌های گیاهی، مقاوم نمودن گیاه از طریق دست‌کاری ژنتیک و انتقال ژن می‌باشد. تولید گیاهان تراریخته حاوی ژن‌های تولیدکننده پروتئین‌های سمی، که در مقابل آفات خاصی بسیار سمّی و مؤثر بوده و در عین حال برای انسان، گیاه، حیات‌وحش و حشرات مفید، زیانی ندارند، از مثال‌های کاربردی مهندسی ژنتیک می‌باشد. استخراج ژنBt از باکتری Bacillus Thuringiensis و انتقال آن به ذرّت، پنبه و سیب‌زمینی باعث مقاومت آنها در مقابل حشرات شده است. اکنون میلیون‌ها هکتار از این قبیل گیاهان در تعدادی از کشورهای صنعتی و در حال توسعه جهان کشت می‌شود. واضح است که این فناوری با از بین بردن نیاز به استفاده از سموم شیمیایی، چه خدمتی به حفظ محیط‌زیست و صرفه‌جویی اقتصادی کشاورزان می‌نماید که در بخش قبلی نیز چند مثال ذکر شد. در دانشگاه دیویس کالیفرنیا، انتقال ژن mi به گوجه‌فرنگی و ابراز آن در برگ‌‌ها موجب مقاومت به نماتد گره‌‌زای ریشه (Root knot) و شته می‌‌شود، ولی این ژن در درجه حرارت‌‌های بالاتر در مناطق گرمسیری غیرفعال می‌‌شود و نیاز به مطالعات بیشتر دارد. انتقال ژن Bt به باکتری خاکزی سودوموناس فلوئورسنس (Pseudomonas fluorescence) که با ریشه غلات و سویا همزیست می‌‌باشد و اضافه‌کردن این باکتری به خاک می‌‌تواند خسارت کرم اگروتیس یا شب‌پره زمستانی (Agrotis ipsilon or Black cutworm) در غلات را کنترل کند. محققان آمریکایی با انتقال ژن Pin۲ به گیاه برنج باعث مقاوم شدن آن در برابر حشرات شده‌اند. ژن Bt به یک ریزسازواره درونزاد (Endophyte microorganism) که داخل دستگاه آوندی گیاهان زندگی می‌‌کند و تکثیر می‌‌شود و آغشته‌‌سازی بذور ذرت و برنج با آن‌ها، موجب کنترل کرم ساقه‌‌خوار ذرت و برنج می‌‌شود. آزمایشات مزرعه‌‌ای نشان داده است که ریزسازواره در خارج از گیاه زنده نمی‌‌ماند و به گیاهان تلقیح نشده همجوار نیز منتقل نمی‌‌شود. بنابراین مشکل زیست‌محیطی نخواهد داشت.

۲- مبارزه با علف‌های هرز

مهندسی ژنتیک در مبارزه با علف‌های هرز نیز به کمک کشاورزی آمده است. انتقال ژن‌های مقاومت به علف‌کش که منشاء باکتریایی دارند، توانسته است ارقام جدیدی از گیاهان ذرت، پنبه، سویا و کلزای مقاوم به علف‌کش‌های مهم همچون رانداپ و باستا را ایجاد نماید. گیاهان تراریخته مقاوم به علف‌کش اکنون بیشترین سطح کشت جهانی گیاهان تراریخته را به خود اختصاص داده‌اند.

‌۳- بهبود کیفیت غذایی
تعدادی از ژن‌های مربوط به کیفیت پروتئین از جمله لگومین در نخود، فازئولین در لوبیا، زئین در ذرت، گلیادین‌ها و گلوتنین‌های با وزن مولکولی بالا در گندم، شناسایی و همسانه‌سازی (کلون) شده‌اند و در بعضی موارد (از جمله در گندم) به گیاهان منتقل شده‌اند. انتقال ژن پروتئین فریتین Ferritin تحت کنترل یک پیش‌‌بر در دانه برنج موجب گردید آهن قابل استفاده (فرم فرو) آن افزایش یابد. در سوئد ژن‌‌هایی به برنج منتقل کرده‌‌اند که موجب تولید و ذخیره بتاکاروتن در دانه می‌‌شود. این ماده در بدن انسان به ویتامین A تبدیل می‌‌شود و می‌‌تواند به عنوان یک منبع تامین‌کننده ویتامین A مطرح باشد. بدین ترتیب در آینده نزدیک، دانه‌های برنج غنی از ویتامین A به یاری کسانی که غذای اصلی آنها برنج بوده و به دلایلی از فقر ویتامین A رنج می‌برند، خواهد شتافت.

