مجله علمي سلولی مولکولی و میکروبیولوژی
دانشگاه آزاد اسلامي واحد جهرم
|
گستردگيو تنوع كاربردهاي بيوتكنولوژي، تعريف و توصيف آنرا كمي مشكل و نيز متنوعساخته است.
برخي آنرا مترادف ميكروبيولوژي صنعتي واستفاده از ميكروارگانيسمها ميدانند و برخي آنرا معادل مهندسي ژنتيك تعريفميكنند بههمين دليل در اينجا مختصراً اشارهاي به تعاريف متفاوت ازبيوتكنولوژي ميكنيم كه البته داراي وجوه اشتراك زيادي نيز هستند:(1)و (2) • بيوتكنولوژي مجموعهاي از متون و روشها است كه براي توليد، تغيير و اصلاحفراوردهها، بهنژادي گياهان و جانوران و توليد ميكروارگانيسمها برايكاربردهاي ويژه، از ارگانيسمهاي زنده استفاده ميكند. • كاربرد روشهاي علمي و فني در تبديل بعضي مواد به كمك عوامل بيولوژيك(ميكروارگانيسمها، ياختههاي گياهي و جانوري و آنزيمها) براي توليد كالاها وخدمات در كشاورزي، صنايع غذائي و دارويي و پزشكي • مجموعهاي از فنون و روشها كه در آن از ارگانيسمهاي زنده يا قسمتي از آنهادر فرايندهاي توليد، تغيير و بهينهسازي گياهان و جانوران استفاده ميشود. • كاربرد تكنيكهاي مهندسي ژنتيك در توليد محصولات كشاورزي، صنعتي، درماني وتشخيص باكيفيت بالاتر و قيمت ارزانتر و محصول بيشتر و كم خطرتر • استفاده از سلول زنده يا توانائيهاي سلولهاي زنده يا اجزاي آنها و فرآوريو انتقال آنها بهصورت توليد در مقياس انبوه • بهرهبرداري تجاري از ارگانيسمها يا اجزاي آنها • كاربرد روشهاي مهندسي ژنتيك در توليد يا دستكاري ميكروارگانيسمها وارگانيسمها • علم رامكردن و استفاده از ميكروارگانيسمها در راستاي منافع انسان تعاريف بالا از بيوتكنولوژي هركدام بهتنهائي توصيف كاملي از بيوتكنولوژينيست ولي با قدر مشترك گرفتن از آنها ميتوان به تعريف جامعي ازبيوتكنولوژي دست يافت. براستي چرا چنين است؟ هرچند كه با مرورزمان دانشمندان به مفاهيم مشتركي در مورد تعريف بيوتكنولوژي نزديك شدهانداما چرا هر متخصص و دانشمندي تعريف جداگانهاي از بيوتكنولوژي ارائه ميدهدكه درجاي خود نيز ميتواند صحيح باشد (نه الزاماً جامع). علت اين حقيقت را بايد درماهيت بيوتكنولوژيجُست. بيوتكنولوژي همانند زيست شناسي، ژنتيك يامهندسي بيوشيمي يك علم پايه يا كاربردي نيست كه بتوان محدوده و قلمروآنرا بسادگي تعريف كرد. بيوتكنولوژي شامل حوزهاي مشترك از علوم مختلف استكه در اثر همپوشاني و تلاقي اين علوم بايكديگر بوجود آمده است. بيوتكنولوژيمعادل زيست شناسي مولكولي، مهندسي ژنتيك، مهندسي شيمي يا هيچ يك از علومسنتي و مدرن موجود نيست؛ بلكه پيوند ميان اين علوم در جهت تحقق بخشيدنبه توليد بهينه يك محصول حياتي (زيستي) يا انجام يك فرآيند زيستي بروشهاينوين و دقيق با كارآئي بسيار بالا ميباشد. بيوتكنولوژي را ميتوان به درختي شبيه كردكه ريشههاي تناور آنرا علومي بعضاً با قدمت زياد مانند زيست شناسي بويژهزيست شناسي مولكولي، ژنتيك، ميكروبيولوژي، بيوشيمي، ايمونولوژي، شيمي،مهندسي شيمي، مهندسي بيوشيمي، گياهشناسي، جانورشناسي، داروسازي، كامپيوترو... تشكيل ميدهند ليكن شاخههاي اين درخت كه كم و بيش به تازگي روئيدنگرفتهاند و هرلحظه با رشد خود شاخههاي فرعي بيشتري را بهوجود ميآورند بسيارمتعدد