زیست‌فناوری

زیست‌فناوری یا بیوتکنولوژی،  یک حوزه میان‌رشته‌ای از ادغام علوم طبیعی و علوم مهندسی است که برای بهره‌برداری از جانداران و بخش‌هایی از آن‌ها به‌عنوان محصول یا خدمت تلاش می‌کند. متخصصان این حوزه با عنوان بیوتکنولوژیست شناخته می‌شوند.

اصطلاح بیوتکنولوژی برای نخستین بار توسط کارولی ارکی در سال ۱۹۱۹ میلادی برای اشاره به تولید محصولات از مواد خام با کمک جانداران به‌کار رفت. اصل اساسی زیست‌فناوری شامل مهار سامانه‌ها و جانداران زیستی مانند باکتری‌ها، مخمرها و گیاهان برای انجام وظایف ویژه یا تولید مواد ارزشمند است.

زیست‌فناوری تأثیر چشمگیری بر بسیاری از حوزه‌های جامعه، از پزشکی گرفته تا کشاورزی و علوم زیست‌محیطی، داشته است. یکی از فنون کلیدی کاربردی در زیست‌فناوری، مهندسی ژنتیک است که به دانشمندان اجازه می‌دهد تا آرایش ژنتیکی جانداران را برای دستیابی به نتایج دلخواه تغییر دهند. این می‌تواند شامل افزودن ژن‌ها از یک جاندار به جاندار دیگر و در نتیجه، ایجاد ویژگی‌های جدید یا بهبود ویژگی‌های موجود باشد.

از دیگر فنون کاربردی و مهم در زیست‌فناوری می‌توان به کشت بافت اشاره کرد که به پژوهشگران توانایی پرورش سلول‌ها و بافت‌ها در آزمایشگاه را برای اهداف پژوهشی و پزشکی می‌دهد و همچنین تخمیر که برای تولید دامنه گسترده‌ای از محصولات مانند آبجو، شراب و پنیر استفاده می‌شود.

کاربردهای زیست‌فناوری گوناگون است و منجر به توسعه محصولاتی مانند داروهای نجات‌بخش، زیست‌سوخت، محصولات دستکاری‌شده ژنتیکی و مواد نوآورانه شده است. همچنین از آن برای پرداختن به چالش‌های زیست‌محیطی، مانند توسعه پلاستیک‌های زیست‌تجزیه‌پذیر و استفاده از میکروب‌ها برای پاکسازی مکان‌های آلوده، استفاده شده است.

زیست‌فناوری حوزه‌ای به سرعت در حال دگرگونی است که ظرفیت چشمگیری برای پرداختن به چالش‌های جهانی و بهبود کیفیت زندگی مردم در سراسر جهان دارد. با این حال، باوجود مزایای بی‌شمار آن، چالش‌های اخلاقی و اجتماعی نیز ایجاد می‌کند، مانند سوالاتی در مورد دستکاری ژنتیکی و حقوق مالکیت معنوی. در نتیجه، بحث‌ها و مقررات پیوسته پیرامون کاربرد زیست‌فناوری در صنایع و زمینه‌های گوناگون وجود دارد.

زیست‌فناوری دامنه گسترده‌ای از رویه‌ها را برای دستکاری جانداران برای اهداف انسانی دربرمی‌گیرد که به اهلی‌کردن جانوران، کشت گیاهان و "بهبود" آن‌ها از طریق برنامه‌های به‌نژادی که از زادگیری گزینشی و دورگ‌گیری استفاده می‌کنند، برمی‌گردد. کاربرد مدرن آن همچنین شامل مهندسی ژنتیک و همچنین فناوری‌های کشت سلول و بافت است. انجمن شیمی آمریکا، زیست‌فناوری را تحت عنوان کاربرد جانداران، سامانه‌ها یا فرآیندهای زیستی توسط صنایع مختلف برای یادگیری در مورد علم زندگی و بهبود ارزش مواد و جانداران، مانند داروها، محصولات کشاورزی و دام‌ها تعریف می‌کند. بنابر تعریف فدراسیون اروپایی زیست‌فناوری، زیست‌فناوری عبارت است از تلفیق علوم طبیعی و جانداران، سلول‌ها، بخش‌هایی از آن‌ها و مشابه‌های مولکولی برای محصولات و خدمات. زیست‌فناوری برپایه علوم پایه زیستی (مانند زیست‌شناسی مولکولی، زیست‌شیمی، زیست‌شناسی سلولی، رویان‌شناسی، ژنتیک، میکروب‌شناسی) است و برعکس، روش‌هایی را برای پشتیبانی و انجام پژوهش‌های پایه در زیست‌شناسی ارائه می‌دهد.