۴- تحمل نسبت به تنش‌های محیطی

حدود ۸۰ درصد اختلاف بین مقدار محصول بدست آمده و محصول مورد انتظار از خسارات تنش‌های محیطی ناشی می‌شود. اکثر موفقیت‌های کاربردی مهندسی ژنتیک در زمینه صفات تک‌ژنی ساده بوده است. اما بسیاری از صفات اقتصادی و مطلوب در کشاورزی از جمله تحمل به تنش‌های محیطی توسط تعداد زیادی ژن کنترل می‌‌شوند و کار برای اصلاح این صفات مشکل می‌‌باشد. با این وجود، برخی از ژن‌ها مرتبط با تنش‌های محیطی از قبیل تحمل به سرما، گرما، عناصر سنگین، ‌شوری و خشکی شناسائی و استفاده شده‌اند، ولی کاربرد تجاری از آن‌ها بدست نیامده است.
به عنوان مثال می‌توان از انتقال ژن مانیتول (یک ژن باکتریایی) برای افزایش تحمل به شوری در توتون نام برد. همچنین مهندسی ژنتیک توانسته است سیب‌زمینی و توت‌فرنگی مقاوم به یخبندان ایجاد نماید. انتقال یک ژن باکتریایی به گیاه تنباکو، به بقای آن در محیط شور کمک نموده است. با تولید برنج مقاوم به شوری نیز امکان زیرکشت بردن ۸۶٫۵ میلیون هکتار از زمین‌های شور جنوب و جنوب شرقی آسیا فراهم می‌آید. دانشمندان ژاپنی مشغول تحقیق در مورد تولید نوعی برنج پایدار در برابر خشکی و سرما و مقاوم به بیماری‌ها هستند.

 ۵- تولید مواد دارویی از گیاهان

بکارگیری فناوری نوین زیستی علاوه بر آنکه در توسعه منابع جدید غذایی، حفظ محیط‌زیست و غیره منشاء اثرات مفید بوده است، در ارائه راهکارهای نوین و آسان در برقراری و حفظ بهداشت و سلامت بشر نیز موفق عمل نموده است. تولید واکسن‏های خوراکی و فراورده‏های دارویی بوسیله گیاهان نیز رویداد مهمی است که منجر به افزایش کیفیت زندگی در کشورهای عقب­مانده خواهد گشت. برای مثال، واکسیناسیون افراد درکشورهای در حال توسعه، نیازمند خرید سالانه واکسن از کشورهای صنعتی است و نیاز به سرمایه‌گذاری‌های کلان جهت ایجاد زیرساختارهای بهداشتی و فراهم نمودن تجهیزاتی دارد که دسترسی به آنها سهل و ارزان نیست. اما بیوتکنولوژی گیاهی توانسته است پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای در تولید واکسن‌های خوراکی در گیاهان زراعی یا میوه‌جات ایجاد کند.
تولید واکسن هپاتیت B در ذرت و موز و تولید واکسن cholera در سیب‌زمینی، از نمونه‌های این کاربرد بیوتکنولوژی می‌باشند. این گونه واکسن‌های نوترکیب در مقایسه با واکسن‌های تزریقی از هزینه بسیار کمتری برخوردارند. نتیجه یک برآورد در آمریکا نشان می‌دهد که هزینه واکسن تزریقی هپاتیت B به ازای هر فرد ۲۰۰ دلار می‌باشد ولی استفاده از موز و گوجه‌فرنگی حاوی این واکسن (واکسن خوراکی) کمتر از ۱۰ دلار هزینه دارد.
تغذیه از سیب‌‌زمینی تراریخته حامل ژن دورگ کلراانسولین Chlora-Insuline که گلوتامیک اسید دکربوکسیلاز (GAD) را تولید می‌‌کند از ابتلاء به دیابت جلوگیری می‌‌نماید. این مورد در صورت موفقیت می‌‌تواند یک روش آسان و ارزان برای جلوگیری از این بیماری باشد. لازم به ذکر است تغذیه موش‌‌های مستعد دیابت موجب کاهش وقوع آن و شدت پاسخ ایمنی گردید.
تنباکوی تولیدکننده هموگلوبین انسانی و ملانین در ایالت کارولینای شمالی آمریکا در حال انجام آزمایشات مزرعه‌‌ای می‌‌باشد.

۶- تولید آنزیم‌ها و فرآورده‌های صنعتی

در حال حاضر پژوهشگران، سیستم‌های ویژه‌ای برای کنترل ژن‌های نو‌ترکیب در داخل گیاهان ابداع کرده‌اند که آنها را قادر ساخته تا بتوانند ویژگی‌های موردنظر را تنها در یک قسمت از گیاه به وجود آورند؛ به صورتی که بتوان از یک گیاه علاوه بر محصول اصلی و زراعی آن، فرآورده‌های جانبی دیگری نیز بدست ‌آورد. اخیراً نوعی سیب‌زمینی به‌وجود آمده است که قابلیت تولید دو نوع محصول، یکی غذایی و دیگری آنزیمی را تواماً دارا می‌باشد.
آنزیم‌های صنعتی در فرمانتورها (بیوراکتورها) تولید می‌شوند، اما تولید آنها بدین روش، به‌ دو عامل گران‌قیمت یعنی زمان و نیروی کار وابسته است. پژوهشگران معتقدند استفاده از گیاهان به عنوان بیوراکتورها برای تولید آنزیم‌ها، آسان‌تر و ارزان‌تر خواهد بود. هزینه تولید یک گرم محصول با استفاده از فرمانتور ۵۰ تا ۲۵۰ دلار است در صورتی که تولید آنزیم‌ در گیاهان، کمتر از یک پنی برای هر گرم محصول هزینه در بر دارد. این مساله تنها به سیب‌زمینی محدود نمی‌شود، بلکه از گیاهان دیگر به‌ویژه ذرت نیز می‌توان برای تولید آنزیم در قسمت‌های غیرخوراکی آنها استفاده کرد. توجه به این نکته ضروری است که بیش از ۱۲۰ میلیون تن ساقه خشک ذرت و ۴ میلیون تن برگ و ساقه خشک سیب‌زمینی در هر سال تولید می‌شود که می‌تواند منبعی برای تولید مواد صنعتی باشد. علاوه بر این، کشاورزان می‌توانند با کشت یک گیاه و صرف هزینه واحد، همزمان دو محصول را تولید کنند که بدین ترتیب افزایش درآمدی بالغ بر ۱۰۰ تا ۲۰۰ دلار در هر ایکر (واحد سطح) را به دنبال خواهد داشت. مشاهده می‌شود که چنین دستاوردهایی علاوه بر کاهش بسیاری از هزینه‌ها، موجب آشتی هر چه بیشتر تکنولوژی و طبیعت نیز می‌شود. همچنین می‌توان از تولید آزمایشی پلاستیک توسط گیاه خردل در دانشگاه استنفورد آمریکا و استخراج روغن صنعتی توسط پژوهشگران اسکاتلندی از طریق دستکاری ژنتیکی گیاه Meadow Foam نام برد. پژوهشگران اکنون بدنبال گیاهانی مانند Thaumatococcus danielli هستند که تولید پروتئین تاوماتین Thaumatin آن حدود ۲۵۰۰ مرتبه از شکر شیرین‌تر می‌‌باشد و مبداء آن در آفریقا است.