و متنوع بوده كه فهرست كردن كامل آنها در اين نوشته را ناممكنميسازد. تقسيمبندي بيوتكنولوژي به شاخههاي مختلفنيز برحسب ديدگاه متخصصين و دانشمندان مختلف فرق ميكند و در رايجترينتقسيمبندي از تلاقي و پيوند علوم مختلف با بيوتكنولوژي استفاده ميكنند ونام شاخهاي از بيوتكنولوژي را بدينترتيب وضع ميكنند. مانند بيوتكنولوژيپزشكي كه از تلاقي بيوتكنولوژي با علم پزشكي بوجود آمده است يابيوتكنولوژي كشاورزي كه كاربرد بيوتكنولوژي در كشاورزي را نشان ميدهد. بدينترتيب ميتوان از بيوتكنولوژي داروئيPharmaceuticalBiotechnology بيوتكنولوژيميكروبي، MicrobialBiotechnology، بيوتكنولوژي دريا MarineBiotech، بيوتكنولوژي قضائي يا پزشكي قانوني ForensicBiotech، بيوتكنولوژي محيطي EnvironmentalBiotech، بيوتكنولوژي غذائي foodand food stuffBiotech بيوانفورماتيك Bioinformatic، بيوتكنولوژي صنعتي Industrial، بيوتكنولوژي نفت ...... بيوتكنولوژي تشخيصي و ... نام برد. اين شاخههاي متعدد در عمل همپوشانيها وپيوندهاي متقاطع زيادي دارند و باز بدليل ماهيت همهجانبه بودن بيوتكنولوژينميتوان در اين مورد نيز به ضرس قاطع محدودههائي را براي آنها تعييننمود. گستردگي كاربرد بيوتكنولوژي در قرن بيست ويكم بحدي است كه، اقتصاد، بهداشت، درمان، محيطزيست، آموزش، كشاورزي،صنعت، تغذيه و ساير جنبههاي زندگي بشر را تحت تأثير شگرفت خود قرار خواهدداد. بهمين دليل انديشمندان جهان قرن بيست و يكم را قرن بيوتكنولوژينامگذاري كردهاند. تاريخچه بيوتكنولوژيريشه در تاريخ دارد و تكوين آن از سالهاي بسيار دور آغاز شده تابحال ادامهيافته است. درتقسيمبندي زماني ميتوان سهدوره براي تكامل بيوتكنولوژي قائل شد. 1)دورة تاريخي كه بشر با استفاده ناخودآگاه از فرآيندهاي زيستي به توليدمحصولات تخميري مانند نان، مشروبات الكلي، لبنيات ترشيجات و سركه و غيرهميپرداخت. در شش هزار سال قبل از ميلاد مسيح، سومريان و بابليها از مخمرهادر مشروبسازي استفاده كردند. مصريها در چهار هزار سال قبل با كمك مخمر و خميرمايه نان ميپختند. در اين دوران فرآيندهاي ساده و اوليه بيوتكنولوژي وبويژه تخمير توسط انسان بكار گرفته ميشد. 2)دوره اوليه قرن حاضر كه با استفاده آگاهانه از تكنيكهاي تخمير و كشتميكروارگانيسمها در محيطهاي مناسب و متعاقباً استفاده از فرمانتورها در توليدآنتيبيوتيكها، آنزيمها، اجراء مواد غذائي، مواد شيميائي آلي و ساير تركيبات،بشر به گسترش اين علم مبادرت ورزيد. در آن دوره اين بخش از علم نامميكروبيولوژي صنعتي بخود گرفت و هماكنون نيز روند استفاده از اين فرآيندهادر زندگي انسان ادامه دارد. ليكن پيشبيني ميشود به تدريج با استفاده ازتكنيكهاي بيوتكنولوژي نوين بسياري از فرآيندهاي فوق نيز تحت تأثير قرارگرفته و بهسمت بهبودي و كارآمدي بيشتر تغيير پيدا كنند. 3)دوره نوين بيوتكنولوژي كه با كمك علم ژنتيك درحال ايجاد تحول در زندگيبشر است. بيوتكنولوژي نوين مدتي است كه روبه توسعه گذاشته و روز بروزدامنه وسعت بيشتري به خود ميگيرد. اين دوره زماني از سال 1976 با انتقالژنهائي از يك ميكروارگانيسم به ميكروارگانيسم ديگر آغاز شد. تا قبل از آندانشمندان در فرآيندهاي