تعریف زیست فناوری

بیوتکنولوژی یا زیست فناوری، یک صنعت مبتنی بر علم است که از ارگانیسم های زنده و زیست شناسی مولکولی برای تولید محصولات مرتبط با بهداشت استفاده می کند.

علم کاربردی بیوتکنولوژی از ارگانیسم‌های زنده و مشتقات آنها برای تولید محصولات و فرآیندها استفاده می کند. این محصولات و فرآیندها در مراقبت های بهداشتی ، پزشکی ، سوخت‌های زیستی و ایمنی محیط زیست مورد استفاده قرار می‌گیرند.  به طور مثال یکی از عملکردهای شرکت های بیوتکنولوژی ارئه روش های درمانی جدید و یا استفاده از تکنیک هایی مانند اثر انگشت DNA  است.  (1)

بيوتكنولوژي، بيشتر به دلیل نقشی که در پزشكي و داروسازي دارد، مشهور است. اما اين علم در زمينه هاي ديگري مانند ژنوميك، توليد غذا و توليد سوخت هاي زيستي نيز مورد استفاده قرار مي گيرد.

کاربرد زیست فناوری

بیوتکنولوژی شامل درک چگونگی عملکرد موجودات زنده در سطح مولکولی است؛ به این منظور، این علم، تعدادی از رشته ها از جمله زیست شناسی ، فیزیک ، شیمی، ریاضیات، علوم و فناوری را  گردهم می آورد.

بیوتکنولوژی مدرن،  سهم قابل توجهی در افزایش طول عمر انسان و بهبود کیفیت زندگی دارد. از جمله مواردی که بیوتکنولوژی مدرن در آن کاربرد دارد عبارت اند از: ارائه محصولات و روش های درمانی برای مقابله با بیماری ها، تولید محصولات پربازده و استفاده از سوخت های زیستی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای.  (1)

شرکت های زیست فناوری با موانع قابل توجهی برای موفقیت روبرو هستند. یکی از دلایل مهم این امر این است که هزینه های تحقیق و توسعه برای فناوری های زیستی باورنکردنی است. به طوری که شرکتی که وقت و هزینه خود را در این زمینه متمرکز می کند، معمولا درآمد اندکی دارد. بنابراین غیر معمول نیست که شرکتهای بیوتکنولوژی برای دستیابی به اهداف تحقیق و توسعه خود با شرکتهای بزرگتر همکاری می کنند. (1)

انواع گرایش های بیوتکنولوژی

کاربردهای مختلف بیوتکنولوژی در ده رنگ گروه بندی شده که به شرح زیر است:

بیوتکنولوژی قرمز (پزشکی): به گفته سازمان نوآوری بیوتکنولوژی  (BIO)، این شاخه از بیوتکنولوژی مربوط به سلامت است و مسئول تولید بیش از 250 واکسن و دارو مانند آنتی بیوتیک ها، درمان های احیا کننده و تولید اندام های مصنوعی می باشد

 بیوتکنولوژی سبز (کشاورزی): بیش از 13 میلیون کشاورز در سراسر جهان از این گرایش برای مبارزه با آفات و تغذیه محصولات و تقویت آنها در برابر میکروارگانیسم ها و حوادث آب و هوایی مانند خشکسالی و یخبندان استفاده می‌کنند.

بیوتکنولوژی سفید (صنعتی): شاخه ای صنعتی برای بهبود فرایندهای تولید، توسعه سوخت های زیستی و سایر فناوری‌ها است که تلاش می کند صنعت را کارآمدتر و پایدارتر کند.

بیوتکنولوژی خاکستری (محیطی):  هدف این شاخه از بیوتکنولوژی، حفاظت و بازسازی اکوسیستم های طبیعی آلوده، از طریق فرآیندهای زیست پالایی است.

 بیوتکنولوژی زرد (مواد غذایی) : این شاخه بر تولید مواد غذایی متمرکز است. به عنوان مثال ، تحقیقاتی که جهت کاهش سطح چربی‌های اشباع شده در روغن های پخت و پز انجام می شود مربوط به این گرایش است.

 بیوتکنولوژی آبی (دریا): گرایش بیوتکنولوژی دریا، از منابع دریایی جهت به دست آوردن مواد غذایی دریایی، محصولات آرایشی و بهداشتی استفاده می کند. علاوه بر این ، این شاخه بیشترین استفاده را برای به دست آوردن سوخت های زیستی از میکرو جلبک های خاص دارد.

بیوتکنولوژی طلایی (بیوانفورماتیک): این شاخه به عنوان بیوانفورماتیک نیز شناخته می شود و مسئول به دست آوردن، ذخیره ، تجزیه و تحلیل و جداسازی اطلاعات بیولوژیکی ، به ویژه اطلاعات مربوط به توالی DNA و اسید آمینه می‌باشد.(2)

بیوتکنولوژی بنفش (اختراعات): بر خلاف سایر فناوری های زیستی ، به جای افزایش محصول ، حفظ و تشویق جهت افزایش اختراعات را هدف گرفته است.

