بیوتكنولوژیی مهندسی شیمی دنیای امروز

[mahdi.adelinasab]

● مقدمه
بانگاهی به دنیای امروز شاید بتوان آن را به نوعی دنیای بحرانها نامید. بحرانهای سیاسی، اجتماعی، اقتصادی، جمعیت، زیست محیطی، تامین غذا برای جمعیتی كه یك سوم آن در زیر خط فقر زندگی می كنند، آب، انرژی، و…. خوشبختانه این مسائل كاملاّ آشكار است و مورد توجه جهانیان قرار داشته و شاید با بیانی بهتر امروزه مورد توجه قرار گرفته است.به طوریكه هر روزه می توان شاهد برگزاری سمینارهای منطقه ای و بین المللی با هدف بررسی این مسائل و پیشنهاد راه حل برای آنها باشیم. هدف از این گفتار نه بررسی تخصصی و كامل این بحرانهاست و نه ارائه راه حل برای آنها، بلكه هدف از این بحث بررسی اجمالی نقش علوم و به ویژه بیوتكنولوژی و مهندسی شیمی در تأثیر گذاری و بر طرف كردن آنها می باشد. در این راستا ابتدا به تعریف این دو شاخه تخصصی در حد امكان پرداخته، ویژگی های آنها را مورد برررسی قرار می دهیم و در نهایت نقش هر یك از آنها در تعالی بخشیدن به اهداف دیگری مورد بحث قرار خواهد گرفت.

● مهندسی شیمی، توانایی ها و كاربرها
برای مهندسی شیمی به عنوان یكی از رشته های فنی كاربردی، كه امروزه گسترش فراوانی پیدا كرده است، از سوی ارگانهای گوناگون تعاریف مختلفی ارائه شده كه در زیر به بعضی از آنها اشاره می شود.انجمن مهندسین شیمی آمریكا مهندسی شیمی را به صورت زیر تعریف كرده است:
«مهندسی شیمی عبارتست از كاربرد اصول علوم فیزیكی همراه با مبانی اقتصادی و روابط انسانی در زمینه هایی كه مستقیماّ به فرآیندها و دستگاههای لازمه مربوط می باشند و در آنها ماده به منظور تغییر در حالت، تركیب یا مقدار انرژی تحت عمل قرار داده شود».
همچنین تعرف ستاد انقلاب فرهنگی ایران از مهندسی شیمی به صورت زیر می باشد:
«فن كاربرد علوم پایه در جهت پیاده نمودن فرآیندهای شیمیایی و فیزیكی در مقیاس صنعتی».
بنابراین و با توجه به تعاریف فوق، مهندسی شیمی را می توان تلفیقی از علوم گوناگون مانند ریاضی، شیمی و فیزیك دانست كه با در نظر گرفتن فاكتورهای اقتصادی، تولید صنعتی یك فرآورده از طریق فرآیند های شیمیایی و فیزیكی در مقیاس زیاد را طراحی و رهبری می كند.

▪ با نگاهی دقیق تر می توان ویژگی ها و تواناییهای موجود در مهندسی شیمی را به طور خلاصه به صورت زیر دسته بندی كرد:

- شناخت و بررسی فرآیندهای فیزیكی و شیمیایی متوالی در مسیر تولید.

- طراحی سیستمها و دستگاههای مورد نیاز در این مسیر.

- بهینه كردن سیستم از نظر اقتصادی و كیفیت فرآورده ها و ..
به نظر می آید كه با توانایی های بالا، مهندسی شیمی می تواند كاربردهای فراوانی در عرصه های صنعتی و در زمینه های گوناگون داشته باشد. و حقیقت نیز چنین بوده و مهندسی شیمی كاربردهای بسیار زیادی در موارد مختلف دارد.

▪ از جمله این كاربردها می توان به موارد زیر اشاره كرد:

- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

- صنایع شیمیایی(رنگ، مواد شوینده و...)

- صنایع كانی غیر فلزی (سیمان، گچ، شیشه، سرامیك و...)

- صنایع سلولزی (كاغذ،مقوا، چوب)

- صنایع غذایی و دارویی

- صنایع فرآوری چرم و پوست

- تصفیه آب و پساب و...
باوجود كاربردهای فراوان مهندسی شیمی، این رشته همواره در حال بسط و توسعه بوده و هر روزه افقهای جدیدتری در پیش روی این رشته قرار می گیرد.یكی از جدیدترین زمینه های به وجود آمده، مهندسی بیوتكنولوژی می باشدكه در قسمت بعد این گفتار به بحث مورد این زمینه جدید علمی- تكنولوژیكی می پردازیم.

● بیوتكنولوژی، عرصه ای نو
صحبت درباره بیوتكنولوژی و شناخت آن به عنوان یك عرصه هر چند جوان اما گسترده علم، نیازمند بحث طولانی و دقیق می باشد كه در صورت امكان و در فرصتهای بعد به آن پرداخته خواهد شد. در اینجا صرفاّ با بیان تعاریفی از آن و بحث اجمالی در باره توانایی های آن سعی می شود به نقش مهندسی شیمی در این عرصه و همچنین نقش بیوتكنولوژی به عنوان یكی از زمینه های اصلی مهندسی شیمی در آینده نه چندان دور پرداخته شود و این دو رشته تخصصی در تعامل با یكدیگر مورد بررسی قرارگیرند.بیو تكنولوژی (Biotechnology)، یك كلمه مركب است كه از دو كلمهBio و Technology تشكیل شده است. Bio به معنای حیات به كارمی رود.برای Technolgy نیز تعارف گوناگونی وجود دارد از جمله: «تكنولوژی، عالیترین دستاورد عینیت و ذهنیت بشری است».و یا «تكنولوژی، تبلور كار انسان در ابزا ر است».در جستجوی تعریف بیوتكنولوژی به سادگی می توان به تعارف بالا مراجعه كرده و به صورت خلاصه ترجمه زیر را برای لغت بیوتكنولوژی ارائه داد: «صنایع زیستی»اما صنایع زیستی به چه معناست و چه كاربردها و چه توانایی هایی دارد؟ به این منظور به چند تعریف گوناگون كه برای این عرصه علمی ارائه شده است اشاره می شود: «بیوتكنولوژی یا صنایع زیستی عبارت از مجوعه فنونی است كه با یاری گرفتن از جانداران به ویژه میكروبها و تك سلولها (سلولهای جانوری، گیاهی، انگلها، باكتریها، قارچهاو مخمرها) محصولات متنوعی در ارتباط با علوم پزشكی، كشاورزی و صنایع تولید می كند».با توجه به اینكه بحث حاضر مربوط به ارتباط بین بیوتكنولوژی و مهندسی شیمی است بیش از این در مورد جزئیات فراوانی كه در بیوتكنولوژی می تواند مطرح شود از جمله: چرایی بیوتكنولوژی، علت توجه روز افزون به آن، علت استفاده از موجودات زنده و مسائل بیشمار دیگر بحث نكرده وبه مساله اصلی پرداخته می شود.

▪ بدین منظور ابتدا به صوت اجمالی به كاربردها و ویژگی ها بیوتكنولوژی می پردازیم:

- تولید فرآورده های غذایی

- تولید آنزیم های گوناگون با كاربرد در صنایع غذایی و دارویی

- تولید انرژی

- تولید فرآورده های ویژه دارویی (آنتی بیوتیكها و پروتئینها) كه از طرق عادی امكان تولید آنها میسر نیست.

- تصفیه بیولوژیكی آبهای آلوده و پسابها

- استخراج فلزات و مواد كانی ارزشمند و...
همان طور كه مشخص است، بیوتكنولوژی به مانند مهندسی شیمی دارای كاربردهای فراوان و اكثراّ در زمینه هایی مشترك با آن می باشد. از این طریق می توان به ارتباط موجود بین این دو رشته پی برد. هدف این دو تخصص در نهایت تولید یك فرآورده است. تفاوت در اینجاست كه در مهندسی شیمی كلاسیك، موجودات زنده نقشی نداشته و در مهندسی بیوتكنولوژی، این موجودات نقش اساسی دارند. بدین ترتیب می توان بیوتكنولوژی را به عنوان مسیر ارتباطی بین تكنولوژی بدون حیات به تكنولوژی وابسته به حیات معرفی كرد.
«بیوتكنولوژی بكار گیری فرآیندها و تبدیلات بیولوژیكی در مقیاس صنعتی جهت تولید مواد بیوشیمیایی یا تسهیل تولید فرآورده های مختلف می باشد».
تا اینجا با تعریف بیوتكنولوژی به ارتباط دو رشته تخصصی مهندسی شیمی و بیوتكنولوژی به صورت اجمالی پرداخته شد در قسمت بعد به نقش مهندسی شیمی در بیوتكنولوژی پرداخته می شود.یك ماده در فرایندهای بیوتكنولوژی نیز به مانند هر فرآورده دیگر مستلزم گذشتن از مراحل گوناگونی می باشد. مانند مرحله پژوهش آزمایشگاهی و تحقیقاتی، تولید یك ماده در آزمایشگاه، تولید نیمه صنعتی یك فرآورده و بررسی فاكتورهای عملیاتی و اقتصادی و درنهایت تولید صنعتی. به غیر از مرحله اول كه مربوط به متخصصان علوم زیستی مانند زیست شناسی، میكروب شناسی بیوشیمی و مهندسی ژنتیك است، در قسمتهای بعدی كه مربوط به كارهای صنعتی است، نیازمبرم به مهندسی شیمی و تخصص آن احساس می شود.طراحی فرآیندها و دستگاههای لازم در فرآیند بیولوژیكی كه توانایی ایجاد شرایط برای تولید بهینه از نظر اقتصادی و كیفی داشته باشد از وظایف اصلی یك مهندس شیمی مسلط به اصول بیوتكنولوژی می باشد. همچنین طراحی فرآیندهایی مانند جداسازی و خالص سازی از وظایف اصلی یك مهندس شیمی می باشد و اینها همه بیانگر نقش اساسی مهندسی شیمی در تولید فرآورده های بیولوژیكی می باشد.بحث در این مورد به صورت خاص بسیار طولانی و تخصصی می تواند باشد كه از حوصله این گفتار خارج است و در فرصتهای بعدی تا حد امكان به آن پرداخته خواهد شد.در نهایت و به عنوان نتیجه بحث می توان چنین بیان داشت كه مهندسی بیوتكنولوژی با توجه به قابلیتهای فراوانی كه دارد از جمله پائین بودن هزینه های تولید در آن، عدم ایجاد آلودگی و همچنین امكان ایجاد در نقاط مختلف كره زمین این قابلیت را دارد كه بعضی بحرانهای موجود در دنیای امروز را تا حدودی برطرف كند و یا از بین ببرد.

منابع:

۱. فرهنگ اصطلاحات مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، جهاد دانشگاهی صنعتی شریف
۲. «بیوتكنولوژی جهان آینده را تغییر خواهد داد»، كیمیا، سال سوم شماره ۸، مهر ۱۳۶۹
۳. «بیوتكنولوژی، آینده جهان و موقعیت ما»، كیمیا سال سوم شماره ۸، مهر ۱۳۶۹
۴. معظمی، نسرین- شجاع الساداتی، عباس، مقدمه ای بر بیو تكنولوژی، انتشارات دانشگاه تربیت مدرس.

 

[mahdi.adelinasab]

بیوتکنولوژی در دنیای فردا

بیوتکنولوژی در دنیای فردا

طی چند سال گذشته تولیدکنندگان سراسر جهان در مورد محصولات اصلاح ژنتیکی شده به اتفاق نظر نرسیده اند. در برخی کشورها عده ای با تولید چنین محصولاتی موافق و در سایر کشورها عده ای دیگر کاملاً مخالف آن هستند.
بیوتکنولوژی در سال های اخیر به موضوعی بحث برانگیز تبدیل شده است. گفتنی است بسیاری از تولیدکنندگان استفاده از این روش ها را نه تنها پرسود بلکه ضروری می دانند. بیوتکنولوژی به عبارت ساده یعنی کاربرد و استفاده از فناوری ها در زمینه های زیستی تا به تولید فرآورده های بهتر منجر شود، همچنین استفاده از فناوری هایی که بتوان آنها را به سادگی به صورت تجاری در سطح وسیع در راستای نیازهای گوناگون گسترش داد.
سال هاست که این علم در پخت نان، تولید فرآورده های لبنی و دیگر موارد به کار گرفته می شود. همچنین با پیشرفت سایر علوم از جمله شیمی و زیست شناسی این شاخه مفهوم دیگری پیدا کرده است. چنین پیشرفت هایی به فهم روزافزون مردم نسبت به علم ژنتیک و نحوه کارکرد DNA درون سلول منجر شده است. حال بشر می داند که چگونه DNA ویژگی خاصی را کنترل می کند، پس می تواند بخشی از DNA مورد نظر را جدا کرده و به دیگر گونه های زیستی مشابه انتقال دهد. حتی بیوتکنولوژی قادر است ویژگی های خاصی از یک گونه را به گونه ای مشابه منتقل کند.


● بیوتکنولوژی یا روش های سنتی؟
طی چندصد سال اخیر برای تولید و همچنین ارتقای کیفیت محصولات و فرآورده های گیاهی و حیوانی گوناگون، روش های سنتی و قدیمی به کار گرفته می شد. یکی از این روش ها بدین ترتیب بود که مثلاً ویژگی مطلوبی از یک گیاه را انتخاب می کردند و سپس گیاه را با گونه ای مشابه که می خواستند ویژگی مذکور به آن منتقل شود، لقاح می دادند.
این روش باعث می شد هم ویژگی های مطلوب به گیاه مورد نظر منتقل شود و هم خصایص نامطلوب مربوط به نسل های قبل از آن گیاه. مشکل دیگر زمان زیادی بود که برای تولید نسلی با ویژگی های جدید دلخواه طول می کشید، مثلاً چیزی حدود ۶ تا ۷ سال متوالی و به علاوه تولیدکنندگان در نهایت به گونه مورد نظر خود دست نمی یافتند. آنها همچنین می خواستند محصولاتی مقاوم در برابر آفات و امراض تولید کنند که هدفی دشوار و چه بسا دست نیافتنی بود. پس می توان اینگونه نتیجه گرفت که پیدا کردن ویژگی های موردنظر در گونه های مشابه و مدت زمان طولانی از مهم ترین دلایل ایجاد رکود در این روش بود.
با استفاده از بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک می توان ویژگی های مطلوب را از هر منبع موجود دیگری (گیاهان دیگر، باکتری، حیوان یا حتی انسان) به دست آورد. مهندسی ژنتیک به طور چشمگیری پیشرفت کرده است و با استفاده از این علم می توان به راحتی توالی ژنی مطلوب را جدا کرده و آن را با روش های متناسب با هدف به داخل سلول های گیاهی که قرار است ویژگی مورد نظر به آن وارد شود، انتقال داد.
سپس سلول های تغییر یافته در سرتاسر گیاه تکثیر و انتشار می یابد و ویژگی موردنظر همانطور که انتظار می رفت، در گیاه بیان می شود. البته همیشه هم کارها با چنین دقتی پیش نمی رود. گاهی اوقات ممکن است تزریق ژنی باعث از کار افتادن یا شروع کار سایر ژن ها شود که این امر منجر به ایجاد مشکلاتی اساسی در گیاه می شود، ولی به هر حال این روش گونه های جدید را با سرعت بیشتری به وجود می آورد.