بيوتكنولوژي از خصوصيات طبيعي و ذاتي (ميكرو)ارگانيسمها استفاده ميگردند ليكن در اثر پيشرفت در زيستشناسي مولكولي وژنتيك و شناخت عميقتراجزاء ومكانيسمهاي سلولي ومولكولي متخصصينعلومزيستيتوانستند تا به اصلاح و تغيير خصوصيات (ميكرو) ارگانيسمها بپردازندو(ميكرو) ارگانيسمهائي باخصوصيات كاملاً جديد بوجود آوردند تا با استفاده ازآنها بتوان تركيبات جديد را بامقادير بسيار بيشتر و كارائي بالاتر توليد نمود. 600سال قبل از ميلاد 1830 1833 1855 1869 1914 1919 1938 1939 1953 1959 1954 1955 1966 1970 1971 1975 1976 1977 1978 1983 1984 1986 1990 1995 1997 1998 2000 2001 آبجو سازي در مصر و كشورهاي حاشيه رود نيل كشف پروتئينها جداسازي اولين آنزيمها كشف باكتري ايكلاي كشف DNA استفاده از باكتريها در تصفيه فاضلاب استفاده از واژه بيوتكنولوژي توسط يكمهندس كشاورزي استفاده از اصلاح بيولوژي مولكولي كشف فعاليت ضدباكتريائي قارچ پنيسيليومتوسط فلمينگ (كشف پنيسيلين) كشت ساختمان رشتهاي مارپيچ DNA توسط واتسون و گريك توضيح و تشريح ساختمان آنتيبادي توسطپورتر، ارلن وينسونوف كشت سلول جداسازي يك آنزيم سنتز كننده DNA كشف كدهاي ژنتيكي اولين سنتز كامل يك ژن كشف آنزيمهاي برش دهنده اسيدهاي نوكلئيك اولين آنتيبادي مونوكلونال اولين بيان ژن مخمر در باكتري ايكلاي اولين بيان ژن انسان در باكتري توليد انسولين نوتركيب انساني ابداع روش PCR براي تكثير قطعات DNA ابداع روش انگشتنگاري DNA ـ اولين واكسن مهندسيژنتيك EPA اولين تنباكوي مهندسيژنتيك را تأييد كرد شروع پروژه ژنوم انساني ـ توليد اولين گاوترانسژنيك كشف اولين ژنوم كامل يك موجود زنده ابداع تكنيك جديد DNA با استفاده از PCR و چيپهاي DNA و يك برنامه كامپيوتريبراي كشف ژنهاي بيماريزا استفاده از سلولهاي ريشهاي براي معالجهبيماريها شناسائي كامل ژنوم مگس سركه و بسياري ازموجودات ديگر شناسائي كامل ژنوم انسان و بسياري ديگر ازارگانيسمها جدول1 ـ تاريخچه مختصر بيوتكنولوژي (3)و (4) كاربردهايبيوتكنولوژي كاربردهايبيوتكنولوژي بقدري وسيع است كه تقريباً تمام جنبههاي زندگي بشر را تحتتأثير قرارداد و خواهد داد. بهنحوي كه حدس زده ميشود در آينده نزديك كناراكثر نامهاي رايج علوم و فنون يك كلمة «بيو» يا «بيوتك» هم اضافه شود كهنشانه تأثير اين علم بر آن رشته ميباشد. كاربردبيوتكنولوژي در كشاورزي يا بيوتكنولوژي كشاورزي «Agbiotech»: عمدهترين كاربردهاي بيوتكنولوژي دركشاورزي را ميتوان به دستههاي زير تقسيم كرد. • ايجاد گياهان مقاوم به حشرات و آفتها • ايجاد گياهان تحمل كننده علفكشها • ايجاد گياهان مقاوم به بيماريهاي ويروسي و قارچي • ايجاد گياهان مقاوم به شرايط سخت مانند سرما، گرما و شوري • ايجاد گياهان داراي ارزشهاي غذائي ويژه • ايجاد گياهان داراي خاصيت درماني ـ پيشگيري • ايجاد گياهان داراي خصوصيت متابوليكي تغيير يافته مانند رشد سريع و راندمانكشت بالاتر • ايجاد گياهان و ميوههاي داراي زمان ماندگاري بيشتر همچنين بايد اضافه كرد: • ايجاد دامهاي ترانسژنيك كه داراي خصوصيات ويژهاي مانند توليد شير زياد ياگوشت كمچربي و... هستند. • ايجاد جانوراني كه بعنوان كارخانه