بیوتکنولوژی قهوه ای (مناطق خشک): به مدیریت زمین های خشک شده اشاره دارد. معمولاً به عنوان “بیوتکنولوژی خشک” یا “بیوتکنولوژی صحرا” نیز شناخته می شود.

بیوتکنولوژی سیاه (تروریستم زیستی): هیچ یک از کشفیات علم خالی از جنبه های تاریک نیست و بیوتکنولوژی نیز از این قاعده مستثنی نیست. بنابراین ، همانطور که از نامش پیداست ، بیوتکنولوژی تاریک شامل تهدیدهای تروریسم زیستی ، جنگ زیستی، جنایات زیستی و جنگ ضد محصول است. (3)

بیوتکنولوژی پزشکی

بیوتکنولوژی پزشکی، استفاده از سلولهای زنده و سایر مواد سلولی برای بهبود سلامت انسان است .از بیوتکنولوژی پزشکی در درجه اول ، برای یافتن درمان و پیشگیری ازبیماری ها استفاده می شود؛ در واقع، این علم از این ابزارها برای پژوهش جهت یافتن راه های مختلف یا کارآمدتر برای حفظ سلامت انسان ، درک عوامل بیماری زا و درک زیست شناسی سلول های انسانی استفاده می کند. (4)

واکسن ها

واکسن ها مواد شیمیایی هستند که سیستم ایمنی بدن را تحریک کرده تا هنگام حمله ویروس به بدن ، بهتر با عوامل بیماری زا مبارزه کند. بدن با پاتوژن های ضعیف شده مبارزه می کند و در طی مراحل مختلف ، ساختار سلولی پاتوژن‌ها را یادداشت می کند. همچنین سیستم ایمنی دارای برخی سلول ها است که بیماری را “به یاد آورده” و اطلاعات را در بدن ذخیره می کند.

هنگامی که فرد در معرض بیماری واقعی قرار می گیرد، بدن، بلافاصله عامل بیماری زا را تشخیص داده و به سرعت از بدن دفاع می کند؛ زیرا قبلاً اطلاعاتی در مورد آن داشته است. این به معنی بهبودی سریعتر و علائم کمتر است. پاتوژن‌های ضعیف با استفاده از روش های بیوتکنولوژی مانند رشد پروتئین‌های آنتی ژنیک در محصولات مهندسی شده ژنتیکی استخراج می شوند. به عنوان مثال ، تولید واکسن ضد لنفوم با استفاده از گیاهان مهندسی ژنتیکی شده توتون و تنباکو.

بیوتکنولوژی کشاورزی

بيوتكنولوژي كشاورزي به توسعه گياهان اصلاح ژنتيكي شده براي افزايش بازده محصول و يا معرفي ويژگي هايي براي گياهان میپردازد. به این صورت که گیاهان در مناطقي که با نوعي عامل تنش زا (به طور مثال آفات گیاهی) در تماس هستند، همچنان به رشد خود ادامه میدهند. در بعضی موارد، این روش شامل شناسایی و یافتن ژن خاص و سپس قرار دادن آن ژن در گیاه دیگر است تا ویژگی مطلوب مورد نظر را بدست آورده و باعث ماندگاری یا تولید بیشتر محصول نسبت به گذشته شود. (4)

محصولات مقاوم در برابر آفات

در بیوتکنولوژی کشاورزی تکنیک‌هایی ارائه می شود که باعث ایجاد خصوصیات ضد آفت در محصولات گیاهی شده و در نهایت منجر به مقاومت گیاهان در برابر آفات می گردد. به عنوان مثال می توان ژن های باکتری Bacillus  thuringiensis  را به محصولات منتقل کرد. دلیل این امر این است که این باکتری، پروتئینی  تولید می کند  که در برابر آفات ذرت در اروپا بسیار موثر است. پروتئین Bt ویژگی مورد نظری است که گیاهان دوست دارند و به همین دلیل متخصصان، ژن ایجاد کننده پروتئین Bt را در باکتری شناسایی کرده و به ذرت منتقل کردند.

بیوتکنولوژی صنعتی

بیوتکنولوژی صنعتی به معنی کاربرد بیوتکنولوژی برای اهداف صنعتی مانند تخمیر صنعتی نان است. کارایی بیوتکنولوژی صنعتی با استفاده از تکنیک‌های زیست شناسی مولکولی مدرن افزایش یافته و تأثیرات مضر محیطی فرآیندهای صنعتی از جمله تولید کاغذ و تفاله، تولید مواد شیمیایی و منسوجات را کاهش می دهد.  به این منظور در این صنعت، از سلول هایی مانند میکروارگانیسم‌ها یا اجزای سلول مانند آنزیم ها، برای تولید محصولات در زمینه‌هایی مانند مواد غذایی و خوراک، مواد شیمیایی، مواد شوینده، کاغذ و تفاله، منسوجات، سوخت های زیستی و بیوگاز  استفاده می‌شود.

