همشاگردی

بسم الله الرحمن الرحیم

طی سال های اخیر و با افزایش روزافزون جمعیت، بشر با مشکلات فراوانی همچون شیوع برخی بیماری ها، آلودگی محیط زیست و تغییرات آب و هوایی مواجه شده است. گسترش کارخانه ها و ماشین آلات باعث بروز مشکلات متعدد زیست محیطی مثل آلودگی هوا و آلودگی منابع آبی، تخریب لایه ازن، جنگل زدایی و بیابان زایی شده به نحوی که شرایط برای بقاء و زندگی بسیاری از موجودات سخت شده است.

به اعتقاد بسیاری از دانشمندان بهترین راه برای برطرف کردن چنین مشکلاتی کمک گرفتن از موجودات زنده است. به عبارتی جایگزین کردن محصولات تولید شده توسط مخلوقات به جای محصولات مصنوعی می تواند بسیاری از این مشکلات را برطرف نماید زیرا محصولاتی که با کمک گرفتن از موجودات زنده تولید می شوند با محیط زیست سازگارتر بوده و مخاطرات کمتری دارند. تولید چنین محصولاتی با استفاده از علم زیست فناوری امکان پذیر است.

زیست فناوری

زیست فناوری از دو واژه زیست و فناوری تشکیل شده که واژه زیست آن به موجودات زنده اشاره داشته و منظور از فناوری هم استفاده عملی از دانش و مهارت برای ساخت وسایل مورد نیاز است. به عبارت ساده تر میتوان گفت فناوری تبدیل علم به عمل می باشد. بر این اساس هر فناوری که یک موجود زنده را برای اهداف مختلف انسان تغییر داده  و یا کنترل می کند زیست فناوری نامیده می شود (این موجود زنده می تواند یک باکتری، یک سلول و یا حتی یک حیوان بزرگ مثل گاو باشد).

در واقع این شاخه  از علم  به دنبال مطالعه دقیق موجودات زنده بوده تا راه حل هایی برای رفع مشکلات حوزه سلامت، تغذیه، محیط زیست و حتی بهبود فرآیند های صنعتی ارائه دهد. برای این منظور در فناوری های زیستی از انواع میکروارگانیسم ها (موجودات ریز میکروسکوپی)، گیاهان، جانوران و یا محصولات تولید شده توسط آنها استفاده می شود.

زمان ورود واژه زیست فناوری

در طول چند دهه اخیر زیست فناوری پیشرفت های چشمگیری داشته به گونه ای که اندیشمندان، قرن بیست و یکم را قرن زیست فناوری یا بیوتکنولوژی نام گذاری کرده اند. اینکه واژه زیست فناوری از چه زمانی توسط انسان به کار برده شده دقیقا مشخص نیست اما برخی عقیده دارند که در سال 1919 میلادی یک مهندس مجارستانی به نام کارل ارکی، واژه زیست فناوری را برای اولین بار به کار برد. اما بشر خیلی قبل تر از آنکه واژه زیست فناوری استفاده کند از علم زیست فناوری و محصولات آن استفاده می کرده است. به طور مثال زمانی که انسان ها شیوه زندگی خود را تغییر داده و زندگی در یک محل ثابت را انتخاب کردند، اقدام به اهلی کردن حیوانات و کشت و پرورش گیاهان نموده و در واقع زیست فناوری سنتی را بنا نهادند.

دوره میانی زیست فناوری

تهیه مواد غذایی مثل نان، پنیر وماست که به کمک مخمرها و باکتری ها انجام  میپذیرفت بخش دیگری از زیست فناوری سنتی را ایجاد کرد. در اوایل قرن 20 انسان ها با ایجاد شرایط مناسب اقدام به کشت میکروارگانیسم ها نموده و برای تولید فرآورده های کشاورزی از مواد خام، از موجودات زنده استفاده می کردند. در این زمان که دوره میانی زیست فناوری نامگذاری شده، مفاهیم علمی زیست فناوری از جمله اصول توارث، ساختمان دنا و آنزیم های مورد استفاده در زیست فناوری شناخته شده و زمینه هر چه کاربردی تر کردن این حوزه از علم فراهم شد.

دوره مدرن زیست فناوری

با توسعه زندگی شهری روز به روز بر مشکلات بشر افزوده شد از طرفی علم در حوزه های مختلف پیشرفت کرد و باعث شد تا خدمات زیست فناوری برای تولید محصولات گسترده تر شده و دوره مدرن زیست فناوری ایجاد گردد.

قوانین مندل یا اصول وراثت نظریه هایی ژنتیکی هستند که طبق آنها می توان نتایج حاصل از تلاقی ها و آمیزش ها تجربی جانداران را پیش بینی کرد. این قوانین که پایه علم ژنتیک کلاسیک را تشکیل میدهند توسط گرگور مندل کشف شدند.