توليد آنتيبادي و واكسن و دارو عمل كنند • ايجاد ماهيها و ساير دامهائي كه با سرعت زياد رشد ميكنند گياهانمقاوم به حشرات و آفتها باتوسعه تكنيكهاي بيوتكنولوژي دانشمندانقادرند ژنهائي از يك موجود زنده را به موجود ديگري انتقال دهند. در سال 1990اولين گياه ترانسژنيك در مزرعه واقعي كشت گرديد و در 1993 FDAگياهان و غذاهاي ترانسژنيك را بعنوان مواد اساساً بيضررمعرفي كرد. هماكنون با استفاده از اين تكنيكها ژنهايمربوط به توليد يك پروتئين سمي (بتاتوكسين) از باكتري باسيلوس تورانجينسيسبه گياهان متعددي از قبيل ذرت، پنبه و سيبزميني و... انتقال يافته است وبدينوسيله اين گياهان به حشراتي كه علاقه به تغذيه از آنها را دارندمقاوم گشتهاند. چرا كه بمحض استفاده حشرات از اين گياه بدليل نابوديدستگاه گوارش آنها از بين خواهند رفت. هرساله هزينههاي هنگفتي بابت مبارزهشيميائي با اين آفات صورت ميگيرد كه علاوه بر هزينهبري زياد آلودگيهايزيستمحيطي فراواني را بهدنبال دارد. راندمان اين مواد شيميايي نيز بدليلايجاد مقاومت در حشرات در برابر سموم بمرور پايين آمده است و بهمين خاطرنياز به تعويض مكرر اين آفتكشها وجود دارد. هماكنون در آمريكا ذرت و پنبه و سيبزمينيترانسژنيك تا ميزان زيادي مورد استقبال واقع شده است بطوريكه تا سال 1998حدود 18% از ذرت و 17% از پنبه و 4% از سيبزميني كشت داده شده در آمريكا ازنوع ترانسژنيك بوده است و هماكنون براساس روند رشد موجود برآورد ميشود كهبيش از 50% غلات كشت داده شده در آمريكا از نوع ترانسژنيك باشند.(5) گياهانمقاوم به بيماريهاي ويروسي و قارچي بيماريهاي ويروسي و قارچي از مهمترينبيماريهاي گياهي هستند كه علاوه بر وارد كردن خسارات زياد به محصولاتكشاورزي مانع كشت آنها در بسياري از شرايط آب و هوائي ميشود. باكلون كردن برخي ژنهاي گياهان مقاوم درگياهان حساس مانند ژنهاي كيتنياز و 1 و 3 گلوكاناز كه باعث تخريب ديوارهپليساكاريدي قارچهاي پاتوژن ميشوند بيوتكنولوژيستها به گياهاني دستيافتهاند كه مقاوم به قارچهاي پاتوژن ميباشند. همچنين باكلون كردن ژنهاي جانوري و انجاماقداماتي شبيه واكسيناسيون ميتوان به گياهان مقاوم به ويروس نيز دستيافت. روشهاي مبارزه بيولوژيك بسيار متعدد و متنوع بوده و تنها موارد بالاتنها مثالهائي از اين دست ميباشند.(6) گياهانمقاوم به علفكشها روشهاي رايج مبارزه با علفهاي هرزبهنحوي كه بايد انتخابي نيست و علفكشها در موارد زيادي علاوه بر نابوديعلفها به گياهان زراعي نيز آسيب ميزنند. بعنوان مثال Glyphosate كه يك علفكش كارآمدياست ميتواند گياهاني را كه داراي سير متابوليكي Shikamate هستند را نيز نابود كند.بهمين منظور بيوتكنولوژيستها با وارد كردن ژن مقاومت گليفوسيت EPSP سنتتاز به گياهانيمانند چغندرقند، سويا، پنبه، گوجهفرنگي و تنباكو آنها را در برابر علفكشهامقاوم كردهاند.(7) گياهانتحمل كننده شرايط سخت ارزش گياهاني كه بتوانند در خاكهاي شوربا حرارت بالا، سرماي زياد و... رشد كنند بركسي پوشيده نيست. بيش از 13زمينهاي قابل آبياري جهان داراي درصد غيرقابل تحمل نمك در خود هستند.