۷- کاهش نیاز گیاهان به کودهای شیمیایی

در زمینه دست‌ورزی سیستم تثیبت ازت و جذب فسفر و پتاسیم نیز ژن‌هایی شناسایی و همسانه‌سازی شده‌اند و مطالعاتی در حال انجام می‌‌باشد. به عنوان مثال، ژن‌‌های ترانسپورتر فسفات از آرابیدوپسیس جداسازی و کلون شده‌‌اند و وجود چنین ژنی در گوجه‌فرنگی نیز گزارش شده است. چنین راهبردهایی در آینده می‌تواند نقش مهمی در حل مشکلات حاصلخیزی خاک‌ و کاهش نیاز گیاهان به کودهای شیمیایی ایفا نماید.نشانگرهای مولکولی، یک وسیله و ابزار مفید و دقیق می‌‌باشند که روش‌‌های مبتنی بر استفاده از آن‌ها به عنوان مکمل روش‌های سنتی و کلاسیک در سرعت بخشیدن به برنامه‌های به‌نژادی، افزایش دقت و صرفه‌جویی در نیروی کار و هزینه‌ها نقش چشمگیری دارند. پیدایش تکنیک PCR و نشانگرهای مولکولی دی‌ان‌آ در اوایل دهه ۸۰ میلادی و تکامل تدریجی آن‌ها به کمک ابداع ابزارها و وسایل نوین پیشرفته باعث گردید که مفاهیم ژنومیکس، بیوانفورماتیکس و پروتئومیکس در اواسط دهه ۹۰ به عرصه بیولوژی مولکولی وارد شوند و باب‌های جدیدی از کاربردهای بیوتکنولوژی نوین گشوده شود. مجموعه این دستاوردها موجب شد که پایان قرن بیستم با اتمام پروژه‌های بررسی ژنوم چندین موجود و از جمله انسان، آرابیدوپسیس و برنج مصادف شود. اگرچه برخی از متخصصین، نشانگرهای بیوشیمیایی شامل آیزوزایم‌‌ها و پروتئین‌های کلی و ذخیره‌ای را که از اواسط دهه ۱۹۵۰ میلادی معرفی شده‌اند به عنوان نشانگرهای مولکولی می‌شناسند، اما امروزه واژه نشانگرهای مولکولی بیشتر با نشانگرهای دی‌ان‌آ مترادف می‌باشد. انواع مختلفی از نشانگرهای مولکولی دی‌ان‌آ (DNA) تا به امروز معرفی شده‌اند و دقیق­ترین ابزار را برای بررسی ساختار ژنتیکی موجودات فراهم نموده‌اند. نشانگرهای اراف‌ال‌پی (RFLP)، رپید (RAPD)، SSR، AFLP ،STMS، ESTs و ALP از مهمترین نشانگرهای دی‌ان‌‌آ محسوب می‌شوند.
نشانگرهای مولکولی در عرصه مطالعات ژنتیک، سیتوژنتیک، رده‌بندی و به‌نژادی، دارای کاربردهای متعددی هستند که دو مورد از مهمترین آنها به شرح زیر می‌باشند:
۱٫ بررسی روابط خویشاوندی و روند تکاملی: شناخت تنوع ژنتیکی و طبقه‌بندی ذخائر توارثی، یک امر زیربنایی و پایه برای طراحی موفق برنامه‌های به‌نژادی می‌‌باشد و همچنین در آسان نمودن مدیریت حفظ و نگهداری مجموعه‌های ژنتیکی نقش بسزایی دارد. بررسی‌‌های تنوع ژنتیکی و طبقه‌‌بندی از طریق نشانگرهای مولکولی به طور گسترده‌‌ای در سایر کشورها برای اکثر گیاهان انجام شده است. انجام این کار در مورد ذخایر توارثی گیاهان نیز جنبه بنیادی-کاربردی دارد و برای کمک به طراحی برنامه‌‌های به‌‌نژادی، بسیار ضروری است. همچنین می‌‌توان با شناسایی و حذف نمونه‌‌های تکراری موجود در بانک ژن از هزینه‌‌های اضافی برای تکثیر و نگهداری آن‌ها جلوگیری نمود.