زیست‌فناوری تحقیق و توسعه در آزمایشگاه با به‌کارگیری بیوانفورماتیک برای اکتشاف، استخراج، بهره‌برداری و تولید از هر جاندار و هر منبع زیست‌توده با به‌کارگیری مهندسی زیست‌شیمیایی است که در آن می‌توان محصولات با ارزش افزوده بالا را برنامه‌ریزی (مثلاً تولید با بیوسنتز)، پیش‌بینی، فرموله، توسعه، تولید و به بازار عرضه کرد تا عملیات پایدار (برای بازگشت سرمایه اولیه نامحدود در تحقیق و توسعه) و حقوق ثبت اختراع پایدار (برای حقوق انحصاری برای فروش و پیش از آن برای دریافت تأیید ملی و بین‌المللی از نتایج آزمایش‌های جانوری و آزمایش‌های انسانی، به‌ویژه در شاخه زیست‌فناوری دارویی برای جلوگیری از هرگونه عوارض جانبی ناشناخته یا نگرانی‌های ایمنی با کاربرد محصولات) به‌دست آید.What is biotechnology?. Europabio. Retrieved on March 20, 2013.Key Biotechnology Indicators (December 2011) . oecd.org"Biotechnology policies" – Organization for Economic Co-operation and Development. . Retrieved on March 20, 2013. به‌کارگیری فرآیندها، جانداران یا سامانه‌های زیستی برای تولید محصولاتی که پیش‌بینی می‌شود زندگی انسان‌ها را بهبود بخشند، زیست‌فناوری نامیده می‌شود.

در مقابل، مهندسی زیستی که به‌عنوان یک حوزه مرتبط درنظر گرفته می‌شود، بیشتر بر رویکردهای سامانه‌های بالاتر (نه لزوماً تغییر یا کاربرد مستقیم مواد زیستی) برای تعامل و به‌کارگیری جانداران تأکید دارد. مهندسی زیستی کاربرد اصول مهندسی و علوم طبیعی در بافت‌ها، سلول‌ها و مولکول‌ها است. این را می‌توان به‌عنوان کاربرد دانش حاصل از کار با زیست‌شناسی و دستکاری آن برای دستیابی به نتیجه‌ای که می‌تواند کارکرد گیاهان و جانوران را بهبود بخشد، درنظر گرفت.What Is Bioengineering? . Bionewsonline.com. Retrieved on March 20, 2013.

 تاریخچه 

پیشینهٔ به‌کارگیری میکروارگانیسم‌ها برای تولید مواد خوراکی مانند نان، سرکه، آبجو، ماست، شراب و پنیر به بیش از ۸ هزار سال پیش برمی‌گردد. نقش میکروارگانیسم‌ها در تولید الکل، و سرکه در سدهٔ پیش زمانی کشف شد، که گروهی از بازرگانان فرانسوی در جستجوی روشی بودند، تا از ترش‌شدن شراب و آبجو هنگام جابه‌جایی آن‌ها با کشتی به نقاط دور جلوگیری کنند. آنان از لویی پاستور درخواست کمک کردند. لویی پاستور پی‌برد که مخمرها در خلأ قند را به الکل تبدیل می‌کنند. این فرایند تخمیر بی‌هوازی نام دارد؛ و نیز دریافت که ترشیدگی، و آلودگی بر اثر فعالیت باکتری‌هایی است که الکل را در حضور اکسیژن به اسید استیک تبدیل می‌کنند.

