زیست فناوری چیست – به زبان ساده
همانطور که در زیست دوازدهم خواندیم به هر گونه فعالیت هوشمندانه انسانی در تولید و بهبود محصولات گوناگون با استفاده از موجود زنده زیست فناوری یا بیوتکنولوژی گفته میشود، زیست فناوری با بهره‌گیری از سیستم‌های زیستی موجود زنده، به منظور ارتقای کیفیت زندگی و تولید فناوری‌های پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرد.
زیست فناوری در حوزه‌های مختلفی مانند کشاورزی، پزشکی و داروسازی کاربرد دارد. همچنین ردپای این علم در ارتقای بهبود و کیفیت محصولات زیستی دیده میشود. زیست فناوری مجموعه‌ای از روش‌های مدرن برای تولید، تغییر و اصلاح فراورده‌ها، به‌نژادی موجودات زنده و تولید میکروارگانیسم‌های مهندسی‌شده است. این علم همانند یک علم پایه یا کاربردی نیست که محدوده مشخص و قابل تعریفی داشته باشد؛ بلکه زیست فناوری، علمی است که بخش‌های مشترک زیادی با علوم دیگر دارد. زیست فناوری نوین، یکی از دریچه‌های امید قرن آینده برای رفع بسیاری از نیازهای مختلف بشر و راه حلی برای تامین امنیت غذایی جمعیت رو به رشد جهان به شمار می‌رود با مجله بیوزوم همراه باشید تا به این پرسش بپردازیم که زیست فناوری چیست؟ و تاریخچه،کاربردها، گرایش‌ها و نحوه ورود به این رشته را بررسی کنیم.
مطلب مرتبط: جواب فعالیت‌های زیست دوازدهم
برای پاسخ به این پرسش که بیوتکنولوژی یا زیست فناوری چیست؟ باید گفت بیوتکنولوژی، به‌کارگیری سامانه‌های زیستی برای توسعه و تولید محصولات و فرایندهای خاص است. هر نوع کنش هوشمندانه بشر در طول دوران آفرینش، بهبود و توزیع انواع فرآورده‌های مختلف با کمک جانداران، به خصوص با کمک دست‌کاری در زمینه مولکولی در حوزه بیوتکنولوژی قرار می‌گیرد. در ایران، این دانش با نام “زیست فناوری” شناخته میشود.
برآورد شده است که ارزش بازار جهانی بیوتکنولوژی تا سال ۲۰۲۵ به ۷۲۷/۱ میلیارد دلار آمریکا خواهد رسید.
معرفی علم زیست فناوری
زیست فناوری، ترکیبی از علوم زیست شناسی و مهندسی بوده و پدیده نوینی است که با استفاده از یکپارچه کردن علوم پایه‌ای مانند ژنتیک، زیست‌شناسی سلولی، میکروب‌شناسی و فناوری‌های تولید، در سامانه‌های زیستی به کار می‌رودو رویکردی جدید به حل مسائل بهداشتی، محیط زیستی و صنعتی دارد.
بشر از فرایندهای زیستی میکروارگانیسم‌ها، از حدود ۶۰۰۰ هزار سال پیش برای تولید محصولات مفید استفاده کرده است، از جمله محصولاتی که به روش زیستی از دیرباز تاکنون توسط بشر تولید می‌شوند، شامل انواع نان‌های تخمیری، محصولات لبنی مانند پنیر و ماست هستند. در ادامه، تاریخچه این علم را بررسی می‌کنیم.
تاریخچه علم زیست فناوری
برای مطالعه بهتر تاریخچه علم زیست فناوری، آن را به سه دوره، تقسیم می‌کنند که در ادامه هر یک را بررسی می‌کنیم.
1- زیست فناوری سنتی: با توجه به مطالعات انجام شده، به‌کارگیری میکروارگانیسم‌ها در تولید مواد خوراکی مانند نان، سرکه، آبجو، ماست، شراب و پنیر، به بیش از ۸ هزار سال پیش برمی‌گردد. تولید محصولات تخمیری با استفاده از فرایندهای زیستی مربوط به این دوره است.