۲٫ تعیین نقشه ژنتیکی (جایگاه کروموزومی و پیوستگی ژن‌ها): تعیین نقشه ژنتیکی موجودات در مطالعات ژنتیک پایه و به‌نژادی اهمیت دارد. نقشه‌یابی و تعیین توالی ژنوم گیاهان همچنین به روشن شدن عمل ژن و تنظیم ابراز آن کمک می‌‌کند.امروزه ردیابی صفات مطلوب و سهولت انتخاب به کمک نشانگرها (MAS or Marker-aided selection) از طریق تعیین پیوستگی (لینکاژ) آن‌ها با صفات مهم زراعی (کمی و کیفی) امکان‌پذیر شده است. این موضوع، امکان گزینش سریع و دقیق ژنوتیپ‌‌های مطلوب را در مراحل اولیه رشد فراهم کرده و طول دوره به‌نژادی را کوتاه می‌‌نماید. این مقوله به خصوص طی سال‌های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است و موفقیت‌‌های زیادی از قبیل تشخیص گیاهان مقاوم به یک آفت یا بیماری که در برنامه‌های به‌نژادی و اجرای مقررات قرنطینه نباتی اهمیت دارند، بدست آمده است. این جنبه کاربردی در گیاهان چندساله و به‌خصوص درختان که اغلب طول دوره جوانی در آن‌ها زیاد می‌‌باشد، اهمیت بیشتری دارد و باعث افزایش دقت و صرفه‌جویی در زمان، نیروی کار، هزینه‌ها و امکانات مزرعه‌ای می‌‌شود.
شناسه‌‌های مولکولی (Molecular tags) برای بسیاری از صفات در گیاهان زراعی توسط انواع مختلف نشانگرهای مولکولی تهیه شده است. مثال‌هایی از پیوستگی نشانگرهای مولکولی بیوشیمیایی و دی-ان-آ برای برخی از صفات مهم در گیاهان مختلف از قبیل گوجه‌فرنگی، گندم، ذرت، جو، سویا، نخودفرنگی و برنج که در انتخاب به کمک نشانگرها (MAS) قابل استفاده هستند وجود دارند. انتخاب به کمک نشانگرها به‌خصوص برای شناسایی صفات کمی و مقاومت گیاهان به آ‌فات و بیماری‌‌ها سودمند می‌‌باشد. اگرچه روش‌‌های مرسوم (سنتی) برای ارزیابی مقاومت به آفات و بیماری‌ها توانسته‌‌اند نتایج بسیار خوبی ارائه دهند ولی اغلب به هزینه و زمان زیاد نیاز دارند. همچنین همیشه گیاهانی هستند که از نظر ژنتیکی حساس هستند اما از بیماری‌‌ها یا آفات فرار می‌‌کنند و حساسیت آن‌ها در نسل‌‌های بعدی بروز می‌‌کند.
لازم به ذکر است از اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی شناسایی مکان‌های ژنی صفات کمی (QTLs) از طریق پیوستگی با نشانگرهای مولکولی مورد توجه واقع شده است. بسیاری از مکان‌‌های ژنی صفات کمی توسط این نشانگرها در تعدادی از محصولات زراعی از قبیل گوجه‌فرنگی، ذرت، جو و برنج شناسایی شده‌اند. نشانگرهای مولکولی پیوسته با صفات کمی همچون مقدار مواد جامد در گوجه‌فرنگی، برگرداندن باروری و سازگاری وسیع دورگ و عدم عقیمی، مقاومت به خشکی، شکل ریشه، زمان خوشه‌دهی و ریزش در برنج گزارش شده‌اند. همچنین تعیین کیفیت نانوایی گندم و تشخیص گندم نان از گندم دوروم توسط بررسی واحدهای گلوتنین از پروتئین‌‌های ذخیره‌ای دانه گندم امکان­پذیر می‌‌باشد.

