تعريف بيوتكنولوژي
گستردگي و تنوع كاربردهاي بيوتكنولوژي، تعريف و توصيف آنرا كمي مشكل و متنوع ساخته است. برخي آن را مترادف ميكروبيولوژي صنعتي و استفاده از ميكروارگانيسم ها مي‌دانند و برخي آنرا معادل مهندسي ژنتيك تعريف مي‌كنند. اما به طور كلي مي توان تعريف زير را براي بيوتكنولوژي ارائه داد. كاربرد روشهاي علمي و فني در تبديل بعضي مواد به كمك عوامل بيولوژيك (ميكروارگانيسمها، ياخته‌هاي گياهي و جانوري و آنزيمها و... ) براي توليد كالا و خدمات در كشاورزي، صنايع غذايي، دارويي، پزشكي و ساير صنايع. هر چند كه با گذشت زمان دانشمندان به مفاهيم مشتركي در مورد تعريف بيوتكنولوژي نزديكشده اند اما هر متخصص و دانشمندي تعريف جداگانه اي از بيوتكنولوژي ارائه مي‌دهد. علت اين حقيقت را بايد در ماهيت بيوتكنولوژي يافت.گستردگي كاربرد بيوتكنولوژي در قرن بيست و يكم به حدي است كه اقتصاد، بهداشت، درمان، محيط زيست، آموزش، كشاورزي، صنعت، تغذيه و ساير جنبه‌هاي زندگي بشر را تحت تاثير شگرف خود قرار خواهد داد. به همين دليل انديشمندان جهان قرن بيست و يكم را قرن بيوتكنولوژي نامگذاري كرده اند.آيا مي‌دانيد زيست فناوري (بيوتكنولوژي) چيست و امروزه مسلح بودن به اين دانش ميتواند نقش مهمي در توان قدرتي يك كشور محسوب شود؟در جهاني كه با رشد انفجاري جمعيت روبروست ، علمي همچون بيوتكنولوژي است كه ميتواند نقش اثرگذاري در تامين غذاي نسل حاضر و آينده كشورها داشته باشد. اگر خواهان وجود يك امنيت غذايي سالم، ارزان و كافي باشيم و نگران خرابي منابع غذايي از طريق خشكسالي، سيل، سرماي زودرس، بيماريها و غيره هستيم و همچنين اگر خواستار همگامي بخش كشاورزي با رشد جمعيت كنوني هستيم درحالي كه اغلب زمين‌هاي كشاورزي و تقريبا همه آبهاي مورد مصرف كشاورزي در حال استفاده مي‌باشند، بيوتكنولوژي به كمك ما مي‌آيد. چرا كه بيوتكنولوژيست‌ها مي‌گويند كه با اين علم ميتوان راهكارهايي را براي نگهداري منابع غذايي، حذف آلودگيهاي زيست محيطي، افزايش و بهبود توليدات كشاورزي، كاهش وابستگي به مواد شيميايي كشاورزي، ارايه بهترين روند توليد مواد غذايي، كاهش هزينه‌ها، توليد مواد غذايي سالم، بهداشتي، كافي و ارزان و با كيفيت تغذيه‌اي بالا تامين كرد. اصلا "بيوتكنولوژي" چيست و چگونه چون سلاحي در بالابردن توان يك كشور عمل مي‌كند؟ كلمه بيوتكنولوژي از دو كلمه زنده و زندگي يا سامانه زنده و تكنولوژي به معناي يك روش علمي به منظور دستيابي به يك هدف علمي شكل گرفته است. بيوتكنولوژي به طور كلي به مجموعه‌اي از فناوريها اطلاق ميشود كه سامانه‌هاي زنده يا بيولوژيكي گياه، حيوان، ميكروارگانيسم يا تركيبات مخصوص مشتق شده از اين سامانه‌ها را به منظور توليد كالاها و خدمات صنعتي بكار مي‌گيرد. هر چند بيوتكنولوژي پيشرفت نوظهور و جديدي نيست، و مطالعات ميكروبيولوژيستها در طي بيش از صد سال نشان داده‌است كه بين انسان و ميكروبها ارتباط حياتي بسيار نزديكي وجود دارد كه اين ارتباط ميتواند مفيد و مضر باشد، اما استفاده از اين علم براي توسعه و بهبود منابع غذايي انسان دستاورد جديدي است كه به تازگي طرح شده و دانشمندان در رقابتي با يكديگر در اين عرصه گام گذاشته اند. سابقه استفاده‌از ميكروارگانيسمها براي توليد موادخوراكي نظير آبجو، سركه، ماست و پنير به بيش از ? 8هزار سال قبل مي‌رسد ولي سازوكار توليد اين محصولات براي كسي مشخص نبود. انسان با مشاهده اين واقعيت كه شير ترش داراي قابليت نگهداري خيلي بهتر است خيلي زود دريافت با افزودن مقدار اندكي شير ترش روز قبل به شير تازه ميتواند فرايند تخمير را در آن آغاز كند. اتانول نخستين ماده شيميايي بود كه براي بالا بردن محتواي الكلي شراب و آبجو بوسيله بيوتكنولوژي توليد شد. بجز تقطير، بيوتكنولوژي از دوران مسيحيت تا اول سده بيستم تغيير اندكي داشت و همانند پيشرفت ساير علوم، انگيزه پيشرفت اين علم نيز با جنگ فراهم شد. امروزه مطالعه بيوتكنولوژي به دو دسته گياهي و حيواني تقسيم ميشود.
بيوتكنولوژي گياهي، كاربردهاي حال و آينده مهندسي مواد خام حاصل از گياهان است كه شامل: عملكرد محصولات، تغيير تركيب محصول (اسيدهاي چرب، پلي ساكاريدها، پروتيين‌ها، طعم، رنگ، و ...) بهبود تركيب تغذيه‌اي، تبيين ژنهاي جديد (پروتيين‌ها، سيستم تثبيت نيتروژن) بهبود قابليت نگهداري (انبارداري ، عمر نگهداري) كاهش مراحل فرايند، بهبود مقاومت، برطرف كردن مواد نامطلوب، تبديل جريانات زايد فرايند مي‌باشند. مطالعه در بخش بيوتكنولوژي حيواني نيز اهدافي دارد كه شامل بالابردن ميزان به طور مثال شير و گوشت حيوانات ، بهبود مقاومت (بيماري)، گوشت و شير مناسب (شير بدون لاكتوز يا كم چربي و تركيب پروتيين گوشت). كاربرد بيوتكنولوژي در صنايع غذايي مشاركت بين چند رشته علمي متفاوت از قبيل بيولوژي سلولي ژنتيك ميكروبيولوژي، بيولوژي مولكولي، بيوشيمي، مهندسي شيمي و اقتصاد را مي‌طلبد. جداي از افزايش حجم مواد غذايي با به كارگيري علم بيوتكنولوژي، يكي از مهمترين جنبه‌هاي اين علم بالا بردن ايمني و سلامتي مواد غذايي حاصل از ميكروارگانيسمها است. ممكن است محصولي از نظر جنبه‌هاي حسي و غيره از درجه بالايي برخوردار باشد ولي در سوخت و ساز بدن ايجاد اختلال كند. به عنوان مثال گياهاني كه مقاوم به آفت كش شده‌اند، در ساختار آنها مواد حاصل از بي‌اثر كردن آفت كش باقي بماند و ايجاد حساسيت و بيماري كند. به همين خاطر نبايد به بيوتكنولوژي مواد غذايي فقط از ديد توليد بالا، خواص حسي و بهتر نگاه كرد. بلكه مراحل سوخت وسازي مواد غذايي در بدن بايد مورد مطالعه قرار گيرد و ايمني آنها تاييد شود. با توجه به گستره و حيطه عمل بيوتكنولوژي ذكر تمام قابليت‌ها و توانايي‌هاي بيوتكنولوژي در بخش كشاورزي و صنايع غذايي محدود به مقاله‌ها و كتابها نمي‌شود. تغييرات و تحولات چشمگير و روزمره بيوتكنولوژي همگام با دانش سريع روز، تاثير عميقي بر فرايندها، محصولات و كالاهاي غذايي، دارويي و بهداشتي مي‌گذارد و همگامي اين پيشرفتها باعث توسعه و بهبود كالاها و خدمات صنعتي ميشود آنچه امروزه كشوري را توسعه يافته و يا عقب مانده معرفي مي‌كند، ميزان بهره گيري از فناوري در ابعاد مختلف توسعه، به خصوص توسعه تكنولوژي است. سند ملي زيست فناوري (بيوتكنولوژي) جمهوري اسلامي ايران، اخيراً به تصويب هيأت دولت رسيد. براي اين سند كه از سوي كميته ملي زيست فناوري وزارت علوم، تحقيقات و فناوري ارائه شده، عنوان راهبرد ايران سبز انتخاب شده است .توسعه در شرايط فعلي جهان، بدون دستيابي به فناوري پيشرفته امكان پذير نيست. تفاوتي كه امروز بين جهان در حال توسعه و جهان توسعه يافته وجود دارد، براساس سرمايه، حجم تجارت، منابع طبيعي و حتي تجهيزات صنعتي نيست، بلكه معيار اصلي تفاوت بين دنياي پيشرفته صنعتي و جهان غير صنعتي، فناوري و به ويژه فناوري پيشرفته است. چه بسا كشورهايي بدون بهره مندي از منابع غني و سرمايه‌هاي كلان، تنها با رشد تكنولوژي خود توانسته اند به قدرت اقتصادي در دنيا مبدل شوند. بنابراين فناوري پيشرفته، جايگاه ويژه اي دارد و ما بايد در كنار توسعه انساني، توسعه فرهنگي، توسعه اقتصادي و توسعه علمي، به اين مهم توجه داشته باشيم.فناروي توانايي طراحي، توسعه و ساخت مصنوعات يا ارائه خدماتي مي باشد كه تامين كننده تقاضا و نيازهاي انساني است. به طور كلي ميتوان چنين تصور كرد كه فناوري از چهار جزء اصلي تشكيل شده است: انسان افزار، فن افزار، اطلاعات افزار و سازمان افزار اين چهار جز بر يكديگر اثر متقابل داشته و پيشرفت متناسب و مستمر اين عناصر، توسعه فناوري را ايجاد مي‌نمايد. به بيان ديگر توسعه فناوري زماني اتفاق مي‌افتد كه اين اجزا، تعاملي مناسب داشته باشند و فعالانه عمل كنند.