ساختمان سه بعدی DNA

در سال 1953 ساختمان سه بعدی مولکول دنا، بوسیله واتسون و کریک کشف شد. آنها با استفاده از مطالعات گسترده خود و نتایج بررسی های دیگر دانشمندان مدل فضایی خود را ارائه داده و در سال 1962 به خاطر اهمیت کشف ساختمان دنا به صورت مشترک با ویلکینز جایزه نوبل دریافت کردند.

مدل پیشنهادی آنها چنین بود : دنا یک مارپیچ دو رشته ای نردبانی است که رشته های آن به دور یک محور مرکزی، معمولا به صورت راست گرد پیچ می خورند. طبق مدل واتسون و کریک از به هم پیوستن مولکول های قند - فسفات ستون های این نردبان ایجاد شده و پیوند بین 4 نوع باز آلی نرده های نردبان را می سازند.

کاتالیزگر ها

آنزیم یا کاتالیزگر، یک ماده آلی است که یک فرایند شیمیایی را در یک موجود زنده تقویت یا تضعیف می کند ولی خودش دگرگون نمی شود. به عبارت دیگر آنزیم ها کاتالیزگرهای فرایند های زیستی هستند و نسبت به کاتالیزگز های غیر زیستی کارایی بسیار بالایی دارند. اغلب آنزیم ها ساختار پروتئینی دارند.

آنزیم های برشی

در دوره مدرن، علم ژنتیک با قدرت بیشتری پا به عرصه ظهور نهاد و در سال 1970 با کشف آنزیم های برشی، انتقال ژن های جدید به باکتری ها مورد توجه قرار گرفت. شروع زیست فناوری مدرن با انتقال ژن از یک میکروارگانیسم  به میکروارگانیسم دیگر همراه بود. کشف روش هایی جدید برای مبارزه با بیماری های نادر، کاهش تاثیرات مضر بر محیط زیست و بدست آوردن انرژی های پاک همچون سوخت های زیستی از جمله دستاورد های زیست فناوری مدرن می باشند.

در کتاب علوم تجربی هشتم با مولکول دنا و ژن آشنا شده اید یا آشنا خواهید شد. ژن ها که بخشی از یک مولکول دنا هستند به عنوان واحد وراثت یک موجود زنده محسوب می شوند. به عبارتی اکثر صفات یک موجود ناشی از اثر ترکیبی ژن ها هستند. در سال 1970 گروهی از آنزیم ها شناسایی شدند که قادر بودند موکول دنا را در محل مشخصی مانند یک قیچی برش دهند. به کمک این آنزیم ها که آنزیم های برشی نامگذاری شدند دانشمندان قادر شدند یک ژن از درون موکول دنا جدا کرده و به یک مولکول دنا دیگر انتقال دهند.

کوهن و بایر دو دانشمندی بودند که موفق شدند در سال 1973 اولین دنا نوترکیب را در باکتری تولید کنند. این موفقیت دانشمندان را قادر ساخت در سال 1978 با استفاده از مهندسی ژنتیک، ژن تولید انسولین انسان را به دنا باکتری انتقال داده و باکتری را وادار به تولید انسولین انسانی نمایند. به این ترتیب در این سال اولین داروی تولید شده به وسیله زیست فناوری و به کمک مهندسی ژنتیک وارد بازار شد.

با شناسایی آنزیم های جدید پیشرفت های این حوزه طی سال های اخیر بسیار سریع شده است. در جدید ترین دستاورد مهندسی ژنتیک که کریسپر نام دارد ، دانشمندان قادر خواهند بود تا ویرایش های بسیار  روی دنا انسان، حیوانات و دیگر موجودات زنده انجام دهند.Cas9 هدفمند را با استفاده از آنزیمی به نام

به طور مثال توسط این تکنیک انسان قادر خواهد بود بخش هایی از دنا که قابلیت بیماری زایی دارد شناسایی نموده آنها را از بین ببرد  ویا با دنا غیر بیماریزا جایگزین نماید. این تکنیک توانایی انجام این کار را در دوران جنینی داشته و حتی میتواند بیماری را قبل از تولد نوزاد درمان نماید.

نتیجه

هرچند برای استفاده گسترده از چنین تکنیکی مطالعات بسیاری لازم است اما شنیدن اخبار جدید وعجیب به عنوان مثال نوزادی با ویژگی های درخواستی در این حوزه دور از انتظار نیست. امروزه اهمیت زیست فناوری نه تنها برای متخصصین این رشته بلکه برای سایر افراد نیز مشخص است و کمتر کسی است که از محصولات این علم به طور مستقیم یا غیر مستقیم برخوردار نشده باشد.

تهیه و تنظیم: احمدرضا خزاعی