07793518485801884340

کشف پدیده توتی پوتنسی (Totipotency) یا توانایی یک سلول در ایجاد یک موجود کامل باعث شد تا در اواخر دهه ۱۹۶۰ میلادی روش‌های کشت سلول، بافت‌‌ها و اندام‌‌های گیاهی توسعه یابند. این روش‌ها به نام کشت بافت موسوم می‌‌باشند. فنون کشت سلول و بافت در اواخر دهه ۷۰ توسعه یافتند و تکثیر گیاهان با روش مذکور از اوایل دهه ۸۰ میلادی رایج شد. همچنین توسعه روش‌های انتقال ژن و مهندسی ژنتیک و ایجاد گیاهان و جانوران تراریخته بدون فنون کشت سلول و بافت امکان‌پذیر نبود. شناخت سریع کاربردهای وسیع فنون کشت بافت توسط متخصصین موجب گردید تا این فنون به‌سرعت گسترش یابند. به طوری که شاید امروزه از فعالیت‌‌های ساده و معمول بیوتکنولوژی به‌خصوص برای به‌نژادی گیاهان به‌شمار می‌‌آیند. بسیاری از کاربردهای کشت بافت گیاهی در زمینه اصلاح و بهبود گیاهان کشاورزی از اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی در سطح وسیع جنبه کاربردی پیدا نموده‌‌اند. برزیل به کمک فنون کشت بافت توانسته است رقم‌‌هایی از نیشکر بدست آورد که عملکرد بیشتری دارند و به علف‌‌کش نیز مقاوم هستند. کشور مکزیک در زمینه کشت بافت برای تولید میوه‌‌جات و گل‌های زینتی برای صادرات فعالیت می‌‌کند. هلند سالانه مقادیر بسیار زیادی بذر سیب‌‌زمینی عاری از ویروس و انواع گل‌‌های زینتی را که از طریق ریزازدیادی تکثیر شده‌‌اند به کشورهای دیگر صادر می‌‌کند. رقم گندم زیائویان۶ (Xiaoyan۶) در چین از تلاقی T. aestivum x Agropyron elongatum و بکارگیری فن نجات جنین تولید شده است که ۳۸ میلیون هکتار سطح زیرکشت دارد و افزایش عملکرد ناشی از آن حدود ۱۶ میلیون تن (۴۲۰ کیلوگرم در هکتار) بوده است.
یک شرکت چند ملیتی با استفاده از روش‌‌های کشت بافت و سلول، سالیانه بیش از یک میلیون اصله نهال نخل روغنی تولید و تکثیر می‌نماید و به کشورهای جهان سوم صادر می‌‌کند. سرعت عمل، خالص بودن و سالم بودن باعث می‌‌شود محصول (در مقایسه با کشت و تکثیر معمولی نخل) حدود ۳۰ درصد افزایش یابد. در کره از طریق کشت بافت سیب‌زمینی طی سال‌های ۱۹۸۱ تا ۱۹۸۶ میزان محصول از ۱۲ به ۲۶ تن در هکتار رسیده است. برخی از کشورها از کشت بافت و روش Cryopreservation (نگهداری بافت‌‌های زنده گیاهی در شرایط سرمای زیاد) برای استفاده در بانک ژن نگهداری طولانی مدت جهت حفظ ذخایر ژنتیکی گیاهانی که از طریق غیرجنسی تکثیر می‌‌شوند و یا نگهداری بذور آن‌ها به روش‌‌های معمول در بانک ژن مشکل و پرهزینه می‌‌باشد، استفاده نموده‌اند…

گفتگو با دکتر منوچهر وثوقی مدیر پژوهشکده ی زیست فناوری و محیط زیست دانشگاه صنعتی شریف در زمینه دستاوردهای زیست فناورانه ی دانشگاه

گستردگی‌ کاربرد زیست فناوری (بیوتکنولوژی)‌ در قرن‌ ۲۱ به حدی رسیده‌ است‌ که‌ اقتصاد، بهداشت‌، درمان‌، محیط‌ زیست‌‌، کشاورزی‌، صنعت‌، تغذیه‌ و سایر جنبه‌های‌ زندگی‌ بشر را تحت‌ تاثیر شگرفت‌ خود قرار خواهد داد. اهمیت این موضوع باعث شده که دانشمندان جهان، قرن ۲۱ را به نام بیوتکنولوژی بشناسند. واکاویی بهتر این موضوع و دستاوردهای مهم علم بیوتکنولوژی برای بشر و همچنین سهم پژوهشگران ایرانی و نقش محققان دانشگاه صنعتی شریف در تولید این دستاوردها، باعث شد گفت و گویی با دکتر منوچهر وثوقی، استاد دانشکده مهندسی شیمی و نفت انجام دهیم که در ادامه آن را می خوانید.

زیست‌فناوری چیست؟

بیوتکنولوژی یا زیست فناوری (فناوری بر مبنای زیست) از فرآیندهای سلولی و بیومولکول‌ها بهره می گیرد تا محصول ها و فناوری های جدید ایجاد و با کمک آن سطح سلامت انسان و دیگر موجود های زنده سیاره زمین افزایش پیدا کند.

علم زیست فناوری چه زمانی به زندگی بشر ورود پیدا کرد؟

زیست فناوری از نظر تاریخی، قدمتی کهن (پیش از میلاد) دارد اما بشر بی آنکه بداند این پدیده چیست، از میکروارگانیسم ها برای بهبود زندگی خود بهره می برد. مثلا شیر را به ماست و قند را به الکل تبدیل یا از مخمر در فرآیندهای تخمیری استفاده می کرد. همچنین پی برد که عامل بسیاری از بیماری های عفونی، یک موجود زنده است که می تواند رشد و تولید داشته باشد و با کشف لویی پاستور این موضوع به اثبات رسید و علمی تحت عنوان میکروب شناسی بوجود آمد و پیشرفت کرد. با کشف پنی‌سیلین در زمان جنگ جهانی دوم این علم وارد حوزه ی مهندسی، تحت عنوان مهندسی بیوشیمی گردید. پس از مشخص شدن ساختمان دی ان ای توسط واتسون و کریک و پیشرفت مهندسی ژنتیک در سال های ۱۹۷۰ بشر قادر به دستکاری ژنتیکی گردید. که بر اساس آن فعالیت بسیاری از سلولهای مختلف را بهبود بخشد و یا در جهت خواسته ی خود تغییر دهد. در این سال ها عنوان بیوتکنولوژی (زیست فناوری) به این تحقیقات و فعالیت ها تعلق گرفت. پس از آن بشر توانست با دستیابی به این ابزار، وارد سلول شود و ژن ویژه ای را درون یک باکتری یا سلولی دیگر قرار دهد. ژن دست‌ورزی شده می تواند توسط آن باکتری محصولی را تولید کند یا خاصیتی ویژه ای به آن سلول بدهد. از آن پس زیست فناوری یا بیوتکنولوژی توانست سریعا در حوزه های مختلف رشد پیدا کند.

