خانه » علوم هفتم » بخش زیست » فصل ۱:بیوتکنولوژی(زیست فناوری)
فصل ۱:بیوتکنولوژی(زیست فناوری)
بیوتکنولوژی(زیست فناوری)

فصل ۱:بیوتکنولوژی(زیست فناوری)

کاربرد و موارد مصرف بوراکس

برای خرید بوراکس به این سایت  وارد شوید.

فروش بوراکس

 
 
 

زیست فناوری یا همان بیوتکنولوژی اصطلاحی است مربوط به فناوری مهندسی ژنتیک یعنی فناوری قرن ۲۱ ، با این همه لفظ زیست فناوری در برگیرنده فرآیندهای گسترده تری از تغییرات زیست فناوری اورگانیزم هاست که اخیرا نقش آنها در زندگی انسان بیشتر از پیش نمود پیدا کرده ا ست.

 

 

 
مقدمه :
 
 بررسی فرآیند تبدیل مواد اولیه زیستی به محصولاتی همچون میوه ها و بهینه کردن آنها از مهمترین کاربردهای این علم است. با گسترش و توسعه دستاوردها و روش های جدید، صنایع زیست فناوری قدیمی نیز در حال رسیدن به افق های روشنی در این زمینه هستند که این به آنها در تولید محصولات با کیفیت تر و بیشتر کمک خواهد کرد.
زیست فناوری

تعریف و شرح :

سابقه به‎کارگیری میکروارگانیسم‎ها برای تولید مواد خوراکی مانند سرکه، ماست و پنیر به بیش از ۸ هزار سال پیش برمی‌گردد. اما در اوایل قرن بیستم بود که  کارل کلی (Karl Ereky) این کلمه را که به مفهوم کاربرد علوم زیستی و اثر مقابل آن در فناوری‌های ساخت بشر بود به کار برد. تا قبل از دهه ۷۰ میلادی زیست فناوری تنها در صنایع کشاورزی به کار برده می شد. از سال ۱۹۷۱ پیشرفت این علم با تاسیس آزمایشگاه های مدرن در اروپا و آمریکا و کار بر روی روش های جدید در زمینه های دیگری همچون فرآیندهای دستکاری بافتها و DNA آغاز شد.

 به طور کلی و بر اساس گفته های فوق می توان گفت هر گونه کنش هوشمندانه بشر در آفرینش، بهبود و عرضه فرآورده‎های گوناگون با استفاده از جانداران، به ویژه از طریق دستکاری آن‌ها در سطح مولکولی در حیطه این مهم‎ترین، پاک‌ترین و اقتصادی‌ترین فناوری سده حاضر، بیوتکنولوژی، قرار می‌‌گیرد. زیست‎فناوری را در یک تعریف کلی به کارگیری 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 می‌کند.

 در تعریف دیگر زیست‎فناوری (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 ویژه است و جزء دیگر سامانه یا واکنشگری است که کاتالیزورها در آن عمل می‌کنند.

کاربرد و زیر شاخه ها :

زیست فناوری در ۴ زمینه کلی کاربرد دارد که این زمینه ها شامل علوم پزشکی(Red Biotechnology)، کشاورزی(Green biotechnology)، دریای(Blue Biotechnology) و صنعتی (white Biotechnology) هستند البته این زیر شاخه ها و کاربردها را به صورت دیگری نیز می توان تقسیم بندی کرد که در ذیل به آن اشاره خواهد شد:
زیست فناوری و پزشکی

پزشکی: کاربرد زیست فناوری در زمینه علوم پزشکی و دارویی، موضوعات بسیار گسترده‌ای مانند ابداع روش‌های کاملاً جدید برای “تشخیص مولکولی مکانیسم‌های بیماری‌زایی و گشایش سرفصل جدیدی به نام پزشکی مولکولی”، “امکان تشخیص پیش از تولد بیماری‌ها و پس از آن”، “ژن‌‌درمانی و کنار گذاشتن (نسبی) برخورد معلولی با بیمار و بیماری”، “تولید داروها و واکسن‌های نوترکیب و جدید”، “ساخت کیت‌های تشخیصی”، “ایجاد میکروارگانیسم‌های دست‌کاری شده برای کاربردهای خاص”، “تولید پادتن‌های تک‌دودمانی (منوکلونال)” و غیره را در بر می‌گیرد.
 