یکی از کاربردهای این صنعت، تولید بیوگاز است. بیوگاز به معنی مجموعه گازهایی است که از تجزیه و تخمیر موادی که در گروه زیست توده جای می گیرند (فضولات حیوانی، انسانی، پسماندهای گیاهی و . . .) تولید می‌شود. (4)

در دهه فعلی ، پیشرفت چشمگیری در ایجاد ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی (GMOs) انجام شده است که باعث افزایش تنوع کاربردها و دوام اقتصادی بیوتکنولوژی صنعتی می شود.

بیوکاتالیست

بیوکاتالیست ها توسط شرکت های بیوتکنولوژی صنعتی برای سنتز مواد شیمیایی ساخته شده اند (برای مثال آنزیم ها). آنزیم ها پروتئین هایی هستند که توسط همه ارگانیسم ها تولید می شوند. با استفاده از بیوتکنولوژی می توان آنزیم مورد نظر را در مقادیر تجاری تولید کرد.  (4)

بیوتکنولوژی محیطی

بیوتکنولوژی محیطی فناوری مورد استفاده در تصفیه زباله و پیشگیری از آلودگی است که می تواند در مقایسه با روشهای متداول و پرزحمت، بسیاری از زباله ها را پاکسازی کند و وابستگی ما به روش های قدیمی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

هر موجود زنده مواد مغذی را برای زندگی مصرف کرده و در نتیجه محصولات دفعی تولید می کند. اما موجودات مختلف به انواعی از مواد مغذی نیاز دارند. برخی از باکتری ها از طریق اجزای شیمیایی مواد زائد رشد می‌کنند. مهندسان محیط زیست برای تحریک فعالیت باکتری ها، مواد مغذی را به محل دفن زباله‌ها اضافه می‌کنند. این باکتری ها به هضم مواد زائد در محل کمک کرده و در نتیجه آنها را به محصولات جانبی بی ضرر تبدیل می‌کنند. باکتریها پس از مصرف مواد زائد یا از بین می روند یا به میزان طبیعی جمعیت خود در محیط باز می گردند.

پالایش زیستی

پالایش زیستی به کاربرد روشهای بیوتکنیکی اطلاق می شود که به توسعه بیوراکتورهای آنزیمی کمک می کنند. در این روش نه تنها برخی از اجزای زباله های صنعتی و غذایی پیش تصفیه می شوند، بلکه بدون استفاده از مکانیسم‌های دفع مواد زائد جامد ، امکان حذف زباله ها از طریق سیستم فاضلاب فراهم می شوند. (4)

بیوتکنولوژی مواد غذایی

برای برآوردن نیازهای روزافزون انسان ها، دامها در حال افزایش هستند، که این موضوع، منجر به جنگل زدایی، تغذیه بیشتر و استفاده از آب تمیز می شود. یکی دیگر از کاربردهای این علم تغییر ژنتیکی سموم گیاهی و بی‌اثر کردن آنها است تا حشرات جهت استفاده از این گیاهان در امان باشند. همچنین بیوتکنولوژی مواد غذایی روی استخراج محصولات مفید حشرات و به حداقل رساندن بهره برداری از محیط زیست کار می کند.

بیوتکنولوژی دریا

بیوتکنولوژی دریا به اکتشاف و بهره برداری از آبزی پروری و تولید دارو می پردازد. این امر باعث توسعه داروهای جدید یا آنزیم‌های صنعتی می شود تا آبزیان را در برابر شرایط محیطی مقاوم کند. از آنجایی که 70 درصد سطح زمین را آب تشکیل می دهد ، اکوسیستم آبی بسیار وسیع است. به همین دلیل، آلودگی آب، زندگی جانداران بیشماری را تهدید می کند. موادی که از اکوسیستم های دریایی استخراج شده اند با این باور که عوارض جانبی کمتری دارند، به عنوان داروی ایدز، مسکن ها و حتی محصولات آرایشی استفاده می شوند.  بنابراین ، بیوتکنولوژی آبی یکی از شاخه های اصلی بیوتکنولوژی است و کاربردهای وسیعی دارد.