درخت بيوتكنولوژي
بيوتكنولوژي مانند زيست شناسي، زيست شناسي مولكولي، ژنتيك، مهندسي شيمي يا بيوشيمي، يك علم پايه يا كاربردي نيست كه بتوان محدوده و قلمرو آن را به سادگي تعريف كرد. بيوتكنولوژي شامل حوزه اي مشترك از علوم مختلف است كه در اثر همپوشاني و تلاقي اين علوم با يكديگر به وجود آمده است. بيوتكنولوژي را ميتوان به درختي تشبيه كرد كه ريشه‌هاي تناور آنرا علومي با قدمت زياد مانند زيست شناسي به ويژه زيست شناسي مولكولي، ژنتيك، ميكروبيولوژي، بيو شيمي، ايمونو لوژي، شيمي، مهندسي شيمي، گياه شناسي، جانور شناسي، داروسازي، كامپيوتر، و غيره تشكيل مي‌دهند و شاخه‌هاي اين درخت كه كم و بيش به تازگي روييدن گرفته اند و هر لحظه با رشد خود شاخه‌هاي فرعي بيشتري را به وجود مي‌آورند بسيار متعدد و متنوع مي‌باشند. تقسيم بندي بيوتكنولوژي به شاخه‌هاي مختلف نيز برحسب ديدگاه متخصصين و دانشمندان مختلف فرق مي‌كند و در رايج ترين تقسيم بندي از تلاقي و پيوند علوم مختلف با بيوتكنولوژي استفاده مي‌كنند و نام شاخه اي از بيوتكنولوژي را بدين ترتيب وضع مي‌كنند. مانند بيوتكنولوژي پزشكي كه از تلاقي بيوتكنولوژي با علم پزشكي بوجود آمده است يا بيوتكنولوژي كشاورزي كه كار برد بيو تكنولوژي در كشاورزي را نشان مي د هد. بدين ترتيب ميتوان از بيوتكنولوژي دارويي، بيوتكنولوژي ميكروبي، بيوتكنولوژي دريا، بيوتكنولوژي قضايي يا پزشكي قانوني، بيوتكنولوژي محيطي، بيوتكنولوژي غذايي، بيو انفورماتيك، بيوتكنولوژي صنعتي، بيوتكنولوژي نفت، بيوتكنولوژي تشخيصي و غيره نام برد.
تاريخچه بيوتكنولوژي
در تقسيم بندي زماني ميتوان سه دوره براي تكامل بيوتكنولوژي قائل شد:
1)دوره تاريخي
در اين دوره كه بشر با استفاده ناخود آگاه از فرايندهاي زيستي به توليد محصولات تخميري مانند نان، مشروبات الكلي، لبنيات، ترشي جات، سركه و غيره مي‌پرداخت. در شش هزار سال قبل از ميلاد مسيح، سومريان و بابليها از مخمرها در مشروب سازي استفاده كردند. مصريها در حدود چهار هزار سال قبل با كمك مخمر و خمير مايه، نان مي‌پختند. در اين دوران فرايندهاي ساده و اوليه بيوتكنولوژي و بويژه تخمير توسط انسان بكار گرفته مي‌شد.
2)دوره مياني
در اين دوره كه با استفاده آگاهانه از تكنيكهاي تخمير و كشت ميكرو ارگانيسم ها در محيط‌هاي مناسب و متعاقباً استفاده از فرمنتورها در توليد آنتي بيوتيكها، آنزيمها، اجزاء مواد غذايي، مواد شيميايي آلي و ساير تركيبات، بشر به گسترش اين علم مبادرت ورزيد. در اين دوره اين بخش از علم به نام ميكروبيولوژي صنعتي معروف بود و هم اكنون نيز روند استفاده از اين فرايندها در زندگي انسان ادامه دارد. ليكن پيش بيني ميشود به تدريج با استفاده از تكنيكهاي بيوتكنولوژي نوين بسياري از فرآيندهاي فوق نيز تحت تاثير قرار گرفته و به سمت بهبود و كارآيي بيشتر تغيير يابد.
3)دوره نوين بيوتكنولوژي
در اين دوره بيوتكنولوژي با كمك علم ژنتيك در حال ايجاد تحول در زندگي بشر است. بيوتكنولوژي نوين مدتي است كه رو به توسعه بوده و روز به روز دامنه و وسعت بيشتري مي يابد. اين دوره زماني از سال 1976 با انتقال ژنهايي از يك ميكرو ارگانيسم به ميكروارگانيسم ديگر آغاز شد. تا قبل از آن دانشمندان در فرآيندهاي بيوتكنولوژي از خصوصيات طبيعي و ذاتي (ميكرو) ارگانيسم ها استفاده مي‌كردند. ليكن در اثر پيشرفت در زيست شناسي مولكولي و ژنتيك و شناخت عميق تر اجزا و مكانيسم‌هاي سلولي و مولكولي، متخصصين علوم زيستي توانستند به اصلاح و تغيير خصوصيات (ميكرو) ارگانيسم ها بپردازند و (ميكرو) ارگانيسمهايي با خصوصيات كاملاً جديد بوجود آورند تا با استفاده از آنها بتوانند تركيبات جديد را با مقادير بيشتر و كارآيي بالا تر توليد نمايند.
نگاهي به زيست فناوري در ايران
در ايران نهادهايي همچون پژوهشكده‌هاي وابسته به نهادهاي دولتي و دانشگاهي از جمله جهاد دانشگاهي براي ارتقاي سطح اين دانش در ايران فعال هستند و تاكنون فعاليتهاي قابل قبولي نيز در اين زمينه در ايران اجرا شده به گونه‌اي كه توجه سازمان بهداشت جهاني را به خود جلب كرده است .به همين منظور سازمان بهداشت جهاني اجلاس كشورهاي تحت پوشش منطقه مديترانه شرقيEMRO را در زمينه تحقيقات وتوليدات ژنوميكس (يكي از شاخه‌هاي بيوتكنولوژي است) و بيوتكنولوژي در تهران برگزار كرد. در همين سال برگزاري كنفرانس در تهران، يعني سال1383در زمينه بيوتكنولوژي شاهد موفقيت وحركت‌هاي مثبتي نسبت به سالهاي قبل بود. ورود بيوتكنولوژي به عنوان يكي از شاخه‌هاي اصلي صنايع نوين در وزارت صنايع و حمايت‌هاي مركز صنايع نوين موجب دلگرمي بسياري از پژوهشگران فعال در اين بود. اين مركز در طي مدت كوتاهي كه از آغاز به كار آن مي‌گذرد، توانسته است نقش بسيار سازنده‌اي را در حمايت از شركتهاي فعال در زمينه بيوتكنولوژي و ترغيب پژوهشگران براي ورود به عرصه توليد ايفا كند. هم چنين حمايت‌هاي سازمان گسترش و نوسازي صنايع نيز در اين سال قابل توجه بود. درهمين سال وزارت بهداشت نيز در بخش معاونت دارو و غذا سياست توجه به بيوتكنولوژي را در اولويت كاري خود قرار داد. اين وزارتخانه بااجراي سياستهاي مدون و تعريف شده خود ميتواند اثر مهمي در رشد اين فناوري داشته باشد كه از آن جمله ميتوان به تدوين راهنماهاي دارويي بيوتكنولوژي، آيين‌نامه‌ها و شرايط نظارتي و همچنين تدوين آيين‌نامه توليد محصولات بااستفاده از امكانات اجاره‌اي اشاره كرد. از ديگر موارد فعاليت بيوتكنولوژيك در ايران، به حمايت معاونت تحقيقات و فناوري وزارت بهداشت در ايجاد شبكه‌هاي بيوتكنولوژي و پزشكي مولكولي كه حركتي ملي و جامع نگر بوده است ميتوان اشاره كرد. هم چنين دفتر همكاريهاي فناوري رياست جمهوري درايجادارتباط با كشورهاي خارج و تسهيل در امر بكارگيري نيروي خارجي در زمينه بيوتكنولوژي فعال شده كه اين امر موجب حذف ديوان سالاري براي شركتها و وزارتخانه‌هاي مرتبط با بيوتكنولوژي شده‌است. در كل ميتوان گفت گرچه اين مراكز تحقيقاتي فعال شده‌اند اما هنوز پتانسيل‌هاي بسياري در ايران براي فعال شدن در حوزه بيوتكنولوژي وجود دارد.در صورتي ميتوان نتيجه تحقيقات و عملكردها در اين مراكز را مثبت ارزيابي كرد كه نتايج حاصل از آنها در وضع موجود و رفاه اجتماعي تاثير گذار شود. هر چند با روندي كه امروزه در اين حوزه در ايران طي ميشود رسيدن به چنين چشم اندازي دور نيست.