 

 

 

 

کشاورزی: رشد فزآینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای مواد غذایی در دهه‌های اخیر موجب شد تا در زمینه علوم کشاورزی و مواد غذایی شاهد یک گذر جدی و اجتناب‌ناپذیر از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته و بکارگیری روش‌های نوین زیست فناوری در تولید محصولات زراعی و دامی باشیم. همانگونه که می‌دانیم، گیاهان، اصلی‌ترین و مهمترین منابع تجدید شونده جهان هستند که علاوه بر تأمین غذای آدمی و حیوانات، نیازهای غیرتغذیه‌ای، شیمیایی و صنعتی هم توسط آنها مرتفع می‌گردد. به همین دلیل، کاربرد روش‌های مهندسی ژنتیک و زیست فناوری برای افزایش کمی و کیفی محصولات از یک سو و کاهش هزینه‌ها و زمان تولید از سوی دیگر، استفاده از این روش‌ها در شاخه‌های گوناگون کشاورزی را بسیار ارزشمند کرده است.

 

زیست فناوری و کشاورزی
دریایی: زیست فناوری دریایی یکی از حوزه‌های در حال رشد است که با کمک آن، از موجوداتی مانند ماهی، جلبک و یا باکتری‌ها به‌طور مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌شود. مهمترین فواید زیست فناوری دریایی به شرح زیر است:

۱- تولید فرآورده‌های جدید و اصلاح‌شده

۲- فراهم آوردن تکنیک‌های جدید جهت ردیابی، ارزیابی، ذخیره، حفاظت و مدیریت اکوسیستم‌های دریایی

۳- شیلات و پرورش آبزیان (Aquaculture) به صورت پایدار و مطمئن

صنعتی: به فرآیند کاربردهای صنعتی این فناوری می پردازد. مثالی در این باره طراحی یک اوگانیسم به منظور تولید یک ماده شیمیایی سودمند است. مثال دیگر استفاده از آنزیم ها به عنوان کاتالیست های صنعتی است. به طور کلی این شاخه به منظور تولید لوازم و ابزارهای پرکاربردتر و مطابق با محیط زیست بنا نهاده شده است.

دسته بندی دیگر برای شاخه های این فناوری می تواند بر اساس آنچه که در حال انجام روی این علم است باشد مثلا مهندسی بافت یعنی تولید یک بافت تحت کنترل در آید یا شرایط را برای تولید بافت مورد نظر فراهم کرد، مهندسی پروتئین که یکی از اهدافش ایجاد تغییر مطلوب در پروتئین‌ها برای  ایجاد امکان استفاده‌ی بهتر از آنهاست، مهندسی ژنتیک که اساس آن تولید DNA نوترکیب با استفاده از کلونینگ ژن می‌باشد. ژن کلونینگ منجر به ایجاد روش‌های سریع و کارآمد توالی‌یابی DNA شد و در نهایت در سال ۱۹۹۰ با انجام پروژه‌ی مهم توالی‌یابی ژنوم (شامل پروژه‌ی ژنوم انسان که در سال ۲۰۰۰ کامل شد) استفاده از این روش‌ها و تکنیک‌ها به نقطه‌ی اوج خود رسید. اما کاربرد کلونینگ ژن فراتر از تعیین توالی DNA است. با استفاده از این تکنیک دانشمندان زیست مولکولی توانستند به مطالعه‌ی چگونگی تنظیم ژن‌ها بپردازند و تأثیر اختلال تنظیم ژن را در بیماری‌هایی نظیر سرطان دریابند. همچنین این تکنیک‌ها در تولید انبوه پروتئین‌های خاص نظیر انسولین که ترکیبات مهم در پزشکی و فرایندهای صنعتی می‌باشند کاربرد دارند.
پنی سیلین و تولید مواد اولیه شیمیایی
پنی‌سیلین آنتی بیوتیکی است مشتق از کپک پنی سیلیوم نوتاتوم که برای درمان عفونتهای ناشی از انواع گوناگون باکتریها بکار می‌رود. از کشت سطحی پنی سیلیوم نوتاتوم پنی سیلین بدست می‌آید. این فرایند نه تنها پر زحمت است بلکه به دلیل استعداد آلودگی کشتها میزان تولید پنی سیلین را کاهش می‌دهد. ضرورت و نیاز کار در شرایط سترون منجربه توسعه راکتورهای مخزنی همزن دار شد که تا امروز به عنوان برترین روش کشت میکروبها در مقیاس وسیع بشمار می‌رود.