● بیوتکنولوژی در تولید امروز
بیوتکنولوژی در کشاورزی امروز جایگاه فوق العاده ای را به خود اختصاص داده است، مثلاً در امریکا هکتارها زمین کشاورزی با محصولات بیوتکنولوژی شده (از قبیل غلات و دانه های سویا) زیر کشت می روند. استفاده از این روش برای تولید محصولات به سه گروه اصلی طبقه بندی می شود؛ آفت کش، ضدعلف کش و ضدبیماری.
در طبقه ضدعلف کش ها، ژن هایی از باکتری به گیاه تزریق می شود که گیاه را در مقابل طیف گسترده ای از علف کش ها مقاوم می کند و گیاه نسبت به آن آسیب پذیری خود را از دست می دهد. چنین علف کش هایی معمولاً در مقابله با علف های هرز و برگ های زاید عمل می کنند. استفاده کشاورزان از این علف کش ها به میزان رشد علف های هرز در طول فصل های مختلف و نیز مقاومت گیاهان در برابر این مواد بستگی دارد.
گروه بندی آفت کش ها و انواع گوناگون آن سالیان متوالی است که برای کشاورزان و تولیدکنندگان، مساله حائزاهمیتی به شمار می رود. مهم ترین مساله در مورد این محصولات این است که حشرات و آفت ها می توانند خود را با هر نوع آفت کشی تطبیق دهند و تا به امروز در برابر انواع گوناگونی از آفت کش های قدیمی مقاوم شده اند و امید می رود بیوتکنولوژی بتواند تا حدود زیادی با این مشکل مقابله کند.
در گروه سوم ضدبیماری ها قرار دارند که طی سالیان متمادی توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. این محصولات با ورود به گیاه باعث به وجود آمدن پوشش پروتئینی مقاوم در برابر عوامل بیماری زا می شوند.


● محصولات بیوتکنولوژی در آٍینده نزدیک
در چند سال گذشته برخی از کشورها به خصوص کشورهای اروپایی و آسیایی وارد کردن محصولات بیوتکنولوژی را به داخل کشورشان محدود کرده اند و در برخی کشورهای دیگر نیز استفاده از محصولات به دست آمده توسط تغییرات بیوتکنولوژی قدغن شده است. تولیدکنندگان نیز اجازه استفاده از چنین محصولاتی (مثلاً ضدعلف کش ها) را ندارند.
اوایل به نظر می رسید یکی از دلایل تحریم استفاده از محصولات وارداتی به دست آمده از این فناوری کاهش رقابت میان کشاورزان و تولیدکنندگان آن کشور در برابر کشورهای صادرکننده بوده است. ولی به زودی مشخص شد که مساله فقط بر سر رقابت نیست؛ بلکه سلامت و کیفیت مواد غذایی و محیط رشد و تولید آن توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در حقیقت مصرف کنندگان و عدم پذیرش آنها، نسبت به محصولات اصلاح ژنتیکی شده علت اصلی به کار نبردن این فناوری است. مردم از تولید آلرژی ها، ایجاد و پیدایش سم های احتمالی و کاهش ارزش غذایی محصولات نگرانند. حتی برخی به علت اینکه هیچ گونه آشنایی با روند تولید چنین محصولاتی ندارند، بر این باورند تغییر در وضعیت ژن ها که باعث به وجود آمدن مقاومت در گیاهان می شود (به خصوص در برابر علف های هرز) به تغییرات زیستی منجر می شود.
اما عقیده طرفداران این فناوری چیز دیگری است. آنها می گویند؛ بیوتکنولوژی فناوری جدیدی است که با کمک آن می توان در ژن ها تغییر و جا به جایی ایجاد کرد که به فراهم آوردن محصولات بهتر و متناسب با نیاز امروز بشر بینجامد. آنها همچنین اظهار می دارند که این فناوری هیچ تفاوتی با روش های سنتی پیشین ندارد.
آنها همچنین به سلامت محصولات بیوتکنولوژی کاملاً اطمینان دارند. این روزها مردم به دنبال پاسخ صحیح و قانع کننده ای برای پرسش های خود در مورد استفاده از چنین محصولاتی هستند. قسمتی از پاسخ آنها به پرسش ها این است که امروزه در مورد محصولات دستکاری شده ژنی قبل از عرضه به بازار بررسی هایی به عمل می آید تا از وضعیت کالا اطمینان حاصل شود. در اکثر کشورهای امریکایی روی محصولات برچسبی می زنند مبنی بر آن آنکه کالا از نظر ژنتیکی تغییر یافته است یا خیر. همچنین محل تولید فرآورده و نوع بذر در آن مشخص می شود.


● پاسخ نهایی
پاسخ به پرسش های مربوط به بیوتکنولوژی و آینده آن در کشورهای سرتاسر جهان موضوعی است که نیاز به زمان دارد و پذیرش مصرف کنندگان نسبت به چنین محصولاتی تا حدود زیادی به اطلاع رسانی صحیح از این علم به همگان بستگی دارد. در آینده ای نزدیک روی محصولات بیوتکنولوژی برچسب مشخصات کالا چسبانده خواهد شد و خود خریدار در مورد اینکه آیا آن را مصرف کند یا خیر تصمیم خواهد گرفت. تولیدکننده نیز برای تشخیص اینکه کدام روش پرسود تر است (روش های سنتی یا بیوتکنولوژی) مسیر دشواری را پیش رو خواهد داشت.

 

[mahdi.adelinasab]

بیوتکنولوژی و اصلاح نباتات

بیوتکنولوژی و اصلاح نباتات

بیوتكنولوژی مفهوم گسترده‌ای است كه به استفاده از موجودات زنده و مشتقات حاصل از آنها برای تولید محصولات مفید و سودآور اطلاق می‌شود. این تعریف كلی كلیه فعالیتهای مرتبط با صنایع سركه، تخمیر خمیر نان، مواد آلی، مواد تولیدی برای كنترل حشرات و اصلاح گیاهان و جانوران و محصولات تولیدی و حیوانات اهلی را در بردارد. در حقیقت علم كشاورزی به تنهایی می‌تواند منشاء تكنولوژی زیستی باشد. قرن اخیر با افزایش اطلاعات حاصل از ژنتیك و اصلاح نباتات در ما مواجه با بهبود عملكرد گیاه چه از لحاظ كمی چه از لحاظ كیفیت می‌باشیم. هم‌اكنون تكنولوژی جدید DNA نوتركیب اجازه تشخیص‌های و شناسایی‌ ، جداسازی و حتی تغییر ژنهای و محصولات حاصل از آنها را در موجودات زنده به منظور ایجاد واریته‌های تراریخت فراهم می‌كند. این تكنولوژیها مكمل و افزایش‌دهنده دقت روشهای سنتی اصلاحی به منظور افزایش غذا، فیبر و سایر محصولات حاصل از كشاورزی هستند. كشاورزان در آمریكا، كانادا و آرژانتین و سایر كشورها به سرعت با واریته‌های تراریخت و مهندسی ژنتیك شده آشنا شده‌اند. در بین سالهای ۱۹۹۶ الی ۲۰۰۱، تولیدات جهان محصولات تراریخت مانند سویا، پنبه، ذرت و كانوا، سیر افزایش را داشته و نزدیك به ۱۲۵ میلیون آكروز (۵۰ میلیون هكتار) از سطح زیر كشت را به خود اختصاص داده است. كشاورزان ایالت كالیفرنیا بالغ بر ۳۵۰ محصول متفاوت را تولید كرده‌اند كه ۷۹ تا از این محصولات ملی معرفی گردید. كالیفرنیا همچنین اولین تولید كننده غذاهای تجارتی حاصل از واریته‌های ترانسژنیك می‌باشد، گوجه‌فرنگی calgen,s flouer به طور گسترده در سالهای ۱۹۹۴ در سطح تجارتی مورد كشت قرار گرفت اگر چه سهم قابل توجهی از محصول بازارهای فروش را به به خود اختصاص نداده است. با این حال بعد از آن فروش جهان محصولات زراعی تراریختی مانند ذرت، سویا و پنبه در مدیترانه و جنوب امریكا، به طور قابل توجهی گسترش یافت. تولیدات قابل توجه تجاری واریته‌های پنبه در كالیفرنیا از سال ۱۹۹۹ در كالیفرنیا آغاز شده و به سرعت، تولیدات این محصولات افزایش یافته است. سایر محصولات تراریخت دیگر در حال گسترش در كالیفرنیا می‌باشد. بهرحال معرفی محصولات تراریخت هیچ وقت با اطمینان كامل نبوده است و همواره در انجام این تكنیكهای جدید خطرات ناشناخته‌ای وجود دارد كه در مقایسه با روشهای سنتی اصلاح نباتات معیارهای غیر قابل پذیرش را برای مصرف آنها ایجاد می‌كند. این مقاله اساس ژنتیكی اصلاح نباتات و اینكه چگونه روشهای سنتی اصلاح نباتات عمل می‌كند و مقایسه بین روشهای كلاسیك و نوین بیوتكنولوژی در اصلاح نباتات را مورد توصیف و بررسی قرار می‌دهد.

● اساس ژنتیكی اصلاح نباتات:
علم كشاورزی بر مبنای اهلی كردن گیاهان وحشی و ایجاد محصولات منطبق بر نیاز ما عمل می‌كند. بشر در حدود ده هزار سال پیش زمانی كه به كاشت و داشت واریته‌های خاصی از گیاهان اقدام نمود، كشاورزی را برای تولید غذا ابداع كرد و لذا گیاهان بوسیله انتخاب و انتقال صفات به نسلهای بعد بهبود یافت. بعنوان مثال اهلی كردن ذرت بوسیله كشاورزان گذشته صورت گرفت. عمده صفات تغییر یافته مرتبط با اهلی كردن گیاهان بود بعنوان مثال صفات (افزایش در تولید بذر، كاشت آسان، اندازه بزرگتر و میزان محصول برداشت شده و تغییر در شكل ظاهری و كاهش و از بین بردن سوبستراهای و مواد سمی و غیره ) بوسیله تمدن‌های كشاورزی گذشته مانند چین و مصر و مادیان صورت پذیرفت بعلاوه، این محصولات كم‌كم با شرایط آب و هوایی خاص منطقه مورد كاشت تطابق و سازگاری یافتند و بنابراین از لحاظ ژنتیكی، صفاتی همچون كیفیت، مقاومت به استرس و مقاومت به بیماری در عملكرد مناسب را به دنبال خود همراه داشت. گیاهان اهلی شده در كشاورزی بر اساس نتایج حاصل از تغییر ژنتیكی گیاهان وحشی در هزاران سال پیش بوجود آمده‌اند. مطالعات علمی در مورد ژنتیك در حدود سال ۱۹۰۰ میلادی با فعالیتهای گرگور مندل آغاز شد. ما حالا می‌دانیم كه ژنها واحدهای وراثتی هستند كه از جنس رشته DNA كه در داخل كروموزم موجود در هسته همه سلولهای موجودات زنده است استقرار یافته‌اند، البته بعضی از ویروسها حاوی ژنومی با تركیب DNA هستند. همه واحدهای ژنتیكی موجود در كروموزم شامل ۴ تركیب در مولكول DNA خود می‌باشند. آدنین (A) تیمین (T) سیتوزین (C) گوانین، نزدیك به هزار كلمه را می‌توان با ۲۶ حرف از الفبای انگلیسی ایجاد كرد، هزاران ژن متفاوت از هم و خاص (تقریباً ۹ هزار تا در مخمرهای تك سلولی و ۲۰۰۰۰ در گیاهان آغازیان و حدود ۳۵۰۰۰ ژن در انسان وجود دارد) كه می‌تواند تنها از ۴ باز آلی موجود در رشته DNA بوجود آید و هر ژن تقریباً حدود ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ باز می‌باشد در سیستم‌های بیولوژیك داخل سلول، این واحدهای نوكلئوتیدی قادر است به پروتئین تبدیل شود كه در توالی خاصی از DNA یك پروتئین خاصی مربوط با خود را كد می‌كند. فعالیت این پروتئینها و وظایف و عملكرد آنها در موجودات مشخص شده است. موجوداتی كه تولید مثل جنسی دارند دو نسخه از كروموزمها را شامل می شود و در طی فرآیند تولید مثل والدین بطور تصادفی یكی از كروموزمها را از میان دو جفت به فرزندان و نتاج خود منتقل می‌كند بنابراین نتاج متفاوت از همان والدین یكسان از لحاظ ژنتیكی بوجود می‌آید. با انتخاب افراد برتر از یك نسل می‌تواند آنها را بعنوان والدین نسل بعد انتخاب و مورد آمیزش قرار داد. و در نتیجه از این طریق صفات مورد نظر و دلخواه را در نسل بعد افزایش داد و منجر به كاهش صفات نا مطلوب گشت، درك اصل ژنتیك و كاربردهای آن در متد‌های اصلاح نباتات موجب بهبود مناسب و معقول نباتات گردید. واریته‌های محصولات مدرن از لحاظ ژنتیك یكنواختی در عملكرد را نسبت به واریته‌های گذشته دارند. اصلاحگران جستجوی دائمی را برای شناسایی تركیبهای ژنتیكی جدید را از گیاهان مورد انتخاب بر اساس صفات مطلوب را انجام می دهند به عنوان مثال صفاتی مانند كیفیت محصول، عملكرد منطقه‌ای، مقاومت به آفات و بیماریها از صفاتی هستند كه همواره مورد توجه قرار می‌گیرد. اصلاحگران معمولاً به تلاقی مابین دو ژنوتیپ برای ایجاد تركیبات جدید ژنتیك صفات كه نهایتاً در فنوتیپ ظهور می‌كند، مبادرت می‌ورزند منبع اولیه تنوع ژنتیكی در ژرم پلاسم داخل در گونه گیاهی وجود دارد و و بطور عمده مرتبط با گونه‌های وحشی است كه قادر هستند در داخل خود گشنی كنند. برای بسیاری از گونه‌های گیاهی اصلاحگران عمدتاً ژنهایی را كه در گونه‌های وحشی قبلاً وجود دارد و باعث افزایش تنوع ژنتیكی می‌شوند را انتخاب می‌كند. هیبریداسیون و دورگ‌گیری بین گیاهان و گونه‌های وحشی امكان دستیابی به ژنهای باارزش را و انتقال آنها را برای بهبود عملكرد ژنتیك محصولات زراعی فراهم می‌كند. به عنوان مثال همه محصولات تجارتی حاوی یك مقاومت تركیبی به قارچها و باكتریها و بیماریهای ویروسی هستند كه عمدتاً از گونه‌های وحشی نشات گرفته است (اینتروگرسیون= انتقال ژنهای مقاومت از یك گونه به گونه دیگر از طریق تلاقی با حفظ ساختاز ژنتیكی گیاه گیرنده) تنوع ژنتیكی می‌تواند همچنین از طریق جهش القائی افزایش یابد یا تغییر در ساختار DNA هرگیاه باعث افزایش میزان تنوع خواهد شد. در سال ۱۹۵۰ بالغ بر ۲۰۰۰ واریته گیاه از طریق جهشهای تصادفی القائی باعث تغییر صفات ژنتیكی گردید. و سپس انتخاب از میان این نتاج باعث بهبود عملكرد آنها شد. روشهای ویژه هیبریداسیون همچنین میزان یكنواخت در تولید عملكرد را افزایش داده دانشمندان در سال ۱۹۲۰ به این نكته پی بردند كه بعضی از محصولات مانند ذرت بطور مداوم به علت خود گردافشان داخل خود تلاقی می‌یابند و ایجاد همخون می‌كند و در نتیجه میزان هتروزیسی و برتری بسرعت طی چندین نسل متوالی رو به كاهش خواهد بود بهرحال اگر دو گیاه اینبرد ویژه را با یكدیگر تلاقی دهیم در نتاج حاصل كه با نماد F۱ نشان داده می‌شود غالباً در نتیجه پدیده هتروزیسی و هیبریدی ویگور میزان عملكرد نتاج از میانگین عملكرد والدین بیشتر خواهد بود. این پدیده بعنوان هتروزیسی یا هیبریدی ویگور است كه اساس ایجاد بسیاری از بذرهای هیبرید برای ذرت، سورگوم و آفتابگردان و بسیاری از سبزیجات می‌باشد. تولید دانه‌های هیبرید نیازمند دستكاری ژنتیكی برای تولید والدین اینبرید می‌باشد. یك تلاقی خاص بین دو والد و ایجاد نتاج F۱ برای زارعان باید تعریف شود در نتیجه گیاهان حاصل از این بذرهای هیبرید، در فنوتیپ فرد، هتروزیس مغلوب را نشان می دهند اما باید بخاطر داشت كه در نسل F۲ متعاقب از F۱ این میزان سود مندی در نتیجه ترتیب و در كنار هم قرار گرفتن تصادفی اللهای(گامتهای) حاصل از بین خواهد رفت. و بنابراین زارعان برای رفع این مشكل باید به خرید بذرهای جدید F۱ بمنظور دستیابی به همان عملكرد بالا اقدام و مبادرت ورزند. صرفنظر از اینكه تنوع ژنتیكی بر اساس روشهایی، مدیریت می‌شود نتاج حاصل باید مداوماً برای شناسایی گیاهان والد آزمون می‌شود. فلذا اصلاحگران نباتات باید جمعیت بزرگی از گیاهان را با استفاده از روشهای مختلف (انتخاب انفرادی، لاین بردینك، انتخاب فاملی) آزمون كنند به طور كلی، تنها در صد كمی از گیاهان قادر هستند كه صفات مطلوب را در خود نشان دهند و بنابراین از بین جمعیت بزرگ تعداد كمی به عنوان والدین نسل بعد انتخاب می‌شود.