زيست فناوري براي توسعه پايدار
با توجه به اينكه منابع زيستي بخشي از سرزمين ميباشد، لذا سرزمين ما فقط بر اثر حمله و تصرف بيگانگان از بين نمي رود و فرهنگ ملي نيز تنها بر اثر نفوذ تمدن بيگانگان مورد تهديد قرار نمي گيرد، بلكه ايرانيان بر اثر بهره برداري غير اصولي از منابع طبيعي نقش مهمي در نابودي فرهنگ و تمدن خود ايفا مي‌نمايند. بنابراين حفاظت و حمايت از منابع طبيعي كشور و اشاعه فرهنگ زيست محيطي وظيفه ملي و ديني هر ايراني ا يكي از ابزارهاي كاربردي جهت رسيدن به توسعه پايدار، استفاده از فناوريهاي نوين به خصوص بيوتكنولوژي ميباشد. از آنجا كه كاربردهاي بيوتكنولوژي در كلية شئونات زندگي بشر نقش آفرين شده است مي توان حدس زد در آينده نزديك كنار اكثر نامهاي رايج علوم و فنون يك كلمه « بيو » يا « بيوتك » هم اضافه شود، بي شك در آينده نيز گستره نفوذ اين صنعت فراگير و جايگاه و نقش آن در سرنوشت انسانها بيشتر خواهد شد. بنابراين بيوتكنولوژي علاوه بر اينكه ميتواند ابزار مناسب و قدرتمندي براي دستيابي به توسعه پايدار به شمار آيد، ابزار و اهرم قدرتمندي براي تسلط هرچه بيشتر كشورهاي مجهز به اين صنعت بر ساير كشورها نيز محسوب ميشود. بيوتكنولوژي بدون هيچ ترديدي نقش اساسي در توسعه اقتصادي كشورهاي جهان ايفا كرده است، از اين رو هرگونه ضعف، تبعات وخيمي را براي كشور به دنبال خواهد داشت. كاربرد وسيع بيوتكنولوژي در بخشهاي مختلف نشانگر گستره وسيع اين علم ميباشد به طوريكه، دور ماندن از دستاوردها و توانمندي‌هاي اين فناوري را ميتوان معادل از دست رفتن استقلال ملي و وابستگي گسترده به ساير كشورها و عدم توسعه يافتگي دانست. اگر چه تا چندين سال قبل شدت عقب ماندگي ما در اين رشته با جهان پيشرفته، مشابه عقب ماندگي ما در زمينه هايي مانند الكترونيك نبوده است ولي اين شدت به سرعت رو به فزوني است. اين در حالي است كه ارزش توسعه فناوري زيستي در كشور به قدري زياد است كه بايد هر چه سريعتر با برنامه ريزي و سرعت مناسب، اين فناوري را توسعه دهيم، در غير اينصورت با توجه به اقتصاد تك محصولي وابسته به نفت در آينده دچار چالش‌هاي عظيمي خواهيم شد كه لطمات جبران ناپذيري را براي كشور به دنبال خواهد داشت. به علاوه بيوتكنولوژي ميتواند محافظ زيست در جهت توسعه اي پايدار باشد، با اين وجود ارزيابي زيست محيطي بر پايه عملكرد بيو تكنولوژي در جهت تكامل توسعه امري انكار ناپذير است و لازم است اقداماتي در زمينة ارزيابي بيوتكنولوژي محيط زيست كه از اصول اوليه توسعه پايدار است، صورت گيرد.توسعه پايدار درك درست از تعامل، در نظام به هم پيوسته فرايندهاي اقتصادي، اجتماعي و زيست محيطي است به بيان ديگر توسعه پايدار عبارت از توسعه اي همه جانبه در كليه بخشها ميباشد، كه در عين انجام كليه فعاليتها، كمترين آسيب زيست محيطي به منابع مورد استفاده وارد شود. بطور كلي توسعه پايدار با مفهوم سنتي توسعه كه اصولاً بر محور رشد اقتصادي متمركز شده است، تفاوتهاي اساسي دارد. توسعه پايدار از حدود اقتصادي صرف فراتر رفته و عوامل اجتماعي اعم از تغذيه، بهداشت، شرايط زندگي و تمامي ابعاد فرهنگي و معنوي فردي مانند خلاقيت، كيفيت زندگي و حقوق اوليه را در بر مي‌گيرد
آيا زيست فناوري و مهندسي ژنتيک دستاورد و کاربردي دارند؟
مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي در عرصه‌هاي بسيار متنوع مانند کشاورزي، تغذيه و مواد غذايي، دامپروري، شاخه‌هاي مختلف علوم پزشکي و صنايع دارويي، صنايع تخميري، صنايع نظامي، انرژي، محيط زيست و بهداشت بشر، استفاده‌هاي بسيار ارزشمندي پيدا کرده است. اينکه بيوتکنولوژي جديد براي بشر راه‌حل‌هاي بي‌شماري ارائه مي‌کند، مطلبي کاملاً درست است. در تاريخ علوم تجربي، پژوهش‌هاي بيوتکنولوژي را ميتوان از معدود مواردي دانست که در آن تحقيقات بنيادي به سرعت به سطح کاربردي مي‌رسند. در چنين بستري، موفقيت نهايي در بيوتکنولوژي و حصول دستاوردهاي بي‌شمار اقتصادي آن، به پيشرفت واقعي در مباني علوم تجربي و رشته‌هاي علوم پايه بستگي تام دارد. از اين‌رو سرمايه‌گذاري شايسته در علوم مذکور، اساس پيشرفت و توسعه تمام علوم و فنون روز از جمله بيوتکنولوژي خواهد بود. بيوتکنولوژي گذشته از پتانسيل‌هاي قابل توجه نوع سنتي آن که عمري معادل تمدن بشري دارد، توانسته است با تکيه بر اصول جديد مهندسي ژنتيک و علوم وابسته، در طي حداکثر سه دهه اخير، توانايي‌ها و قابليت‌هاي بسيار متنوع و ارزشمندي را در عرصه‌هاي مختلف به نمايش گذارد. اين تأثيرگذاري‌ها گاه تا حدي بوده است که به جرأت ميتوان ادعا کرد پيشرفتهاي بزرگ بشر در دستيابي به بسياري از موفقيت‌هاي علوم زيستي، مرهون اصول مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي است. در ادامه به گوشه‌هايي از اين کاربردها اشاره ميشود:
1-بيوتکنولوژي و علوم پزشکي
کاربرد بيوتکنولوژي در زمينة علوم پزشکي و دارويي، موضوعات بسيار گسترده‌اي مانند ابداع روشهاي کاملاً جديد براي "تشخيص مولکولي مکانيسم‌هاي بيماري‌زايي و گشايش سرفصل جديدي به نام پزشکي مولکولي"، "امکان تشخيص پيش از تولد بيماريها و پس از آن"، "ژندرماني و کنار گذاشتن (نسبي) برخورد معلولي با بيمار و بيماري"، "توليد داروها و واکسن‌هاي نوترکيب و جديد"، "ساخت کيت‌هاي تشخيصي"، "ايجاد ميکروارگانيسم‌هاي دستکاري شده براي کاربردهاي خاص"، "توليد پادتن‌هاي تک‌دودماني (منوکلونال)" و غيره را در بر مي‌گيرد.
امروزه براي تشخيص‌هاي دقيق، پيشگيري، درمان اساسي بيماريها و در واقع سلامت و بهداشت جوامع ظاهراً راه ديگري جز پزشکي مولکولي به‌نظر نمي‌رسد. در ادامه، به چند نمونه از دستاوردهاي مهم مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي در علوم پزشکي، که تحولات بسيار بزرگي را در عرصه‌هاي مختلف زندگي بشر بوجود آورده يا خواهد آورد، اشاره ميشود:
1-1- ژن درماني (Gene Therapy)
بسياري از صاحب‌نظران از سده حاضر به‌عنوان سده مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي ياد مي‌کنند. به اعتقاد بسياري از دانشمندان، تولد ژندرماني در اوايل دهه 1990، يک رخداد بزرگ و انقلابي بود که چشم‌انداز جديدي را در عرصه پزشکي مولکولي ايجاد کرد؛ زيرا براي نخستين بار در تاريخ علوم زيستي، کاربرد روش‌ها و فنون بسيار حساس و جديد جهت انتقال ژنهاي سالم به درون سلولهاي بدن و تصحيح و درمان ژنهاي جهش‌يافته و معيوب، پنجره‌اي نو به سوي مبارزه جدي، اساسي و علّي (نه معلولي و در سطح فرآورده‌هاي ژني) با بسياري از بيماريها گشوده است. ژندرماني، در واقع انتقال مواد ژنتيکي به درون سلولهاي يک موجود براي مقاصد درماني ميباشد که به روشهاي متفاوت و متنوع (فيزيکي، شيميايي و زيستي) صورت مي‌گيرد. کشف بسياري از ژنهاي بيماري‌زاي مهم در آينده نزديک، کاربرد روشهاي متنوع و بي‌سابقه غربال‌سازي ژنتيکي و پيشگويي‌هاي بسيار دقيق پيرامون تعيين سرنوشت جنين از نظر بيماريهاي ژنتيک پيش و پس از تولد، از ديگر قابليت‌هاي مهندسي ژنتيک و ژندرماني است. پژوهشگران با انجام تحقيقات گسترده بر بسياري از محدوديتهاي موجود در زمينه ژندرماني فائق آمده‌اند. همچنين در زمينه هدف‌گيري بسيار اختصاصي سلول و انتقال ژن يا DNAي برهنه به درون آن (به عنوان دارو) پيشرفتهاي چشمگيري حاصل شده است. عليرغم اينکه در حال حاضر ژندرماني، روشي پرهزينه بوده و به فنون پيشرفته و تخصصي نياز دارد، اما به‌زودي از اين روش در مورد طيف بسيار وسيعي از بيماريها استفاده خواهد شد. همچنين شواهد فزآينده و اميدبخشي وجود دارد که استفاده از روشهاي پزشکي مولکولي، در آينده‌اي نه چندان دور و در مقايسه با وضع کنوني، صدها بار هزينه‌هاي درماني را نيز کاهش خواهد داد.
1-2- طرح بين‌المللي ژنوم انسان (IHGP)
پروژه بين‌المللي ژنوم انسان، يکي از مهمترين و عظيم‌ترين طرح‌هاي تحقيقاتي زيست‌شناسي عصر حاضر است که با رمزگشايي از ژنوم انسان، گره‌هاي بي‌شماري را گشوده و قله‌هاي متعددي را فتح کرده است. اين طرح که انجام آن، مولود پيشرفتها و اطلاعات جديد محققان در عرصه مهندسي ژنتيک است، در آينده‌اي نزديک، تحولات عميق و غيره‌منتظره‌اي را در علوم پزشکي به‌وجود خواهد آورد. طرح بين‌المللي ژنوم انسان را ميتوان نقطه عطفي در تاريخ علوم زيستي به‌ويژه مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي به حساب آورد.
1-3- شناسايي مکانيسم‌هاي مولکولي پيدايش سرطان
امروزه از رهگذر به‌کارگيري مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي، اين پرسش که سرطان چگونه ايجاد ميشود ديگر جزء اسرار ناشناخته علمي به حساب نمي‌آيد. در خلال دو دهة اخير، پژوهشگران با استفاده از روشهاي مولکولي و نتايج حاصل از مطالعاتي مانند طرح رمزگشايي از ژنوم انسان، به پيشرفتهاي خيره‌کننده‌اي در شناسايي علل و مراحل مولکولي پيدايش سرطان دست يافته‌اند که در آينده نزديک، به روشهاي انقلابي در مسير درمان آن منجر خواهد شد. با آنکه هنوز هيچ‌کس قادر نيست زمان دقيق غلبه کامل بر سرطان را پيش‌گويي کند، اما چشم‌انداز آن بسيار نويدبخش است.