پی بردن به نقش و فعالیت میکروارگانیسم‌ها به منظور تولید الکل و سرکه در چند سده قبل اتفاق افتاد. در واقع این امر مربوط به زمانی میشود که بازرگانان فرانسوی به دنبال روش خاصی بودند تا بتوانند از ترش شدن آبجو و شراب خود به طور کامل جلوگیری کنند.
آنان از لویی پاستور درخواست کمک کردند. پس از مطالعه و تحقیقات مکرر، لویی پاستور به این نتیجه رسید که مخمرها در حضور قند، آن را به الکل تبدیل می‌کنند، این فرایند به نام تخمیر بی‌هوازی شناخته میشود. علاوه بر این، او فهمید که ترش شدن محصولات مرتبط، به دلیل فعالیت باکتری‌های خاصی است که موجب می‌شوند تا الکل با وجود اکسیژن به اسید استیک تغییر پیدا کند.
2- زیست فناوری کلاسیک: در این دوره، تولید مواد صنعتی دارویی مانند پادزیست‌ها و مواد غذایی صنعتی رونق گرفت.
3- زیست فناوری نوین: با توجه به افزایش نرخ جمعیت و تامین امنیت غذایی، تغییر و اصلاح خصوصیت جانداران با هدف تولید محصولات با کیفیت و کمیت بالاتر در این دره انجام شد.
کاربرد علم زیست فناوری
از زیست فناوری در تولید کلیه محصولات سنتی، به نژادی دام و گیاهان و محصولات دارویی نوین استفاده میشود.
با رواج تخمیر صنعتی، امروزه تولید پادزیست‌ها (آنتی‌بیوتیک‌ها)، انسولین انسانی و اینترفرون آزمایشگاهی از جمله مهم‌ترین کاربردهای این دانش به شمار می‌آیند. با پیدایش فناوری DNA نوترکیب، مهندسی ژنتیک، دست‌کاری ژن‌ها و انتقال ژن از یک جاندار به دیگری امکان‌پذیر شده و ظرفیت بهره‌گیری از این فناوری به گونه‌‌ای فزاینده‌ای افزایش یافته است.
امروزه با افزایش جمعیت جهان و نیاز به تأمین مواد غذایی، بیوتکنولوژی کشاورزی به عنوان یکی از راهکارهای مؤثر در تولید محصولات غذایی پرمصرف و مقاوم، به طور ویژه در دستور کار قرار گرفته است. محصولات تراریخته‌ای نظیر ذرت، برنج، سویا، گوجه فرنگی و گندم با استفاده از فنون نوین بیوتکنولوژی تولید و به‌کارگیری شده‌اند. همچنین، استفاده از فناوری بیوتکنولوژی در افزایش تولید شیر و گوشت دام، مؤثر و کارآمد بوده است، اما جایگاه این علم در کشور ایران چیست؟
همانطور که پیش‌تر اشاره کردیم، در دوره زیست فناوری نوین انتقال ژن از جانداری به جاندار دیگر انجام شد این انتقال ژن به صورت انتقال عمودی به معنی انتقال ژن از والد به فرزند و انتقال افقی یا همان تراریزش، به معنی انتقال ژن با استفاده از مهندسی ژنتیک است. از جمله مثال‌های موفق تراریزش در ایران، می‌توان به تراریزش برنج اشاره کرد. با این حال، به دلیل سرسختی برنج و دشواری کشت‌بافت آن، رویکرد تراریزش متوقف شده است و به بسیاری از ارقام برنج بومی ایرانی تعمیم نیافته است. هر چند تلاش‌های اندکی برای کشت بافت برخی از ارقام بومی برنج صورت گرفته است، اما این موضوع نیاز به تلاش بیشتر پژوهشگران در این زمینه را دارد.