با تركیب روشهای مناسب و عملی زراعی و بهبود ژنتیك واریته‌های زراعی بطور تصاعدی با افزایش عملكرد محصول و كیفیت آن مواجه خواهیم شد. بطور كلی تخمین زده می‌شود كه تقریباً نصف افزایش در عملكرد محصول در ۵۰ سال اخیر در نتیجه بهبود ژنتیكی گیاهان حاصل شده است و نصف دیگر آن مربوط به بهبود مدیریت و تكنیكهای مرتبط با آن (كود، آبیاری، كنترل بیماریها و آفات می‌باشد). هر دو مراكز تحقیقاتی دولتی و شركتهای خصوصی موجب بهبود عملكرد محصولات زراعی می‌شوند. سازمانهای خصوصی عمدتاً بدنبال خصوصیاتی هستند كه بهبود آنها میزان فروش محصولات مورد عرضه را تحت تاثیر قرار می‌دهند. در سال ۱۹۳۰، سازمان ثبت اختراع امریكا به اصلاحگران اجازه داد كه از مقررات تدوین شده برای واریته‌های گیاهی و بسیاری از نهالهای درختان و سبزیجات استفاده كنند و در سال ۱۹۷۰ سازمان حمایت از واریته‌‌های گیاهی، مقررات خاصی را برای توسعه واریته‌های ژنتیكی خاص در بهبود عملكرد تصویب كرد، بهرحال واریته‌های هیبرید F۱ نمی‌توانست شامل این قوانین شود چرا كه در نتیجه و نسل‌گیری از آنها نمی‌تواند بر خلاف محصولات تجارتی و واریته‌های خودگشنی مانند سویا و گندم و پنبه به همان نتایج مورد انتظار رسید.

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه...

ادامه...

● روشهای كمكی برای بهبود عملكرد گیاهان:
روشهای اصلاحی كه در بالا مورد توصیف قرار گرفت بطور قابل ملاحظه قادر به بهبود عملكرد و كیفیت محصولات مدرن امروزی هستند. ابزارهای كمكی نیز همچنین برای بهبود و افزایش عملكرد ژنتیكی در محصولات زراعی وجود دارد. به همراه روشهای اصلاحی كلاسیك و متداول این روشها نیز نسلهای بسیاری برای برآورد مناسبتر نیازهای مورد نظر ما در اصلاح نباتات بوجود آمده است.

● پیوندزدن و تكنیكهای كشت بافت:
پیوند بافت از دو واریته متفاوت از گونه‌های گیاهان از زمانهای بسیار قدیم در گیاهان چوبی و درختان مورد استفاده قرار می‌گیرد، برش قطعه خاصی از یك واریته و پیوند آن به ساقه از گیاه با منشاء ژنتیكی متفاوت معمولاً برای افزایش مقاومت به بیماری، افزایش تولید و عملكرد و تحریك رشد این محصولات مورد استفاده قرار می‌گرفت، واریته‌های با پتانسیل ژنتیكی مناسب حاصل از طریق موتاسیون القائی یا تلاقی جنسی می‌تواند بسرعت از طریق پیوندزدن به واریته‌های دیگر تكثیر شوند.

● كشت بافت:
كاربرد كشت بافت در بهبود عملكرد گیاهان از سال ۱۹۴۰ آغاز شده است در ساده‌ترین (مفهوم)، كشت بافت به روشی اطلاق می‌شود كه در آن جنین مورد كشت یا یك گیاه كوچك در آزمایشگاه در یك محیط مغذی قرار می گیرد تا اینكه مرحله انتقال آن به خاك در آن فرا رسد. قطعات با قابلیت رشد بسیار (مریستم‌ها) ویژگیها مناسب برای دوباره بوجود آوردن یك گیاه كامل از یك سلول را دارند. تحت شرایط كاملاً كنترل شده بافتهائی می توانند از گیاه جدا شود و سلولهای آن جدا شود و هر كدام از آنها رشد داده شود كه این توده سلولی حاصل از كشت بافت كالوس نامیده می شوند. كه قدرت بسیار مناسب برای تولید یك گیاه كامل را دارد. این تكنیك (كشت بافت) می تواند به عنوان یكی از شیوه های مناسب برای تكثیر و بهبود عملكرد گیاهان مورد استفاده قرار میگیرد.

● میكرو پرو پاگیشن:
میكروپرو پاگیشن تولید چندین كپی از یك گیاه منفرد با استفاده از تكنیكهای كشت بافت می باشد. غالباًَ بافتهای مورد استفاده بافتهای مریستمی است كه در جاهایی كه برگهای جدید و ساقه تولید می شود هر قطعه قادر است كه منجر به ایجاد یك گیاه كامل شود. در بسیاری از موارد ویروسها ئی كه منجر به آلودگی گیاهان می شوند در این قطعات كوچك وجود ندارد و بنابراین از طریق این تكنیك می توان گیاهان بالغ عاری از ویروس ایجاد كرد. به عنوان مثال روش تكثیر معمولی در سیب زمینی از طریق غده یا بذر می باشد در نتیجه گال هایی كه از شبدرهای مورد كشت در سال قبل بوده قادر به انتقال ویروس به محصولات جدید هر سال می باشد. و نتیجتاًَ شیوع بیماری در گیاه باعث كاهش میزان عملكرد می شود. با استفاده از روش میكروپروپاگیشن سیب زمینی و گیاهان galic در آزمایشگاه می توان امكان شیوع و ابتلا به بیماری های ویروسی را با كاشت گیاهان عاری از ویروس كاهش دارد و نتیجتاًَ باعث افزایش قابل توجه محصول شد. روش میكروپرو پاگیشن یكی از روشهای كاربردی برای تولید محصولات كشاورزی می باشد . و برای تكثیر بسیاری از محصولات از این روش استفاده می شود.

● كشت جنین:
كشت جنین معمولاًَ در گیاهان هیبریدی كه از تلاقی والدین وحشی حاصل می شود مورد استفاده قرار می گیرد كه معمولاًَ‌از تلاقی والدین تولید بذرهای زایای بالغ با مشكل روبروست. در این مورد بافتهای جنین نابالغ را می توان از تبدیل شدن به بذر بالغ ممانعت كرد و در آزمایشگاه از كشت جنین به گیاهان هیبرید رسید. كشت جنین اصلاح گر را كمك می كند تا بطور موفقیت آمیزی به ایجاد تلاقی بین والدین وحشی شمار زیادی از گونه ها برای دستیابی به طیف وسیعی از ژنها بپردازد و از این طریق باعث بهبود عملكرد ژنتیكی گیاهان شود، تلاقی چنین گیاهان و كشت جنین ابزارهای سودمندی هستند كه به خصوص باعث انتقال ژنهای مربوط به مقاومت از والدین و خویشاوندان وحشی به محصولات زراعی می شود.

● كشتAnther (بساك):
كشت Anther بساك یكی از كاربردهای ویژه واریته های هیبرید می باشد و قدم اول است برای توسعه لاینهای والدین اینبرد بوسیله خود گرده افشانی مداوم تكثیر می شود. این روش می تواند در بعضی از محصولات بسیار فرایند كند باشد منجمله در پیاز و هویج كه به طور معمول برای گلدهی نیاز به ۲ سال دارد بهر حال با استفاده از كشت دانه گرد در آزمایشگاه ، گیاهان هیبرید كه شامل یك كپی از كرموزوم خود هستند می‌توانند تولید كنند این گیاهان می‌توانند با روشهای القائی كروموزمها خود را مضاعف كنند كه از جمله این روشها تیمارهای شیمیایی است كه نتیجه سریعی را در برداشت و منجر به تولید دو سری كروموزم مشابه می‌شود. این روش به طور تصاعدی باعث كاهش زمان مورد نیاز برای ایجاد والدین اینبرد در واریته‌های هیبرید F۱ و سودمندی انتخاب صفات مغلوب می‌شود.

● كشت سلولی (كشت كالوس):
كشت كالوس همچنین برای تولید جنینهای چندگانه كه می‌تواند رشد كرده و به گیاه كامل تبدیل شود مورد استفاده قرار گیرد. در این روش تعداد نامحدودی گیاه می‌تواند با كشت سلول بدست آید. تنوع سوماكلونی، تنوع ژنتیكی است كه كه در بخش كوچكی از سلولهای حاصل از كشت كالوس بدست می‌آید. بسیار از گیاهان قادرند از كالوسهای كه از لحاظ ژنتیكی یكسان هستند بدست آید. به عنوان مثال واریته‌های هویج و فلفل خوشخوراكی از میان گیاهانی كه از كشت منتج شده‌اند انتخاب می‌شوند.

● پروتوپلاست فیوژن:
پروتوپلاست فیوژن یكی دیگر از روشهای تولید واریته‌های جدید ژنتیكی در آزمایشگاه می باشد. یك پروتوپلاست از یك سلول گیاهی كه دیواره سلولی آن با استفاده از آنزیم از بین رفته می‌تواند با پروتوپلاست دیگر ادغام شود و DNA انها در یكدیگر مخلوط شود سلولهای ادغام شده سپس قادرند كه یك گیاه كامل را بوجود بیاورند. پروتوپلاست فیوژن همچنین برای انتقال نر عقیمی از گونه‌های براسیكا (كلزا) مورد استفاده قرار می‌گیرد تا بذرهای هیبرید F۱ را تولید كند.

● انتخاب براساس نشانگرها و اطلاعات ژنوم:
انتخاب براساس نشانگر ها بهبود تصاعدی در بازده روشهای اصلاحی را كه با استفاده و بر اساس برآیند اثر ژنها صورت می پذیرد باعث می شود یك ماركر (یك ناحیه شناخته شده) در محل خاص از توالی DNA می باشد. ماركرها می توانند برای انتقال یك ژن از یك واریته به واریته جدید و یا برای آزمون گیاهانی كه چند ژن به آنها انتقال یافته مورد استفاده قرار گیرد. نشانگر ها می توانند بر اساس اطلاعات DNA یا پروتئین باشند. ماركرهای DNA به شناسائی محلها ئی از توالی های DNA كه در واریته های مختلف با هم متفاوت‌اند می پردازند. این نشانگر ها می توانند در محلهائی در داخل ژن یا بین دو ژن باشند. تفاوت در نشانگرها چند شكلی یا پلی مورفیسم می گویند كه راههای متفاوتی برای تعیین چند شكلی در داخل كروموزوم موجود می‌باشد. ماركرهای پروتئینی بر اساس تفاوت در پروتئین كه از یك ژن ساخته می شود طراحی شده اند. آنزیم‌ها پروتئینهایی هستند كه واكنشهای شیمیایی خاصی را كاتالیز می كند و بنابراین می توان فعالیت آنها را مورد ارزیابی قرار داد. گیاهان معمولاًَ حاوی چندین نسخه از آنزیم‌های مشابه‌ای هستند كه به طور قابل ملاحضه ای از لحاظ اندازه و تغییرات و تفاوتهای قابل تشخیص از هم دارند. این نوع آنزیمها را ایزوزایم می گویند كه اندازه آنها معمولاًَ در ژنوتیپهای مختلف گیاهی متفاوت می باشد. در این مورد ژنهای كد كننده برای یك ایزوزایم خاص می تواند بوسیله بررسی نحوه توارث ایزوزایم مورد شناسائی قرار گیرد. پروتئینهای زیادی هم وجود دارند كه جزو گروه آنزیمها نیستند و به عنوان پروتئین ذخیره های دانه در دانه غلات قرار دارد كه می‌توانند جداسازی، رنگ آمیزی شوند و الگو های باندی متفاوتی را بر حسب خصوصیت ژنوتیپ حاوی آن پروتئین از خود بروز دهند. هر دو نشانگر های پروتئینی و DNA به طور گسترده در اصلاح نباتات مورد استفاده قرار می گیرد اما در سالهای اخیر استفاده از نشانگرهای DNA گسترش بیشتری داشته و در اولویت تحقیقات می باشد شمار بسیاری از نشانگر های مبتنی DNA در نواحی مختلف موجودات شناسائی شده است و آنها تحت تاثیر مرحله جوانه زدن به خوبی و با دقت مناسب مشخص شوند و در نتیجه گیاهانی كه فاقد صفات مطلوب هستند پس از تست نشانگر می توانند حذف شوند قبل از اینكه با هزینه سنگین آنها را به گلخانه و یا به مزارع كاشت انتقال داد. وقتی یك ژن خاصی از گیاه وحشی به گیاه زراعی از طریق تلاقی انتقال می‌باشد بطور همزمان و تصادفی چندین ژن نامطلوب نیز غالباً از گیاه وحشی انتقال می یابد كه این همیشه یك معضل ناخواسته است با استفاده از تلاقی متناوب در واریته‌های زراعی می‌توان درصد سهم ژنهای تیپ وحشی را از ۵۰ درصد در F۱ به ۲۵ و ۵/۱۲ درصد كاهش داد و در نتیجه فقط به ژن مطلوب اجازه داد كه در نسلهای مختلف حضور داشته باشد. روشهای كلاسیك اصلاح نباتات نیاز به ابزارهای مناسبی دارند كه بتواند سودمندیهای مورد نیاز را حاصل نماید بعنوان مثال یك آنزیم ایزوزایم به طور سریع در واریته‌های گوجه‌فرنگی حاوی ژن Mi (ژن مقاوم به نماتد) وجود دارد.