در اين راستا، تلاش‌هاي گسترده‌اي براي درمان سرطان با استفاده از روشهاي ژندرماني (مانند انتقال ژنهاي بازدارندة سرطان به درون سلول‌ها) به طور فزاينده‌اي در حال افزايش است. مهار ژنهايي که بيشتر از اندازه طبيعي تکثير يا بيان شده‌اند (مانند آنکوژنهاي فعال‌شده) و جايگزيني يک ژن ناقص يا حذف‌شده از جمله راهبردهاي اين روش درماني به حساب مي‌آيند. اخيراً پژوهشگران امريکايي نوعي ويروس "هوشمند" را طراحي کرده‌اند که بتواند در درون سلولهاي سرطاني، تکثير شده و تمام سلولهاي بدخيم را در بدن از بين ببرد، اما به سلولهاي سالم آسيبي نرساند. نتايج به دست آمده از اين شيوة جديد، روي موش‌هاي الگو موفقيت‌آميز بوده و توانسته است حدود 60 درصد از سلولهاي سرطاني را نابود سازد. شماري از شرکت‌هاي دارويي جهان نيز با تکيه بر فرآيندها و قابليت‌هاي بيوتکنولوژي مولکولي، بر روي طراحي داروها و عوامل درماني مناسب جهت توقف ماشين تکثير بي‌رويه سلولي (سرطان) فعاليت مي‌کنند. بي‌شک انجام اين پژوهش‌ها، که در آينده‌اي نزديک به نتايج مفيدي براي درمان شماري از سرطان‌هاي انساني منجر خواهد شد، بدون بکارگيري اصول و فنون مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي ميسر نمي‌بود.
1-4- همانند سازي (Cloning)
از ديگر موضوعات بسيار مهم روز در زمينه مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي، که ارتباط تنگاتنگي با علوم پزشکي داشته و احتمالاً در آينده منشأ تحولات بزرگي در اين زمينه خواهد بود، بحث کلون‌سازي (همانندسازي يا شبيه‌سازي) يا تکثير غيرجنسي سلول‌ها است؛ که طي آن با همانندسازي از روي سلول بالغ يک موجود زنده، نسخه‌اي مشابه موجود اوليه ساخته ميشود. شايان ذکر است که نخستين موفقيت انسان در کلون‌سازي يک پستاندار بالغ (گوسفند دالي) در سال 1996 توسط يان ويلموت انگليسي و همکاران وي در مؤسسه راسلين (ادينبر، اسکاتلند) با انتقال هستة يک سلول سوماتيک (غيرجنسي) به‌درون سيتوپلاسم يک اووسيت (سلول جنسي ماده) که هسته‌اش خارج شده بود، به دست آمد. به طور کلي، محققان علم ژنتيک و بيوتکنولوژيست‌هاي مولکولي اعتقاد دارند که تلاش‌هاي آنها در اين زمينه، ميتواند به کاربردهاي بسيار ارزشمندي در زمينه‌هاي پزشکي، کشاورزي و مانند آنها منجر شود. البته عليرغم بحث‌هاي بسيار جدي که در مورد سوء استفاده‌هاي احتمالي از مقوله شبيه‌سازي و عواقب زيستي و اخلاقي آن در دنيا وجود دارد، خوشبختانه اعتقاد اکثريت قابل توجهي از صاحب‌نظران امر که با درک مسئوليت خطير انساني خود، به پژوهش‌هاي متنوع و گسترده مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي در عرصه پزشکي مولکولي مشغولند، اين است که تحقيقات مذکور بايد تنها براي مقاصد پيشگيري، تشخيص و درمان اساسي بيماريها به کار رفته شود.
2- بيوتکنولوژي مولکولي و صنعت
در سالهاي اخير، بيوتکنولوژي مولکولي در صنايع گوناگون جايگاه منحصر به فردي پيدا کرده است. امروزه در برخي از معادن دنيا، استخراج و بازيافت کاني‌هاي پرارزشي مانند طلا، نقره، مس و اورانيوم به کمک ميکروارگانيسم‌ها و با روشهاي زيستي (Bioleaching) صورت مي‌گيرد. توليد صنعتي بسياري از اسيدهاي آلي مانند اسيد سيتريک، اسيد استيک و اسيد لاکتيک و همچنين توليد روغن‌هايي با ترکيبات اسيدهاي چرب ويژه که داراي ارزش بالايي در صنايع غذايي و مواد پاک‌کننده هستند، از ديگر زمينه‌هاي حضور فعال بيوتکنولوژي در صنعت است. توليد پلاستيک‌هاي قابل تجزيه (Green Plastics)، توليد انرژي‌هاي تجديد‌پذير با استفاده از بيومس (Biomass)، طراحي و توليد ساختارهاي نانومتري (Nanostructures) جديد مثل بيوترانزيستورها، بيوچيپ‌ها و پليمرهاي پروتئيني با استفاده از روشهاي مهندسي پروتئين، بکارگيري روشهاي بيوتکنولوژي در افزايش بازيافت و سولفورزدايي نفت خام و پاکسازي آلودگيهاي زيست‌محيطي به کمک فرآيندهاي زيستي، از ديگر عرصه‌هاي نوين و با ارزش بيوتکنولوژي در صنعت و محيط زيست به شمار مي‌روند.
مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي در عرصه‌هاي بسيار متنوع مانند کشاورزي، تغذيه و مواد غذايي، دامپروري، شاخه‌هاي مختلف علوم پزشکي و صنايع دارويي، صنايع تخميري، صنايع نظامي، انرژي، محيط زيست و بهداشت بشر، استفاده‌هاي بسيار ارزشمندي پيدا کرده است. اينکه بيوتکنولوژي جديد براي بشر راه‌حل‌هاي بي‌شماري ارائه مي‌کند، مطلبي کاملاً درست است. در تاريخ علوم تجربي، پژوهش‌هاي بيوتکنولوژي را ميتوان از معدود مواردي دانست که در آن تحقيقات بنيادي به سرعت به سطح کاربردي مي‌رسند. در چنين بستري، موفقيت نهايي در بيوتکنولوژي و حصول دستاوردهاي بي‌شمار اقتصادي آن، به پيشرفت واقعي در مباني علوم تجربي و رشته‌هاي علوم پايه بستگي تام دارد. از اين‌رو سرمايه‌گذاري شايسته در علوم مذکور، اساس پيشرفت و توسعه تمام علوم و فنون روز از جمله بيوتکنولوژي خواهد بود. بيوتکنولوژي گذشته از پتانسيل‌هاي قابل توجه نوع سنتي آن که عمري معادل تمدن بشري دارد، توانسته است با تکيه بر اصول جديد مهندسي ژنتيک و علوم وابسته، در طي حداکثر سه دهه اخير، توانايي‌ها و قابليت‌هاي بسيار متنوع و ارزشمندي را در عرصه‌هاي مختلف به نمايش گذارد. اين تأثيرگذاري‌ها گاه تا حدي بوده است که به جرأت ميتوان ادعا کرد پيشرفتهاي بزرگ بشر در دستيابي به بسياري از موفقيت‌هاي علوم زيستي، مرهون اصول مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي است.
3-بيوتکنولوژي و کشاورزي
رشد فزآينده جمعيت جهان و افزايش تقاضا براي مواد غذايي در دهه‌هاي اخير موجب شد تا در زمينة علوم کشاورزي و مواد غذايي شاهد يک گذر جدي و اجتناب‌ناپذير از کشاورزي سنتي به کشاورزي پيشرفته و بکارگيري روشهاي نوين زيست فناوري در توليد محصولات زراعي و دامي باشيم. همانگونه که مي‌دانيم، گياهان، اصلي‌ترين و مهمترين منابع تجديد شونده جهان هستند که علاوه بر تأمين غذاي آدمي و حيوانات، نيازهاي غيرتغذيه‌اي، شيميايي و صنعتي هم توسط آنها مرتفع مي‌گردد. به همين دليل، کاربرد روشهاي مهندسي ژنتيک و زيست فناوري براي افزايش کمي و کيفي محصولات از يک سو و کاهش هزينه‌ها و زمان توليد از سوي ديگر، استفاده از اين روش‌ها در شاخه‌هاي گوناگون کشاورزي را بسيار ارزشمند کرده است.