یکی از وظایف مهم بیوتکنولوژی در حوزه پزشکی، تأمین سلامت و بهداشت همه مردم کره زمین است. با تولید داروهای نوترکیب و واکسن‌ها، این فناوری تلاش می‌کند تا به روش‌های درمان کم‌هزینه بیماری‌ها دست پیدا کند و به درمان بیماریهای بدون درمان (لاعلاج) بپردازد. علاوه بر این، با یافتن روش‌های سریع‌تر و مؤثرتر برای تشخیص بیماری‌ها، زیست فناوری پزشکی به درمان بیماریهای گوناگون، از جمله بیماریهای ژنتیکی نیز کمک خواهد کرد.
انواع گرایش‌های علم زیست فناوری
به طور کلی می‌توان گفت که گرایش‌های علم بیوتکنولوژی را به دو بخش مختلف تقسیم‌بندی می‌کنند. در ادامه متن قصد داریم به هر یک از این موارد بپردازیم و به این پرسش پاسخ دهیم که کاربردهای مختلف زیست فناوری چیست؟
زیست فناوری پزشکی
بیوتکنولوژی پزشکی یکی از گرایشات رشته‌ی زیست فناوری بوده که در آن علاوه‌بر مطالعه و تحقیق روی سلول‌های باکتریایی، جانوری، گیاهی و…، با استفاده از روش‌های نوین زیستی مانند مهندسی ژنتیک، کلونینگ، تمایزدهی، تمایز زدایی و… به پیشگیری، تشخیص و درمانِ بیماریهای مرتبط با سلول‌های انسانی می‌پردازد. همچنین گفتنی است که از این شاخه‌ی بیوتکنولوژی در صنعت طراحی و ساخت داروهای کاربردی و پربازده برای انواع بیماری‌ها و ناهنجاری‌های انسانی استفاده میشود.
بیوتکنولوژی کشاورزی
زیست فناوری کشاورزی، به تولید گیاهان اصلاح شده ژنتیکی به منظور افزایش عملکرد محصول و خصوصیات مفید در گیاهان، به خصوص محصولات زراعی، می‌پردازد.
به عنوان نمونه، گیاهانی که به صورت کلی یا جزئی اصلاح ژنتیکی شده‌اند، خصوصیات بسیار ویژه‌ای دارند و امکان بهره‌گیری از آن‌ها در محیط‌هایی با شرایط خاص ، وجود خواهد داشت. از جمله این محیط‌ها می‌توان به محیط‌های خشک و یا محیط‌های سمی و دارای آفات زیاد ، اشاره کرد. برای تولید گیاهان با خصوصیات مفید، نظیر گیاهان مقاوم به آفات، دانشمندان این حوزه می‌بایست مشخصه و صفت مورد نظر را در سایر گیاهان پیدا کنند، سپس ژن تولید کننده این خصوصیت را شناسایی و در طول عملیات مهندسی ژنتیک، این ماده را به داخل ژنوم یا سایر سلول‌های گیاه مربوطه انتقال بدهند.
بیوتکنولوژی کشاورزی با استفاده از تکنولوژی‌های مدرن، به تولید گیاهان با خصوصیات مفید کمک می‌کند و در نتیجه موجب بهبود عملکرد محصولات زراعی و افزایش محصولات تولیدی خواهد شد.
مقاطع تحصیلی رشته زیست فناوری
رشته بیوتکنولوژی از رشته‌های پرطرف‌دار و پویای علوم در جهان است که در آن به کاربرد فناوری‌های نوین در حوزه زیست‌شناسی پرداخته میشود. در طول دوره تحصیلی، دانشجویان با مفاهیم اساسی زیست‌شناسی، شیمی، فیزیک و ریاضیات آشنا می‌شوند.
همچنین، آن‌ها نسبت به تکنولوژی‌های نوینی مثل ژنتیک مولکولی، کشت سلولی، تشخیص بیومارکر، بیوانفورماتیک، شبیه‌سازی و مدل‌سازی سیستم‌های زیستی شناخت پیدا خواهند کرد. در پایان دوره تحصیلی، دانشجویان می‌توانند در صنایع دارویی، محصولات غذایی، کشاورزی، محیط زیستی، پزشکی و… کار کنند. حال این پرسش به وجود می‌آيد که منظور از وضعیت بازار کار زیست فناوری چیست؟
بازار کار رشته زیست فناوری
همانطور که اشاره شد، زیست فناوری در بخش‌های مختلفی مانند صنعت، کشاورزی و پزشکی به کار گرفته میشود. با وجود اینکه، این علم در زندگی انسان نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند به علت نو ورود بودن این رشته به عرصه رشته‌های دانشگاهی، همواره دغدغه پیدا کردن کار برای محصلین این رشته وجود دارد. از این رو جهت پاسخ به این دغدغه، در ادامه به بازار کار این رشته می‌پردازیم.
