بیوتکنولوژی

تاریخچه:

درتقسیم بندی زمانی می توان سه دوره برای تکامل ییوتکنولوژی قائل شد :

1-دوره تاریخی   که بشر ناخودآگاه با استفاده از فرآیندهای زیستی به تولید محصولات تخمیری مانند نان ، مشروبات الکلی ، لبنیات وانواع ترشیجات وسرکه پرداخت. شش هزار سال قبل از میلاد مسیح ، سومری ها وبابلیها از مخمر هادر مشروب سازی استفاده کردند. مصری ها در چهارهزار سال قبل با کمک مخمر وخمیرمایه نان می پختند.

 

2-دوره اولیه قرن بیستم  که بااستفاده آگاهانه از تخمیر وکشت میکرو ارگانیسم ها درتولید آنتی بیوتیک ها ،آنزیم ها ،موادغذایی وسایر ترکیبات الی  بشر به گسترش این علم مبادرت ورزید. درآن دوره این بخش از علم را میکروبیولوژی صعتی می نامیدند.

 

3-دوره نوین بیوتکنولوژی   دراین دوره با توسعه ژنتیک که ازسال 1976آغاز شد ودراثر پیشرفت درزیست شناسی مولکولی وسلولی متخصصین علو زیستی توانستند تابااصلاح وتغییر خصوصیات میکروارگانیسم ها میکروارگانیسم هایی با خصوصیات کاملا جدید به وجود اورند وبا استفاده از آن ها بتواندترکیبات جد ید با مقادیر بسیار بیشتر وکارآیی بالاتر تولید کند.

 

جدول تاریخچه بیوتکنولوژی:

موضوع

سال به میلادی

آبجوسازی در مصر وکشورهای حاشیه رودنیل

 

کشف پروتئین ها

جداسازی اولین آنزیم ها

کشف باکتری اشریشیا کلی

کشف DNA

استفاده از باکتری ها درتصفیه فاضلاب ها

استفاده از واژه بیوتکنولوژی توسط یک مهندس کشاورزی

استفاده ازاصطلاح بیولوژی مولکولی

کشف پنی سیلین توسط الکساندر فلمینگ

کشف ساختارمارپیچ دورشته ای DNA(واتسون –کریک)

توضیح وتشریح ساختمتان آنتی بادی توسط پورتر-ارلن

کشت سلول

DNAجداسازی یک آنزیم سنتزکننده

کشف کدهای ژنتیکی

اولین سنتز کامل یک ژن

کشف آنزیم های برش دهنده اسیدهای نوکلئیک

اولین آنتی بادی مونوکلونال

اولین بیان ژن مخمر درباکتری اشریشیاکلی

اولین بیان ژن انسان درباکتری

تولید انسولین نوترکیب انسانی

DNAبرای تکثیر  PCRابداع روش

اولین واکسن مهندسی ژنتیکDNA ابداع روش انگشت نگاری

اولین تنباکوی مهندسی ژنتیک  EPA

شروع پروژه ژنوم انسانی-تولیداولین گاو ترانسژنیک

کشف اولین ژنوم کامل یک موجود زند ه

ابداع تکنیک جدید کامپیوتری برای کشف ژن های بیماریزا

استفاده از سلول های بنیادی برای معالجه بیماری ها

شناسایی کامل ژنوم مگس سرکه وبسیاری از موجودات دیگر

شناسایی کامل ژنوم انسان وبسیاری دیگر از ارگانیسم ها

6000سال قبل از میلاد

1830

1833

1855

1869

1914

1919

1938

1939

1953

1959

1954

1955

1966

1970

1971

1975

1976

1977

1978

1983

1984

1986

1990

1995

1997

1998

2000

2001

 

 

 

 

 

 

تعاریف بیوتکنولوژی

 

 گستردگی وتنوع کاربرد بیوتکنولوژی تعریف وتوصیف آن رامشکل ساخته است لذا ناچاریم برخی ازتعاریف آن را درزیر بیاوریم :

1-تعریف ساده : دانشی است که کاربرد یک پارچه بیوشیمی،میکروبشناسی وفنآوری های تولید رادرسیستمهای زیستی به دلیل استفاده ای که در سرشت بین رشته ای علوم دارند مطالعه می کند.

2-بیوتکنولوژی مجموعه ای ازفنون وروش ها است برای تولید،تغییر واصلاح فرآورده ها، به نژادی گیاهان وجانور ان وتولیدمیکروارگانیسم هایی جدیدبرای کاربردهای ویژه .

