زیست‌فناوری

نمونه‌ای از یک ریزآرایه دی‌ان‌ای
واژه زیست‌فناوری یا بیوتکنولوژی نخستین بار در سال ۱۹۱۹ از سوی کارل ارکی (Karl Ereky) به مفهوم استفاده از سیستم‌های زنده و ارگانیسم‌ها برای توسعه یا تولید محصولات یا هر گونه کاربرد تکنولوژیکی که از سیستم‌های بیولوژیکی، موجودات زنده یا مشتقات آن استفاده می‌کند تا محصولات یا فرآیندهای خاصی را ایجاد یا اصلاح کند. به‌طور کلی هر گونه کنش هوشمندانه بشر در آفرینش، بهبود و عرضه فراورده‌های گوناگون با استفاده از جانداران، به ویژه از طریق دستکاری آن‌ها در سطح مولکولی در حیطه این مهم‌ترین، پاک‌ترین و اقتصادی‌ترین فناوری سده حاضر، زیست‌فناوری، قرار می‌گیرد.
نام این دانش از این رو در ایران با نام «بیوتکنولوژی» شناخته می‌شود که این عمل تقریبا در تمام کشورهای جهان با همین نام شناخته می‌شود.
زیست فناوری از جمله واژه‌های پر سرو صدای سال‌های اخیر است. این واژه را درست یا نادرست به مفهوم همه چیز برای مردم به کار می‌برند. بیوتکنولوژی را در یک تعریف کلی به‌کارگیری 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 می‌کنند. در تعریف دیگر 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 ویژه‌است و جزء دیگر سامانه یا واکنشگری است که کاتالیزورها در آن عمل می‌کنند. (بنگرید کشت سوسپانسیون سلولی، کشت سلول)
پیدایش زیست‌فناوری
سابقه به‌کارگیری میکروارگانیسم‌ها برای تولید مواد خوراکی مانند سرکه، ماست و پنیر به بیش از ۸ هزار سال پیش برمی‌گردد. نقش میکروارگانیسم‌ها در تولید الکل و سرکه در سده پیش زمانی کشف شد که گروهی از بازرگانان فرانسوی در جستجوی روشی بودند تا از ترش شدن شراب و آبجو هنگام جابه‌جایی آن‌ها با کشتی به نقاط دور جلوگیری کنند. آنان از لویی پاستور درخواست کمک کردند. لویی پاستور پی برد که مخمرها در خلا قند را به الکل تبدیل می‌کنند. این فرایند بی‌هوازی تخمیر نام دارد؛ و نیز دریافت که ترشیدگی و آلودگی بر اثر فعالیت دسته باکتری اسید استیک که الکل را به سرکه تبدیل می‌کند روی می‌دهد.
کاربردهای سنتی زیست‌فناوری
thumb
کاربردهای سنتی زیست فناوری شامل اصلاح نباتات و دام، تهیه نان، ماست و پنیر بوده‌است و پس از آن تولید پادزیست‌ها (آنتی بیوتیک‌ها)، انسولین انسانی و اینترفرون علوم آزمایشگاهی و هم‌اکنون با پیدایش فناوری DNA نوترکیب، دستکاری ژنها و انتقال ژن از یک موجود زنده به دیگری یا به عبارت دیگر مهندسی ژنتیک، ظرفیت بهره‌گیری از این فناوری به گونه فزاینده‌ای افزایش یافته‌است.
در حال حاضر با توجه به افزایش بی‌رویه جمعیت و نیاز به تامین مواد غذایی این جمعیت رو به تزاید، زیست فناوری کشاورزی مورد توجه ویژه‌است و محصولات تراریخته گوناگون پرمحصول و مقاوم کشاورزی مانند ذرت، برنج، سویا، گوجه فرنگی، گندم تولید و به‌کارگیری تکنیک‌های نوین زیست فناوری در افزایش تولید شیر و گوشت دام موثر واقع شده‌اند.
تراریزش برنج چندسالی است که در ایران آغاز شده‌است ولی به دلیل سرسخت بودن برنج به تراریزش که خود از دشوار بودن کشت‌بافت آن ناشی می‌شود، این رویکرد متوقف شده‌است و به بسیاری از تعمیم نیافته‌است. اگرچه تلاش‌های اندکی به منظور کشت‌بافت برخی از ارقام برنج بومی ایرانی صورت پذیرفته است، این مهم مستلزم تلاش بیشتر محققین در این زمینه می‌باشد.