هم اکنون زیست فناوری توانسته به کدامیک از حوزه ها ورود پیدا کند؟

زیست فناوری یک دانش بین رشته ای است که با توجه به نوع فعالیت، ممکن است با حوزه هایی مانند مهندسی شیمی، پزشکی، کشاورزی، میکروبیولوژی، نانوتکنولوژی و … همپوشانی داشته باشد. از دانش زیست فناوری در حوزه های کشاورزی، تغذیه و زیست محیطی، به منظور اصلاح ژنتیکی گونه های گیاهی با هدف تولید محصولات با کیفیت بالاتر، تولید محصولات پروبیوتیک و مکانیزم های تصفیه بیولوژیک استفاده می شود. در زمینه های پزشکی و درمانی نیز مهندسی بافت، ژن درمانی، حسگری زیستی و دارو رسانی را می توان از پرکاربردترین مباحث دانست که با گسترش فناوری نانو و ورود آن به این بخش ها پیشرفت های چشمگیری در حوزه نانوبیوتکنولوژی در بخش پزشکی رخ داده است. به گونه ای که امروزه با استفاده از حامل های نانوساختار، دارو رسانی برای درمان بیماری هایی نظیر سرطان هدفمند سازی شده است. در حال حاضر دسته بندی های مختلفی برای این رشته وجود دارد. از جمله می توان به زیست فناوری میکروبی، پزشکی، کشاورزی، مهندسی زیست، کاتالیست های زیستی، مواد زیستی جدید، زیست توده و انرژ‍ی زیستی، فرآیندهای زیستی سبز و نانو زیست فناوری اشاره نمود. اما با توجه به پیشرفت علم در این حوزه ها و نزدیک شدن فعالیت این شاخه ها به هم، مرزهای واضحی بین بخش های گوناگون وجود ندارد و شاخه های مختلف همپوشانی دارند.

زیست فناوری در این حوزه ها چه کاربردهایی می تواند داشته باشد؟

به منظور دست یابی به محصولات زیستی، از میکروارگانیسم ها استفاده می شود. در این فرآیندها گاهی میکروارگانیسم (عمدتا باکتری‌ها) به عنوان محصول نهایی (مانند پروبیوتیک ها) است و گاهی سبب تولید محصول (تولید الکل توسط باکتری) می شود. زیست فناوری موضوع های بسیار گسترده‌ای را در زمینه علوم پزشکی و دارویی، از جمله؛ ابداع روش‌های کاملا جدید برای “تشخیص مولکولی مکانیسم‌های بیماری‌زایی و گشایش سرفصل جدیدی به نام پزشکی مولکولی”، “امکان تشخیص پیش از تولد بیماری‌ها و پس از آن” ، “ژن ‌‌درمانی و کنار گذاشتن (نسبی) برخورد معلولی با بیمار و بیماری” ، “ تولید داروها و واکسن‌های نو ترکیب و جدید”، “ساخت کیت‌های تشخیصی”، “ایجاد میکرو ارگانیسم‌های دستکاری شده برای کاربردهای خاص”، “تولید پادتن‌های تک ‌دودمانی (منوکلونال)” و غیره را در برمی‌گیرد. به عنوان مثال دانش آموختگان رشته زیست فناوری پزشکی ( بیوتکنولوژی پزشکی) قادر خواهند بود به طراحی و تولید واکسن های نوین زیستی، کیت های تشخیصی، آنتی بادی های نوترکیب به منظور درمان و مطالعه های سرطان اقدام کنند. هدف اصلی گرایش زیست فناوری کشاورزی نیز اصلاح نژاد گیاهان با روش های زیست فناوری به منظور بهبود و افزایش کارایی آنها (همچون افزایش محصول دهی، مقاوم شدن در برابر بی آبی و …) است. در شاخه مهندسی زیست نیز مباحث مهندسی زیست فناوری مورد بحث قرار می گیرد. به طور مثال بهینه سازی شرایط تولید صنعتی و تخلیص در این شاخه بررسی می شوند. همچنین مواردی همچون میکروفلوئیدیک که در آنها از چیپ های مهندسی شده برای منظورهای زیستی استفاده می شود، در این حوزه جای می گیرند. شاخه نانوزیست فناوری نیز در حقیقت ترکیب دو حوزه نوظهور نانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی است. از جمله فعالیت های متداول در این حوزه می توان به ساخت داربست های نانوساختار با مشخصات قابل تنظیم به منظور افزایش تشابه به بافت های بدن، استفاده از حامل های دارویی نانوساختار، استفاده از نانوساختار ها برای تصویربرداری زیستی (bio imaging)، و همچنین مطالعه و بررسی رفتار میکروارگانیسم ها اشاره نمود.