کشاورزي پايدار در گرو بيوتکنولوژي
علم بيوتكنولوژى يكى از علومى است كه در سال هاى اخير رشد بسيار چشمگيرى داشته و با گسترش مرزهاى دانش، باعث تحولى عظيم در عرصه هاى مختلف از جمله بخش هاى كشاورزى، پزشكى، داروسازى، صنعت و محيط زيست شده است. بيوتكنولوژى عبارت است از علم و فن استفاده از موجودات زنده با اهداف صلح دوستانه و بشردوستانه به منظور رفاه حال بشر و حفظ محيط زيست. بيوتكنولوژى كشاورزى، علمى است كه از طريق تكنيك هاى DNA نوتركيب و توليدات بيولوژيكى خاص، موجبات توليد هدفمند گياهان و احشام را با صفات مورد نظر و مطلوب بشر فراهم مى سازد. اين علم در سال هاى اخير باعث افزايش قابل توجهى در توليد محصولات كشاورزى شده است و سودآورى قابل ملاحظه اى را براى شركت ها و موسسات فعال در اين زمينه فراهم كرده، به طورى كه ارزش توليدات جهانى گياهان تراريخت از 75 ميليون دلار در سال 1995 به 2 ميليارد دلار در سال 2000 رسيده است. همچنين سطح زير كشت اين گونه گياهان (گياهان توليدشده از طريق بيوتكنولوژى) از 7/1 ميليون هكتار در سال 1996 به 5/52 ميليون هكتار در سال 2001 رسيده است. همراه با توسعه اين علم نوين، مقوله اى به نام كشاورزى پايدار نيز مطرح مى شود. كشاورزى پايدار سيستمى است كه در آن با اعمال مديريت صحيح در استفاده از منابع طبيعى، مى توان نيازهاى غذايى بشر را تأمين و كيفيت محيط زيست را حفظ كرد و از تخريب ذخاير طبيعى جلوگيرى به عمل آورد. در توسعه پايدار كشاورزى، كاهش فشار وارده به اراضى زيركشت، عدم مصرف مواد شيميايى (كود و سم)، حفظ ذخاير طبيعى و سلامت نسل حاضر و آينده، جزء مباحث اصلى است. طى گام هايى كه به سمت ايجاد كشاورزى پايدار برداشته مى شود، قبل از هر چيز بايد به تعادل بين توليدمحصول و تغييرات محيطى توجه شود و سيستم زراعى را نه به منزله مجموعه يا تشكيلات مجزا و مستقل، بلكه به عنوان بخشى از كل سيستم محيط زيست بايستى تلقى كرد. اگر به جاى استفاده از كودها و سموم شيميايى، علف كش ها، هورمون ها و... از تناوب هاى زراعى، بقاياى گياهى، كود سبز، كودهاى آلى، مبارزه بيولوژيك با حشرات و ارقام مقاوم به تنش هاى زنده و غيرزنده، استفاده گردد، آنگاه مى توان گفت كه سيستم كشاورزى پايدار، مولد، تجديدشونده، سودآور و خودكفاست و لطمه اى به محيط زيست وارد نخواهد ساخت. طبق يك تعريف مشابه ديگر، كشاورزى پايدار، يك سيستم پيشرفته توليد گياه و احشام است كه داراى حداقل 5 خصوصيت باشد: اول اينكه، اين سيستم، نيازهاى غذايى را به شكل كاملاً ايمن براى بشر برطرف سازد، دوم اينكه، موجبات افزايش كيفيت محيط و منابع طبيعى را فراهم سازد، سوم اينكه، باعث استفاده موثرتر از منابع تجديدنشدنى و حفظ و كنترل بهينه چرخه هاى بيولوژيكى گردد، چهارم اينكه، حمايت اقتصادى از كشاورزان را افزايش دهد و پنجم اينكه موجب افزايش كيفيت زندگى براى كشاورزان و كليه افراد جامعه شود. اگر ادعا كنيم سيستم هاى غذايى ما در بخش كشاورزى، غالباً در درازمدت پايدار نيستند، سخن گزافى نگفته ايم. تقاضا براى محصولات غذايى در بخش كشاورزى در قرن گذشته به دليل رشد جهت، بيش از 400درصد افزايش يافته است.حال بايستى بررسى كرد كه نقش بيوتكنولوژى در توسعه پايدار كشاورزى چيست؟ با توجه به روند روزافزون جمعيت دنيا و افزايش تقاضا براى غذا، دو راه جهت افزايش عملكرد در بخش كشاورزى توصيه مى شود. راه اول، توسعه اراضى قابل كشت و راه دوم افزايش عملكرد در واحد سطح است. در مورد راه حل اول لازم به ذكر است كه زمين از منابع محدود در بخش كشاورزى است و توسعه اين منبع تا حد مختصرى امكان پذير است. دانشمندان عقيده دارند كه در قرن آينده وسعت اراضى كشاورزى حدود 5درصد افزايش مى يابد. از طرفى آماردانان تخمين زده اند كه جمعيت دنيا تا سال 2060 بين 10 تا 16 ميليارد نفر به يك تعادل نسبى خواهد رسيد، با توجه به اين افزايش جمعيت، رشد پنج درصدى اراضى قابل كشت، جوابگوى نياز غذايى اين جمعيت نخواهد بود. پس راه حل دوم يعنى افزايش توليد در واحد سطح، معقول تر به نظر مى رسد. تاكنون نيز اغلب پيشرفت ها در اين زمينه به دليل افزايش عملكرد در واحد سطح بوده و تاكنون پاسخگوى افزايش جمعيت بوده است، به طورى كه جمعيت جهان نسبت به سال 1960 تقريباً دو برابر شده، در حالى كه در وسعت اراضى كشاورزى تغيير چندانى حاصل نشده است.يكى از مهمترين راه حل هاى افزايش عملكرد در واحد سطح، به كارگيرى علم بيوتكنولوژى است. اين عمل با تكنيك هاى خاص خود، كشاورزى مدرن را بيشتر و بيشتر به سمت پايدارى منابع طبيعى سوق مى دهد. به خاطر روشن تر شدن نقش باارزش بيوتكنولوژى در كشاورزى پايدار يكسرى نكات ذكر مى شود: اولى اينكه، بيوتكنولوژى دامنه وسيعى از محصولات اصلاح شده و يا جديد را توليد مى كند، دوم اينكه با توليد واريته هاى جديد گياهان زراعى با صفاتى از قبيل مقاومت، تحمل و كيفيت بالا، راه حل جديدى را براى پايدارى منابع طبيعى و توليد غذا ارائه مى دهد، سوم اينكه بيشتر گياهان زراعى نوين كه از طريق بيوتكنولوژى توليد شده اند در مقايسه با گياهان سنتى، در يك قطعه زمين مشخص با نيازهاى طبيعى مشابه، محصول بيشترى توليد مى كنند، چهارم اينكه، تعدادى از اين گياهان جديد، براى مثال آنهايى كه مقاوم به بيمارى يا آفت شده اند، باعث كاهش استفاده از منابع غيرقابل تجديد مى شوند و همچنين با كاهش استفاده از سموم شيميايى، يك ابزار با ارزش جهت توليد محصولات كشاورزى پايدار هستند. علاوه بر موارد ذكر شده، تكنيك هاى مراقبت و نگهدارى گياهان به وسيله عوامل بيوكنترلى جديد كه از بيوتكنولوژى نشأت گرفته اند، موجب عمليات كشاورزى بسيار دقيق با حداقل تلفات و افزايش عملكرد مى شود. بيوتكنولوژى كشاورزى در پايدارى رشد اقتصادى و رقابت اقتصادى خصوصاً در كشورهاى توسعه يافته نقش بسيار مهمى بازى مى كند. از طرف ديگر تعداد بسيار زيادى از افراد در اين بخش با مشاغل بسيار باارزش فعاليت دارند، با اين تفاسير، نمى توان تأثير علم بيوتكنولوژى را در پايدارى اقتصادى نيز ناديده گرفت.تأثير عمده بيوتكنولوژى بر كشاورزى پايدار، از طريق پيشرفت هاى ژنتيكى است. سودآورى مطلوب و افزايش توليد در اين زمينه، در طول 100 سال گذشته عمدتاً به دو دليل اصلى بوده است: يكى پيشرفت هاى ژنتيكى و ديگرى افزايش در استفاده از منابع. همانطور كه ذكر شد، بسيارى از منابع در بخش كشاورزى محدود هستند، بنابراين در درازمدت استفاده عاقلانه از منابع بسيار بااهميت است. آينده كشاورزى پايدار احتمالاً از طريق پيشرفت در علم ژنتيك امكان پذير خواهد بود. براى مثال استفاده از هيبريدهاى پيشرفته در گياه ذرت در دهه اخير، سودآورى بسيار بالايى را براى آمريكاى شمالى به ارمغان آورده و آن را به قطب اصلى ذرت دنيا تبديل كرده است.همچنين يافته هاى نسبتاً مشابهى از طريق پيشرفت هاى ژنتيكى در مورد گندم، جو، چاودار، سويا و... به دست آمده است. اگر علم بيوتكنولوژى از طريق پيشرفت هاى ژنتيكى بتواند نياز غذايى جمعيت دنيا را مرتفع سازد و از طرفى به حفظ منابع طبيعى كمك كند و بدين وسيله هر دو منابع حياتى (هوا، آب و عناصر غذايى) و همچنين زيبايى محيط زيست (فضاى سبز، پارك ها، تنوع و...) حفظ گردد، آن گاه بيوتكنولوژى در راستاى پايدار كردن كشاورزى حركت خواهد كرد، در غير اين صورت اين علم به عاملى بسيار خطرناك در تخريب منابع طبيعى و اكوسيستم ها تبديل خواهد شد. در صورت عدم استفاده صحيح از اين علم، به جاى پايدار كردن كشاورزى و حفظ منابع، اثرات بسيار مضرى بر پيكره محيط زيست وارد خواهد ساخت. براى مثال، با گسترش توليد گياهان زراعى و احشام با ظرفيت مقاومت به تنش هاى محيطى در مناطقى كه براى گياهان زراعى و دام هاى معمولى نامناسب است، با استفاده از علم بيوتكنولوژى، آسان مى شود. اگر اين امر اتفاق افتد، تنوع زيستى گونه هاى گياهى و حيوانى در اكوسيستم هاى طبيعى كاهش مى يابد. همچنين ممكن است گونه هاى تغييريافته ژنتيكى به گونه هايى خطرناك براى محيط زيست تبديل شوند. گسترش برخى علف هاى هرز، خطر ايجاد نوتركيبى در ويروس ها و پاتوژن ها، ايجاد آلرژى براى برخى افراد، انتقال ژن ها از گونه هاى زراعى تراريخت به گونه هاى وحشى و ايجاد مسموميت غذايى از ديگر خطرات علم بيوتكنولوژى است، كه در صورت عدم استفاده صحيح، وقوع آنها اجتناب ناپذير خواهد بود.