تامین سلامت و بهداشت جمعیت بیش از شش میلیاردی ساکنان کره زمین از طریق تولید داروهای نوترکیب و واکسن‌ها، دستیابی به روش‌های درمان کم‌هزینه بیماری‌ها و یافتن درمان بیماری‌های بدون درمان و تشخیص سریع‌تر و موثرتر بیماری‌های گوناگون از جمله بیماری‌های ژنتیکی از وظایف زیست فناوری پزشکی است.
همچنین رویکرد جدید به محیط زیست در قرن حاضر و در نظر گرفتن آن به عنوان یک جزء از سرمایه ملی کشورها و لزوم حفظ آن با به‌کارگیری بیوتکنولوژی از مهم‌ترین دغدغه‌های بشر در سده حاضر است. حذف موثر آلاینده‌های محیطی خطرناک از محیط زیست با استفاده از میکروارگانیسم‌های پالایشگر آلودگی و استفاده از فنون نگهداری ذخایر ژنتیکی کشور از جمله کاربردهای زیست فناوری در زمینه محیط زیست است. کاربردهای بیوتکنولوژی در صنعت که به تولید محصولات با صرف هزینه و انرژی کمتر، ضایعات اندک می‌انجامد و از همه مهم‌تر، کمترین اثر سوء بر محیط زیست را برجا می‌گذارد، باعث شد که از این فناوری به عنوان یکی از پاکترین بخش‌های صنعت یاد شود. بیوتکنولوژی همچنین تولید محصولاتی که قبلا از روش‌های دیگر امکان تولید آن وجود نداشته یا بسیار سخت و دشوار بوده‌است، ممکن ساخته‌است.
کاربرد زیست‌فناوری در صنعت نساجی
کاربرد بیوتکنولوژی در مهندسی نساجی، از حدود ۱۰۰ سال قبل، با به‌کارگیری آنزیم‌های آمیلاز استخراج شده از مالت برای زدودن آهارهای نشاسته‌ای آغاز شد. امروزه با پیشرفت بیوتکنولوژی، راه حل‌های کم هزینه و موثر فزاینده‌ای در فرایندهای نساجی به وجود آمده‌است. با پیشرفت‌های صنعت نساجی، کاهش هزینه در تولید انبوه ضروری به نظر می‌رسد. بیوتکنولوژی می‌تواند در هر مرحله از تولید و فرایندهای تکمیلی آن، از مواد اولیه الیاف تا مرحله تصفیهپساب، باعث صرفه جویی در هزینه‌ها شود. این فناوری، علاوه بر کاهش هزینه، با کاهش مضرات زیست‌محیطی ناشی از شوینده‌ها و مواد شیمیایی، منجر به ایجاد صنعت دوست دار محیط زیست می‌گردد. از طریق بیوتکنولوژی و استفاده از مواد جایگزین با آثار جانبی کمتر به جای مواد شیمیایی رایج در صنعت نساجی، نه تنها مشکل آلودگی زیست‌محیطی حل می‌شود، بلکه کیفیت و پایداری عملیات نیز بهتر می‌گردد. البته کاربردهای عملی امروزی عمدتا شامل به‌کارگیری آنزیم‌ها به ویژه آمیلازها در آهارگیری، سلولازها در زیست پرداخت کالاهای سلولزی و سنگ شویی کالاهای جین، پروتئازها در عمل آوری پشم و ابریشم و بالاخره آنزیم‌ها در شوینده‌ها می‌باشد. دورنمای استفاده از بیوتکنولوژی در سایر زمینه‌ها نیز مورد توجه پژوهشگران بوده و در حال پیشرفت است.
فراورده‌های زیست‌فناوری
فراورده‌های بدست آمده از صنعت زیست‌فناوری در دنیا فراوان بوده و در کشور ایران شامل موارد زیر است
۱- اینترفرون بتا-۱ای با نام‌های تجاری سینووکس Cinnovex و رسیژن ReciGen
۲- اینترفرون گاما با نام تجاری گاما ایمونکس
۳- آنزیمهای بیولوژی مولکولی مانند تک دی ان ای پلی مراز
۴- کیت‌های تشخیص مولکولی بیماری‌ها
۵- کیت‌های الایزا مانند کیت الایزای تشخیص ایدز
۶- واکسن‌های نسل جدید مانند واکسن هپاتیت ب
۷- داروهای جدید که در شرف ورود به بازار داخلی هستند مانند اینترفرون آلفا و استرپتوکیناز و اریتروپوئتین و اینترفرون بتا یک بی
۸- داروهای جدید که وارد بازار داخلی شدند مانند آنژی پارس (Angipars)
۹- هورمون محرک تخمک‌زایی (FSH)با نام سینال-اف و پاراتیروئید همورمون (PTH)با نام سینوپار و همچنین PEG-GCSF با نام پگاژن
پیشینه‌ی زیست‌فناوری در ایران
حدود ۳۰ سال از عمر این فناوری جدید می‌گذرد و ایران نیز سرمایه‌گذاری‌هایی را برای تربیت نیروی انسانی و ایجاد چند مرکز تحقیقاتی آغاز کرده‌است. موسسه تحقیقات واکسن و سرم‌سازی رازی و انستیتو پاستور از موسسات قدیمی ایران هستند که در زمینه تولید سرم و واکسن از زیست‌فناوری استفاده می‌کنند. اما اولین مرکز تخصصی بیوتکنولوژی دو دهه پیش در سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران شکل گرفت. بعد از آن مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و موسسات تحقیقاتی دیگر در بخش‌های مختلف به خصوص دانشگاه‌ها فعالتر شدند. در دهه ۷۰ گروهی از سوی وزارتخانه‌های علوم، جهاد کشاورزی و بهداشت و درمان به خارج اعزام شدند و با بازگشت این گروه، فعالیت‌های تحقیقاتی رونق گرفت. در سال ۱۳۷۹ گروه بیوتکنولوژی به درخواست متخصصان و به دستور محمد خاتمی، رئیس جمهور وقت، در وزارت علوم تشکیل شد و برنامه ملی بیوتکنولوژی نتایج فعالیت این گروه است. به دنبال پیشرفتهای حاصل شده و اقدامات شورای عالی زیست فناوری، شورای عالی انقلاب فرهنگی در اسفندماه ۱۳۹۰ سند تشکیل ستاد توسعه زیست فناوری را تصویب نمود و این ستاد ذیل معاونت علمی و فناوری رییس جمهور تاسیس گردید.
تولیدات بیوتکنولوژی ایران
تولیدات بیوتکنولوژی درایران نیز عبارتند از: سرم و واکسن (بیشتر به روش بیوتکنولوژی سنتی)، کشت‌بافت گیاهی، کود و سموم بیولوژیک، فرآورده‌های میکروبی و کیت‌های تشخیصی، برخی از مواد دارویی مثل آنتی‌بیوتیک‌ها، هورمون‌ها و فاکتورهای پروتئینی که با روش‌های بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک تولید می‌شوند و در مراحل مختلف آزمایشگاهی تا تولید قرار دارند. مواد شیمیایی شامل الکل، اوره، استون و اسیداستیک نیز وجود دارند که تا حدودی در تولید آن‌ها از روش‌های بیوتکنولوژی استفاده می‌شود.
شرکت‌های مطرح تولید محصولات زیست فناوری در ایران
شرکت سیناژن:
شرکت سیناژن که در سال 1373 گردیده و مطرح‌ترین داروی تولیدی این شرکت "cinnoVex" داروی مورد نیاز بیماران ام.اس می‌باشد این محصول در کشور ایران به عنوان سومین تولید کننده در دنیا به بازار عرضه شده .این دارو که با همکاری انستیتو فراونهوفر آلمان تولید شده به کشورهای سوریه، ارمنستان، روسیه، آذربایجان و پاکستان صادر می‌شود و در حال گذراندن مقدمات صادرات به اروپاست
Phenotypic evaluation of scutellum-derived calluses in ‘Indica’ rice cultivars
ترانس ژن
مهندسی ژنتیک
رائلیان