با کشف قابلیت میکروبها در تولید آنتی بیوتیکها و درک کاربرد بالینی پنی سیلین ، توجه شرکتهای داروسازی بطور جدی به تولید آنتی بیوتیکها جلب شد. به منظور افزایش پتانسیل پادزیستی آنتی بیوتیکها بر حوزه وسیعی از میکروارگانیسمها لازم است که تحقیقات گسترده‌ای بر تولید آنتی بیوتیکهای جدید صورت گیرد. بنابراین استفاده از میکروارگانیسمهای به نژاد شده دراین زمینه مفید خواهد بود.
مهندسی ژنتیک و زیست فناوری نوین
در دهه ۱۹۸۰ ، زیست فناوری پیشرفت چشمگیری داشت که از قابلیت اتصال مولکولهای جدا شده از منابع مختلف در محیط آزمایشگاه نشات می‌گرفت. این اتصال ژن را در DNA دست ورزی ژنتیکی می‌نامند و چون پژوهشگر به نوترکیبی تناوب ژنی که از قبل وجود داشته می‌پردازد تا ترکیب جدید را بوجود آورد آن را نوترکیبی DNA نیز می‌نامند.

فناوری نوترکیبی DNA ، بیشتر در زمینه تولید پروتئینها کاربرد تجاری داشته است. این فناوری قادر است بسیاری از پروتئینهایی را که فرآورده‌های بی‌واسطه یک ژن هستند و اساسا اهمیت درمانی دارند تولید کند. امروزه قابلیت اتصال ژنها انقلابی در صنایع بر پا کرده است و ثمره آن توسعه بی‌شمار فرآورده‌های جدید و بهبود فرایندهای شناخته شده فعلی است.

مواد اولیه زیست فناوری
بیوماس (زیست توده)
بیوماس یک منبع انرژی تجدید شونده است که از طریق سوزاندن مستقیم آن با سیستمهای هضم کننده بی‌هوازی ، تقطیر تخریبی ، تبدیل به گاز ، هیدرولیز شیمیایی و زیست شناسی می‌توان از آن به عنوان منبع مستقیم انرژی و یا ترکیبات حامل انرژی استفاده کرد.
مواد خام طبیعی
خاستگاه مواد طبیعی ، کشاورزی و جنگل داری است.این مواد اساسا نوعی کربوهیدرات با ترکیبات پیچیده گوناگون شامل قند ، نشاسته ، سلولز و لیگنین هستند. مواد خام حاوی قند مانند نیشکر و چغندر فراوان‌ترین نوع مواد خام برای فراورده‌های زیست فناوری به شمار می‌رود.
دسترسی به فراورده های فرعی
اهداف اصلی زیست فناوری ، بهبود مدیریت و استفاده از مقادیر عظیم پسماند آلی است که در سراسر جهان یافت می‌شود. استفاده از این پسماندها یکی از منابع آلودگی را از بین خواهد برد و مهمتر از آن با بکارگیری فرایندهای زیست فناوری این پسماندها به صورت فراورده های فرعی مفید قابل استفاده خواهند بود.
مثالهایی از کاربرد زیست فناوری
در زمینه کاربردهای بیوتکنولوژی می‌توان به دو مثال زیر اشاره کرد.