اگر بيوتكنولوژى (و اصلاح نباتات و ژنتيك) در كمك به استفاده موثر و بهتر از منابع، نقص داشته باشند، آنگاه احتمالاً كشاورزى پايدار نخواهد بود و اندازه جمعيت دنيا به دليل استفاده بى رويه و نادرست از منابع كاهش خواهد يافت، همچنين با تخريب زيبايى هاى طبيعى، كيفيت زندگى براى كل جمعيت دنيا كاهش مى يابد.مراقبت هاى محيطى براى پايدار كردن كشاورزى ضرورى است و اگر مديريت صحيحى اعمال گردد، بيوتكنولوژى در افزايش يا نگهدارى منابع محيطى سهيم خواهد بود و در غير اين صورت باعث تخريب محيط خواهد شد و گام هاى بعدى بايد در جهت كاهش ريسك اين قضيه برداشته شود. چيزى كه اغلب در زمينه كاربرد اين علم ناديده گرفته مى شود، مبحث انتقال تكنولوژى است كه بسيار حائز اهميت است، به طورى كه با آموزش صحيح، تك تك افراد اين علم را در مناسب ترين راه و بهترين شكل براى رفع نياز خود به كار گيرند و در اين صورت مى توان انتظار داشت كه بيوتكنولوژى در مسيركشاورزى پايدار و همگام با آن باشد و بدين ترتيب ابزار و متد جديدى را فراهم خواهد كرد تا به هر گونه افزايش تقاضا براى غذا پاسخ دهد، ضمن اينكه توجه خاصى به پايدارى محيط دارد.عمده ترين كاربردهاي زيست فناوري دركشاورزي را ميتوان به دسته‌هاي زير تقسيم كرد:
1. ايجاد گياهان مقاوم به حشرات و آفتها
2. ايجاد گياهان تحمل كننده علف‌كشها
3. ايجاد گياهان مقاوم به بيماريهاي ويروسي و قارچي
4. ايجاد گياهان مقاوم به شرايط سخت مانند سرما، گرما و شوري
5. ايجاد گياهان داراي ارزش‌هاي غذائي ويژه و با طعم و عطر بهتر
6. ايجاد گياهان داراي خاصيت درماني ـ پيشگيري
7. ايجاد گياهان داراي خصوصيت متابوليكي تغيير يافته مانند رشد سريع و راندمان كشت بالاتر
8. ايجاد دامهاي تراريخته كه داراي خصوصيات ويژه‌اي مانند توليد شير زياد يا گوشت كم‌چربي
9. ايجاد جانوراني كه بعنوان كارخانه توليد آنتي‌بادي و واكسن و دارو عمل كنند
10. ايجاد ماهيها و ساير دامهائي كه با سرعت زياد رشد مي‌كنند
توليد گياهان تراريخته
به‌کارگيري روش‌ها و فنون مهندسي ژنتيک و زيست فناوري مولکولي به طور جدي از سال 1983 آغاز و روندي به شدت رو به رشد را به ويژه در قلمرو اصلاح گياهان زراعي استراتژيک، طي کرد. پيشرفت در اين حوزه، فوق‌العاده چشمگير است. به‌طوريکه در مدتي کمتر از هشت سال، سطح زير کشت گياهان دست‌ورزي شده ژنتيکي (Transgenic)، وسعتي بالغ بر 60 ميليون هکتار از اراضي کشاورزي جهان را به خود اختصاص داد. به اين ترتيب، مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مولکولي به منظور تأمين امنيت غذايي جمعيت رو به رشد جهان وارد عمل شده و مواد غذايي دستکاري شده ژنتيک (GMOs) به تدريج وارد بازار شد. در سال 1986 نخستين آزمايش‌هاي مزرعه‌اي، با تنباکوي تراريخته، در امريکا و فرانسه صورت گرفت. چين نخستين کشوري بود که در سال 1990، توليدگياهان تراريخته (تنباکو) را به شکل تجاري آغاز کرد. امريکا، دومين کشوري بود که در سال 1994، گياه تراريخته گوجه‌فرنگي را به شکل تجارتي توليد نمود. پس از آن، در فاصله سالهاي 1995 تا 1996، 35 گياه تراريخته توليد شد که حدود 80 درصد آنها مربوط به دو کشور امريکا و کانادا بودند. تا سال 1999، بين 25 تا 45 درصد توليد برخي از محصولات اصلي زراعي (ذرت، سويا و غيره) در امريکا، با استفاده از گياهان تراريخته صورت مي‌گرفت. درحال حاضر، حداقل 25 درصد از سطح زير کشت ذرت تراريخته و 40 درصد از سطح زيرکشت سوياي تراريختة جهان در آمريکاست. وارد کردن ژنهاي فراوان (مربوط به صفات مختلف) به ده‌ها گونه گياهي مانند گندم، جو، گوجه‌فرنگي، ذرت، سيب زميني، سويا، پنبه، مارچوبه، تنباکو و چغندرقند جهت اصلاح يا بهبود فرآورده‌هاي کشاورزي، امکان تغيير ژنتيکي در راه‌هاي بيوسنتزي گياهان براي توليد انبوه موادي مانند روغن‌هاي خوراکي، موم‌ها، چربي‌ها و نشاسته‌ها که در شرايط عادي به ميزان بسيار جزيي توليد مي‌شوند و کنترل آفات زيستي، تنها نمونه‌هاي کوچکي از کاربردهاي گسترده گياهان ترانس‌ژني (تراريخته) را شامل مي‌شوند. احياي مراتع و جنگل‌ها و حفظ تنوع گونه‌هاي گياهي و جانوري در مناطق کويري و بياباني از ديگر عرصه‌هاي کشاورزي است که با کمک زيست فناوري روند سريع‌تري يافته است. براي مثال، بيوتکنولوژيست‌ها با شناسايي، تکثير و پرورش گونه‌هاي واجد ژنهاي مقاومت به نمک، گياهان مقاومي مانند کاکتوس‌ها، کاج و سرو اصلاح شده‌اي را توليد کرده‌اند که قابليت رشد و تکثير در مناطق سخت بياباني را پيدا کرده‌اند. همچنين به کمک روشهاي بيوتکنولوژي، از جلبک‌ها و گل‌ولاي موجود در درياها، ترکيبات و کودهاي زيستي سودمندي را براي حاصلخيزي زمين‌هاي کشاورزي توليد مي‌کنند.
بيوتكنولوژي ابزارهاي جديدي را براي اصلاح نباتات فراهم مي‌كند
بيوتكنولوژي مفهوم گسترده‌اي است كه به استفاده از موجودات زنده و مشتقات حاصل از آنها براي توليد محصولات مفيد و سودآور اطلاق ميشود. اين تعريف كلي كليه فعاليتهاي مرتبط با صنايع سركه، تخمير خمير نان، مواد آلي، مواد توليدي براي كنترل حشرات و اصلاح گياهان و جانوران و محصولات توليدي و حيوانات اهلي را در بردارد. در حقيقت علم كشاورزي به تنهايي ميتواند منشاء تكنولوژي زيستي باشد. قرن اخير با افزايش اطلاعات حاصل از
ژنتيك و اصلاح نباتات در ما مواجه با بهبود عملكرد گياه چه از لحاظ كمي چه از لحاظ كيفيت مي‌باشيم. هم‌اكنون تكنولوژي جديد DNA نوتركيب اجازه تشخيص‌هاي و شناسايي ، جداسازي و حتي تغيير ژنهاي و محصولات حاصل از آنها را در موجودات زنده به منظور ايجاد واريته‌هاي تراريخت فراهم مي‌كند. اين تكنولوژيها مكمل و افزايش‌دهنده دقت روشهاي سنتي اصلاحي به منظور افزايش غذا، فيبر و ساير محصولات حاصل از كشاورزي هستند. كشاورزان در آمريكا، كانادا و آرژانتين و ساير كشورها به سرعت با واريته‌هاي تراريخت و مهندسي ژنتيك شده آشنا شده‌اند. در بين سالهاي 1996 الي 2001، توليدات جهان محصولات تراريخت مانند سويا، پنبه، ذرت و كانوا، سير افزايش را داشته و نزديك به 125 ميليون آكروز (50 ميليون هكتار) از سطح زير كشت را به خود اختصاص داده است.كشاورزان ايالت كاليفرنيا بالغ بر 350 محصول متفاوت را توليد كرده‌اند كه 79 تا از اين محصولات ملي معرفي گرديد. كاليفرنيا همچنين اولين توليد كننده غذاهاي تجارتي حاصل از واريته‌هاي ترانسژنيك ميباشد، گوجه‌فرنگي calgen,s flouer به طور گسترده در سالهاي 1994 در سطح تجارتي مورد كشت قرار گرفت اگر چه سهم قابل توجهي از محصول بازارهاي فروش را به به خود اختصاص نداده است. با اين حال بعد از آن فروش جهان محصولات زراعي تراريختي مانند ذرت، سويا و پنبه در مديترانه و جنوب امريكا، به طور قابل توجهي گسترش يافت. توليدات قابل توجه تجاري واريته‌هاي پنبه در كاليفرنيا از سال 1999 در كاليفرنيا آغاز شده و به سرعت، توليدات اين محصولات افزايش يافته است. ساير محصولات تراريخت ديگر در حال گسترش در كاليفرنيا ميباشد.بهرحال معرفي محصولات تراريخت هيچ وقت با اطمينان كامل نبوده است و همواره در انجام اين تكنيكهاي جديد خطرات ناشناخته‌اي وجود دارد كه در مقايسه با روشهاي سنتي اصلاح نباتات معيارهاي غير قابل پذيرش را براي مصرف آنها ايجاد مي‌كند
اساس ژنتيكي اصلاح نباتات:
علم كشاورزي بر مبناي اهلي كردن گياهان وحشي و ايجاد محصولات منطبق بر نياز ما عمل مي‌كند. بشر در حدود ده هزار سال پيش زماني كه به كاشت و داشت واريته‌هاي خاصي از گياهان اقدام نمود، كشاورزي را براي توليد غذا ابداع كرد و لذا گياهان بوسيله انتخاب و انتقال صفات به نسلهاي بعد بهبود يافت. بعنوان مثال اهلي كردن ذرت بوسيله كشاورزان گذشته صورت گرفت. عمده صفات تغيير يافته مرتبط با اهلي كردن گياهان بود بعنوان مثال صفات (افزايش در توليد بذر، كاشت آسان، اندازه بزرگتر و ميزان محصول برداشت شده و تغيير در شكل ظاهري و كاهش و از بين بردن سوبستراهاي و مواد سمي و غيره ) بوسيله تمدن‌هاي كشاورزي گذشته مانند چين و مصر و ماديان صورت پذيرفت بعلاوه، اين محصولات كم‌كم با شرايط آب و هوايي خاص منطقه مورد كاشت تطابق و سازگاري يافتند و بنابراين از لحاظ ژنتيكي، صفاتي همچون كيفيت، مقاومت به استرس و مقاومت به بيماري در عملكرد مناسب را به دنبال خود همراه داشت. گياهان اهلي شده در كشاورزي بر اساس نتايج حاصل از تغيير ژنتيكي گياهان وحشي در هزاران سال پيش بوجود آمده‌اند. مطالعات علمي در مورد ژنتيك در حدود سال 1900 ميلادي با فعاليتهاي گرگور مندل آغاز شد. ما حالا مي‌دانيم كه ژنها واحدهاي وراثتي هستند كه از جنس رشته DNA كه در داخل كروموزم موجود در هسته همه سلولهاي موجودات زنده است استقرار يافته‌اند، البته بعضي از ويروسها حاوي ژنومي با تركيب DNA هستند. همه واحدهاي ژنتيكي موجود در كروموزم شامل 4 تركيب در مولكول DNA خود مي‌باشند. آدنين (A) تيمين (T) سيتوزين (C) گوانين، نزديك به هزار كلمه را ميتوان با 26 حرف از الفباي انگليسي ايجاد كرد،
نمونه اي از دستاوردهاي كاربردي بيوتكنولوژي دربهبود گردافشاني و افزايش توليد زنبورستانها
بيوتكنولوژي دانش و فناوري جديد است و با توجه به اينكه رشد اين فن آوري به صورت تصاعدي است تاخير در تعريف صحيح نيازهاي كشاورزي كشور، ماهها و سالهاي زيادي را براي جبران عقب ماندگي مي طلبد و از سوي ديگر كشورهاي بيگانه هرگز به طور اصولي با انتقال واقعي تكنولوژي به نحوي كه بتواند به طور مطبوع زير ساختهاي آن را فراهم نمود، موافقت نخواهند كرد . در ذيل چند نمونه از نتايج تحقيقات كاربردي بيوتكنولوژي كشاورزي را كه در كشورهاي مختلف صورت گرفته است و كشاورزي اين كشورها را دچار سود كلان نموده توضيح داده مي شود جالب اينجاست كه هيچ اثر و رد پايي را در اينترنت نمي توان از جزئيات مواد و روشهاي اين دستاوردهاي نوين مشاهده كرد. و اين همان زنگ خطري است براي منتقداني كه اعتقاد دارند كه بايد نشست و فقط از نتايج و دستاوردهاي كاربردي بيوتكنوژي الگو برداري كرد غافل از اينكه هيچ كشوري دستاوردي را كه با هزينه گزاف بدست آمده به آساني در اختيار ديگران قرار نخواهد داد. در كشور ما ايران، رشته هاي دانشگاهي مختلفي با قدمت طولاني در زمينه كشاورزي و دام و آبزيان وجود دارد كه از ديدگاه تخصصي و به صورت جزء به جزء، مسائل و پارامترهاي مختلف مرتبط با افزايش توليد را مطالعه مي كنند. به عنوان مثال رشته زراعت و اصلاح نباتات، بيمارشناسي، حشره شناسي، خاكشناسي، آبياري، جنگل و مرتع، علوم باغباني، دامپروري و دامپزشكي مسائل علمي مربوط به خود را به طور جداگانه مورد بررسي قرار مي دهند. كلمه University از كلمه Unity به معني اتحاد و همبستگي مشتق شده است. با اين وجود اجتماعات مشترك بين متخصصان تغذيه گياهي، فيزيولوژيستها، متخصصان حشره شناسي و آفات و بيماريها، متخصصان علوم دام و آبزيان و دامپزشكها در كشور بسيار محدود مي باشد. اگر با يك ديد كلي و منصفانه به مسائل و مشكلات موجود در كشور در زمينه بيوتكنولوژي كشاورزي و دام نگاه كنيم، بي ترديد در كنار متخصصان علوم مختلف كشاورزي، جاي خالي و نياز انكار ناپذير موجود مبني بر همكاري و همفكري متخصصان علوم پايه اي همچون دانشمندان شيمي تجريه، ميكروبيولوژيستها، متخصصان علم بيوشيمي، متخصصان آمار و رياضيات، ژنتيك مولكولي، آنزيم شناسي و ساير علوم مربوطه احساس مي شود كه اميد اين موانع نامريي موجود هر چه زودتر مرتفع شود.