هم اکنون جایگاه زیست فناوری در ایران نسبت به کشورهای پیشرو جهان، در چه جایگاه و مرتبه ای قرار گرفته است؟

هم اکنون در ایران در چند حوزه زیست فناوری، پژوهش هایی در حال انجام است و پژوهشگران توانسته اند مقالات خود را در مجلات معتبر با impact factor بالا به چاپ برسانند و در سطح جهانی نسبتا همپای پژوهشگران دنیا پیش رفته اند. قابل ذکر است که پیشرفت زیست فناوری در کشور مرهون کمک ها و برنامه های مراکز دولتی به ویژه دانشگاه ها و وزارتخانه هایی نظیر علوم و تحقیقات فناوری، جهاد کشاورزی، صنعت و معدن و به ویژه معاونت علمی ریاست جمهوری می باشد. نخستین حوزه ای که ایران خیلی قوی به آن ورود پیدا کرده، رشته پزشکی است. هم اکنون چندین پژوهشگاه، دانشگاه های علوم پزشکی و مراکز تحقیقاتی پیرامون این حوزه فعالیت می کنند همچنین بخش خصوصی نیز با توسعه و ایجاد صنایع داروهای زیستی فعالیت چشمگیری دارند. به طوری که با کمک مهندسین مختلف توانایی طراحی و اجرای پروژه های بزرگ تولید داروهای زیستی را دارا هستند. تنها مشکل اصلی در این حوزه، ساخت بخشی از تجهیزات زیستی پیش رفته است که باید از خارج از کشور تهیه شود. گروه بعدی حوزه کشاورزی است که دانشگاه ها، دانشکده های کشاورزی، مراکز پژوهشی و کشاورزی وابسته به جهاد کشاورزی یا وزارت علوم (پژوهشگاه‌های تحقیقاتی) در این زمینه پیش رو هستند. بخش خصوصی نیز در زمینه ی ساخت بعضی از نهاده های کشاورزی نظیر سم و کود زیستی و یا تولید بذر و نهال اصلاح شده فعالیت می کند. گروه بعدی، حوزه صنعت است، از جمله فعالیت های صنعتی این حوزه می توان به زیست فناوری سنتی (تولید فرآورده های مختلف غذایی،صنعتی، شیمیایی یا پزشکی با ایجاد کارخانه های زیست فناوری)، تولید انواع اسیدهای آلی مانند اسید سیتریک و استیک، تولید انواع آنزیم های غذایی و صنعتی (آنزیم هایی کاربردی در صنایع نوشابه سازی، لبنیات، نشاسته سازی، چرم سازی) اشاره نمود. گروه بعدی سیستم های تصفیه ی بیولوژیکی پساب های صنعتی است که در این حوزه بخش خصوصی فعالیت بسیار خوبی دارد و کلیه ی فعالیت ها از جمله طراحی و اجرای واحدهای تصفیه ی بیولوژیک فاضلاب به انجام می رساند. در چند سال اخیر به دلیل نیاز صنایع نامبرده در بالا (پزشکی، کشاورزی، صنعت و…) بخش خصوصی وارد حوزه ی جدیدی به نام ساخت تجهیزات زیست فناوری شده است که در این حوزه تجهیزات زیست فناوری در بخش های بالا دستی، تولید و پایین دستی توسط شرکت های خصوصی تولید می شود. این حوزه با توجه به تحریم های موجود بسیار مورد توجه قرار گرفته و پیش رفت های خوبی حاصل شده است.

اکنون دانشگاه صنعتی شریف به کدامیک از این حوزه ها ورود پیدا کرده است؟

در اواخر سال های ۱۳۴۰ رشته ای تحت عنوان مهندسی بیوشیمی و صنایع تخمیری در دنیا مورد توجه قرار گرفت. این رشته در هیچ یک از دانشگاه های ایران تدریس نمی شد اما مراکزی نظیر انستیتو پاستور ایران و رازی به کار تولید انواع واکسن مشغول بودند بدون اینکه متخصصانی در زمینه مهندسی بیوشیمی به کار گرفته باشند. با پیشرفت کشور و رشد جمعیت، نیاز به این رشته در کشور محسوس شد و برای اولین بار در دانشگاه صنعتی شریف در سال ۱۳۴۷ مرکز تحقیقات مهندسی بیوشیمی تاسیس و آغاز به فعالیت کرد. هدف اصلی از تاسیس این مرکز انجام تحقیقات و پژوهش در زمینه فرایندهای تخمیری صنعتی، غذایی، دارویی و استفاده از منابع وسیع کشور در این رابطه بود. به زودی پروژه هایی در ارتباط با تولید پروتئین تک یاخته با استفاده از ضایعات کشاورزی و تولید اسیدهای آلی از مواد اولیه ای چون ملاس یا شیره خرما مورد توجه قرار گرفت و هسته اصلی پژوهش را در این مرکز تشکیل داد. این مرکز در زمینه مهندسی بیوشیمی برای اولین بار در کشور موفق به تولید زیستی پروتئین تک یاخته (اس سی پی)، اسید سیتریک و چند فرآورده زیستی دیگر با استفاده از محیط کشت های قندی شد. این روش ها به نام مرکز به ثبت رسیده است. از سال ۱۳۶۲ نیز توجه دانشگاه به آموزش این رشته نیز معطوف شد و در نتیجه مرکز مهندسی بیوشیمی به منظور همکاری در امر آموزش و تحقیقات با دانشکده مهندسی شیمی و نفت کار خود را آغاز کرد؛ به طوری که با تداوم آن در سال ۱۳۷۳ تحت مدیریت آن دانشکده قرار گرفت. هم اکنون به صورت مشترک در امور آموزشی و پژوهشی همکاری می کند. بدین ترتیب دانشجویان تحصیلات تکمیلی دانشکده های مهندسی شیمی و نفت، مهندسی مکانیک، مهندسی عمران و مهندسی مواد و همچنین دانشکده های کامپیوتر و برق و نانوتکنولوژی نیز، پایان نامه و رساله های خود را در زمینه های بیوتکنولوژی، ژنتیک، محیط زیست، صنایع غذایی، نانوبیوتکنولوژی و زیست پزشکی با همکاری استادان دانشکده مهندسی شیمی و دانشکده های همکار به انجام می رسانند. در سال های اخیر با توجه به گسترش فعالیت های جهانی در زمینه زیست فناوری و تنوع فراوان موضوعی موجود، دانشمندان با تخصص های گوناگون به این رشته ورود پیدا کرده اند.