    می‌توان به تولید هورمون پروتئینی انسولین با استفاده از سلولهای باکتری اشاره کرد. ژن کد کننده این هورمون با استفاده ار تکنیکهای جدید در داخل پلاسمیدهای ویژه‌ای به درون باکتریها انتقال یافته و بیان می‌شوند. در وهله بعد می‌توان پروتئین مورد نظر را که توسط باکتریها بطور انبوه تولید می‌شود استخراج کرد و پس از خالص سازی در اختیار بیماران دیابتی قرار داد.

    مثال دیگر تولید گیاهان مقاوم به حشرات است. امروزه مشخص شده است که پروتئینهای خاصی که از باکتری باسیلوس توریژنسیس استخراج می‌شود به دستگاه گوارش حشرات چسبیده و مانع جذب مواد غذایی می‌شود. در واقع پروتئینهای این باکتری برای حشرات سمی هستند. ژنهای کد کننده این پروتئینها را استخراج کرده و به ژنوم گیاهان مهم کشاورزی می‌افزایند. با بیان این ژن در داخل گیاهان این پروتئین سمی برای حشرات تولید می‌شود. حشراتی که به گیاه حمله کنند توسط این پروتئین از بین خواهند رفت.

 

خلاصه  وضعیت در ایران :

هرچند توجه به بیوتکنولوژی در ایران، تنها با چندین سال تاخیر نسبت به بسیاری از کشورهای جهان، در اواسط دهه ۸۰ میلادی (۶۰ هجری) آغازشده است، ولی اگر امکانات و منابع تخصیص‌یافته به بیوتکنولوژی کشور را بررسی کرده ومنصفانه قضاوت نماییم، سرآغاز توجه نسبتاً جدی به مقوله بیوتکنوژی نوین در ایران طی۵سال اخیر بوده است. در دهه‌های اخیر که بسیاری از کشورهای جهان، مرحله ایجاد ساختار و انجام پژوهش‌های بیوتکنولوژی را پشت سر گذاشته و به مقوله گسترش تولیدات صنعتی و تجاری‌سازی فرآورده‌های بیوتکنولوژیپرداخته‌اند، در ایران همچنان در شروع بحث ایجاد ساختار و پژوهش‌های بنیادی این فناوری هستیم.با عنایت به دستاوردها و توانمندی‌های ویژه بیوتکنولوژی، بایستی در کشور ما نیز همچون سایر کشورها، توسعه بیوتکنولوژی گامی مهم در جهت رسیدن بهاستقلال و خودکفایی اقتصادی، به خصوص در بخش کشاورزی و تأمین احتیاجات جمعیت روبهرشد دانسته می‌شد، اما مرور فعالیت‌های کشور در زمینه بیوتکنولوژی بیانگر این واقعیت است که روند رشد این فناوری در کشور بسیار کند بوده است و هنوز نتوانسته‌ایم به نقطه مطلوب و شایسته در این زمینه دست یابیم. اگر چه ایران طی چند سال اخیرتوانسته است گام‌های بلندی برای کسب دانش فنی، تهیه تجهیزات مورد نیاز این فناوری وکاهش فاصله با جهان بردارد؛ اما با توجه به سرعت بسیار بالای پیشرفت این علم، این سرمایه‌گذاری‌ها به هیچ ‌وجه کافی نبوده است. این در شرایطی است که کشور از نقاط قوت وتوانمندی‌های بالقوه بسیار زیادی در این زمینه برخوردار است. وجود مراکز و موسسات تحقیقاتی معتبر و نیروی متخصص ماهر که بعضاً از فرصت‌های اندک استفاده کرده ودستاوردهای پژوهشی و حتی تولیدی قابل‌توجهی نیز برای کشور به ارمغان آورده‌اند، ازجمله این توانمندی‌ها می‌باشند.

دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی عمده در این زمینه در ایران فعالند که از آن جمله می توان به پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، انجمن بیوتکنولوژِی ایران و موسسه تحقیقات بیوتکنولوژِی کشاورزی اشاره کرد.

درباره‌ admin555

تصویر پروفایل از  admin555

جوابی بنویسید