 کاربردهای زیست‌فناوری 
بندانگشتی|تولید مشروبات الکلی از کهن‌ترین کاربردهای سنتی دانش زیست‌فناوری در صنایع غذایی است که به چند علم پایه مانند زیست‌شیمی و میکروبیولوژی هم مربوط می‌شود.
کاربردهای سنتی زیست‌فناوری، شامل: به‌نژادی گیاهان، و دام، تهیهٔ نان، تهیه ماست، مشروبات الکلی، سرکه، ماست و پنیر بوده است. امروزه نیز با رایج‌شدن تخمیر صنعتی، رواج تولید پادزیست‌ها (آنتی‌بیوتیک‌ها)، تولید انسولین انسانی و اینترفرون آزمایشگاهی همچنین هم‌اکنون با پیدایش فناوری DNA نوترکیب، دستکاری ژن‌ها و انتقال ژن از یک جاندار به دیگری، یا به عبارت دیگر مهندسی ژنتیک، ظرفیت بهره‌گیری از این فناوری به گونهٔ فزآینده‌ای افزایش یافته است.

اکنون با توجه به افزایش بی‌رویهٔ جمعیت جهان و نیاز به تأمین مواد غذایی این جمعیت رو به تزاید، زیست‌فناوری کشاورزی مورد توجه ویژه است و محصولات تراریخته گوناگون پرمحصول و مقاوم کشاورزی مانند ذرت، برنج، سویا، گوجه فرنگی، گندم تولید و به‌کارگیری فنون نوین زیست‌فناوری در افزایش تولید شیر و گوشت دام مؤثر واقع شده‌اند. تراریزش برنج چند سالی است که در ایران آغاز شده است ولی به دلیل سرسخت بودن برنج به تراریزش که خود از دشوار بودن کشت‌بافت آن ناشی می‌شود، این رویکرد متوقف شده است و به بسیاری از ارقام برنج بومی ایرانی تعمیم نیافته است. اگرچه تلاش‌های اندکی به منظور کشت‌بافت برخی از ارقام برنج بومی ایرانی صورت پذیرفته است، این مهم نیازمند تلاش بیشتر پژوهشگران در این زمینه می‌باشد. لازم به ذکر است که قوانین در برخی کشورها از جمله کشور ما، مجوز تولید انبوه محصولات کشاورزی تراریخته را نداده است. از سوی دیگر محصولات کشاورزی دستکاری ژنتیکی شده، در بین افکار عمومی با استقبال خوبی رو به رو نشده است. 

تأمین سلامت و بهداشت جمعیت بیش از هفت میلیارد ساکنان کرهٔ زمین از طریق تولید داروهای نوترکیب و واکسن‌ها، دستیابی به روش‌های درمان کم‌هزینهٔ بیماری‌ها و یافتن درمان بیماری‌های بدون درمان و تشخیص سریع‌تر و موثرتر بیماری‌های گوناگون از جمله بیماری‌های ژنتیکی از وظایف زیست‌فناوری پزشکی است.

همچنین رویکرد جدید به محیط زیست در قرن کنونی و درنظرگرفتن آن به عنوان یک جزء از سرمایه ملی کشورها و لزوم حفظ آن با به‌کارگیری زیست‌فناوری از مهم‌ترین دغدغه‌های بشر در سده حاضر است. حذف مؤثر آلاینده‌های محیطی خطرناک از محیط زیست با استفاده از میکروارگانیسم‌های پالایشگر آلودگی و استفاده از فنون نگهداری ذخایر ژنتیکی کشور از جمله کاربردهای زیست‌فناوری در زمینهٔ محیط زیست است. کاربردهای زیست‌فناوری 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. زیست‌فناوری همچنین تولید محصولاتی که پیش‌تر از روش‌های دیگر امکان تولید آن وجود نداشته یا بسیار سخت و دشوار بوده است، ممکن ساخته است.

 گرایش‌های زیست‌فناوری 
زیست‌فناوری حوزه‌ای میان‌رشته‌ای است که از علوم زیستی، شیمی، مهندسی و فناوری اطلاعات برای توسعه محصولات و فرایندهای نوین بهره می‌برد. به‌دلیل گستردگی کاربردها، این حوزه به شاخه‌های تخصصی متعددی تقسیم می‌شود که هر یک بر زمینه‌ای خاص تمرکز دارند.

 زیست‌فناوری پزشکی 
زیست‌فناوری پزشکی بر توسعه ابزارهای تشخیصی، داروهای نوترکیب، واکسن‌ها و درمان‌های مبتنی بر ژن‌درمانی و سلول‌های بنیادی تمرکز دارد. تولید پروتئین‌های درمانی و آنتی‌بادی‌های مونوکلونال از مهم‌ترین کاربردهای این شاخه است.