ژن Mi بطور عمده در خویشاوندان نزدیك وحشی گوجه‌فرنگی شناسایی شد و از این خویشاوندان وحشی به واریته‌های زراعی از طریق آمیزش جنسی و كشت جنین منتقل شده است. پیشرفتهای حاصل برای ایجاد واریته‌های مقاوم به نماتد از طریق روشهای كلاسیك آهسته می باشد و نیاز به كاشت گیاهان حاصل و انتظار برای رشد و بلوغ آنها دارد و سپس امتحان مقاوم متعاقب آلودگی را می‌طلبد. بعدها ژن كد كننده ایزوزایم خاص در والدین وحشی در روی كروموزمی كه ژن Mi وجود دارد مكان‌یابی شد. این نشانگر ایزوزایم همراه با ژن Mi در تلاقیهای جنسی منتقل می‌شود. این دو ژن فاصله بسیار كمی را در روی DNA از یكدیگر دارند. بطوریكه از لحاظ ظاهری همه گیاهانی كه در آنها ژن Mi به توارث می‌رسد همچنین حاوی نشانگر ایزوزایم مربوطه خواهد بود و بعداً مشخص شد كه بین این دو ژن پیوستگی وجود دارد و بنابراین اصلاحگران می‌توانند از روی این نشانگر ایزوزایم پیش‌بینی كنند كه در كدام گیاهان ژن Mi انتقال یافته است. آزمون نشانگر ایزوزایم می‌تواند بطور قابل توجه زمان آزمون كلاسیك موجود را كاهش دهد. نشانگرهای DNA برای آزمون توارث بسیاری از ژنها بطور همزمان به گیاهان مفید می‌باشد و راهی ساده و مناسب استفاده از ابزارهای قدرتمند برای بهبود عملكرد گیاهان هستند. الگوهای باندی UPC (كد گذاری) به اصلاحگر اجازه می‌دهد كه تمامی ژنهای مطلوب را شناسایی كند. همچنین نشانگرهای DNA می‌تواند برای اثبات انتقال ژنهای مقاومت به آفات و یا برای انتخاب صفاتی كه توسط چندین لوكوس ژنی با روابط پیچیده بین آنها كنترل می‌شوند ( مثل صفت طعم ) ارزیابی والدین از لحاظ تنوع ژنتیكی مورد استفاده قرار گیرد. بـرای دستیابی به اطلاع بیشتر به بخش انگشت‌نگاری سبزیجات انتخاب بر اساس نشانگرهای مولكولی با آدرس اینترنتی http: //vric.vcdavir.edu مراجعه كنید.

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه...

ادامه...

● تكنولوژی DNA نوتركیب:

▪ تكنیك كلونینگ DNA
صفات اقتصادی در گیاهان از طریق ژنهایی كه بر روی DNA این گیاهان وجود دارد كد می‌شود در سال ۱۹۷۳ امكان شناسایی مولكولهای DNA توسط محققین دانشگاه كالیفرنیا و استانفرد فراهم شد. آنها روشهایی كه برای جداسازی قطعات خاصی از مولكولهای DNA ، اضافه كردن یك قطعه DNA به یك ناقل و استفاده از باكتریها بعنوان ماشینهای همانندسازی بیولوژی و برای تولید مقادیر زیادی از مولكولهای DNA توسعه دادند . این روشهای DNA نوتركیب به محققان امكان داد تا ژنهای مورد نظر را از هر موجودی جدا و آن را تكثیر كنند و مقادیر زیادی از این ژنها را بدست آورند و خصوصیات و وظایف آنها را مورد بررسی قرار دهند. این تكنیكها بر اساس آنزیمهای برشی می باشد كه می‌تواند یك قطعه خاصی از DNA را شناسایی و آن را قطع كنند. انتهایDNA كه قطع می‌شود می‌تواند به دو صورت صاف و یا انتهایی چسبنده باشد. مفهوم انتهایی چسبنده این است كه این قطعات حاصل از برش قادرند به رشته‌های دیگر DNA كه توالی مكمل آنها را دارد متصل شوند. بنابراین اگر دو قطعه DNA با یك آنزیم بریده شود دو انتهای چسبناك در دو طرف DNA هر یك بوجود می‌آید كه دارای توالی DNA مكمل و قابلیت اتصال به یكدیگر می‌باشند بنابراین اگر آنزیم لیگاز در محیط باشد امكان اتصال فراهم می‌شود این توانایی موجب اتصال دو مولكول DNA متفاوت در آزمایشگاه و ایجاد مفهومی می‌شود كه از این بنام تكنولوژی DNA نوتركیب یاد می شود در عمل یك ژن مطلوب را می‌توان با استفاده از آنزیمهای برشی، برش داد و آن را در داخل یك ناقل وارد كرده و به یك سلول باكتریایی انتقال داد. ناقل DNA (پلاسمید) قابل تكثیر می‌باشد و باعث تولید بسیاری از قطعات حاوی DNA وارد شده می‌شود بعلاوه پلاسمید حاوی ژنهای مجزای دیگری است كه مسؤل مقاومت آنتی‌بیوتیك در پلاسمید می‌باشد بنابراین در صورت قراردادن پلاسمید حاوی ژن انتقال داده شد در محیط كشت، قابل شناسایی هستند ماركرهای انتخاب بنابراین برای شناسایی سلولهای كه ترانسفرم شده‌اند ضروری است از این سلولها می‌توانند در نهایت آن ژن را جدا و خالص‌سازی كنند. برای درك، اصول كلی DNA نوتركیب نمودار شماره ۸ مراجعه شود علت موفقیت در تكنولوژی DNA نوتركیب این است كه ساختار شیمیایی DNA نوتركیب این است كه ساختار شیمیایی DNA در موجودات مختلف مشابه است و بنابراین دانشمندان امروزه می‌توانند كپی‌ها و ژنهای تغییر یافته را از یك موجود به موجود دیگر انتقال دهند. از لحظ تئوری هر ژنی از یك موجود به موجود دیگر با استفاده از تكنولوژی DNA نوتركیب قابل انتقال می باشد. ژن وارد شده به موجود می تواند وظیفه خود را كه قبلاً برعهده داشته، انجام دهد. تكنولوژی DNA نوتركیب اصلاحگران نباتات را قادر ساخته كه از ژنهای مفید جدا شده در دسترس برای بهبود ژنتیكی عملكرد استفاده كنند، بدون اینكه نیاز به خویشاوندی بین دو واریته مورد تلاقی باشد. توانایی جدا سازی قطعه های از DNA و تعیین توالی محتوای بازی آن سبب انفجار اطلاعات بیولوژیكی شده است. پروژه های ژنوم توالی DNAو همه ژنهای موجود در یك فرد را مورد بررسی قرار می دهند اطلاعاتی كه اخیراً از پروژه های ژنوم انسان حاصل شده است منجر به افزایش درك ما نسبت به بیماریهای انسان و ابداع تیمارها و روشهای درمانی خاص شده است. توالی ژنوم یك مدل گیاهی مانند آرابیدوسیس در دسامبر ۲۰۰۰ كامل شده است. این پروژه ها به روشنی حكایت از وجود تشابهات قابل توجه ژنتیكی بین نه تنها بیشترین گیاهان بلكه همچنین بعضی از گیاهان، حیوانات و میكروارگانیسم‌ها دارد. این نتایج به روشنی وجود حفاظت در مسیر حیات را نشان می‌دهد.

● تكنیكهای ترانسفورماسیون:
ژنهایی كه ازیك موجود كلون می شوند، آنها می توانند به داخل همانگونه یا داخل ارگانیسم های متفاوت انتقال یابند و ایجاد افراد تراریخت را نمایند. بنابراین با استفاده از ساختار ژنتیكی ابتدا یی باكتری می توانند یك ژن كلون شده را به طور نسبتا آسان به دیگران انتقال داد.بنابراین اولین كاربرد DNA نوتركیب انتقال ژنهای مفید به داخل باكتری می باشد. اولین موجود ترانس ژن در سال ۱۹۸۱ مربوط به باكتری مهندسی ژنتیك بود كه هیدرو كربنات تولید می كرد، هم اكنون اكثرا پنیرهای با استفاده از كیموزین تهیه می شوند كایموزین از استخراج میكروبی، باكتریهای كه ژن كایموزین در آنها كلون شده بدست می آید و این روش در مقایسه با استخراج این آنزیم از معده گوساله سودمندی و بازدهی مناسبی دارد. بیشترین انسولین مورد استفاده برای مصارف درمانی دیابت در انسان با استفاده از تظاهر ژن انسولین انسانی در میكروبها می باشد و بسیاری از مواد داروئی در قارچها، حشرات و سلولهای *****داران مهندسی ژنتیك شده حاصل می شود. انتقال ژنهای كلون شده به داخل گیاهان یك راه متفاوت از انتقال ژن به باكتری و سلولهای حیوانی است. بطور معمول اكثرا روشهای ترانسفورماسیون با استفاده و بهر ه گیری از باكتری اگروباكتریوم برای انتقال به داخل گیاهان صورت می گیرد. وقتی اگروباكتریوم حاوی ژن وارد بافت گیاهی میشود DNA خود را به داخل كروموزوم گیاهی تزریق می كند و در نتیجه همراه با باكتری مذكور ژن مورد نظر در داخل گیاه تكثیر می شود. در سال ۱۹۸۰ دانشمندان كشف كردند كه چطور با استفاده از آكروباكتریوم بتوانند ژنهای كلون شده را به داخل كروموزومهای گیاهی منتقل منتقل كنند. دیدگاه دوم برای تولید گیاهان تراریخت استفاده از روش بیولیستیكBolistic)) است كه در این روش ، در این روش DNA مورد نظر را با سرعت بسیار ذرات فلزی به داخل بافت گیاهی وارد می كنند و در نتیجه ادغام DNA با كروموزوم گیاهی صورت می گیرد. در سلولهای تراریخت از این طریق با استفاده از تكنیك كشت بافت قادر به تكثیر هستند. روشهای تولید گیاهان تراریخت می تواند برای افزایش تظاهر یا كاهش تظاهرات صفات در محصولات زراعی مورد استفاده قرار گیرد. در مرحله ایجاد كلونهای DNA ، یك بخش مهم و بحرانی در فرایند ترانسفورماسیون انتخاب افراد ترانس‌ژنی است كه تنها یك بخش كوچك سلول یا بدر حاوی ژن مطلوب موردنظر می‌باشد. بطور كلی تركیب یك ژن مرتبط با آنتی بیوتیك و سپس انتخاب تنها سلولهای گیاهی كه قادر به رشد در آنتی بیوتیك هستند. بعضی مردم عقیده دارند كه كاربرد گسترده چنین ژنهایی باعث افزایش مقاومت به آنتی‌بیوتیك در هنگام شیوع پاتوژنهای انسانی و ایجاد مشكلات پزشكی می‌شود بهرحال احتمال این چنین مواردی منتفی است آنتی‌بیوتیك كه برای ترانسفورماسیون در گیاه استفاده می‌شود. عمدتاً آنهایی هستند كه بندرت در پزشكی و دامپزشكی مورد استفاده قرار می‌گیرد در غیر اینصورت شكلهای جایگزین ژنهای نشانگر برای جایگزینی با روشهای مقاومت آنتی‌بیوتیك باید ابداع شود. گیاهان ترانس ژنتیك بعضی مواقع تحت عنوان GMO اطلاق می‌شود علیرغم استفاده گسترده جهانی آنها این اصطلاح گمراه كننده است چون همه گیاهان اهلی و حیوانات اهلی به نوعی تغییر ژنتیك یافته هستند با این تفاوت كه روش تغییر شكل از طریق كلاسیك یا نوین بوده‌است. این گیاهان می‌توانند همچنین با اصطلاح ترانس ژنتیك معرفی شوند یعنی گیاهانی كه حاوی ژن كلون شده در خود می‌باشند. تكنیكهایDNA نوتركیب و ترانسفورماسیون اجازه می‌دهند به اصلاحگران تا از ژنهای مهم از هر موجودی به عنوان ابزار برای بهبود محصولات كشاورزی استفاده كنند. به عنوان مثال‌برای افزایش تجمع بتاكاروتن در برنج(بتاكاروتن پیش ساز ویتامین A) یك برنج نوتركیب به نام برنج طلایی(Golden Rice) ایجاد شده است. دانشمندان از ژنهای باكتری ، ویروس استفاده می كنند. روشهای ایجاد گیاهان تراریخت موجب انتقال صفات مطلوب به گیاهان و ایجاد تغییرات ویژه در صفت مورد علاقه می‌شود برعكس بسیاری از ژنهایی كه منتقل می‌شود در زمانی كه اصلاحگر از تلاقی طبیعی بین دو گیاه استفاده می‌كند، ناشناخته و غالباً نا مطلوب هستند به عنوان مثال وقتی ژن Mi كه عمل آن ایجاد مقاومت به نماتد است به داخل گوجه فرنگی از طریق تلاقی كلاسیك انتقال می یابد، كل DNA دچار تغییر می‌شود و این تغییر ۷۰ برابر بزرگتر از زمانی است كه تنها ژن Mi را به گوجه‌فرنگی انتقال می دهیم. بهرحال استفاده از ژن كلون شده Mi كه تنها برای انتقال صفت مقاومت به نماتد می باشد بدون اینكه مقادیر اضافی از DNA منتقل شود . درختان چوبی و محصولات دیگر با استفاده از روشهای كلاسیك بطور متفاوتی بهبود ژنتیك می یابند چون زمان طولانی برای بذر دهی و شروع گلدهی نیاز است و صفات خاصی در بعضی از واریته‌ها به سختی به سختی و در طولانی مدت از یك گونه به گونه دیگر انتقال می‌یابد به عبارت دیگر اگر تنها یك یا چند ژن مقاومت به بیماری‌ یا آفت. آن مهم است كه تركیب و ساختار ژنتیكی قبلی خود گیاه تا حدالامكان حفظ شود بنابراین روشهای انتقال ژن ممكن است ابزار مناسب را برای بهبود محصولات و درختان فراهم كند.

● دیدگاههای در حال توسعه در اصلاح نباتات:
اصلاحگران نباتات با استفاده از روشهای كلاسیك منابع ژنتیكی محدودی را برای بهبود عملكرد محصولات زراعی دارند و روشهای DNA نوتركیب امروز به طور قابل توجه‌ای این منابع را افزایش می دهند. واریته‌های ترانس ژن اگر چه از لحاظ سود اقتصادی برای كشاورزان مناسب هستند، ولی میزان مصرف آنها كاهش می‌یابد و استفاده از این گیاهان میزان فرسایش خاك را به حداقل ممكن می‌رساند. دیگر انتشارات سرویس خبری بیوتكنولوژی كشاورزی كالیفرنیا تولیدات مشابه ترانس ژنتیك و مباحث پیرامون معرف آنها را شرح خواهد داد.