1- محصول تجاري Fruit Boost:
گرد افشاني عبارت است ازانتقال دانه هاي گرده پرچم يك گل به روي كلاله مادگي همان گل يا گل ديگري از همان گونه. گرده افشاني ممكن است به طور مستقيم يا غير مستقيم انجام شود. در گرده افشاني مستقيم دانه هاي گرده يك گل به روي مادگي همان گياه قرار مي گيرد. اين نوع گرده افشاني به طور معمول در يك گل هرمافروديت(گلي كه هم پرچم و هم مادگي دارد) انجام مي گيرد. همچنين در مواردي مانند گل نخود كه گلبرگها فضاي مسدودي بوجود آورده و پرچمها و مادگي در آن جاي مي گيرند اجبارا گرده افشاني مستقيم انجام مي گيرد. گرده افشاني غير مستقيم حالتي است كه در آن گرده افشاني بين دو گل از يك گونه كه داراي دو گياه مجزا قرار دارند انجام مي گردد. در اين حالت دو والد در پيدايش نسل جديد شركت مي كنند و در نتيجه نسل حاصل متنوعتر بوده و موقعيت مناسبتري براي سازش با محيط را دارا مي شوند. گرده افشاني بوسيله حشرات در بين گياهان بسيار رايجتر است گلهايي كه به كمك حشرات گرده افشاني مي كندد سازگاريهاي خاص حاصل كرده اند اين گلها با رنگ، بو يا شهد خود حشرات را بسوي خود جلب مي كنند. زنبور عسل يكي از مهمترين عوامل گرده افشاني در باغات ميوه محسوب مي شود و جايگاه ويژه اي را در افزايش كمي و كيفي توليدات كشاورزي دارا مي باشد. موهاي فراوان بدن زنبور عسل هنگام جمع آوري شهد با گرده هاي گل تماس پيدا كرده و تعداد زيادي به آنها مي چسبند كه پس از پرواز روي گل مجاور چند عدد بر روي مادگي آن را بارور و تبديل به ميوه مي كند.
باغ سيبي كه در آن تمام مراقبتهاي لازم مانند شخم، كود و سمپاشي را انجام داده ولي زنبور عسل براي باروري گلها در نزديكشان مستقر نشده هكتاري حدود 5 تن محصول توليد مي كند در حالي كه با استقرار 3 كندو با جمعيتهاي قوي در همين باغ مي توان محصول را به 50 تن سيب در هكتار و حتي بيشتر افزايش داد.
اخيرا يكي از شركتهاي بيوتكنولوژي دنيا اقدام به توليد فرمون سنتيتيك غدد آواره اي ملكه زنبور عسل نموده است. كه از آن براي منظور زير استفاده مي كند:
1- جذب توجه زنبوران به باغ ميوه 2- معرفي ملكه جديد بدون ايجاد بي نظمي در كندو
بيوتكنولوژي در توليد دامهاي اهلي
بيوتكنولوژي مزاياي جديدي براي توليد كنندگان روستايي منطقه در سطح كوچك دارد. يكي از مهمترين آنها قيمت كم واكسنها مي باشد. استفاده ديگر، توسعه توليدات جديد شامل مواد مغذي دامي ،غذاوداروهاي تهيه شده از توليدات دامي است.طبق بررسي منطقه اي FFTC اخيرا صورتي از توليدات وتكنولوژيهاي مفيد تنظيم شد.
اصلاح نژاد دامهاي اهلي
اصلاح نژاد دامهاي اهلي از نظر كلاسيك خيلي موفق بوده وروند آهسته اي دارد.چندين دهه نياز است يك جمعيت دام اهلي با رفتارهاي ژنتيكي پيشرفته اصلاح شوند.بيوتكنولوژي راه را براي توليد آسانتر دامها با ويژگيهاي ژنتيكي پيشرفته جهت تكثير سريع اين دامها هموار مي كند.يك پيشرفت مهم در انتقال جنين در جنينهاي بدست آمده از ماده هاي اصلاح شده ممتاز ميباشد كه جهت آبستني به دامهاي ديگر منتقل مي شود.اين ماده ها شايد تخمهاي بيشتري نسبت به نرمال توليد كنند. در نتيجه تزريقات هورموني كه باعث ايجاد چند تخمك گذاري (superovulation ( ميشود، نه تنها جنين بلكه تخمهاي لقاح نشده (اووسيت)را ميتوان از مادران ممتاز بدست آورد.تلقيح مصنوعي جهت توليد چندين جنين از طريق انتقال به مادران غير وابسته جهت دوره آبستني انجام مي شود.پيشرفتهاي ديگر در استفاده از بيوتكنولوژي در توليد دامها شامل توليد كلون ها (از نظر ژنتيكي ،نتاج يكسان )،تكنيكهاي پيشرفته منجمد كردن اسپرم كه براي تلقيح مصنوعي به كار مي رود.در توليدطيور اين امكان وجود دارد كه جنينهاي جوجه را بارور كرد و آن را داخل يك تخم مصنوعي كشت داد تا آماده تخم گذاري شود.اين عمل امكان دستكاري در يك مرحله جديد قبل از تشكيل تخم را مي دهد.از لحاظ ژنتيكي دامهاي ممتاز هنوز هم مثل هميشه اساس اصلاح نژاد دامي مي باشند. بهر حال با بيوتكنوژي از بهترين دامهاي ماده به عنوان يك منبع ماده ژنتيكي برتر نسبت به يك منبع مستقيم نتاج استفاده مي شود.اين بدين معناست كه آنها يك سرعت توليد مثلي بالاتري نسبت به ديگران دارند. گاوميش آبي به عنوان مثال هر دو سال يكبار فقط يك گوساله توليد مي كند. superovulation و انتقال جنين بدين معناست كه گاوميش تنها جهت پرورش چندين گوساله هر سال مورد استفاده قرار بگيرد.
سلامتي دام
تست نقصهاي ژنتيكي
بيوتكنولوژي شامل تست DNA از نمونه هاي خون ميباشد كه اكنون ميتواند برخي ضعفهاي ژنتيكي را تشخيص دهد.دامهاي حامل ژنها ي ناقص قبل از استفاده براي اصلاح نژاد تشخيص داده مي شود.خوكها با اين ژن نسبت به استرس آسيب پذيرند.آن علايم به هنگام داد وستد يا انتقال براي فروش زياد مي شود.در شرايط استرس خوكها با اين سندرم لرزش ماهيجه يا دم را نشان مي دهند.تنفس آنها ضعيف شده ،پوستشان قرمز و پر از لكه و درجه حرارت بدن افزايش مي يابد.در نتيجه حيوان شايد ضعيف شده يا بميرد. از معايب ديگر سندرم اينكه لاشه حيوان كشتار شده اغلب رنگ پريده و داراي گوشت خراب است كه باعث كاهش قيمت آن مي شود.اين دليل كاهش اقتصادي سندرم ناقوس مرگ ميباشد.رابطه اي بين حساسيت به هالوتان واختلال استرسي مربوط به خوك پيدا شد.با استفاده از ماسك ،گاز هالوتان به خوكچه درطول 3دقيقه داده شد.وقتي به خوكها با سندرم استرس خوكي ،هالوتان داده شداعضاي بدن محكم وسفت شد.اين علايم در خوكهاي نرمال ديده نشد.يك تست جديدDNA كه ميتواند ژن توليد كننده سندرم استرس خوكي را تشخيص دهدكشف شده است.خوكهاي حامل اين ژن شناسايي شده واز برنامه هاي اصلاح نژادي خارج شده است.