بيوتكنولوژيستها با بررسي گياهاني كه بصورت خودرو در شرايط سخت مانند فشاراسمزي بالا، سرماي زياد، گرمان فراوان و... رشد ميكنند به ژنهائي دستيافتهاند كه عامل مقاومت اين گياهان در برابر اين شرايط سخت ميباشد. باانتقال اين ژنها گياهان متعددي توليد شدهاند كه قادرند در خاكهاي نامناسببا املاح زياد رشد كنند. بعنوان مثال با انتقال ژنهاي مسئول انتقاليونهاي سديم بداخل گياهاني مانند آرابيدوپسيس سطح تحمل اين گياه تا 200ميلي مولار نمك افزايش پيدا كرده است. همچنين با خاموش كردن سيستم بيان ژنهايسنتز اسيدهاي چربتري ئنوئيك در گياهان بيوتكنولوژيستها توانستهاند تا اينگياهان را در دماهاي بالاتر از حد معمول رشد دهند. همچنين با انتقال ژنهاي مسئول توليد نوعيپروتئين ضديخ كه در ماهيهاي آبهاي قطبي يافت ميشود به گياهان بسياري،باعث ايجاد مقاومت در برابر سرماي زياد در اين گياهان شدهاند.(8) گياهانيكه داراي ارزش ويژهاي هستند هرمادة با ارزشي كه در درون يك گياه ياهر موجود زنده ديگر ساخته شده و تجمع مييابد بواسطه عملكرد ژنهاي مسئولسنتز آن ماده ميباشد. بيوتكنولوژيستها با شناسائي اين ژنها و افزايش قدرتبيان اين ژنها و يا افزايش تعداد نسخههاي اين ژنها در يك گياه ميتوانندگياهان و ميوههائي كنند كه داراي ارزشهاي غذائي ويژهاي هستند. بهمين سبباصلاح جديد NutritionalGenomics وضع شده است كه نشاناز كاربرد ژنها در بهبود تغذيه انسان و دام دارد. بعنوان مثال «برنج طلائي»برنجي است كه داراي مقادير بسيار زيادي از ويتامين A ميباشد. اين برنجمايه اميدي شده است براي نجات هزاران آفريقائي كه هرساله در اثر كمبودويتامين A به كوري كامل مبتلاميشوند. همچنين بدليل پايين بودن ميكرونوترنيتها درعلوفه دامها، انتقال ژنهاي مسئول متراكم ساختن آنها در گياهان علوفهاينقش مؤثري در تغذيه دامها و انسان خواهد داشت.(8) گياهانيكه داراي خصوصيت متابوليكي تغيير يافته هستند افزايش سرعت رشد جمعيت انساني در سالهاياخير بركسي پوشيده نيست، ليكن افزايش سرعت توليد محصولات كشاورزي پابهپايآن رشد نكرده است. تا سال 2020 نياز به افزايش 40 درصدي در راندمان كشتبرنج وجود دارد. بيوتكنولوژيستها بدو طريق باعث كاهش فاصله اين دو مقوله ازيكديگر خواهند شد. اول با افزايش راندمان كشت محصولات كشاورزي در هرهكتار ودوم با افزايش سرعت رشد گياهان. بعنوان مثال ژنهائي كه مسئول كنترل قد دركوتاه شدن آن در گياهان هستند بطور غيرمستقيم باعث افزايش راندمان محصولميشوند. با انتقال اين ژنها در گونههاي فاقد آن باعث افزايش راندمانگرديدهاند. همچنين با انتقال ژنهاي مسئول فتوسنتز درذرت به برنج توانستهاند راندمان توليد برنج را تا 35% افزايش دهند. همچنين با دستكاريهاي ژنتيكي در سلولهايدرختاني كه از چوب آنها استفاده ميگردد باعث افزايش سرعت رشد آنها تاحدقابل توجهي شدهاند كه اين امر ميتواند روند تخريب جنگلها را متوقف سازد.