 

[mahdi.adelinasab]

بیوتكنولوژی و گردافشانی و افزایش تولید زنبورستانها

بیوتكنولوژی و گردافشانی و افزایش تولید زنبورستانها

بیوتكنولوژی دانش و فناوری جدید است و با توجه به اینكه رشد این فن آوری به صورت تصاعدی است تاخیر در تعریف صحیح نیازهای كشاورزی كشور، ماهها و سالهای زیادی را برای جبران عقب ماندگی می طلبد و از سوی دیگر كشورهای بیگانه هرگز به طور اصولی با انتقال واقعی تكنولوژی به نحوی كه بتواند به طور مطبوع زیر ساختهای آن را فراهم نمود، موافقت نخواهند كرد. در ذیل چند نمونه از نتایج تحقیقات كاربردی بیوتكنولوژی كشاورزی را كه در كشورهای مختلف صورت گرفته است و كشاورزی این كشورها را دچار سود كلان نموده توضیح داده می شود جالب اینجاست كه هیچ اثر و رد پایی را در اینترنت نمی توان از جزئیات مواد و روشهای این دستاوردهای نوین مشاهده كرد.و این همان زنگ خطری است برای منتقدانی كه اعتقاد دارند كه باید نشست و فقط از نتایج و دستاوردهای كاربردی بیوتكنوژی الگو برداری كرد غافل از اینكه هیچ كشوری دستاوردی را كه با هزینه گزاف بدست آمده به آسانی در اختیار دیگران قرار نخواهد داد. در كشور ما ایران، رشته های دانشگاهی مختلفی با قدمت طولانی در زمینه كشاورزی و دام و آبزیان وجود دارد كه از دیدگاه تخصصی و به صورت جزء به جزء، مسائل و پارامترهای مختلف مرتبط با افزایش تولید را مطالعه می كنند. به عنوان مثال رشته زراعت و اصلاح نباتات، بیمارشناسی، حشره شناسی، خاكشناسی، آبیاری، جنگل و مرتع، علوم باغبانی، دامپروری و دامپزشكی مسائل علمی مربوط به خود را به طور جداگانه مورد بررسی قرار می دهند.كلمه University از كلمه Unity به معنی اتحاد و همبستگی مشتق شده است. با این وجود اجتماعات مشترك بین متخصصان تغذیه گیاهی، فیزیولوژیستها، متخصصان حشره شناسی و آفات و بیماریها، متخصصان علوم دام و آبزیان و دامپزشكها در كشور بسیار محدود می باشد. اگر با یك دید كلی و منصفانه به مسائل و مشكلات موجود در كشور در زمینه بیوتكنولوژی كشاورزی و دام نگاه كنیم، بی تردید در كنار متخصصان علوم مختلف كشاورزی، جای خالی و نیاز انكار ناپذیر موجود مبنی بر همكاری و همفكری متخصصان علوم پایه ای همچون دانشمندان شیمی تجریه، میكروبیولوژیستها، متخصصان علم بیوشیمی، متخصصان آمار و ریاضیات، ژنتیك مولكولی، آنزیم شناسی و سایر علوم مربوطه احساس می شود كه امید این موانع نامریی موجود هر چه زودتر مرتفع شود.
۱) محصول تجاری Fruit Boost:
گرد افشانی عبارت است ازانتقال دانه های گرده پرچم یك گل به روی كلاله مادگی همان گل یا گل دیگری از همان گونه. گرده افشانی ممكن است به طور مستقیم یا غیر مستقیم انجام شود. در گرده افشانی مستقیم دانه های گرده یك گل به روی مادگی همان گیاه قرار می گیرد. این نوع گرده افشانی به طور معمول در یك گل هرمافرودیت(گلی كه هم پرچم و هم مادگی دارد) انجام می گیرد. همچنین در مواردی مانند گل نخود كه گلبرگها فضای مسدودی بوجود آورده و پرچمها و مادگی در آن جای می گیرند اجبارا گرده افشانی مستقیم انجام می گیرد. گرده افشانی غیر مستقیم حالتی است كه در آن گرده افشانی بین دو گل از یك گونه كه دارای دو گیاه مجزا قرار دارند انجام می گردد.در این حالت دو والد در پیدایش نسل جدید شركت می كنند و در نتیجه نسل حاصل متنوعتر بوده و موقعیت مناسبتری برای سازش با محیط را دارا می شوند. گرده افشانی بوسیله حشرات در بین گیاهان بسیار رایجتر است گلهایی كه به كمك حشرات گرده افشانی می كندد سازگاریهای خاص حاصل كرده اند این گلها با رنگ، بو یا شهد خود حشرات را بسوی خود جلب می كنند. زنبور عسل یكی از مهمترین عوامل گرده افشانی در باغات میوه محسوب می شود و جایگاه ویژه ای را در افزایش كمی و كیفی تولیدات كشاورزی دارا می باشد.موهای فراوان بدن زنبور عسل هنگام جمع آوری شهد با گرده های گل تماس پیدا كرده و تعداد زیادی به آنها می چسبند كه پس از پرواز روی گل مجاور چند عدد بر روی مادگی آن را بارور و تبدیل به میوه می كند.باغ سیبی كه در آن تمام مراقبتهای لازم مانند شخم، كود و سمپاشی را انجام داده ولی زنبور عسل برای باروری گلها در نزدیكشان مستقر نشده هكتاری حدود ۵ تن محصول تولید می كند در حالی كه با استقرار ۳ كندو با جمعیتهای قوی در همین باغ می توان محصول را به ۵۰ تن سیب در هكتار و حتی بیشتر افزایش داد.
اخیرا یكی از شركتهای بیوتكنولوژی دنیا اقدام به تولید فرمون سنتیتیك غدد آواره ای ملكه زنبور عسل نموده است. كه از آن برای منظور زیر استفاده می كند:

▪ جذب توجه زنبوران به باغ میوه

▪ معرفی ملكه جدید بدون ایجاد بی نظمی در كندو
فرمون طبیعی در ملكه ترشح شده و باعث می شود كه زنبوران كارگر ضمن تحلیل تخمدانشان بتوان از طریق این فرمون ملكه خود را شناخته و با او همكاری نمایند. محصول تجاریی بر گرفته از تركیبات این فرمون به صورت اسپری بر روی درختان میوه پاشیده می شود و دو روز قدرت ماندگاری دارد و در نتیجه ضمن جلب زنبوران عسل زنبورستانهای مجاور باعث افزایش ۹۰ درصد گلدهی و باروری باغات میوه می گردد. به تازكی بعضی از شركتهای ایران برای نمایندگی محصولات اینچینی اعلام آمادگی نموده اند.
۲) محصول تجاری Swarm Catch:
یكی از مشكلات عمده زنبورداران فرار بچه كندو می باشد. كه سالانه ضررهای اقتصادی فراوانی را متحمل زنبورستان می كند. یكی از دلایل بارز و مشخص برای بچه دهی جمعیتها كمبود فضای كار در داخل كندو می باشد. چند روز مانده به تولد ملكه جدید، ملكه قدیمی گروهیی از زنبوران را جمع كرده و از كندو كوچ كرده و به دنبال انتخاب محل جدیدی می روند. این كار بدین صورت انجام می شود كه ملكه از تخمگذاری خود می كاهد و كاهش وزن پیدا می كند تا قادر به پرواز باشد و زنبوران نیز مقداری عسل ذخیره می كنند و همراه ملكه برای ازدحام بیرون می آیند. در این حالت زنبور دار باتجربه باید پس از جمع كردن تمام زنبوران ازدحامی این بچه كندو را بگیرد و در داخل یك كندوی جدید نماید كه اكثرا این تلاش با عدم موفقیت همراه است.اخیرا شركتهای بیوتكنولوژی اقدام به تولید محصول تجاری برگرفته از فرمون Nasonov زنبوران گرفته اند. این محصول با كارایی مناسب قادر به كنترل و تعیین محل قبلی تجمع زنبوران و گرفتن بچه كندو شده است.
۳) تولید فرمونهای جنسی حشرات و كنه ها:
لغت فرمون متشكل بر دو كلمه یونانی شامل Pherino به معنی انتقال دهنده و یا حمل كننده و Hormone به معنی ترشحات داخلی است. فرمونهای موادی غالبا فرار هستند كه توسط یك گونه ترشح می شوند و توسط افراد دیگر همان گونه دریافت می شوند. تاثیر این فرمونها از طریق سلسله اعصاب حشره گیرنده و یا از طریق گوارش و اعمال فیزیولوژیك حشره گیرنده می باشد. فرمونهای جنسی مواد فراری هستند كه عمدتا توسط افراد باكره ترشح شده و موجب جلب نظر و تحریك به جفت گیری حشرات نر می گردد.در مواردی این مواد توسط افراد نر ترشح و موجب جلب افراد ماده می گردد. و در مواردی نیز فرمون جنسی توسط هر دو جنس ترشح می شود و دو طرف یكدیگر را جلب و جذب می كنند. امروزه در دنیا محققان با استفاده از شیوه های نوین کنترل آفات توانسته اند از مصرف مقدار قابل توجهی از سموم شیمیایی جلوگیری کنند. یکی از روشهای موفق در این زمینه به کارگیری فرمون های مصنوعی است. کشور ما نیز بتازگی توانسته جزو معدود کشورهایی باشد که فناوری تولید این فرمون ها را دارند.امروزه بیش از ۵۰۰ نوع سم آفت کش با نامهای مختلف وجود دارند، که به عنوان مهمترین روش مبارزه با آفات عوامل بیماری زا و علفهای هرز به کار می روند و آثاری زیانبار بر حیات آدمی به بار می آورند.این شیوه مبارزه باعث بروز پدیده زیانباری به نام باقیمانده سموم pesticides Residues در میوه ها و غذاهای انسان می شود. این باقیمانده ها روی سطوح محصولات و حتی در داخل بافت میوه ها، سبزی ها و حتی دانه غلات تجمع خواهند کرد. استفاده از سموم سنتیک علاوه بر مشکلات بهداشتی، مسائل بسیار دیگری مانند آلودگی آب یا خاک، محیط زیست و... را به بار می آورند. از جمله مواردی که در مصرف بی رویه سموم شیمیایی باید در نظر گرفته شوند، مقاومت حشرات و آفات در برابر میزان سم مصرفی است، به گونه ای که با افزایش سم مقاومت به آن نیز پس از چند نسل افزایش می یابد و در نتیجه، استفاده از سموم به حالت تصاعدی درمی آید.همچنین بر اثر مصرف مواد شیمیایی حشرات مفید موجود در مزرعه که خود به عنوان دشمنان طبیعی آفات خسارت زا عمل می کنند از بین می روند، حال آن که در کشورهای پیشرفته کاهش مصرف سموم جزو برنامه های اصلی قرار دارد. آنها می کوشند با استفاده از روشهای بیولوژیک وضعیت مزارع را به تعامل برسانند.با توجه به پیچیدگی ترکیب و مشکلات تولید این مواد در سالهای گذشته، فرمون های مصنوعی به صورت محدود فقط برای انجام عملیات پیش آگاهی از خارج تهیه شده اند، ولی به لحاظ طولانی بودن زمان ترخیص و شرایط بد نگهداری و ناپایداری فرمول پیچیده این ترکیبات در کنار این که فرمون های وارداتی مخصوص آفات بومی کشور ساخته نشده بودند، عملا در استفاده کارآیی مناسب نداشته اند.پیش آگاهی، یکی از راههای استفاده از هورمون های جنسی مصنوعی است و به این وسیله می توان با برآورد سطح زیان اقتصادی در زمان مناسب اقدام به مبارزه کرد و در نتیجه تعداد و مقدار دفعات سم پاشی را کاهش داد. استفاده از فرمون های مصنوعی حشرات در پیش آگاهی و کنترل آفات در اکثر کشورهای جهان رایج است.اخیرا دكترتبریزیان محقق بخش آفات و بیماریها تحقیقات گسترده ای را با همراهی سایر محققان در این زمینه آغاز كرده است ایشان در مصاحبه با مجله جام و جم چنین بیان نموده كه: از آنجایی که تحقیق و ارائه شیوه های نوین کنترل آفات از وظایف موسسه تحقیقات آفات و بیماری های گیاهی است، این مرکز با بهره گیری از محققان خود از سال ۷۹ تحقیق روی سنتز و تولید فرمون های مصنوعی را شروع کرده است.معمولا در هر هکتار باغ یا مزرعه ۱۰۰عدد کپسول در کنار تله های در نظر گرفته شده با توجه به نوع آفت لازم است، که هر عدد کپسول خارجی آن یک دلار و نمونه داخلی ۱۰۰ تومان است و مشخص است که در سطح وسیع از جنبه اقتصادی این دو نمونه غیرقابل مقایسه هستند، ضمن آن که با آزمایش های متعدد دوزهای متفاوت متوجه شدیم که نمونه های ساخت داخل حدود ۵ برابر بیشتر عمل می کنند. تلاشهای جهانی برای ساخت تله های فرمونی برای كنه واروا كه از جمله آفات عمده زنبور عسل محسوب می شود ادامه دارد.

 

[mahdi.adelinasab]

دیدگاههای دكتر صنعتی پیرامون وضعیت بیوتكنولوژی در ایران و جهان

دیدگاههای دكتر صنعتی پیرامون وضعیت بیوتكنولوژی در ایران و جهان

متن زیر از سخنرانی دكتر محمد حسین صنعتی، رییس مركز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیك و تكنولوژی زیستی اقتباس شده كه به وضعیت بیوتكنولوژی در ایران و جهان پرداخته است.


● عوامل مؤثر در توسعه بیوتكنولوژی در جهان
۱) سرمایه‌گذاری بخش دولتی:
بیش از ۲۰۰ میلیارد دلار تا سال ۲۰۰۰ توسط دولت‌های مختلف جهت توسعه بیوتكنولوژی سرمایه‌گذاری شده است كه ۵۰ درصد آن فقط در آمریكا بوده است. كوبا، هند و سایر كشورهایی كه در بیوتكنولوژی پیشرفت خوبی داشته‌اند، نمونه‌هایی از حمایت مناسب دولت از این فناوری هستند.
۲) توسعه بیوتكنولوژی در تمامی ابعاد مختلف جامعه:
بیوتكنولوژی به سازمان‌ها، وزارتخانه‌ها، ارگان‌ها و بخش‌های مختلف مرتبط می‌شود و كشورهای پیشرفته در اثر وفاق ملی و همكاری بخش‌های مختلف با یكدیگر توانسته‌اند توسعه این فناوری را رقم بزنند. تا سال ۱۹۹۵، تعداد دوره‌های كارشناسی (BSc) بیوتكنولوژی در دنیا كمتر از انگشتان دست بوده است؛ در حالیكه در سال ۲۰۰۰، حدود ۲۵۰۰ دوره كارشناسی در دنیا وجود داشت كه این نیز روبه افزایش است.
۳) سرمایه‌گذاری بخش خصوصی

▪ كشورهای پیشرو
كشورهای توسعه‌یافته در بیوتكنولوژی عبارتند از: آمریكا، انگلیس، كانادا، فرانسه، استرالیا، ژاپن و آلمان و برخی اسراییل را نیز جزو این كشورها تلقی می‌نمایند. كشورهای درحال توسعه كه در بیوتكنولوژی قدرتمند هستند شامل: هند، كوبا، آرژانتین، تایوان، كره جنوبی، چین و برزیل.
این كشورها شاید با وضعیت اقتصادی ضعیف‌تر از كشور ما، توانسته‌اند در بیوتكنولوژی وضعیت بسیار مطلوب و خوبی را كسب نمایند.

▪ نمونه‌هایی از سرمایه‌گذاری و درآمدزایی بیوتكنولوژی
ژاپن تاكنون حدود ۲۰ میلیارد دلار در بیوتكنولوژی سرمایه‌گذاری نموده است و حدود ۱۸ میلیارد دلار از این طریق درآمد داشته است.
آمریكا نیز تاكنون ۱۰۰ میلیارد دلار در بیوتكنولوژی سرمایه‌گذاری نموده است (بیشترین سرمایه‌گذاری در دنیا) كه ۳ میلیارد دلار آن فقط مربوط به پروژه ژنوم انسان است و در سال‌های ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۰ به این امر تخصیص یافت. میزان درآمدزایی آمریكا از بیوتكنولوژی حدود ۵۰ میلیارد دلار است كه دلیلی است بر این نكته كه هنوز بیشتر سرمایه‌گذاری در آمریكا صرف تولید علم می‌شود تا تولید محصول.
برزیل نیز در حدود ۲ میلیارد دلار در بیوتكنولوژی سرمایه‌گذاری كرده است و بیش از ۴ میلیارد دلار درآمدزایی داشته است.