ماهی تراریخته

ماهی تراریخته، ماهی تغییر یافته ژنتیکی است که DNA آن با استفاده از سیستم های طراحی ژنتیکی تنظیم شده است. انتقال ژن به موجودات دریایی یکی از مهمترین کاربردهای بیوتکنولوژی دریا است. انگیزه اساسی تراریختگی در ماهیان، بهبود ژن ، توسعه و سودآوری آنها است. (3)

بیوانفورماتیک

بیوانفورماتیک یک گرایش بین رشته ای در شاخه بیوتکنولوژی است که تکنیک ها و ابزارهای برنامه نویسی برای درک اطلاعات زیستی را ایجاد می کند. به عنوان یک حوزه بین رشته ای از علم، بیوانفورماتیک می تواند به علم های مهندسی نرم افزار، طراحی داده، حساب و اندازه گیری جهت بررسی و رمزگشایی اطلاعات زیستی بپیوندد. بیوانفورماتیک ترکیبی از علوم کامپیوتر و بیوتکنولوژی به ویژه در زمینه ژنومیک است. به خصوص در حوزه هایی مانند ژنومیک عملکردی و پروتئومیکس نقش مهمی ایفا می کند.

دارو

یکی از زمینه های اصلی کاربرد بیوانفورماتیک، بخش دارویی است که از آن برای تولید داروها، روشهای پیشگیرانه و موارد دیگر استفاده می شود. از جمله کاربدهای این علم، کشف پزشکی، داروهای شخصی، داروهای پیشگیرانه، ژن درمانی و سایر تکنیک ها است که تمامی این روش‌ها در زمینه های انسانی، دامی و کشاورزی انجام می گیرد.

بیوتکنولوژی اختراعات

این گرایش مربوط به تجزیه تحلیل و انتشار تحقیقات، ثبت اختراع در زمینه بیوتکنولوژی، تضمین حقوق مالکیت معنوی و ایجاد بستری برای بحث و جستجوی راه حلی برای مشکلات موجود در بیوتکنولوژی است.. قبل از ثبت اختراع در زمینه بیوتکنولوژی، معیارهای خاصی باید رعایت شود. به طور مثال شایستگی موضوع ، تازگی ، کاربرد آن و غیره. علاوه بر این، اختراع باید برای صنعت قابل قبول بوده و مبتکرانه باشد.

بیوتکنولوژی مناطق خشک

بیابان حدود 33%  از سطح زمین را تشکیل می دهد و در قاره ای مانند آفریقا، محل زندگی برخی از فقیرترین کشورها، تقریباً دو سوم این منطقه را مناطق بیابانی یا خشک تشکیل می دهند. از آنجا که آب کافی و شرایط جوی مناسب وجود ندارد ، تولید محصولات بیهوده است که این موضوع باعث ایجاد مشکلاتی در زمینه تولید و مصرف مواد غذایی و چالش های اقتصادی می شود.

بیوتکنولوژی مناطق خشک یکی از شاخه های بیوتکنولوژی است که به بررسی در زمینه تغذیه جمعیت ساکن در این مناطق و محصولات بسیار مقاوم به خاکهای خشک و شور می پردازد. تولید محصولات با استفاده از فناوری GMO  و یا با استفاده از دانه های با کیفیت بالا ، توسعه فناوری پس از برداشت برای حفظ مواد غذایی در شرایط جوی نامناسب ، پرورش دام های پربازده و استفاده منطقی از آب در مناطق کم باران از کاربردهای این شاخه از بیوتکنولوژی است. (3)

تروریسم زیستی (بیوتروریستم)

بیوتروریسم به انتشار یا انتشار عمدی ویروس، باکتری و سایر عوامل بیماری زا جهت بیمار کردن یا کشتن انسان ها، دامها و محصولات کشاورزی اشاره دارد. به عنوان مثال باکتری آنتراسیس باسیلوس.

میکروارگانیسم ها، عوامل بیماری زا و سموم به عنوان یک ابزار ارزان قیمت می توانند برای ایجاد رعب و وحشت در جامعه استفاده شوند.  (3)

بیوتکنولوژی در مقابل شرکت های دارویی

بیوتکنولوژی و شرکت های دارویی، هر دو دارو تولید می کنند. با این تفاوت که، داروهای ساخته شده توسط شرکت های بیوتکنولوژی از ارگانیسم های زنده تهیه می شوند، در حالی که داروهایی که توسط شرکت های دارویی ساخته می‌شوند، اساساً شیمیایی هستند. اصطلاح بیوفارما در مورد شرکت هایی است که هم از بیوتکنولوژی و هم از مواد شیمیایی در تحقیق و توسعه خود استفاده می کنند.

محصولات رایج بیوفارما هر چیزی است که از پلاستیک ، شوینده لباس ، واکسن و … ساخته شده باشد. محصولات رایج شرکت های دارویی، داروها و ویتامین ها هستند. شرکت های بیوتکنولوژی از موجودات زنده برای حل مشکلات محصولات جدید استفاده می کنند. به عنوان مثال با استفاده از DNA  به ایجاد محصولات مقاوم در برابر آفات، سوخت های زیستی مانند اتانول و شبیه سازی ژن می پردازند.  (6)