همانطور که پیش‌تر اشاره کردیم، بیوتکنولوژی، یکی از رشته‌های نوین زیستی است که نقش کلیدی آن در صنعت، به مرور زمان پر رنگ‌تر میشود. در بسیاری از کشورهای پیشرفته جهان، ساز و کارهای مناسب برای بهره‌گیری از خدمات و محصولات بر پایه بیوتکنولوژی، فراهم شده است.
با توجه به شرایط اقتصادی ایران، حذف آلایند‌ها جهت کاهش آلودگی هوا، تولید سوخت‌های زیستی و بازیافت زیستی در اولویت قرار گرفته‌اند شرکت‌های دانش‌بنیان زیستی در این حوزه رشد چشم‌گیری داشته‌اند. با وجود پیشرفت‌های اخیر، با توجه به نوظهور بودن این رشته، مسیر فناوری‌های زیستی در ایران، بسیار پر نشیب و فراز است و پیشرفت در این رشته نیازمند صبر، پشتکار، خلاقیت و ایده پروری با استفاده از تقویت مهارت‌های فردی و ارتباط دانشگاه با صنعت است.
در ادامه به چند مورد از جایگاه‌های شغلی پرتقاضای این رشته می‌پردازیم:
صنعت داروسازی
همانطور که در بخش‌های بالا به آن اشاره کردیم، یکی از کاربردهای رشته‌ی بیوتکنولوژی، بویژه زیست فناوری پزشکی، استفاده از آن در صنعت داروسازی است. بدین ترتیب که افراد متخصص این حوزه در تلاش‌اند تا با طراحی داروهای منحصر به فرد و ساخت آن‌ها با استفاده از روش‌هایی نوین همچون: فناوری نانو، خالص‌سازی، مهندسی ژنتیک پیشرفته، مدل‌سازی و… بیماری‌هایی مثل انواع سرطان، سندرم‌ها و بیماریهای خودایمنی را با کمترین اثرات جانبی درمان کرده و یا از پیشرفت آن جلوگیری کنند.
تولید مکمل‌های مواد مغذی
بیوتکنولوژی، امروزه به عنوان یکی از ابزارهای مهم جهت حفظ سلامت و تأمین نیازهای غذایی جامعه شناخته شده است. با استفاده از روش‌های مختلفی مانند مهندسی ژنتیک، می‌توان به راحتی جهت یافتن راه‌حل‌های مناسب برای بالابردن کیفیت مواد غذایی قابل دسترسی برای جامعه اقدام کرد.
غنی کردن مواد غذایی با استفاده از ریز مغذی‌ها، ویتامین‌ها و عناصر مفید یکی از فرصت‌های شغلی رشته زیست فناوری است. این مواد غذایی می‌توانند نیاز بسیاری از افراد که قادر به دریافت ترکیبات مورد نیاز خود به صورت طبیعی از رژیم غذایی نیستند، را تامین کنند. پس تولید این مکمل‌های مغذی یکی از فرصت‌های شغلی این رشته است.
تولید محصولات زراعی مقاومدر مقابل استرس ابیوتیک یا غیرزنده
با وجود تعداد محدود زمین‌های قابل کشت و به دلیل افزایش جمعیت جهان، تأمین غذا برای بشر نیازمند تولید محصولات غذایی در کمترین زمان ممکن است. برای این منظور، لازم است که محصولات زراعی قابل تحمل در شرایط مختلفی مانند خشکسالی، شوری و یخ‌بندان توسعه داده شوند.