● زیرساخت‌های توسعه بیوتكنولوژی در كشور
در حال حاضر ۱۲ وزارتخانه و سازمان به نحوی در ارتباط با بیوتكنولوژی مشغول فعالیت هستند و ۱۰ دانشگاه علوم پزشكی كشور نیز فعالیت‌های نسبتاً خوبی در این مورد دارند. ۱۸ مركز تحقیقاتی نیز به نحوی در خصوص بیوتكنولوژی مشغول فعالیت هستند. نیروی انسانی كشور نیز تقریباً شامل ۱۴۰۰ نفر فوق‌لیسانس و دكترا است كه مستقیماً در بیوتكنولوژی فعال هستند.
در خصوص آموزش بیوتكنولوژی در كشور، ۳۲ دوره آموزشی شامل ۱۳ دوره دكتری و ۱۹ دوره كارشناسی ارشد در كشور وجود دارد كه از آنها ۸ دوره علوم پایه، ۱۱ دوره كشاورزی، ۹ دوره مرتبط با صنعت و ۴ دوره مربوط به پزشكی و مالكیت فكری است.
تولیدات بیوتكنولوژی درایران نیز عبارتند از: سرم و واكسن (بیشتر به روش بیوتكنولوژی سنتی)، كشت بافت گیاهی، كود و سموم بیولوژیك، فرآورده‌های میكروبی و كیت‌های تشخیصی، برخی از مواد دارویی مثل آنتی‌بیوتیك‌ها، هورمون‌ها و فاكتورهای پروتئینی كه با روش‌های بیوتكنولوژی و مهندسی ژنتیك تولید می‌شوند و در مراحل مختلف آزمایشگاهی تا تولید قرار دارند. مواد شیمیایی شامل الكل، اوره، استون و اسیداستیك نیز وجود دارند كه تا حدودی در تولید آنها از روش‌های بیوتكنولوژی استفاده می‌شود.

● سرمایه‌گذاری در مؤسسه رازی، نمونه‌ای از خلق ارزش‌افزوده بالا
یكی از ظرفیت‌های بزرگ كشور در تولید محصولات بیوتكنولوژی، مؤسسه تحقیقات واكسن و سرم‌سازی رازی است كه شاید همگی ما كه در این جمع حضور داریم با واكسن‌های تولیدی این مؤسسه ایمن شده‌ایم. در حال حاضر بیش از ۵/۳ میلیارد دوز در سال از انواع مختلف واكسن در مؤسسه رازی تولید می‌شود. این مؤسسه، در صورتی‌كه بازسازی شود و بتواند خود را به متدهای جدید تجهیز نماید، می‌تواند مركز بسیار مهم و بزرگی در خاورمیانه و حتی دنیا باشد. سالانه حدود ۲۰ میلیون دلار در مؤسسه رازی سرمایه‌گذاری می‌شود (اعم از هزینه‌های جاری، عمرانی، تجهیزاتی و غیره)، درحالی‌كه ارزش محصولات تولیدشده در این مؤسسه حدود ۲۰۰ میلیون دلار در سال است. این موضوع نشان می‌دهد كه سرمایه‌گذاری در بیوتكنولوژی تا چه حد می‌تواند ارزش افزوده خلق نماید.

● عوامل مؤثر و لازم در توسعه بیوتكنولوژی كشور
۱) تربیت نیروی انسانی
۲) ایجاد و تقویت زیرساخت‌ها
۳) توجه به زیست‌فناوری در ساختار تحقیقاتی كشور
۴) تخصیص بودجه مناسب
۵) تدوین برنامه ملی زیست‌فناوری
۶) وجود ارتباطات علمی در سطح جهان
۷) رعایت قوانین حقوق مالكیت فكری و ثبت اختراعات
به‌عنوان مثالی از تخصیص بودجه مناسب باید گفت اسپانیا برای تأسیس مركز ملی تحقیقات بیوتكنولوژی، تاكنون ۳ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری كرده است و یا اینكه كوبا كه كشوری از نظر اقتصادی ضعیف و در تحریم اقتصادی نیز می‌باشد، سرمایه‌گذاری اولیه آن برای ساخت مركز تحقیقات بیوتكنولوژی كوبا، یك میلیارد دلار بوده است.

 

[پیرجو]

مطلب بسيار جالب و خواندي بود مهدي جان. خود من چند مدت پيش دنبال اطلاعاتي درباره اين رشته بودم. ولي يك سوال دارم: آيا مبحث بیوتکنولوژی و اصلاح نباتات در رابطه با رشته مهندسي كشاوزي بيشتر مورد كاربرد مي باشد يا مهندسي شيمي؟

 

[mahdi.adelinasab]

كاربردهای بیوتكنولوژی در صنایع غذایی

كاربردهای بیوتكنولوژی در صنایع غذایی

مطالعات صورت گرفته نشان داده است كه جمعیت جهان تا اواسط قرن حاضر، دو برابر خواهد شد و این در حالی است كه اكنون نیمی از كودكان جهان از غذای كافی محروم هستند. همچنین فشار از طرف مصرف‌كنندگان، خصوصاً در كشورهای صنعتی، باعث شده است كه تولید محصولات غذایی بطرف استفاده‌ از مواد افزودنی "طبیعی" و بكارگیری روش‌های فرآوری نزدیكتر به روش‌های طبیعی، جهت پیدا كند. نكات، به همراه سایر مزایایی كه وجود داشته‌اند، روش‌های بیوتكنولوژی در صنایع غذایی را گسترش داده‌اند.
با توجه به گسترش صنایع غذایی در كشور ما، آشنایی مختصر با كاربردهای بیوتكنولوژی در صنایع غذایی مفید به نظر می‌رسد:


● تعریف بیوتكنولوژی غذایی

▪ تولید محصولات نهایی غذایی با استفاده از بیوتكنولوژی

▪ تولید مواد افزودنی غذایی با استفاده از بیوتكنولوژی

▪ اصلاح مستقیم مواد غذایی یا مواد افزودنی به غذا

▪ تولید مواد كمك فراوری

▪ كاربردهای تجزیه‌ای

▪ تصفیه پسماند

تعریف بیوتكنولوژی غذایی در ارتباط با صنایع غذایی می‌توان بیوتكنولوژی را به‌صورت زیر تعریف كرد:
"استفاده از سلولهای زنده یا قسمتی از آنها، به منظور تولید یا اصلاح محصولات غذایی یا مواد افزودنی به غذا" از یك دیدگاه دیگر می‌توان كاربرد بیوتكنولوژی در صنایع غذایی را به دو بخش كاربرد بیوتكنولوژی سنتی و كاربرد بیوتكنولوژی مدرن تقسیم كرد:
۱) دركاربرد "بیوتكنولوژی سنتی" در صنایع غذایی، از فناوری تخمیری (ریزساوارزه‌ها یا میكروارگانیزم‌ها) جهت تغییر مواد خام غذایی به محصولات غذایی تخمیری شامل پنیر، ماست، خمیر نان و غیره استفاده می‌گردد. استفاده از ریزسازواره‌ها و آنزیمها در این فرآیندها باعث ایجاد تغییرات در طعم، عطر و بافت مواد خام غذایی یا افزایش قابلیت نگهداری آنها می‌گردد.
۲) در بكارگیری "بیوتكنولوژی نوین" در صنایع غذایی، از ژنتیك مولكولی و آنزیم‌شناسی كاربردی بهمراه فناوری تخمیری، جهت بهبود خواص مواد افزودنی غذایی استفاده می‌گردد. در قسمت‌های بعدی این نوشتار، برخی از كاربردهای بیوتكنولوژی در صنایع غذایی به طور اجمال و در چند زمینه بیان می‌شوند.


● تولید محصولات نهایی غذایی با استفاده از بیوتكنولوژی
بیوتكنولوژی می‌تواند جهت تغییر مواد خام غذایی مانند شیر، گوشت، سبزیجات و غلات به محصولات با طعم و عطر مطلوب و قابلیت نگهداری بیشتر استفاده ‌شود. تولید این نوع محصولات در جهان، سابقهٔ بسیار طولانی دارد و هم‌اكنون این محصولات در مقیاس صنعتی در سطح دنیا تولید می‌گردند. بر اساس گزارشات موجود، حدود یك سوم رژیم غذایی در اروپا از غذاهایی تشكیل می‌شود كه تخمیر شده‌اند؛ در حالیكه این رقم در سایر نقاط دنیا بین ۲۰ تا ۳۰ درصد می‌باشد. از مثال‌های این محصولات می‌توان به محصولات لبنی تخمیری مانند ماست و پنیر، سوسیس تخمیرشدهٔ خشك و نیمه‌خشك، سبزیجات تخمیرشده مانند كلم (sauerkraut) و زیتون تخمیرشده، نان، قارچ خوراكی، مشروبات الكلی و انواع غذاهای تخمیری آسیای شرقی مانند سس سویا، میسو، سوفو و تمپه اشاره نمود. برخی از این محصولات از قبیل فرآورده‌های لبنی تخمیری، نان و قارچ خوراكی، در ایران نیز در مقیاس صنعتی تولید می‌گردند. همچنین اخیراً در رابطه با تولید محصولات دیگر مثل زیتون تخمیر شده و سس سویا، پروژه‌های تحقیقاتی در ایران انجام گرفته است.


● تودهٔ میكروبی و پروتئین تك‌یاخته به‌عنوان غذا
توده میكروبی نیز بعنوان یك ماده غذایی غنی از پروتئین، مورد استفاده قرار گرفته است. به‌عنوان مثال، آلمانی‌ها طی جنگ جهانی دوم، برای جبران كمبود پروتئین، مخمرها را در مقیاس صنعتی كشت داده و بعنوان منبع غذایی در خوراك انسان مورد استفاده قرار دادند. همچنین از دههٔ شصت میلادی تولید محصولاتی به نام پروتئین تك‌یاخته (SCP)، ابتدا از مواد هیدروكربنی و بعدها از مواد كربوهیدراتی ارزان‌قیمت در مقیاس صنعتی آغاز شد. این محصولات، بعنوان افزودنی پروتئینی در خوراك دام و مثالی از تولید پروتئین تك یاخته (scp): به‌عنوان مثال، شركت ICI در انگلستان از كشت باكتری Methylophilus methylotrophous بر روی متانول در یك فرمانتور پیوسته به حجم ۱۵۰۰ متر مكعب، برای تولید سالانه ۵۰۰ تا ۶۰۰ هزار تن پودر خشك شده SCP در سال استفاده كرد. حجم زیاد فرمانتور و نیاز به راه‌اندازی آن بصورت پیوسته تحت شرایط استریل (aseptic) باعث شد كه نیاز به ابداع تكنیك‌های جدید مهندسی برای تولید این محصول در مقیاس صنعتی بوجود آید. با وجودی‌كه تولید این محصول از نظر فنی با موفقیت روبرو شد، ولی بخاطر برخی مشكلات از جمله هزینه‌های تولید بالا و كاهش قیمت‌های محصولات رقیب (یعنی كنجالهٔ سویا)، این پروژه و پروژه‌های مشابه در كشورهای غربی از نظر اقتصادی موفقیت‌آمیز نبودند. به‌عنوان مثال، شركت ICI، تولید محصول SCP خود را در اواسط دهه ۸۰ میلادی متوقف كرد. قابل ذكر است كه تولید این محصول در كشورهای بلوك شرق نظیر اتحاد جماهیر شوروی با موفقیت اقتصادی خیلی زیادی روبرو شد؛ زیرا تولید این محصول باعث عدم وابستگی به كنجالهٔ سویای وارداتی از كشورهای غربی می‌شد.


▪ مثال دیگری از تولید پروتئین تك‌یاخته (scp):
پروژهٔ شركت نفتی فیلیپس از جمله پروژه‌هایی است كه در آن تولید SCP از موفقیت اقتصادی بالاتری برخوردار می‌باشد. در این پروژه از یك سیستم با دانسیته سلولی بالا و بر اساس كشت مخمر Torulaبر روی اتانول، ساكاروز و ملاس (به‌عنوان منبع كربن) و آمونیاك (به‌عنوان منبع ازت) برای تولید SCP استفاده گردید‌ه است.
در این فرآیند، مایع تخمیری خروجی از فرمانتور دارای غلظت سلولی ۱۶۰ گرم وزن خشك در لیتر بود و لذا امكان خشك‌كردن مستقیم این مایع توسط خشك‌كن‌های پاششی وجود داشت. علت موفقیت اقتصادی این پروژه، بالابودن بازده فرایند و هزینه پایین‌تر بازیابی محصول بوده ‌است.


● استفاده از پروتئین میكروبی (QUORN) در خوراك انسان:
به دلیل بالابودن درصد اسیدهای هسته‌ای در SCP، مصرف آن به عنوان خوراك انسان مضر است. شركت انگلیسی RHM با همكاری شركت ICI در اواسط دههٔ ۸۰ میلادی، پروتئین میكروبی تحت نام تجارتی Quorn تولید كرد كه ساختاری شبیه به گوشت داشته و توسط رشد كپكی به نامFusarium graminerarum بر روی مواد نشاسته‌ای تولید می‌گردد. این محصول بخاطر استفاده از كپك (كه بطور طبیعی حاوی اسید هسته‌ای كمتری نسبت به باكتری‌ها می‌باشد) و بخاطر اضافه كردن یك عملیات برای كاهش RNA در فرآیند تولید صنعتی، دارای محتوی هسته‌ای خیلی پایین می‌باشد و لذا استفاده از آن در خوراك انسان در انگلستان مجاز تشخیص داده شد. تولید اولیه این محصول در سال ۱۹۸۵، حدود ۱۰۰۰ تن در سال بود و از موفقیت اقتصادی برخوردار شد زیرا به جای كنجالهٔ سویا با سویا و گوشت رقابت می‌كرد.

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه...

ادامه...