 زیست‌فناوری کشاورزی 
زیست‌فناوری کشاورزی به بهبود گیاهان و دام‌ها از طریق مهندسی ژنتیک، نشانگرهای مولکولی و ویرایش ژن می‌پردازد. تولید گیاهان تراریخته مقاوم به آفات و تنش‌های محیطی از اهداف اصلی آن است.

 زیست‌فناوری صنعتی 
زیست‌فناوری صنعتی (زیست‌فناوری سفید) شامل استفاده از میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها برای تولید مواد شیمیایی، سوخت‌های زیستی و محصولات زیست‌پایه است و در راستای توسعه تولید پایدار به‌کار می‌رود. کاربرد زیست‌فناوری در صنعت نساجی، از حدود ۱۰۰ سال پیش، با به‌کارگیری آنزیم‌های آمیلاز استخراج شده از مالت برای زدودن آهارهای نشاسته‌ای آغاز شد. امروزه با پیشرفت زیست‌فناوری، راه‌حل‌های کم هزینه و مؤثر فزاینده‌ای در فرایندهای نساجی به وجود آمده است. با پیشرفت‌های صنعت نساجی، کاهش هزینه در تولید انبوه ضروری به نظر می‌رسد. زیست‌فناوری می‌تواند در هر مرحله از تولید و فرایندهای تکمیلی آن، از مواد اولیه الیاف تا مرحله تصفیهٔ پساب، 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 زیست‌فناوری 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 بیشتر شامل به‌کارگیری آنزیم‌ها به ویژه آمیلازها در آهارگیری، سلولازها در زیست پرداخت کالاهای سلولزی و سنگ‌شویی کالاهای جین، پروتئازها در فرآوری پشم و ابریشم و بالاخره آنزیم‌ها در شوینده‌ها می‌باشد. دورنمای استفاده از زیست‌فناوری در سایر زمینه‌ها نیز مورد توجه پژوهشگران بوده و در حال پیشرفت است.

 زیست‌فناوری محیط‌زیست 
زیست‌فناوری محیط‌زیست به کاربرد سامانه‌های زیستی در تصفیه آلاینده‌ها، زیست‌پالایی، مدیریت پسماند و حفاظت محیط‌زیست می‌پردازد.

 زیست‌فناوری دریایی 
زیست‌فناوری دریایی بر بهره‌برداری از منابع زیستی دریاها و اقیانوس‌ها برای تولید داروها، ترکیبات زیست‌فعال و فرآورده‌های صنعتی تمرکز دارد.

 زیست‌فناوری سنتزی 
زیست‌فناوری سنتزی به طراحی و ساخت سامانه‌های زیستی جدید یا بازطراحی سامانه‌های موجود با استفاده از رویکردهای مهندسی می‌پردازد و کاربردهای گسترده‌ای در پزشکی و صنعت دارد.

 وضعیت گرایش‌ها در دانشگاه‌های ایران 
در دانشگاه‌های ایران، زیست‌فناوری معمولاً در قالب چند گرایش تخصصی در مقاطع تحصیلات تکمیلی ارائه می‌شود. از جمله گرایش‌های رایج می‌توان به زیست‌فناوری پزشکی، زیست‌فناوری کشاورزی، زیست‌فناوری صنعتی (میکروبی)، زیست‌فناوری محیط‌زیست و در برخی دانشگاه‌ها زیست‌فناوری مولکولی اشاره کرد. عنوان و ساختار این گرایش‌ها بسته به برنامه‌های مصوب وزارت علوم، تحقیقات و فناوری و وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی ممکن است در دانشگاه‌های مختلف تفاوت‌هایی داشته باشد.