3-فنونی است که ازموجو دات زنده برای ساخت یاتغییر محصولات ،ارتقاء کیفی گیاهان یاجانوران وتغییر صفات میکروارگاتنیسم ها برای کاربدهای ویژه استفاده می شود.

4-کاربردها وروش های علمی وفنی درتبدیل بعضی مواد به کمک عوامل بیولوژیک (میکروارگانیسم ها وسلول های گیاهی وجانوری وآنزیم ها) برای خدمات دهی درامور کشاورزی وصنایع غذایی ودارویی وپزشکی

5-کاربرد تکنیک ها ی مهندسی ژنتیک درتولید محصولات کشاورزی ،صنعتی ،درمانی وتشخیص با کیفیت بلاتر وقیمت ارزان تر ومحصولات بیشتر وکم خطرتر

6-استفاده از سلول زنده یاتوانایی های آن یااجزای آن وفرآوری وانتقال آن ها به صورت تولید انبوه

7-دستکاری های ژنتیکی درمیکروارگانیسم ها وارگانیسم ها برای رسیدن به صفات مطلوب وازبین بردن صفات نامطلوب

8-علم رام کردن میکروارگانیسم ها وارگانیسم ها

9-مجموعه ای ازفنون وروش ها  با استفاده از ارگانیسم های زنده درفرآیندهای تولید وتغییر وبهینه سازی صفات گیاهان وجانوران

 

 

علت تعاریف متنوع بیوتکنولوژی

ماهیت بیوتکنولوژی همانندزیست شناسی ،ژنتیک یابیوشیمی  یک علم پایه نیست که به آسانی بتوان قلمروآنر محدود کرد . بیوتکنولوژی شامل حوزه ای مشترک ازعلوم مختلف است که دراثر همپوشانی وتلاقی آن ها به وجود آمده است بییوتکنولوژی درنتیجه پیوند میان علومی چون زیست شناسی سلولی وملکولی ،مهندسی ژنتیک وبیوشیمی درجهت تحقق بخشیدن به تولید بهینه یک محصول زیستی  یاانجام یک فرایند زیستی به روش های نوین ودقیق با کارآیی بالا تولد یافته است.

اگر بیوتکنولوژی رابه درختی تشبییه کنیم ، ریشه های آن راعلومی با قدمت زیادمانند زیست شناسی به ویژه مولکولی ،ژنتیک ،میکروبیولوژی ،شیمی ،بیوشیمی ،مهندسی شیمی ،ایمونولوژی گیاه شناسی،جانورشناسی ،داروسازی و....تشکیل می دهند.

شاخه های این درخت که ازمدت ها قبل شروع به روئیدن کرده اند هرلحظه بارشد سریع خویش منشا شاخه های فرعی با محصولاتی نوین می شود.

 

شاخه های بیوتکنولوژی

 

در رایج ترین تقسیم بندی ازتلاقی علوم مختلف با بیوتکنولوژی شاخه های مختلف بیوتکنولوژی وضع می شود. مانند بیوتکنولوژی پزشکی ،بیوتکنولوژی دارویی ،بیوتکنولوژی میکروبی ،قضایی،محیطی،صنعتی،نفت و........

 

 

 

 

 

کاربرد بیوتکنولوژی درعصرحاضر

 

گستردگی کاربرد تکنولوژی درقرن 21 همه جنبه های زندگی بشر را تحت تاثیر شگرف خود قرارخواهد داد. اقتصاد،بهداشت،درمان،محیط زیست،آموزش ،کشاورزی،تغذیه و..

به همین دلیل دانشمندان قرن 21 را قرن بیوتکنولوژی نامیده اند . همانطور که بیوتکنولوزی دراوایل قرن بیستم با تولید صنعتی آنتی بیوتیک معروف پنی سیلین به روش تخمیر بعدازجنگ جهانی دوم واردمعادلات علمی وتجاری – اقتصادی جهان شد.وتحول بزرگی درکشف واختراع سایر آنتی بیوتیک ها وجلوگیری از مرگ ومیرهای دسته جمعی ناشی از بیماری های عفونی واگیردار ایجاد کرد.

 

محصولات حاصل از تخمیر دربیوتکنولوژی به چهار دسته مهم تقسیم می شوند:

1-مولکول های کوچک

2-ماکرومولکول ها (آنزیم ها وپروتئین ها)

3-موادساده سلولی (مخمرنان)

4-محصولات کمپلکس (غذاهای تخمیری ومحصولات کشاورزی)

 

ماکرومولکول ها مهم ترین محصولات بیوتکنولوژی محسوب می شوند وبه لحاظ اهمیت گستردگی کاربردمحصولات نسل اول بیوتکنولوژی (First  generation) لقب گرفته است.

درسال های اخیر علاقمندی بشر به نسل دیگری ازمحصولات بیوتکنولوژی افزایش یافته تاجایی که تکنیک های بالادستی وپایین دستی را کاملا تحت شعاع خودقرارداده وآن بازیافت وخالص سازی نانوبیومواداست(پلاسمیدDNA،پروتئین های نانوذره ای و.......)

 

کاربرد بیوتکنولوژی درپزشکی

1-تاثیر دگرگون بخش درامرپیشگیری ازبیماری های میکروبی ،بیماری های ژنتیکی ،تغذیه ای ومتابولیسمی وروحی روانی

2-تحول درامر درمان بیماری های عفونی ،ژنتیکی ،تغذیه ای ومتابولیسمی ونازایی

3-تاثیر دگرگون بخش درپزشکی قانونی وزیبایی

4-زن درمانی

5-واکسن های نوترکیب

6-DNAواکسن ها

7-بیوانفورماتیک ،ژنومیکس ،پروتئمیکس، بیومدسین و............

 

 

کاربرد بیوتکنولوژی درکشاورزی

عمده ترین کاربرد های بیو تکنولوژی در کشاورزی را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

1-   ایجاد گیاهان مقاوم به حشرات وآفت ها

2-   ایجاد گیاهان تحمل کننده علف کش ها

3-   ایجاد گیاهان مقاوم به بیماری های ویروسی وقارچی

4-   ایجاد گیاهان مقاوم به شرایط سخت مانند سرما ، گرما و شوری

5-   ایجاد گیاهان دارای ارزش های غذایی ویژه

6-   ایجاد گیاهان دارای خصوصیات متابولیکی تغییر یافته مانند رشد سریع و راندمان کشت بالا تر

7-   ایجاد گیاهان ومیوه های دارای زمان ماندگاری بیشتر

8-   ایجاد دام های ترانسژنیک دارای خصوصیات ویژه ای مانند تولید شیر زیاد یا گوشت کم چربی

9-   ایجاد جانورانی برای تولید آنتی بادی و واکسن ودارو

10-     ایجاد ماهی ها وسایر دام هایی که با سرعت زیاد رشد می کنند.

                                                                 

 

 

 

 

الحاق بیوتکنولوژی به نانو تکنولوژی

این جاست که چهره ی مدرن فن آوری عصر حاضر خود رانشان می دهد و آن چیزی نیست جز نانوتکنولژی .

نانو بیومواد به واسطه اندازه ویژه شان (با قطر 10-300نانو متر) و شیمی سطح پیچیده وارگانیرم های درونی تکنیک های بالا دستی وپایین دستی نسل اول مواد بیولوژیکی را به مخاطره انداخته و روش های جدیدی را برای تولید و باز یافت طلب می نمایند . به همین علت این دست از محصولات بیوتکنولوژی را نسل دوم    (second generation) نامیده اند.

نانوتکنولوژی مجموعه ای است از فن آوری هایی که به صورت انفرادی ویا با هم  در جهت به کارگیری ودرک بهتر علوم مورد استفاده قرار می گیرد.

بیو تکنولژی جزء فن آوری های در حال توسعه است که با به کار گیری مفهوم نانو به پیشرفت های بیشتری دست خواهد یافت. یک تعریف کلاسیک از تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی به صورت زیر بیان می گردد:

«بیوتکنولوژی به نانو تکنولوژی مدل ارائه می دهد در حالی که نانوتکنولوژی بادر اختیار گذاشتن ابزاربرای بیوتکنولوژی آن را برای رسیدن به اهدافش یاری    می رساند.»

البته تعامل بین بیوتکنولوژی ونانوتکنولوژی فراتر از این است به طوری که ناچاریم تعبیر نانوبیوتکنولوژی را به کار ببریم که شامل هر دو فن آوری بوده و عبارت است از: استفاده از قابلیت های نانو در کاربردهای زیستی که درموج اول باتکنیک های پیشرفته به خالص سازی وبازیافت نانوبیو مواد پرداخته ودر موج دوم به تولید وسایل نانوبیو مواد ودر نهایت به ارائه ی ماشین های هوشمند و روبات ها منجر خواهد شد که کاربرد های فراوانی در حوزه های مهم پزشکی ، داروسازی ، کشاورزی وصنایع غذایی خواهند شد.

 

 

 

 

مرزبین بیوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی 

این دو فن آوری هم پوشانی های زیادی دارند وبه تعبیری دارای مرز های نامشخص (fuzzy) می باشند. ولی دسته بندی محصولات بیوتکنولوژی به نسل اول و دوم کمک قابل ملاحظه ای به موضوع میکند.

حوزه ای از فن آوری که با تولید ، بازیافت و به کارگیری نسل دوم مواد ومحصولات بیوتکنولوژی سروکار دارد. همان نانو بیو مواد ی هستند که می تواند محدوده کاری نانوبیوتکنولوژی ویا نانوتکنولوژی باشد.

باتقسیم بندی اولویت های تحقیقاتی نانوبیوتکنولوژی به سه موج : نانوبیو مواد ، نانو وسایل ، نانو ماشین؛ لزوم تمایز بیوتکنولوژی و نانو تکنولوژی را به طور وضوح در محدوده کاری موج اول نانوبیوتکنولوژی خود رانمایان میسازند. چون که موج دوم وسوم این فن آوری هم پوشانی بسیار نا چیزی با بیوتکنولوژی دارد.

 

 

 

 

 

تشابه وتمایز نانوبیوتکنولوژی وبیونانوتکنولوژی

برای ساخت تمام نانومواد ها دو روش وجود دارد:

1-روش های بالا به پایین                    top down

2-روش های پایین به بالا                     bottom up    

اگر یک نانوبیو محصول از روش های بالا به پایین تولید شود یعنی با تکیه بر اصول ومبانی اصلی بیوتکنولوژی ودرادامه با روش های اصلاح شده        خالص سازی و بازیافت برای محصولات نسل دوم به کار گرفته شود وبه محصول نهایی (product end) تبدیل شود. به این مجموعه فن آوری بیونانوتکنولوژی اطلاق میشود.

مثال:یک سلول حیوانی خاصی را در بیورآکتوری کشت وپرورش داده واز آن به

عنوان یک ویروس درون سلولی برای ژن درمانی استفاده شود.

ولی اگر با بهره وری مستقیم از فن آوری نانو یک نانوبیو محصول از پایین به بالا ساخته شود، در حوزه فن آوری نانوبیوتکنولوژی قرار میگیرد مثل تولید نانوبیوذرات از طریق  خود آرایی و مکان آرایی که با در کنار هم قرار گرفتن اجزا تشکیل دهنده  محصول مطلوب تولید میشود . پروتیین های نانوساختاری (اسمبلی ماکرو مولکول ها ) مثال جالب  تولید از پایین به بالا نانوبیو مواداند که به عنوان حامل های دارویی کاربرد دارند .

 

 

 

 

اهمیت بیوتکنولوژی وضرورت رو آوری به سمت آن

 

بیوتکنولوژی یکی ازفن آوریهای کلیدی قرن 21 است.شاید به جرات بتوان گفت بعداز فن آوری های اطلاعات (I T) ، بیوتکنولوژی بزرگترین رویداد قرن حاضر است که درتمام عرصه های زندگی انسان تاثیر گذاراست.

این فن آوری درامنیت ملی (نظامی) ،غذایی ،دارویی ،بهداشتی  وصنعتی کشورهای پیشرفته درحال توسعه نقش اساسی دارد. ازدیرباز یکی ازمشکلاتی جوا مع بشری تامین غذای کافی یاتولید غذای بیشتر برای ابنای بشر بوده است،ولی این تنها مشکل نیست. معضلاتی چون بهداشت عمومی ،ازبین رفتن محیط زیست وکاهش ذخایر ژنتیکی محیط زندگی را برای انسان ناامن کرده است.آسیب پذیری اقتصاد "تک محصولی" که درکشورایران وابسته به نفت است اتکاء به منابع دیگری رابرای ادامه حیات اقتصادی وسیاسی ضروری می سازد.

 

کشور کوبا تاچندی پیش متکی به مزارع نیشکر بوده ، ازسال 1981میلادی اتکاءبه تولید محصولات باکاربرد بیوتکنولوژی را محوربرنامه توسعه ملی خودقرارداد واکنون دراین زمینه باداشتن 12000محقق قادربه تولید 50نوع فرآورده بیوتکنولوژی شده است.

جمعیت کشورما در25 سال آینده به 150 میلیون نفر می رسدو به گفته صاحبنظران اقتصادی وقتی درزمانی نه چندان دور میزان استخراج ومصرف نفت درداخل براب شده وتوان صادرات نخواهیم داشت. دریک چنین وضعیتی نظام اقتصادی ما نیازمند  اتخاذ سیاست هاوبرنامه های اصولی ،منطقی وخردمندانه خواهدبود. بیوتکنولوژی باکاربرد وسیعش می تواند جایگزین مناسبی برای بخشی از صادرات نفتی کشورباشد . بخش صنعت دراین میان نقش مهم تری دارد.

 

 

جهان سوم برنده واقعی بیوتکنولوژی

 

کشورهای محروم افریقایی به شدت درحال توسعه بیوتکنولوژی به ویژه دربخش کشاورزی هستند. افزایش روزافزون مراکزتحقیق وتوسعه بیوتکنولفوژی ،ایجاد بانک های ژن،کلکسیون های ژن دراین قاره محروم حاکی ازدرک عمیق مسئولان ملی ومنطقه ای درخصوص اهمیت بیوتکنولوژی است.

هرچند ازگذشته دورتاکنون ،درآمدهای حهانی فرآورده های بیوتکنولوژی نصیب کشورهای توسعه یافته وصنعتی مثل ژاپن ،امریکا واروپای غربی شده است اما درنهایت برنده واقعی درعرصه بیوتکنولوژی کشورهای جهان سوم خواهندبود چراکه هسته مرکزی توانایی های بالقوه بیوتکنولوژیک درجهان سوم نهفته است. به عبارت دیگر بانک ژن درطبیعت این کشورها پنهان است ومنابع سرشار اولیه نیروی های انسانی وفراوان وارزان ثروت هنگفتی است که دراین کشورها به ودیعه گذاشته شده است.

 

دلایل سرمایه گذاری درزمینه بیوتکنولوژی

 

دومساله عمده وجود دارد که عامل اساسی تعیین کننده برای انتخاب صنعت مناسب وسرمایه گذاری درآن می باشد:

1-مزیت های نسبی

به عنوان مثال کشورما ازلحاظ تنوع ژنتیکی محصولات کشاورزی وگیاهان دارویی جزنادرترین کشورهای دنیا می باشد ولذا توجه ویزه ای می طلبد.

2-الزامات بین المللی ومسائل امنیت ملی کشورها

برخی صنایع وتکنولوژی درارتباط مستقیم با مسائل امنیتی کشورها هستند

فن آوری اطلاعات(I T) مهم ترین این تکنولوژی هاست. باتوجه به این بحث اولویت سرمایه گذاری کشورها درI Tوبیوتکنولوژی می باشد،خصوصا براساس توانمندی کشورمان در دو زمینه زیر فعالیت وسرمایه گذاری لازم است:

1-صنعت نفت

2-پزشکی ودارو

ماجزو اصلی ترین کشورهای نفت خیز وگازخیز جهان هستیم. متاسفانه ازلحاظ تکنولوژی چه درمراحل استخراج نفت وچه درصنایع پتروشیمی بسیار عقب هستیم. چراکه صنعت نفت امروزه به سمت روش های ییوتکنولوژیک فرآوری نفت گرایش پیداکرده است.

در زمینه پزشکی ودارو ونیز توجه به بیوتکنولوژی بسیارضروری است. آقای دکتراحمدیانی معاون غذا وداروی وزارت بهداشت بیان می کند درحا ل حاضر درکشورما 2000قلم داروتولید می شود که دارای تکنولوژی پایینی هستند. داروهای جدید که با روش بیوتکنولوژی تولیدمی شوند بسیار گران قیمت هستند مثلا الآن 20 قلم داروی جدید وارداتی حدود 70 درصد ارز مربوط به واردات دارو را به خود اختصاص می دهند.

دو علت عمد ه وجود دارد که سهم ما درپیشرفت بیوتکنولوژی وبهره برداری ازنتایج آن بسیار ناچیز است:

1-   عدم برخورداری ازساختارمناسب تحقیق وتوسعه وجایگاه تحقیق در کشور

2-   عدم استفاده بهینه ازنیروی انسانی ،تجهیزات وامکانات موجود درکشور

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شهریار رضاپور

دبیر زیست شناسی

دبیرستان های شهرستان لاهیجان

 

 

 

منابع: مقالات مختلف ازسایت های مختلف دراینترنت

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بیوتکنولوژی

 

 

 

 

 

 

 

شهریار رضاپور

دبیر دبیرستان های

شهرستان لاهیجان

 

 

 

 

 

 

 

منابع : مقالات مختلف

ازسایت های گوناگون در اینترنت

+ نوشته شده توسط شهریاررضاپور در سه شنبه چهاردهم اسفند 1386 و ساعت 8:42 |