● تولید مواد افزودنی غذایی با استفاده از بیوتكنولوژی

مواد افزودنی غذایی مانند اسید سیتریك، اسید گلوتامیك و نوكلئوتیدهای مورد استفاده برای بهبود طعم غذا نیز به روش تخمیر تولید می‌شوند، استفاده از این روش، سابقه‌ای طولانی دارد. اما رویكرد به سمت جایگزینی اجزای طبیعی، فرصت‌هایی را جهت استفاده گسترده‌تر از محصولات تخمیری بعنوان طعم‌دهنده فراهم كرده است.
به‌عنوان مثال، حدود بیست سال پیش، یك تركیب به نام furanone در آب گوشت شناسایی شد كه این تركیب، نقش خیلی مهمی در طعم گوشت بازی می‌كند و تا مدتی پیش به‌صورت شیمیایی از گزیلوز سنتز می‌شد.
اخیراً یك مادهٔ پیش‌ساز طبیعی شناسایی شده كه می‌توان آنرا توسط تخمیر گلوكز تولید كرده و با یك تیمار حرارتی مخصوص به furanone موردنظر تبدیل كرد.
شناسایی تركیبات طعم‌دهندهٔ اصلی، امكان توسعهٔ روش‌های میكروبی جهت سنتز این تركیبات را فراهم كرده است. به‌عنوان مثال می‌توان به تولید گاما-دكالاكتون كه یك جزء اصلی در طعم هلو می‌باشد، اشاره كرد.
مثالی دیگر از تولید مواد طعم‌دهنده با استفاده از ریزسازواره‌ها، یك طعم‌دهندهٔ طبیعی كم‌نمك به نام BIOSOL است كه طی دو مرحله با استفاده از مخمر غیرفعال شده تولید می‌گردد. در مرحلهٔ اول، مخلوطی از آنزیم‌ها با خواص تجزیه‌كنندگی پروتئین، چربی و دیواره سلولی استفاده می‌شود. در مرحله دوم، از باكتری Lactobacillus delbrueki جهت انجام عملیات تخمیر استفاده می‌گردد.
پروتئین طی این دو مرحله به اسیدهای آمینه و پپتید‌ها، RNA به یك طعم­دهندهٔ طبیعی
(guanosine-۵monophosphate-) و پلی‌ساكاریدها به اسید لاكتیك و ساكسینیك تبدیل می‌گردند. هضم آنزیمی و تخمیر را می‌توان بصورت همزمان انجام داده و مایع تخمیری حاصله را پس از جداسازی مواد غیر‌محلول به روش پاششی خشك كرد.

از جمله مثال‌های دیگر در زمینه تولید مواد افزودنی به روش بیوتكنولوژی می‌توان به: تولید شیرین‌كننده‌های مغذی مثل شربت گلوكز، شربت با درصد بالای فروكتوز (HFCS) و شیرین‌كننده‌های رژیمی مثل aspartame (از تركیب متیل استر ال‌فنیل آلانین و ال‌اسید اسپارتیك)، تاوماتین(thaumatin) و گزایلیتول (از طریق تبدیل آنزیمی گزایلن پلیمرهای الیاف ذرت به گزایلوز و سپس تخمیر گزایلوز) و همچنین پلی‌ساكارید‌های میكروبی مانند صمغ گزانتان (به‌عنوان قوام‌دهنده و عامل ایجاد ژل) اشاره كرد.

برخی از ریزسازواره‌ها قادر به تجمع مقادیر زیادی تری‌گلیسیرید در داخل خود می‌باشند. از این نوع ریزسازواره‌ها جهت تولید محصولی به نام روغن تك‌سلولی(Single cell oil) استفاده شده ‌است. به‌عنوان مثال در ژاپن مخمرهایی با موفقیت كشت داده شده‌اند كه تا ۸۰ درصد وزن خشك آنها از تری‌گلیسریدهای ذخیره‌ای تشكیل شده است. برای تولید این محصولات ابتدا از خوراك‌های هیدروكربوری استفاده می‌شد، ولی اخیراً در این ارتباط خوراك‌های كربوهیدراتی مورد توجه قرار گرفته‌اند.


● اصلاح مستقیم مواد غذایی و مواد افزودنی به غذا

▪ روش‌های مهندسی پروتئین

مواد خام غذایی را می‌توان یا مستقیماً و یا بعد از اصلاح میكربی یا آنزیمی استفاده كرد. مواد خام غذایی اصلی دارای خاصیت كاركردی (functionality) در محصولات غذایی مثل امولسیون‌سازی، پیوند با آب، ایجاد ژل، پایداری كف در نوشابه‌ها، دسرها و محصولات گوشتی (كه عبارتند از پروتئین‌ها، چربی‌ها و كربوهیدرات‌ها) می‌باشند.
رابطهٔ دقیق بین ساختمان این مواد و خواص كاركردی كه در غذا ایجاد می‌كنند، هنوز بطور كامل شناخته نشده است؛ ولی نتایج تحقیقات گستردهٔ سال‌های اخیر می‌تواند در جهت انتخاب نوع اصلاح این مواد خام استفاده شود.
به‌عنوان مثال، یك رابطهٔ مستقیم بین ساختار پروتئین‌ها (یعنی اندازه مولكول پروتئینی و تركیب اسیدهای آمینه آن) و خواص كاركردی آنها بدست آمده است. می‌توان با تغییر مناسب در اندازه و تركیب اسیدهای آمینه در یك پروتئین، به خواص كاركردی مورد نیاز برای یك كاربرد بخصوص دست یافت.
اندازهٔ پروتئین‌ها را می‌توان توسط آبكافت اسیدی یا آنزیمی كاهش داد. اما ایجاد تغییرات در تركیب اسیدهای آمینه یك پروتئین، مشكل‌تر است. برای ایجاد تغییرات در تركیب اسیدهای آمینه یك پروتئین، از روش‌هایی تحت عنوان مهندسی پروتئین استفاده می‌شود كه از طریق تغییر در كدهای ژنتیكی با استفاده از روش‌های مهندسی ژنتیك، ترتیب اسیدهای آمینهٔ پروتئین عوض می‌شود.
از روش‌های مهندسی پروتئین، برای افزایش پایداری پروتئین‌های آنزیمی كه در مقیاس صنعتی نقش كاتالیزور را دارند نیز استفاده شده است. به‌عنوان مثال، گلوكز ایزومراز، آنزیمی است كه در فرآیند تولید HFCS از اهمیت فراوان برخوردار است. این آنزیم در بیوراكتورهای صنعتی توسط یك واكنش شیمیایی بین گلوكز (سوبسترات واكنش) و گروه‌های آمین ثانویه لیزین موجود در ساختار آنزیم، غیرفعال می‌گردد.

محققین در شركت Gist-Brocadeروشی را جهت اصلاح ژن گلوكز ایزومراز ایجاد كردند كه در آن قسمتی از مولكول آنزیم (جزء لیزین) كه گلوكز به آن حمله می‌كند، به گروه‌هایی (جزء آرژینین) كه مورد حملهٔ گلوكز واقع نشده ولی قادر هستند كه ساختار آنزیم را حفظ كنند تبدیل می‌شود. با استفاده از این روش، زمان استفادهٔ مفید از آنزیم گلوكز ایزومراز در شرایط صنعتی به‌طور قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته و این موضوع باعث افزایش ظرفیت تولید و كاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.


● استفاده از آنزیم لیپاز در بهبود كیفیت روغن‌ها و چربی‌ها

كیفیت‌های تغذیه‌ای و خواص بافتی روغن‌ها و چربی‌ها، به تركیب اسیدهای چرب آنها بستگی دارد. به‌عنوان مثال، اگر تنها اسید چرب سازنده یك روغن یا چربی، اسید استئاریك (اسید چرب اشباع) باشد، این چربی در دمای اطاق و دمای بدن جامد خواهد بود. ولی اگر اسیدهای چرب اشباع به این روغن و چربی اضافه گردند، دمای ذوب آن كاهش پیدا خواهد كرد.
طول زنجیرهٔ اسیدهای چرب نیز بر روی دمای ذوب یك روغن و یا چربی تاثیر گذار است و باید تركیب اسیدهای چرب در تری‌گلیسیریدهای آن را تغییر داد. برای اینكار می‌توان از آنزیم‌های لیپاز استفاده كرد.
مزیت بكارگیری آنزیم‌های لیپاز، اختصاصی عمل‌كردن آنها می‌باشد. به‌عنوان یك مثال از بكارگیری آنزیم‌های لیپاز برای تغییر خواص روغن‌ها كه در سطح تجارتی استفاده شده است، می‌توان به فرآیندی جهت تولید یك آنزیم لیپاز توسط كپك Mucor meihiجهت تبدیل جزء میانی روغن پالم به یك روغن با ارزش مورد استفاده در قنادی اشاره كرد.

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه...

ادامه...

● استفاده از آنزیم آمیلاز در صنایع نشاسته

مهمترین پلی‌ساكاریدی كه در صنایع غذایی استفاده می‌شود، نشاسته است. تولید آنزیمی گلوكز با استفاده از آنزیم آمیلاز بدست آمده از باسیلوس سوبتیلیس و آمیلوگلوكزیداز حاصل از آسپرژیلوس، جایگزین روش‌های قدیمی هیدرولیز اسیدی شده است. سرعت عمل، عدم آلودگی و امكان تولید دكستروز در مقیاس صنعتی از مزایای عمدهٔ روش آنزیمی، می‌باشد. البته با پیشرفت فناوری DNA نوتركیب، امكان تولید آنزیم‌های میكروبی پایدار در دمای بالا جهت هیدرولیز آنزیمی و بالطبع تولید صنعتی و گستردهٔ گلوكز فراهم شده است.
همچنین با استفاده از آنزیم آلفاآمیلاز می‌توان نشاسته را به شربت‌هایی با معادل دكستروز (DE) پایین تبدیل كرد. اگر علاوه بر این آنزیم از آنزیم‌های گلوكوآمیلاز و گلوكزایزومراز نیز استفاده گردد، ‌می‌توان محصولی با شیرینی معادل ساكارز به نام HFCS تولید كرد. تولید HFCS، یكی از بهترین مثال‌های بكارگیری آنزیم در یك فرایند تجارتی می‌باشد.
گزارش شده است كه معرفی این محصول در ایالات متحده امریكا باعث صرفه‌جویی معادل ۱.۳ میلیارد دلار در واردات شكر در سال ۱۹۸۰ شد. تولید این محصول بدلایل سیاسی و اقتصادی در اروپا موفقیت‌آمیز نبوده ‌است.
فروكتوز نیز یك ماده شیرین‌كننده می‌باشد كه در بسیاری از محصولات غذایی عمدتاً به عنوان جایگزین ساكارز (شكر معمولی) مورد استفاده قرار می‌گیرد. یكی از دلایل افزایش محبوبیت فروكتوز در كارخانه­های ساخت مواد غذایی، در دسترس بودن مقدار زیاد نشاستهٔ غلات است كه با روش آنزیمی، در مقیاس صنعتی به فروكتوز تبدیل می‌شود. یك منبع ارزانتر و جایگزین فروكتوز ممكن است فروكتان باشد كه كربوهیدرات ذخیره‌ای در بسیاری از گیاهان است. فروكتان­ها، پلیمرهای مولتی فروكتوز (پلی‌فروكتوز) هستند كه می‌توانند به‌صورت آنزیمی یا شیمیایی هیدرولیز شوند تا فروكتوز بدست آید.
فروكتان‌های گیاهی، شیرین هستند؛ اما آنزیم‌هایی كه بتوانند زنجیره‌های گلیكوزیدی آن‌ها را از بین ببرند در دستگاه گوارش انسان وجود ندارند. در نتیجه، فروكتان‌ها اجزای غذایی كم‌كالری هستند. از این خاصیت برای تولید شیرین‌كننده‌های كم‌كالری طبیعی در صنایع غذایی- بهداشتی به خصوص در ژاپن استفاده می‌شود كه آن را به صورت آنزیمی در بیوراكتورها تولید می‌كنند. در میان باسیل‌ها، پسودوموناس و استرپتوكوك با كمك آنزیم‌های خارج سلولی، شكر را به فروكتان‌های باكتریایی كه غالباً لوان (Levan) نامیده می‌شوند، تبدیل می‌كنند.
در گیاهان تنباكویی كه حاوی ژن تغییر یافتهٔ "Sac B" یا Bacillus subtilis levansucrase هستند، یك فروكتان پایدار، شبیه نوع میكروبی‌ تولید می‌شود.
از روش‌های اصلاح آنزیمی پلیمرهای نشاسته، جهت بهبود خواص هیدروكلوئیدی آنها جهت تولید جایگزین‌های چربی، نشاستهٔ مقاوم، امولسیفایرها و عوامل ایجاد ژل و همچنین جهت تولید نشاسته‌های با منافذ ریز برای استفاده در سیستم‌های رهایش كنترل شده نیز استفاده شده است.

● حذف آب از محیط‌های كشت آنزیمی استفاده از آنزیم‌ها

یكی از مشكلات اصلاح آنزیمی پلی‌ساكاریدها، نیاز به خارج كردن آب پس از عملیات اصلاح آنزیمی است كه باعث می‌شود كه این عملیات توجیه اقتصادی نداشته باشد. برای مواجهه با این مشكل، فرآیندهای انجام عملیات اصلاح آنزیمی در محیط‌های نیمه‌جامد ایجاد شده است. به‌عنوان مثال، می‌توان به فرآیند اصلاح آنزیمی صمغ guar توسط آنزیم آلفاگالاكتوسیداز جهت تولید محصولی با خواص شبیه به صمغ locust bean در محیطی حاوی وزن مساوی آرد guarو آب اشاره كرد.
حذف آب از محیط‌های كشت آنزیمی باعث متحول‌شدن استفاده از آنزیم‌ها در صنایع غذایی شده است. این امكان، برعكس كردن عمل آنزیم‌های هیدرولیزی را فراهم می‌كند. به عبارتی در این شرایط و در عدم حضور انرژی متابولیكی می‌توان آنزیم‌های هیدرولیزی را وادار ساخت كه همان بیومولكول‌هایی را سنتز كنند كه در حضور آب تجزیه می‌كنند. همچنین میزان اختصاصی عمل‌كردن آنزیم‌های هیدرولیزی در عدم حضور آب كاهش می‌یابد؛ بطوریكه این آنزیم‌ها قادر به تسریع واكنش هیدرولیز بر روی سوبسترا‌های غیرمتعارف می‌گردند.
به‌عنوان مثال از مادهٔ سابتیلیزین (Subtilisin) كه نقش طبیعی آن هیدرولیز پروتئین‌ها می‌باشد، می‌توان در محیط حاوی حلالهای آلی جهت كاتالیز واكنش آسیلاسیون قندها برای تولید فعال‌كننده‌های سطحی (بعنوان امولسیفایر در مصارف غذایی) استفاده كرد.
نیاز به حذف كامل حلال‌ها از واكنش‌های سازگار با غذا منجر به یك كشف بسیار جالب شده‌است آنزیم‌ها حتی می‌توانند تحت شرایطی كه حلال وجود ندارد، فقط با استفاده از سوبسترا و محصول به‌عنوان محیط واكنش، عمل كنند. استرهای كربوهیدرات و پلی‌گلیسرول (امولسیفایرها)، استرهای كایرالی (طعم دهنده) و الیگوپیتیدها، لیپیدهای ضروری و پلیمرهای ساختاری از تركیبات مرتبط با مواد غذایی هستند كه بطور موفقیت‌آمیزی با استفاده از آنزیم‌ها در این شرایط تولید شده‌اند.

▪ چند مثال دیگر از اصلاح آنزیمی افزودنی‌های غذایی

ـ استفاده از آنزیم انورتاز جهت تبدیل ساكارز به قند معلق در محصولاتی نظیر شیرینی‌جات، مرباجات و بستنی.

ـ استفاده از آنزیم آلفاگالاكتوزیداز در صنایع تولید شكر از چغندر قند جهت تبدیل رافینوز موجود در شیره چغندرقند به گالاكتوز و ساكارز. با توجه به اینكه رافینوز اثر بازدارندگی بر روی كریستالیزاسیون ساكارز دارد، اگر این تبدیل صورت نگیرد، در فرآیند بازیابی شكر از ملاس باید قسمتی از ملاس را همیشه دور ریخت. استفاده از فرآیند آنزیمی، امكان بازیابی شكر از كل ملاس را فراهم می‌كند.