 زیست‌فناوری در ایران 
 پیشینه‌ی زیست‌فناوری در ایران 
حدود ۳۰ سال از عمر این فناوری نو می‌گذرد و ایران نیز سرمایه‌گذاری‌هایی را برای تربیت نیروی انسانی و ایجاد چند مرکز پژوهشی آغاز کرده است. مؤسسهٔ واکسن و سرم‌سازی رازی و انستیتو پاستور از مؤسسات کهن ایران هستند که در زمینهٔ تولید سرم و واکسن از زیست‌فناوری استفاده می‌کنند. اما نخستین مرکز تخصصی زیست‌فناوری دو دههٔ پیش در سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران شکل گرفت. بعد از آن مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و موسسات پژوهشی دیگر در بخش‌های مختلف به‌ویژه دانشگاه‌ها فعال‌تر شدند. در دهه‌ی ۷۰ گروهی از سوی وزارتخانه‌های علوم، جهاد کشاورزی و بهداشت و درمان به خارج اعزام شدند و با بازگشت این گروه، فعالیت‌های پژوهشی رونق گرفت. در سال ۱۳۷۹ گروه زیست‌فناوری به درخواست متخصصان و به دستور محمد خاتمی، رئیس‌جمهور وقت، در وزارت علوم تشکیل شد و برنامهٔ ملی زیست‌فناوری 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 توسعه‌ی زیست‌فناوری را تصویب نمود و این ستاد ذیل معاونت علمی و فناوری رئیس‌جمهور تأسیس گردید.

 مدرسهٔ ملی زیست‌فناوری ایران 
مدرسه‌ی ملی زیست‌فناوری ایران توسط انستیتو پاستور و با حمایت ستاد توسعه‌ی زیست‌فناوری معاونت علمی و فناوری ریاست‌جمهوری راه‌اندازی شده است. دبیر علمی برنامه داریوش نوروزیان و دبیر اجرایی آن مجید مسگر طهرانی است. هدف از برگزاری این مدرسه، افزایش مهارت‌آموزی و فن‌آموزی دانش‌آموختگان حوزه‌ی علوم زیست‌فناوری است.

 تولیدات زیست‌فناوری ایران 
تولیدات زیست‌فناوری ایران نیز عبارتند از: سرم و واکسن(بیشتر به روش بیوتکنولوژی سنتی)، کشت‌بافت گیاهی، کود و سموم بیولوژیک، فراورده‌های 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 
سیناژن، یکی از پیش‌رو ترین شرکت‌های بیوتکنولوژی در ایران است که در سال ۱۳۷۳ تأسیس گردید. مطرح‌ترین داروی تولیدی این شرکت سینووکس است که داروی مورد نیاز بیماران ام‌اس می‌باشد. این محصول در کشور ایران به عنوان سومین تولیدکننده در جهان به بازار عرضه شد و در زمان خود سروصدای زیادی در سطح جهان به‌پا کرد. این محصول با همکاری انستیتو فراونهوفر آلمان تولید و صادر می‌شود.

 فراورده‌ها 
فراورده‌های زیادی در دنیا به دست آمده از صنعت زیست‌فناوری است. در  ایران برخی از این محصولات عبارت است از:
 اینترفرون بتا-۱ای با نام‌های تجاری سینووکس و رسیژن
 اینترفرون گاما با نام تجاری گاما ایمونکس
 آنزیم‌های زیست‌شناسی مولکولی مانند تک دی‌ان‌ای پلی‌مراز
 کیت‌های تشخیص مولکولی بیماری‌ها
 کیت‌های الیزا مانند کیت الیزای تشخیص ایدز
 واکسن‌های نسل جدید مانند واکسن هپاتیت ب
 داروهای جدید که در شرف ورود به بازار داخلی هستند مانند اینترفرون آلفا و استرپتوکیناز و اریتروپوئتین و اینترفرون بتا یک بی
 داروهای جدید که وارد بازار داخلی شدند مانند آنژی پارس (Angipars)
 هورمون محرک تخمک‌زایی (FSH)با نام سینال-اف و پاراتیروئید هورمون (PTH)با نام سینوپار و همچنین PEG-GCSF با نام پگاژنسید احسان تهامی، ناصر حافظی مطلق، فاطمه داوری نیا،" مقدمه‌ای بر مهندسی پزشکی"،انتشارات گسترش علوم پایه، 

 جستارهای وابسته 
 ترانس ژن
 مهندسی ژنتیک

 منابع 

 پیوند به بیرون 
 مجله 
 مجله بیوتکنولوژی غذایی کاربردی انستیتو تحقیقات تغذیه و صنایع غذایی کشور و انجمن پروبیوتیک و غذاهای فراسودمند



رده:بیوشیمی
رده:زیست‌شناسی
رده:صنعت علوم زیستی