علاوه بر این، توسعه محصولات قابل رشد در زمین‌های بایر و غیرقابل کشت نیز می‌تواند به فرآیند کشت و برداشت محصولات غذایی کمک کند. به عنوان مثال، توسعه محصولاتی که در مناطقی با آب و هوای سخت مانند آفریقا و خاورمیانه رشد می‌کنند، می‌تواند به تأمین غذا در این مناطق یاری برساند.
تولید عناصر زیستی
بیوتکنولوژی، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف از تولید ساختارهای سلولی تا تولید عناصر بیولوژیکی دارد. این فناوری به شرکت‌ها امکان می‌دهد تا محصولاتی با کیفیت بالا و کارایی بیشتری تولید کنند.
از بین نمونه‌های قابل قبول در صنایع بیوتکنولوژی می‌توان به ساخت نوشیدنی‌های تخمیری، تولید شوینده‌هایی که میزان کارایی بسیار مناسبی دارند، ساخت کلیه محصولات بهداشت شخصی با کمک ساختارهای بیوتکنولوژي عالی، ساخت نان‌هایی با حجم بالا و همچنین بهره‌گیری از مخمرها و کلیه آنزیم‌های زیستی، نام برد.
ساخت الیاف مقاوم
در ادامه این مبحث که جایگاه‌های شغلی زیست فناوری چیست؟ باید گفت این حوزه در موارد نظامی نیز کاربرد دارد. تارهای عنکبوت در مقابل نیروی کششی بسیار مقاوم هستند و با همان سطح مقطع می‌توانند نیروی کششی بیشتری را نسبت به فولاد را تحمل کنند. به دلیل این خصوصیت، این تارها در صنایع مختلف توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند.
به عنوان مثال، در صنایع تولید لباس‌های جنگی از ابریشم تار عنکبوت برای تولید جلیقه‌های ضدگلوله استفاده میشود. طبق مطالعات انجام شده، ابریشم تار عنکبوت مقاوم‌تر از الیاف کولار (Kevlar) است که در گذشته در مواردی که نیاز به استحکام و مقاومت پارچه بود، به کار می‌رفتند. در نتیجه، این ماده می‌تواند به عنوان یک گزینه بهتر برای تولید جلیقه‌های ضدگلوله با ویژگی‌هایی نظیر مقاومت بیشتر در برابر نیروی کششی در نظر گرفته شود.
تحصیل در خارج از کشور
امکان تحصیل در خارج از کشور در رشته زیست فناوری وجود دارد. بسیاری از دانشگاه‌های معتبر جهان این رشته را در مقاطع کارشناسی و کارشناسی ارشد ارائه می‌دهند. برخی از دانشگاه‌های مشهور در این زمینه شامل دانشگاه‌های هاروارد، ماساچوست، کالیفرنیا، استنفورد و کمبریج هستند.
جمع بندی
همانطور که در این مطلب خواندیم، زیست فناوری یک حوزه پیشرفته و جذاب است که با ترکیب دانشهای زیست شناسی و فناوری، به ایجاد و توسعه روش‌های نوین درمان بیماری‌ها، تولید مواد غذایی بهتر و افزایش بهره وری در بخش کشاورزی کمک می‌کند. همچنین، این حوزه قابلیت ایجاد تغییر و تحولات زیادی داشته و می‌تواند در آینده، پیشرفت چشم‌گیری را در حوزه‌های مختلف، رقم بزند.
سوالات متداول
1- رشته زیست فناوری چیست؟
زیست فناوری یک حوزه پیشرفته و مدرن است که با ترکیب دانشهای زیست شناسی و فناوری ایجاد شده است.
2- زیست فناوری پزشکی چیست؟
زیست فناوری پزشکی، یکی از شاخههای علم بیوتکنولوژی میباشد که در راستای پیشگیری، تشخیص و درمان برخی بیماریهای انسانی از آن استفاده میشود.
3- چند کاربرد مهم بیوتکنولوژی چیست؟
تولید الیاف مقاوم، تولید داروهای خاص و بهبود گیاهان به منظور رشد در شرایط نامناسب.