بيماريهاي ژنتيكي گله
چند تست DNA براي كشف بيماريهاي ارثي گله در دسترس است كه براي نژادهاي اصلاح شده ملي ژاپن استفاده مي شود.اين تستهادر گاوهاي نر گوشتي جوان مورد استفاده در برنامه هاي تلقيح مصنوعي بكار مي روند. موقعيتها ي شناسايي شده با اين تستها شامل چسبندگي گويچه هاي سفيد خون كه باعث عفونتها ي مكرر باكتريايي،توقف رشد ومرگ در طول اولين سال زندگي وكمبودفاكتور 13كه از لخته شدن خون به طور نرمال جلوگيري مي كندمي شود.تعدادي به دليل خونروي شديد ازبند ناف و بقيه از خونريزي داخلي خواهند مرد.
واكسنهاي جديد براي دامها ي اهلي
يكي از مهيج ترين توليدات بيوتكنولوژي يكسري واكسنها ي جديد جهت حفاظت دامها از امراض است.برخي از آنها ارزانتر بوده ،موثرتر از واكسنهاي موجود مي باشد.بقيه ، واكسنهاي جديدي هستند كه عمل حفاظت در مقابل برخي بيماريهاي عفونت زا را انجام مي دهند.برخي مثالها از واكسنهاي جديد شامل واكسنهاي تركيبي درخوكها كه در مقابل 3نوع عفونت شش حفظ مي كند.در كره ،يك واكسن مؤثرتروجديد دربرابر تب خوكي،يك بيماري بسيار عفوني است.
توليد SCP از متانول، راه حل بيوتكنولوژي براي معضل كمبود خوراك دام و طيور
مشكل كمبود آب در سطح جهان و به تبع آن خشكسالي و از بين رفتن منابع طبيعي، باعث شده است كه كمبود علوفه و غذاي دام، به يكي از مهمترين دغدغه‌هاي صنعت دامپروري بدل شود. بيوتكنولوژي ميتواند با توليد پروتئين‌هاي افزودني نظير SCP، ضايعات غني شده، اسيدهاي آمينه و آنزيم‌هاي كمك‌هضم‌كننده و همچنين با طراحي و تهيه علوفه‌هاي بهتر با استفاده از تغيير ژنتيكي گياهان و تعادل اسيدهاي آمينه، نيازهاي تغذيه‌اي دام و كمبودهاي آن را برآورده سازد. متن زير مروري كوتاه بر برخي روشهاي توليد پروتئين تكنولوژي ياخته (SCP) دارد كه يكي از دستاوردهاي بيوتكنولوژي در زمينة غذاي دام و طيور است:
توليد SCP از هيدروكربن‌هاي نفتي
توليد SCP از متان
توليد پروتئين تك ياخته (SCP) از متانول
تاريخچه SCP
پروتئين تك‌ياخته (SCP) اصطلاحي پذيرفته شده براي توده سلولي ميكروبي است كه به عنوان غذاي انسان و خوراك دام به كار مي‌رود. اين اصطلاح براي اولين بار در سال 1986 توسط پروفسور كارول ويلسون در انستيتو تكنولوژي ماساچوست (MIT)، به كار برده شد. اين اصطلاح براي مادة با محتواي پروتئيني كمتر از 65 درصد مناسب نيست و كميتة تخمير واحد بين‌المللي شيمي محض و كاربردي، اصطلاح "تودة سلولي تك‌ياخته" را براي چنين مواردي توصيه مي‌كند. همچنين مناسب‌تر است، براي تودة سلولي محتوي پروتئين به دست آمده از قارچ، اصطلاح "پروتئين قارچي" كه اخيراً در بسياري از منابع بكارگرفته شده است، استفاده شود. اولين كنفرانس بين‌المللي در مورد SCP در سال 1967 در انستيتو تكنولوژي ماساچوست برگزار شد. در اين زمان بيشتر پروژه‌ها در مراحل آزمايشگاهي بود. در كنفرانس دوم كه در سال 1973 برگزار شد، بسياري از كمپاني‌ها در كشورهاي مختلف توليد SCP را در مقياس صنعتي شروع كرده بودند. توليد SCP از مخمر تورولا براي اولين بار در جنگ جهاني اول توسط آلمان‌ها انجام شد. در اواسط سال 1930 و جنگ جهاني دوم، اين امر مورد توجه بيشتري قرار گرفت و توليد آن به 15 هزار تن در سال رسيد. در سال 1959 تيم تحقيقاتي شركت نفت بريتانيا مشاهده كرد كه ميكروارگانيسم مورد مطالعة آنها قادر به رشد بر روي نرمال پارافين است و در سال 1965 واحدي براي توليد SCP به ميزان 4000 تن در سال، طراحي و ساخته شد و در نهايت در سال 1976 كارخانه‌اي با ظرفيت صد هزار تن در سال مورد بهره‌برداري قرار گرفت. در آن زمان، به‌دليل محتواي بالاي اسيدهاي هسته‌اي SCP (كه بخاطر دستيابي به سرعت رشد بالاتر توسط ميكروارگانيسم‌هاي تك‌سلولي توليد ميشود)، امكان استفاده از آن در خوراك انسان وجود نداشت. اما شركت RHM در انگلستان با همكاري شركت ICI در اواسط دهه 80 ميلادي پروتئين ميكروبي تحت نام تجارتي Quorn توليد كرد كه ساختاري شبيه به گوشت داشته و توسط رشد كپكFusarium graminerarum بر روي مواد نشاسته‌اي توليد مي‌شد. اين محصول بخاطر استفاده از كپك كه بطور طبيعي داراي محتواي اسيد هسته‌اي كمتري از باكتري‌ها ميباشد و بخاطر اضافه كردن يك عمليات براي كاهش RNA در فرآيند توليد صنعتي، داراي محتواي هسته‌اي خيلي پايين ميباشد و لذا استفاده از آن در خوراك انسان در انگلستان مجاز تشخيص داده شد. توليد اوليه اين محصول در سال 1985، 1000 تن در سال بود و از موفقيت اقتصادي برخوردار شد، زيرا بجاي كنجاله سويا با سويا و گوشت رقابت مي‌كرد.
توليد SCP از هيدروكربن‌هاي نفتي
هيدروكربن‌هاي موجود در نفت خام به 5 گروه نرمال‌آلكان‌ها، ايزوآلكان‌ها، آلكان‌ها، سيكلوآلكان‌ها و آروماتيك‌ها تقسيم مي‌شوند. در بين اين مواد، نرمال‌آلكان‌هاي مايع به عنوان منبع كربن و انرژي، بيش از همه براي توليد SCP به كار برده شده است. اولين گزارش در مورد ميكروارگانيسم‌هاي مصرف‌كننده هيدروكربن‌ها در سال 1895 توسط ميوشي (Miyoshi) ارائه شد. او مشاهده كرد كه قارچ Botrytis cinerea ميتواند پارافين را جذب كند. پرير Perrier در سال 1913 استفاده هيدروكربن‌ها توسط مخمرها را اعلام نمود.
طي جنگ جهاني دوم، مقالاتي در مورد توسعة ميكروبيولوژي نفت منتشر شده و جالب توجه اين است كه اكثر كارهاي انجام شده بر روي باكتري‌ها بوده است. در اواخر دهة 40، جزئيات رشد مخمر Cand_ida tropicalis در شرايط غيراستريل گزارش شد. همچنين باكتري‌هاي Micrococcus sphaeroides كه از خاك ايستگاه‌هاي شارژ گاز جدا شده بود
توليد جانوران ترانس‌ژنيک
توليد جانوران دست‌ورزي شده (ترانس‌ژنيک) نيز از ديگر دستاوردهاي بسيار مهم زيست فناوري و ژنتيک جديد در عرصه علوم زيستي است که اهداف ارزشمندي را دنبال مي‌کند. جانور ترانس‌ژن علاوه بر مادة ژنتيکي خود، واجد مقداري مادة ژنتيکي اضافي با منشا خارجي مي‌گردد. اين جانور بايد قادر باشد که ژن بيگانه را به نسلهاي بعدي انتقال دهد. امروزه روشهاي متعددي براي ايجاد جانوران ترانس‌ژنيک ابداع شده است.
آينده
کمتر شکي در مورد مدرن بودن زيست فناوري وجود دارد . بدون شک اين فن آوري يک مد زود گذر نيست. انتظارات ايجاد شده براي توسعه تجاري مقاومت به علف کش ها و حشرات، آينده درخشاني را براي زيست فناوري کشاورزي خاطرنشان مي نمايد. با توجه به شواهد اوليه اي که در مورد استفاده از انتقال ژن هاي جديد به منظور ايجاد لاين هاي گياهي سودمند براي توليد مواد شيميايي ، از مواد دارويي گرفته تا پلاستيک هاي قابل تجزيه زيستي وجود دارد، چشم انداز آينده اين زيست فناوري نيز اميدوار کننده است. زيست فناوري کشاورزي در مسير خود از شروع به کار زيست فناوري تا توليد مزرعه اي محصولات تجاري با موانع متعددي از محدوديت هاي علمي و تکنولوژيکي تا مشکلات قانوني و مديريتي ، عوامل اقتصادي و نگراني هاي اجتماعي روبرو مي باشد. فرضيه محافظه کارانه قوانين در اکثر کشور ها اين است که تمام گياهان تراريخت بطور بالقوه خطرناک هستند. خطرات احتمالي مرتبط با ژن منتقل شده ويا فتوتيپ ايجاد شده است نه روش هاي مورد استفاده براي انتقال ژن. تا کنون گزارشي در مورد اثرات مضر محيطي و يا ديگر خطرات پيش بيني نشده گياهان تراريخت در هزاران آزمايش مزرعه اي صورت گرفته در عرصه بين المللي ارائه نگرديده است ، با اين حال نگراني هاي متعددي در رابطه با سيستم هاي کشاورزي ايجاد شده است. اکنون عکس العمل مصرف کننده به محصولات گياهي تراريخته با آزادسازي تجاري واريته هاي پيشرفته در سطح تجاري سنجيده شده است. اين آزاد سازي با افزايش انتشار اطلاعات در مورد گياهان تراريخته به شکل قابل دسترس براي عموم، همزمان گرديده است. با اين حال همچنان که محدوديت هاي تکنيکي برداشته مي شوند، اين احتمال وجود دارد که محدوديتهاي تجاري به اصلي ترين موانع تبديل گردند. زيست فناوري هاي جديد که در اين عرصه خلق مي گردند کاملا اختراعي بوده و واجد شرايط احراز حق حفاظت انحصاري و ملاحظه حقوق مالکيت معنوي مي باشند.
منابع :
parsbiology
www.bio.org
www.biotech.about.com