تاکنون دانشگاه صنعتی شریف در زمینه زیست فناوری چه دستاوردهایی کسب کرده است؟

دانشگاه صنعتی شریف در اغلب حوزه های زیست فناوری ورود پیدا کرده است اما مهمترین و اساسی ترین فعالیت های آن مربوط به بخش صنعتی است که می توان به فرآورده هایی همچون اسید سیتریک، خمیر مایه . پروتیئن تک یاخته و آنزیمهای صنعتی اشاره نمود. هم اکنون علاوه بر بیوتکنولوژی صنعتی، پژوهشگران دانشکده های مختلف دانشگاه به حوزه های مختلف بیوتکنولوژی پزشکی، نانوبیوتکنولوژی، مهندسی بافت یا سلول های بنیادی، بیو انفورماتیک، تولید حسگرهای زیستی، بیومکانیک و حتی ازدیاد برداشت نفت از طریق میکروب و تصفیه فاضلاب های صنعتی به روش بیوتکنولوژی نیز ورود پیدا کرده اند. در حال حاضر حدود ۲۵ تا ۳۰ نفر از اعضای هیات علمی دانشکده های مختلف دانشگاه شریف با توجه به محل دانشکده ای که فعالیت می کنند با حوزه زیست فناوری در ارتباط هستند و مجری طرح های پژوهشی به غیر از پایان نامه های کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکترا در این زمینه می باشند.

دستاوردها و فعالیت های جدید دانشگاه شریف دراین زمینه کدام است؟

با توجه به ماهیت بین رشته ای زیست فناوری، دانشمندان بر این عقیده اند که برای دستیابی به هدف مطلوب باید افراد با تخصص های مختلفی به همکاری بپردازند. یک رکن اصلی که در تمام گروه های فعال در زمینه زیست فناوری وجود دارد مهندسانی هستند که با توجه به نوع تخصص در بخش شبیه سازی و فرآیند تولید فعالیت می کنند. از این رو در سال های اخیر رشته زیست فناوری با استقبال گسترده ای از سوی اساتید دانشگاه صنعتی شریف مواجه شده است که موجب ارتقای امکانات دانشگاه در این راستا شده است. در حال حاظر اساتید دانشگاه صنعتی شریف در زمینه های مختلف با تیم های متخصص پزشکی و زیست شناسی همکاری فعال دارند. چندین سال است که دانشکده های مهندسی شیمی و نفت (گرایش بیوتکنولوژی و مهندسی پزشکی)، دانشکده مهندسی مواد (گرایش مواد زیستی) و در دانشکده های برق و کامپیوتر (در گرایش های نزدیک) در مقطع کارشناسی ارشد و دکتری دانشجو می پذیرد اما پژوهش در زمینه بیوتکنولوژی توسط اغلب اعضای هیئت علمی در دانشکده های مختلف انجام می شود. در همکاری با دانشکده مکانیک، عمدتا مباحث مربوط به میکروفلوییدیک و شبیه سازی رفتار سیستم های بیولوژیکی دنبال می شود. به عنوان مثال می توان به تحقیقاتی که در زمینه مطالعه رفتار کانال های دیواره سلول ها با همکاری دانشکده مهندسی مکانیک و پژوهشکده نانو انجام شده اشاره نمود که مقالات مربوط به آن در ژورنالهای بسیار معتبر به چاپ رسیده است. همچنین مباحث مربوط به ساخت میکروچیپ ها با ارزش تشخیص پزشکی با همکاری دانشکده مهندسی مکانیک و دانشکده مهندسی برق در حال انجام است. پژوهش هایی در زمینه های ساخت داربست های استخوانی، داربست های رگ، پوست و نیز داربست های غضروفی نیز به صورت گسترده ای در همکاری با دانشکده مهندسی شیمی و نیز دانشکده مواد صورت می گیرد. داربست رگ ساخته شده در این مجموعه (مقاله منتشر شده در یکی از ژورنال های وابسته به نیچر) مورد توجه مرکز قلب تهران قرار گرفته و مذاکراتی در زمینه همکاری بین دانشگاه و بیمارستان صورت گرفته است. همچنین در زمینه داربست های استخوانی و پوستی نیز پیشرفت های خوبی حاصل شده است. همچنین در زمینه دارورسانی و درمان سرطان چندین سال است که گروه های متفاوتی در دانشگاه مشغول فعالیت هستد. نتایج مربوط به تحقیقات اولیه مورد توجه بوده و در ژورنال های معتبر دنیا از جمله ژورنال های وابسته به نیچر به چاپ رسیده است. امید می رود که در سال های آینده بتوان در هر یک از زمینه ها محصولی با قابلیت صنعتی شدن نیز ارائه نمود.

امتیاز کاربران

امتیاز کاربران: اولین نفری باشید که امتیاز می دهد!
منبع
Sharif.ir
مشاهده بیشتر
آزمون آنلان زیست

داریوش طاهری

✍ اولین نیستیم ولی امید است بهترین باشیم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا