بیوتکنولوژی ومهندسی ژنتیک

 آیا زیست فناوری و مهندسی ژنتیک دستاورد و کاربردی دارند؟

مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در عرصه های بسیار متنوع مانند کشاورزی، تغذیه و مواد غذایی، دامپروری، شاخه های مختلف علوم پزشکی و صنایع دارویی، صنایع تخمیری، صنایع نظامی، انرژی، محیط زیست و بهداشت بشر، استفاده های بسیار ارزشمندی پیدا کرده است. اینکه بیوتکنولوژی جدید برای بشر راه حل های بی شماری ارائه می کند، مطلبی کاملاً درست است. در تاریخ علوم تجربی، پژوهش های بیوتکنولوژی را می توان از معدود مواردی دانست که در آن تحقیقات بنیادی به سرعت به سطح کاربردی می رسند. در چنین بستری، موفقیت نهایی در بیوتکنولوژی و حصول دستاوردهای بی شمار اقتصادی آن، به پیشرفت واقعی در مبانی علوم تجربی و رشته های علوم پایه بستگی تام دارد. از این رو سرمایه گذاری شایسته در علوم مذکور، اساس پیشرفت و توسعه تمام علوم و فنون روز از جمله بیوتکنولوژی خواهد بود. بیوتکنولوژی گذشته از پتانسیل های قابل توجه نوع سنتی آن که عمری معادل تمدن بشری دارد، توانسته است با تکیه بر اصول جدید مهندسی ژنتیک و علوم وابسته، در طی حداکثر سه دهه اخیر، توانایی ها و قابلیت های بسیار متنوع و ارزشمندی را در عرصه های مختلف به نمایش گذارد. این تأثیرگذاری ها گاه تا حدی بوده است که به جرأت می توان ادعا کرد پیشرفت های بزرگ بشر در دست یابی به بسیاری از موفقیت های علوم زیستی، مرهون اصول مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی است. در ادامه به گوشه هایی از این کاربردها اشاره می شود:

۱) بیوتکنولوژی و علوم پزشکی

کاربرد بیوتکنولوژی در زمینة علوم پزشکی و دارویی، موضوعات بسیار گسترده ای مانند ابداع روش های کاملاً جدید برای "تشخیص مولکولی مکانیسم های بیماری زایی و گشایش سرفصل جدیدی به نام پزشکی مولکولی "، "امکان تشخیص پیش از تولد بیماری ها و پس از آن "، "ژن درمانی و کنار گذاشتن (نسبی) برخورد معلولی با بیمار و بیماری "، "تولید داروها و واکسن های نوترکیب و جدید "، "ساخت کیت های تشخیصی "، "ایجاد میکروارگانیسم های دست کاری شده برای کاربردهای خاص "، "تولید پادتن های تک دودمانی (منوکلونال) " و غیره را در بر می گیرد.

امروزه برای تشخیص های دقیق، پیشگیری، درمان اساسی بیماری ها و در واقع سلامت و بهداشت جوامع ظاهراً راه دیگری جز پزشکی مولکولی به نظر نمی رسد. در ادامه، به چند نمونه از دستاوردهای مهم مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در علوم پزشکی، که تحولات بسیار بزرگی را در عرصه های مختلف زندگی بشر بوجود آورده یا خواهد آورد، اشاره می شود:

۱ ۱) ژن درمانی (Gene Therapy)

بسیاری از صاحب نظران از سده حاضر به عنوان سده مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی یاد می کنند. به اعتقاد بسیاری از دانشمندان، تولد ژن درمانی در اوایل دهه ۱۹۹۰، یک رخداد بزرگ و انقلابی بود که چشم انداز جدیدی را در عرصه پزشکی مولکولی ایجاد کرد؛ زیرا برای نخستین بار در تاریخ علوم زیستی، کاربرد روش ها و فنون بسیار حساس و جدید جهت انتقال ژن های سالم به درون سلول های بدن و تصحیح و درمان ژن های جهش یافته و معیوب، پنجره ای نو به سوی مبارزه جدی، اساسی و علّی (نه معلولی و در سطح فرآورده های ژنی) با بسیاری از بیماری ها گشوده است. ژن درمانی، در واقع انتقال مواد ژنتیکی به درون سلول های یک موجود برای مقاصد درمانی می باشد که به روش های متفاوت و متنوع (فیزیکی، شیمیایی و زیستی) صورت می گیرد. کشف بسیاری از ژن های بیماری زای مهم در آینده نزدیک، کاربرد روش های متنوع و بی سابقه غربال سازی ژنتیکی و پیشگویی های بسیار دقیق پیرامون تعیین سرنوشت جنین از نظر بیماری های ژنتیک پیش و پس از تولد، از دیگر قابلیت های مهندسی ژنتیک و ژن درمانی است. پژوهشگران با انجام تحقیقات گسترده بر بسیاری از محدودیت های موجود در زمینه ژن درمانی فائق آمده اند. همچنین در زمینه هدف گیری بسیار اختصاصی سلول و انتقال ژن یا DNAی برهنه به درون آن (به عنوان دارو) پیشرفت های چشمگیری حاصل شده است. علیرغم اینکه در حال حاضر ژن درمانی، روشی پرهزینه بوده و به فنون پیشرفته و تخصصی نیاز دارد، اما به زودی از این روش در مورد طیف بسیار وسیعی از بیماری ها استفاده خواهد شد. همچنین شواهد فزآینده و امیدبخشی وجود دارد که استفاده از روش های پزشکی مولکولی، در آینده ای نه چندان دور و در مقایسه با وضع کنونی، صدها بار هزینه های درمانی را نیز کاهش خواهد داد.

۱ ۲) طرح بین المللی ژنوم انسان (IHGP)

پروژه بین المللی ژنوم انسان، یکی از مهم ترین و عظیم ترین طرح های تحقیقاتی زیست شناسی عصر حاضر است که با رمزگشایی از ژنوم انسان، گره های بی شماری را گشوده و قله های متعددی را فتح کرده است. این طرح که انجام آن، مولود پیشرفت ها و اطلاعات جدید محققان در عرصه مهندسی ژنتیک است، در آینده ای نزدیک، تحولات عمیق و غیره منتظره ای را در علوم پزشکی به وجود خواهد آورد. طرح بین المللی ژنوم انسان را می توان نقطه عطفی در تاریخ علوم زیستی به ویژه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به حساب آورد.

۱ ۳) شناسایی مکانیسم های مولکولی پیدایش سرطان

امروزه از رهگذر به کارگیری مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، این پرسش که سرطان چگونه ایجاد می شود دیگر جزء اسرار ناشناخته علمی به حساب نمی آید. در خلال دو دهة اخیر، پژوهشگران با استفاده از روش های مولکولی و نتایج حاصل از مطالعاتی مانند طرح رمزگشایی از ژنوم انسان، به پیشرفت های خیره کننده ای در شناسایی علل و مراحل مولکولی پیدایش سرطان دست یافته اند که در آینده نزدیک، به روش های انقلابی در مسیر درمان آن منجر خواهد شد. با آنکه هنوز هیچ کس قادر نیست زمان دقیق غلبه کامل بر سرطان را پیش گویی کند، اما چشم انداز آن بسیار نویدبخش است.

در این راستا، تلاش های گسترده ای برای درمان سرطان با استفاده از روش های ژن درمانی (مانند انتقال ژن های بازدارندة سرطان به درون سلول ها) به طور فزاینده ای در حال افزایش است. مهار ژن هایی که بیشتر از اندازه طبیعی تکثیر یا بیان شده اند (مانند آنکوژنهای فعال شده) و جایگزینی یک ژن ناقص یا حذف شده از جمله راهبردهای این روش درمانی به حساب می آیند. اخیراً پژوهشگران امریکایی نوعی ویروس "هوشمند " را طراحی کرده اند که بتواند در درون سلول های سرطانی، تکثیر شده و تمام سلول های بدخیم را در بدن از بین ببرد، اما به سلول های سالم آسیبی نرساند. نتایج به دست آمده از این شیوة جدید، روی موش های الگو موفقیت آمیز بوده و توانسته است حدود ۶۰ درصد از سلول های سرطانی را نابود سازد. شماری از شرکت های دارویی جهان نیز با تکیه بر فرآیندها و قابلیت های بیوتکنولوژی مولکولی، بر روی طراحی داروها و عوامل درمانی مناسب جهت توقف ماشین تکثیر بی رویه سلولی (سرطان) فعالیت می کنند. بی شک انجام این پژوهش ها، که در آینده ای نزدیک به نتایج مفیدی برای درمان شماری از سرطان های انسانی منجر خواهد شد، بدون بکارگیری اصول و فنون مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی میسر نمی بود.

۱ ۴) همانند سازی (Cloning)

از دیگر موضوعات بسیار مهم روز در زمینه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، که ارتباط تنگاتنگی با علوم پزشکی داشته و احتمالاً در آینده منشأ تحولات بزرگی در این زمینه خواهد بود، بحث کلون سازی (همانندسازی یا شبیه سازی) یا تکثیر غیرجنسی سلول ها است؛ که طی آن با همانندسازی از روی سلول بالغ یک موجود زنده، نسخه ای مشابه موجود اولیه ساخته می شود. شایان ذکر است که نخستین موفقیت انسان در کلون سازی یک پستاندار بالغ (گوسفند دالی) در سال ۱۹۹۶ توسط یان ویلموت انگلیسی و همکاران وی در مؤسسه راسلین (ادینبر، اسکاتلند) با انتقال هستة یک سلول سوماتیک (غیرجنسی) به درون سیتوپلاسم یک اووسیت (سلول جنسی ماده) که هسته اش خارج شده بود، به دست آمد. به طور کلی، محققان علم ژنتیک و بیوتکنولوژیست های مولکولی اعتقاد دارند که تلاش های آنها در این زمینه ، می تواند به کاربردهای بسیار ارزشمندی در زمینه های پزشکی، کشاورزی و مانند آن ها منجر شود. البته علیرغم بحث های بسیار جدی که در مورد سوء استفاده های احتمالی از مقوله شبیه سازی و عواقب زیستی و اخلاقی آن در دنیا وجود دارد، خوشبختانه اعتقاد اکثریت قابل توجهی از صاحب نظران امر که با درک مسئولیت خطیر انسانی خود، به پژوهش های متنوع و گسترده مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در عرصه پزشکی مولکولی مشغولند، این است که تحقیقات مذکور باید تنها برای مقاصد پیشگیری، تشخیص و درمان اساسی بیماری ها به کار رفته شود.

۲) بیوتکنولوژی مولکولی و صنعت

در سال های اخیر، بیوتکنولوژی مولکولی در صنایع گوناگون جایگاه منحصر به فردی پیدا کرده است. امروزه در برخی از معادن دنیا، استخراج و بازیافت کانی های پرارزشی مانند طلا، نقره، مس و اورانیوم به کمک میکروارگانیسم ها و با روش های زیستی (Bioleaching) صورت می گیرد. تولید صنعتی بسیاری از اسیدهای آلی مانند اسید سیتریک، اسید استیک و اسید لاکتیک و همچنین تولید روغن هایی با ترکیبات اسیدهای چرب ویژه که دارای ارزش بالایی در صنایع غذایی و مواد پاک کننده هستند، از دیگر زمینه های حضور فعال بیوتکنولوژی در صنعت است. تولید پلاستیک های قابل تجزیه (Green Plastics)، تولید انرژی های تجدید پذیر با استفاده از بیومس (Biomass)، طراحی و تولید ساختارهای نانومتری (Nanostructures) جدید مثل بیوترانزیستورها، بیوچیپ ها و پلیمرهای پروتئینی با استفاده از روش های مهندسی پروتئین، بکارگیری روش های بیوتکنولوژی در افزایش بازیافت و سولفورزدایی نفت خام و پاکسازی آلودگی های زیست محیطی به کمک فرآیندهای زیستی، از دیگر عرصه های نوین و با ارزش بیوتکنولوژی در صنعت و محیط زیست به شمار می روند.

مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در عرصه های بسیار متنوع مانند کشاورزی، تغذیه و مواد غذایی، دامپروری، شاخه های مختلف علوم پزشکی و صنایع دارویی، صنایع تخمیری، صنایع نظامی، انرژی، محیط زیست و بهداشت بشر، استفاده های بسیار ارزشمندی پیدا کرده است. اینکه بیوتکنولوژی جدید برای بشر راه حل های بی شماری ارائه می کند، مطلبی کاملاً درست است. در تاریخ علوم تجربی، پژوهش های بیوتکنولوژی را می توان از معدود مواردی دانست که در آن تحقیقات بنیادی به سرعت به سطح کاربردی می رسند. در چنین بستری، موفقیت نهایی در بیوتکنولوژی و حصول دستاوردهای بی شمار اقتصادی آن، به پیشرفت واقعی در مبانی علوم تجربی و رشته های علوم پایه بستگی تام دارد. از این رو سرمایه گذاری شایسته در علوم مذکور، اساس پیشرفت و توسعه تمام علوم و فنون روز از جمله بیوتکنولوژی خواهد بود. بیوتکنولوژی گذشته از پتانسیل های قابل توجه نوع سنتی آن که عمری معادل تمدن بشری دارد، توانسته است با تکیه بر اصول جدید مهندسی ژنتیک و علوم وابسته، در طی حداکثر سه دهه اخیر، توانایی ها و قابلیت های بسیار متنوع و ارزشمندی را در عرصه های مختلف به نمایش گذارد. این تأثیرگذاری ها گاه تا حدی بوده است که به جرأت می توان ادعا کرد پیشرفت های بزرگ بشر در دست یابی به بسیاری از موفقیت های علوم زیستی، مرهون اصول مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی است.

۳) بیوتکنولوژی و کشاورزی

رشد فزآینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای مواد غذایی در دهه های اخیر موجب شد تا در زمینة علوم کشاورزی و مواد غذایی شاهد یک گذر جدی و اجتناب ناپذیر از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته و بکارگیری روش های نوین زیست فناوری در تولید محصولات زراعی و دامی باشیم. همانگونه که می دانیم، گیاهان، اصلی ترین و مهمترین منابع تجدید شونده جهان هستند که علاوه بر تأمین غذای آدمی و حیوانات، نیازهای غیرتغذیه ای، شیمیایی و صنعتی هم توسط آنها مرتفع می گردد. به همین دلیل، کاربرد روش های مهندسی ژنتیک و زیست فناوری برای افزایش کمی و کیفی محصولات از یک سو و کاهش هزینه ها و زمان تولید از سوی دیگر، استفاده از این روش ها در شاخه های گوناگون کشاورزی را بسیار ارزشمند کرده است.
کشاورزی پایدار در گرو بیوتکنولوژی

علم بیوتکنولوژی یکی از علومی است که در سال های اخیر رشد بسیار چشمگیری داشته و با گسترش مرزهای دانش، باعث تحولی عظیم در عرصه های مختلف از جمله بخش های کشاورزی، پزشکی، داروسازی، صنعت و محیط زیست شده است. بیوتکنولوژی عبارت است از علم و فن استفاده از موجودات زنده با اهداف صلح دوستانه و بشردوستانه به منظور رفاه حال بشر و حفظ محیط زیست. بیوتکنولوژی کشاورزی، علمی است که از طریق تکنیک های DNA نوترکیب و تولیدات بیولوژیکی خاص، موجبات تولید هدفمند گیاهان و احشام را با صفات مورد نظر و مطلوب بشر فراهم می سازد. این علم در سال های اخیر باعث افزایش قابل توجهی در تولید محصولات کشاورزی شده است و سودآوری قابل ملاحظه ای را برای شرکت ها و موسسات فعال در این زمینه فراهم کرده است. همراه با توسعه این علم نوین، مقوله ای به نام کشاورزی پایدار نیز مطرح می شود. کشاورزی پایدار سیستمی است که در آن با اعمال مدیریت صحیح در استفاده از منابع طبیعی، می توان نیازهای غذایی بشر را تأمین و کیفیت محیط زیست را حفظ کرد و از تخریب ذخایر طبیعی جلوگیری به عمل آورد. در توسعه پایدار کشاورزی، کاهش فشار وارده به اراضی زیرکشت، عدم مصرف مواد شیمیایی (کود و سم)، حفظ ذخایر طبیعی و سلامت نسل حاضر و آینده، جزء مباحث اصلی است. طی گام هایی که به سمت ایجاد کشاورزی پایدار برداشته می شود، قبل از هر چیز باید به تعادل بین تولیدمحصول و تغییرات محیطی توجه شود و سیستم زراعی را نه به منزله مجموعه یا تشکیلات مجزا و مستقل، بلکه به عنوان بخشی از کل سیستم محیط زیست بایستی تلقی کرد. اگر به جای استفاده از کودها و سموم شیمیایی، علف کش ها، هورمون ها و... از تناوب های زراعی، بقایای گیاهی، کود سبز، کودهای آلی، مبارزه بیولوژیک با حشرات و ارقام مقاوم به تنش های زنده و غیرزنده، استفاده گردد، آنگاه می توان گفت که سیستم کشاورزی پایدار، مولد، تجدیدشونده، سودآور و خودکفاست و لطمه ای به محیط زیست وارد نخواهد ساخت. طبق یک تعریف مشابه دیگر، کشاورزی پایدار، یک سیستم پیشرفته تولید گیاه و احشام است که دارای حداقل ? خصوصیت باشد: اول اینکه، این سیستم، نیازهای غذایی را به شکل کاملاً ایمن برای بشر برطرف سازد، دوم اینکه، موجبات افزایش کیفیت محیط و منابع طبیعی را فراهم سازد، سوم اینکه، باعث استفاده موثرتر از منابع تجدیدنشدنی و حفظ و کنترل بهینه چرخه های بیولوژیکی گردد، چهارم اینکه، حمایت اقتصادی از کشاورزان را افزایش دهد و پنجم اینکه موجب افزایش کیفیت زندگی برای کشاورزان و کلیه افراد جامعه شود. اگر ادعا کنیم سیستم های غذایی ما در بخش کشاورزی، غالباً در درازمدت پایدار نیستند، سخن گزافی نگفته ایم. با توجه به روند روزافزون جمعیت دنیا و افزایش تقاضا برای غذا، دو راه جهت افزایش عملکرد در بخش کشاورزی توصیه می شود. راه اول، توسعه اراضی قابل کشت و راه دوم افزایش عملکرد در واحد سطح است. در مورد راه حل اول لازم به ذکر است که زمین از منابع محدود در بخش کشاورزی است و توسعه این منبع تا حد مختصری امکان پذیر است. با توجه به این افزایش جمعیت، رشد پنج درصدی اراضی قابل کشت، جوابگوی نیاز غذایی این جمعیت نخواهد بود. پس راه حل دوم یعنی افزایش تولید در واحد سطح، معقول تر به نظر می رسد. تاکنون نیز اغلب پیشرفت ها در این زمینه به دلیل افزایش عملکرد در واحد سطح بوده و تاکنون پاسخگوی افزایش جمعیت بوده است.یکی از مهمترین راه حل های افزایش عملکرد در واحد سطح، به کارگیری علم بیوتکنولوژی است. این عمل با تکنیک های خاص خود، کشاورزی مدرن را بیشتر و بیشتر به سمت پایداری منابع طبیعی سوق می دهد. به خاطر روشن تر شدن نقش باارزش بیوتکنولوژی در کشاورزی پایدار یکسری نکات ذکر می شود: اولی اینکه، بیوتکنولوژی دامنه وسیعی از محصولات اصلاح شده و یا جدید را تولید می کند، دوم اینکه با تولید واریته های جدید گیاهان زراعی با صفاتی از قبیل مقاومت، تحمل و کیفیت بالا، راه حل جدیدی را برای پایداری منابع طبیعی و تولید غذا ارائه می دهد، سوم اینکه بیشتر گیاهان زراعی نوین که از طریق بیوتکنولوژی تولید شده اند در مقایسه با گیاهان سنتی، در یک قطعه زمین مشخص با نیازهای طبیعی مشابه، محصول بیشتری تولید می کنند، چهارم اینکه، تعدادی از این گیاهان جدید، برای مثال آنهایی که مقاوم به بیماری یا آفت شده اند، باعث کاهش استفاده از منابع غیرقابل تجدید می شوند و همچنین با کاهش استفاده از سموم شیمیایی، یک ابزار با ارزش جهت تولید محصولات کشاورزی پایدار هستند. علاوه بر موارد ذکر شده، تکنیک های مراقبت و نگهداری گیاهان به وسیله عوامل بیوکنترلی جدید که از بیوتکنولوژی نشأت گرفته اند، موجب عملیات کشاورزی بسیار دقیق با حداقل تلفات و افزایش عملکرد می شود. بیوتکنولوژی کشاورزی در پایداری رشد اقتصادی و رقابت اقتصادی خصوصاً در کشورهای توسعه یافته نقش بسیار مهمی بازی می کند. از طرف دیگر تعداد بسیار زیادی از افراد در این بخش با مشاغل بسیار باارزش فعالیت دارند، با این تفاسیر، نمی توان تأثیر علم بیوتکنولوژی را در پایداری اقتصادی نیز نادیده گرفت.تأثیر عمده بیوتکنولوژی بر کشاورزی پایدار، از طریق پیشرفت های ژنتیکی است. سودآوری مطلوب و افزایش تولید در این زمینه، در طول سالهای گذشته عمدتاً به دو دلیل اصلی بوده است: یکی پیشرفت های ژنتیکی و دیگری افزایش در استفاده از منابع. همانطور که ذکر شد، بسیاری از منابع در بخش کشاورزی محدود هستند، بنابراین در درازمدت استفاده عاقلانه از منابع بسیار بااهمیت است. آینده کشاورزی پایدار احتمالاً از طریق پیشرفت در علم ژنتیک امکان پذیر خواهد بود. برای مثال استفاده از هیبریدهای پیشرفته در گیاه ذرت در دهه اخیر، سودآوری بسیار بالایی را برای آمریکای شمالی به ارمغان آورده و آن را به قطب اصلی ذرت دنیا تبدیل کرده است.همچنین یافته های نسبتاً مشابهی از طریق پیشرفت های ژنتیکی در مورد گندم، جو، چاودار، سویا و... به دست آمده است. اگر علم بیوتکنولوژی از طریق پیشرفت های ژنتیکی بتواند نیاز غذایی جمعیت دنیا را مرتفع سازد و از طرفی به حفظ منابع طبیعی کمک کند و بدین وسیله هر دو منابع حیاتی (هوا، آب و عناصر غذایی) و همچنین زیبایی محیط زیست (فضای سبز، پارک ها، تنوع و...) حفظ گردد، آن گاه بیوتکنولوژی در راستای پایدار کردن کشاورزی حرکت خواهد کرد، در غیر این صورت این علم به عاملی بسیار خطرناک در تخریب منابع طبیعی و اکوسیستم ها تبدیل خواهد شد. در صورت عدم استفاده صحیح از این علم، به جای پایدار کردن کشاورزی و حفظ منابع، اثرات بسیار مضری بر پیکره محیط زیست وارد خواهد ساخت. برای مثال، با گسترش تولید گیاهان زراعی و احشام با ظرفیت مقاومت به تنش های محیطی در مناطقی که برای گیاهان زراعی و دام های معمولی نامناسب است، با استفاده از علم بیوتکنولوژی، آسان می شود. اگر این امر اتفاق افتد، تنوع زیستی گونه های گیاهی و حیوانی در اکوسیستم های طبیعی کاهش می یابد. همچنین ممکن است گونه های تغییریافته ژنتیکی به گونه هایی خطرناک برای محیط زیست تبدیل شوند. گسترش برخی علف های هرز، خطر ایجاد نوترکیبی در ویروس ها و پاتوژن ها، ایجاد آلرژی برای برخی افراد، انتقال ژن ها از گونه های زراعی تراریخت به گونه های وحشی و ایجاد مسمومیت غذایی از دیگر خطرات علم بیوتکنولوژی است، که در صورت عدم استفاده صحیح، وقوع آنها اجتناب ناپذیر خواهد بود

خدمات و محصولات صنعتی

 الکتروپمپ

 

 

 

تولید و ساخت صنعتی