ـ از آنزیم لاكتاز جهت اصلاح خواص آب پنیر استفاده شده است. لاكتوز در آب، شیرینی و حلالیت كمی دارد و همچنین هضم آن برای بعضی انسانها بخاطر كمبود آنزیم بتا-گالاكتوزیداز در سیستم گوارشی آنها امكانپذیر نمی‌باشد. لاكتوز با استفاده از این آنزیم به گلوكز و گالاكتوز تبدیل می‌شود كه معایب فوق را ندارد. همچنین گزارش شده است كه پیش‌آبكافت لاكتوز در شیر می‌تواند زمان فرآوری برای تولید ماست و پنیر را تا ۲۰ درصد كاهش دهد.

- از آنزیم های میكروبی مثل پكتیناز، سلولاز، همی‌سلولاز و آمیلاز برای شفاف كردن آب میوه و حذف پكتین و الیاف سلولزی استفاده می‌شود. این آنزیم‌ها بیشتر از باكتری‌ها و قارچ‌ها استخراج می‌شوند.

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه...

ادامه...

● تولید مواد كمك فرآوری

ریزسازواره‌ها به‌عنوان كشت آغازگر در فرآوری مواد غذایی جهت بهبود و تولید طعم، افزایش قابلیت نگهداری مواد غذایی و تولید اسید و گازها تولید می‌گردند. به‌عنوان مثال از ریزسازواره‌ها در تولید محصولات لبنی، محصولات گوشتی و تولید نان استفاده می‌گردد. مثال دیگر مواد كمك فرآوری مورد استفاده در صنایع غذایی، آنزیمها می‌باشند كه بطور گسترده‌ای از آنها در فرآوری انواع مواد غذایی استفاده می‌شود.


● كاربردهای تشخیصی برای تایید ایمنی و سلامت محصولات غذایی

از دقت بسیار زیادی كه مولكول‌های زیستی در شناسایی برخوردارند، جهت توسعه فناوری‌هایی برای شناسایی حضور ریزسازواره‌های بیماری‌زا، سموم و پروتئین‌های خارجی در مواد غذایی استفاده می‌شود. در این فناوری‌ها از مولكول‌های مخصوص حس‌گر استفاده می‌گردد. به‌عنوان مثال در DNA كروموزمی و RNA باكتری‌ها، ترتیب‌های بازی مشخص كوتاهی وجود دارد كه از آنها می‌توان جهت شناسایی و ردیابی آنها استفاده كرد.
از این حس‌گرهای ژنتیكی می‌توان جهت شناسایی سریع ریزسازواره‌ها در سطح خانواده، گونه یا زیرگونه استفاده كرد. در حال حاضر، چنین حس‌گرهایی برای لیستریا، سالمونلا، كلستریدیوم، یرسینیا، كمپیلوباكتر ساخته شده‌است.
از آنتی‌بادی‌های نوتركیب چنددودمانی و تك‌دودمانی جهت توسعهٔ روش‌های سریع و ساده برای شناسایی میكرب‌های بیماری‌زا با منشاء غذایی مثل سالمونلا، لیستریا و سم‌های قارچی (مثل آفلاتوكسین و تریتوتثین)، آفت‌كش‌ها و سم‌های طبیعی (مثل گلیكوآلكالوئید سیب‌زمینی) استفاده شده است. سم‌های تولیدی برخی قارچ‌ها در انواع مواد غذایی (بخصوص غلات و میوه‌های مغزدار كه در شرایط نامناسب نگهداری می‌شوند) را می‌توان با استفاده از كیت‌هایی مبتنی بر آنزیم ELISA شناسایی كرد و ایمنی و سلامت محصولات را تضمین نمود.
به عنوان مثال، می‌توان از آزمون‌های ELISA برای شناسایی Salmonella در مواد غذایی استفاده نمود و نتیجهٔ آزمایش در عرض یك روز مشخص می‌شود؛ در حالی كه توسط روش‌های مرسوم میكروبیولوژی تا شش روز طول می‌كشد.
روش‌های بیوتكنولوژی برای تایید غیرتقلبی‌بودن یك محصول غذایی نیز بكار می‌روند. به‌عنوان مثال برای شناسایی پروتئین‌های شیر، آنتی‌بادی‌هایی وجود دارد كه می‌توان از آنها در ساخت كیت‌های ELISA استفاده كرد. این كیت‌ها قادر هستند، استفاده غیرمجاز از شیر گاو در تولید پنیرهایی كه ادعا می‌گردد از شیر گوسفند تهیه شده است را تشخیص دهند.

● تصفیه پسماند یا پیشگیری از ایجاد پسماند
منظور از كلمهٔ پسماند، تمام موادی است كه بجز فراورده‌های اصلی در یك فرایند تولید می‌شوند. بنابراین، مواد مختلف اعم از گاز، مایع و جامد در این تعریف می‌‌گنجد. از روش‌های بیولوژیك هوازی و بی‌هوازی به منظور كاهش آلودگی پساب‌های صنایع غذایی استفاده شده ‌است. در گذشته، اقدامات مربوط به مدیریت پسماندها، بر تصفیهٔ نهایی اینگونه مواد متمركز بوده است و تلاش خود را صرف طراحی سیستم‌های تصفیهٔ پسماند و نصب دستگاه‌های كنترل آلودگی می‌نمود، تا بتواند از آلودگی محیط زیست ممانعت كند. در روزگار اخیر، فلسفهٔ نوینی شكل گرفته است كه برپایهٔ پیشگیری از تولید پسماند و كاهش آن استوار است.
این نگرش مثبت از تصفیهٔ پسماند یعنی پیشگیری از ایجاد پسماند، مزایای زیر را دارد:
۱) مقدار پسماندها كاهش می‌یابد.
۲) میزان مصرف مواد خام و در نتیجه هزینهٔ آن كاهش می‌یابد.
۳) از هزینهٔ تصفیهٔ پسماند كاسته می‌شود.
۴) احتمال بروز آلودگی كمتر می‌شود.
۵) شرایط كار بهبود می‌یابد.
۶) بازده فرایندهای تولید افزوده می‌شود.
بر این اساس، رویكرد جدید، استفاده از روش‌های بیولوژیكی جهت تبدیل پساب صنایع غذایی (بعنوان مواد اولیهٔ تجدیدپذیر) به محصولات مفید (مانند SCP) می‌باشد.


ماخذ:
۱- بنكدارپور، بابك، ۱۳۸۱، جزوهٔ آموزشی، "میكروبیولوژی صنعتی و فرایندهای تخمیری"، دانشگاه صنعتی امیركبیر.
۲- مهندس ولی ا... بابایی پور،۱۳۸۰، "بیوتكنولوژی و صنعت،" پژوهش‌یار (ویژه نامهٔ بیوتكنولوژی)، صفحات ۴۶ تا ۵۷.
۳- مهبودی، فریدون و صانعی، اشرف السادات، ۱۳۷۶، "بیوتكنولوژی از زمینه­های علمی دیروز تا كاربردهای عملی امروز،" انتشارات معاونت پژوهشی وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشكی.

 

[mahdi.adelinasab]

مهندسی تغییر در موجودات زنده

مهندسی تغییر در موجودات زنده

بیوتكنولوژی و مهندسی ژنتیك دانش جدیدی است كه دستاوردهای آن در هاله ای از بیم و امید است. درطول تاریخ علوم و كشفیات جدید بسیاری از اختراعات و كشفیات علمی در مراحل ابتدایی خود با مقاومت و انكار ازسوی سایر متخصصان و پژوهشگران روبه رو شده اند و این درحالی بوده است كه این كشفیات تنها تغییرات اندكی در نحوه زندگی و تفكر بشر به وجود آورده اند اما مهندسی ژنتیك با ساختار اصلی و قانونمند سامانه هستی درافتاده است و خواهان تغییرات اساسی و اصلی دراین ساختار است. در این مرحله از پیشرفت علم بشر به دنبال آن است كه با بهره گیری از علم و دانش خود هم چنان بر كاستی ها غلبه كرده و مسیر رشد و ترقی خود را ادامه دهد. اما این تغییرات به دلیل آمیخته بودن با قوانین طبیعی بسیارحساس و شگفت انگیز خواهدبود و لذا وارد شدن در این مقوله آمیخته با بیم و امید است.


● تاریخچه بیوتكنولوژی
واژه بیوتكنولوژی دارای قدرت است و آنگونه كه همگان تصورمی كنند خیلی جدید نیست. این واژه ابتدا در كتابی كه توسط نویسنده مجاری Erkey در سال ۱۹۱۹ نوشته شد مورداستفاده قرارگرفت. این كتاب مشتمل بر مسائل زیست شناسی است و به علاوه روش تولید محصولات توسط میكرو ارگانیزمها در آن تشریح شده است كه موضوعی بود كه در رشته كشاورزی به طور مشخص مورداستفاده واقع می شد، اما در همان سال ها دكتر chaim wiezman از دانشگاه منچستر موفق به توسعه فرایند صنعتی تولیدانبوه استون توسط فرمانتاسیون شده بود كه این فرایند با تعریفی كه توسط Erkey از بیوتكنولوژی شده بود تطابق كامل داشت.
با پیشرفت زمینه های استفاده از بیوتكنولوژی مترادف با تكنولوژی تعاریف رایج از این رشته نیز دستخوش تغییرات شد تا این كه واژه بیوتكنولوژی مترادف با تكنولوژی تخمیر شد. این واژه در سال ۱۹۶۲ توسط Elmer Qarden در مقاله ای در مجله بیوتكنولوژی و مهندسی زیستی مورداستفاده قرارگرفت و همزمان با این كاربرد از سوی اتحادیه بیوتكنولوژی اروپا كه تازه نیز تأسیس شده بود تعریف مشابهی ارائه شد. اما در سال بعد در مقاله ای منتشر شده در یك مجله مهندسی ژنتیك تعریف توسعه علمی و اقتصادی در زمینه ژنتیك برای تعریف بیوتكنولوژی مورداستفاده قرارگرفت واین تعریف، تعریف موردتأیید كمیسیون علائم تجاری آمریكا قرارگرفت و به صورت علامتی تجاری درزمینه مهندسی ژنتیك مورداستفاده قرارگرفت.


● بیوتكنولوژی و علوم پزشكی
كاربرد رشته بیوتكنولوژی در زمینه علوم پزشكی و دارویی شامل ابداع روش های كاملاً جدید برای تشخیص مولكولی مكانیسم های بیماری زایی و گشایش رشته جدیدی در زمینه پزشكی تحت عنوان پزشكی مولكولی است و به علاوه امكان تشخیص پیش از تولد بیماری ها و پس ازتولد بیماری ها، ژن درمانی و ازبین بردن معلولیت های كودكان پیش از تولد، تولید واكسن های جدید، ساخت كیت های تشخیصی، تولد پادتن های منوكلونال، ایجاد میكرو ارگانیسم های دست كاری شده برای كاربردهای خاص و غیره را شامل می شود. امروزه برای تشخیص مداوای دقیق بیماران، پیشگیری از بیماری ها و درمان بیماری ها راه دیگری جز پزشكی مولكولی وجودندارد. به علاوه به عنوان نمونه های عملی از كاربرد بیوتكنولوژی درعلوم پزشكی و درمانی می توان به موارد زیر نیز اشاره كرد:
۱) ژن درمانی
۲) طرح بین المللی ژنوم انسان
۳) شبیه سازی مكانیسم های مولكولی پیدایش سرطان
۴) شبیه سازی بیوتكنولوژی و كشاورزی

با توجه به رشد روزافزون جمعیت جهان و نیز افزایش تقاضا برای موادغذایی طی سال های اخیر شاهد تغییرات اساسی در زمینه تولید محصولات كشاورزی در سال های اخیر بوده ایم و این خود سبب گذر جدی و اجتناب ناپذیر از كشاورزی سنتی به كشاورزی پیشرفته گردیده است و به علاوه سبب شده است كه علاوه بر استفاده از ادوات و تجهیزات كاشت، داشت و برداشت جدید برای محصولات، روش های نوین بیوتكنولوژی نیز در تولید محصولات دامی و زراعی مورد استفاده قرار گیرد تا بدین وسیله مشكلات تأمین موادغذایی جوامع مرتفع شود.
استفاده از روش های افزایش كمی وكیفی و نیز استفاده از روش های مهندسی ژنتیك و بیوتكنولوژی در تولید محصولات غذایی و نیز كاهش هزینه ها و زمان تولید در این روش ها سبب شده است كه گیاهان به عنوان اصلی ترین و مهم ترین منابع تجدید شونده جهان كه علاوه بر تأمین غذای انسان و حیوان نیازهای غیرتغذیه ای مانند شیمیایی و صنعتی را نیز مرتفع می كنند، در كانون توجهات برای تولید انبوه قرار گیرند.
علاوه بر تولید گیاهان تراریخته (دستكاری شده) دانشمندان اقداماتی نیز در جهت تولید جانوران ژنتیكی به عمل آورده اند و تولید جانوران ترانس ژنتیك از دستاوردهای مهندسی ژنتیكی است كه نمونه واقعی این جانوران تولیدی را می توان در پژوهشكده های صنعتی شاهد بود و «دالی گوسفنده» نخستین نسل از این گونه از جانوران است.


● بیوتكنولوژی و صنعت
كاربردهای دانش بیوتكنولوژی علاوه بر مسائل زیستی در مسائل صنعتی نیز وجود دارد و به عنوان نمونه استفاده از میكروارگانیسم ها در استخراج و بازیافت كانی های پرارزشی مانند طلا، نقره، مس و اورانیوم در برخی از معادن دنیا رواج پیدا كرده است و نیز تولید اسیدهای آلی و یا اسیدهای چرب ویژه از دیگر زمینه های همكاری صنعت و دانش بیوتكنولوژی است. تولید پلاستیك های قابل تجزیه، تولید انرژی های تجدیدپذیر، تولید ساختارهای نانو متری و نیز تولید آنزیم های خاص در صنایع غذایی، شیمیایی، سلولزی، نفت وتولید شوینده ها از دیگر عرصه های جدید و با ارزش بیوتكنولوژی در صنعت و محیط زیست به حساب می آید.


● اصلاح نباتات
بومی سازی گیاهان را می توان یكی از مهم ترین دستاوردهای علم ژنتیك به حساب آورد كه هدف اصلی از انجام این كار افزایش عملكرد در واحد سطح، بهتر نمودن كیفیت محصولات و فراورده های كشاورزی و نیز تولید مواداولیه مورد نیاز برای جوامع انسانی است. در بیشتر گیاهان یك یا چند ژن باارزش اقتصادی وجود دارد، این دسته از ژن ها حساسیت و مقاومت گیاهان را نسبت به امراض و آفات كنترل می كنند و در اولویت برنامه های اصلاح نباتات نیز قرار دارند. هدف اصلاح گر نباتات نباید در توسعه روش های سنتی كشت نباتات اصلاحی خلاصه شود بلكه باید همواره در تلاش برای ایجاد تركیبات جدید از ژنوتیپ های مطلوب باشد.
هدف اصلاحی نهایی در هر برنامه اصلاحی افزایش عملكرد است كه در شرایط نامساعد افزایش عملكرد به طریق اصلاح نباتات صرف زمان طولانی تری نیاز دارد، ژن های كنترل كننده عملكرد برای بروز حداكثر پتانسیل خود به عوامل محیطی تولید وابسته می باشند. به طوری كلی اصلی ترین اهداف اصلاح نباتات را می توان به صورت زیر بیان كرد:
۱) بهبود كیفیت
۲) افزایش تولید در واحد سطح
۳) مقاومت نسبت به آفات و بیماری
۴) مقاومت نسبت به كنش های محیطی