(8) گياهانو ميوههائي كه داراي زمان ماندگاري بيشتر هستند آيا قبول داريد درصورتيكه ميوههائي مانندگوجهفرنگي زمان ماندگاري بيشتري داشته باشند چقدر در كاهش ضايعات اينميوه مؤثر خواهد بود. بيوتكنولوژيستها با به تأخير انداختن سرعت رسيدنگوجهفرنگي به اين امر دسترسي پيدا كردهاند. گياهانيكه داراي خاصيت درماني يا پيشگيري هستند بيوتكنولوژيستها با انتقال ژنهاي سنتزپروتئينهاي مختلف ميكروبي و انساني به گياهان و توليد اين پروتئينها درگياهان دست به ابتكارات مؤثري زدهاند. بعنوان مثال توليد واكسنهاي مختلفدر گياهان و ايجاد ميوههائي كه داراي خاصيت واكسيناسيون هستند. و يا امكانتوليد پروتئينهائي مثل انسولين در گياهان كه در آيندة بسيار نزديك به تحققخواهد پيوست باعث انقلابي در اين زمينه خواهد شد. همچنين گياهان بعنوان ارگانيسمهاي كانديدبراي توليد پروتئينهائي مانند آنتيباديها و آنزيمها و... در مقياس بسيار بالادر نظر گرفته شدهاند و عملاً كارآئي خود را در اين زمينه نشان دادهاند. حيواناتترانسژنيك امروزه بدليل رشد روزافزون جمعيت نيازبه مواد غذائي اهميت بيشتري پيدا كرده است و اين اهميت هنگامي بيشترميشود كه موضوع كيفيت نيز در كنار آن مطرح شود. بيوتكنولوژيستها بادستكاريهاي بدون ضرر در ژنهاي حيواناتي مانند گوسفند و گاو و ماهي باعث رشدسريع آنها ميشوند. همچنين با دستكاريهاي ژنتيكي ميتوان به گوشت كمچربي وترد دست يافت كه ارزش غذائي و سلامت بخش آن بسيار بالا باشد. باانتقال ژنهاي مختلف به اين جانوران ميتوان آنها را غني از مواد خاصي كرد.اخيراً دانشمندان ژاپني با انتقال برخي از ژنهاي گياه اسفناج به خوك موجبتوليد گوشتي شدهاند كه داراي برخي خواص استنتاج نيز ميباشد. گاوهاي شيريترانسژنيك ميتوانند بعنوان كارخانههاي توليد پروتئينها و واكسنها وآنتيباديها عمل كنند. هماكنون اين روش بصورت كاربردي در توليد بسياري ازپروتئينها بكار ميرود. بعنوان مثال گاو ترانسژنيك حامل ژنلاكتوفرين انسان كه يك پروتئين، حاوي آهن و ضروري براي رشد نوزادان استميتواند باتوليد شير نزديك به شير انسان نيازهاي نوزادان انسان را تاحدزيادي برآورده كند. يابعنوان مثال بزهاي ترانسژنيك ميتوانند در هر ليتر شير بيش از چهارگرمآنتيبادي مونوكلونال توليد كنند كه ارزش آن بسيار بالا ميباشد. بدين نحو باجايگزيني تنها 10 بز ترانسژنيك بجاي يك كارخانه بزرگ مدرن ميتوان به يكروش كاملاً اقتصادي دست يافت.(9) بادستكاري ژنهاي توليد هورمون رشد در ماهيها و افزايش توليد اين هورمون بصورتطبيعي به ماهيهائي دست يافتهاند كه داراي سرعت رشد بسيار بيشتري از گونهمشابه خود هستند. بيوتكنولوژيپزشكي كاربرد بيوتكنولوژي در پزشكي به وسعتعلم پزشكي بوده و حتي اين علم با سرعت روزافزون بر وسعت و دامنه علمپزشكي ميافزايد. ازمهمترين كاربردهاي بيوتك در پزشكي ميتوان به موارد زير اشاره كرد: • تأثير دگرگون بخش در امر پيشگيري ازبيماريهاي ميكروبي، بيماريهاي ژنتيكي، بيماريهاي تغذيهاي و متابوليسمي وبيماريهاي روحيرواني و... • تأثير دگرگونبخش در امر درمان بيماريهاي عفوني، ژنتيكي، سوءتغذيه ومتابوليسم و نازائي • تأثير دگرگون بخش در پزشكي قانوني • تأثير دگرگون بخش در پزشكي زيبائي عناوين مطرح در بيوتكنولوژي پزشكي كههركدام نياز به توصيف كامل دارند عمدتاً عبارتند از: ژندرماني، واكسنهاينوتركيب، DNA واكسنها، بيوانفورماتيك،ژنوميكس، پروتئوميكس، بيومدسين و بيوفارماسئوتيكال امروزه پيشرفتهاي پزشكي به مددبيوتكنولوژي درحال سرعت گرفتن ميباشد. پزشكي سنتي بتدريج جاي خود را بهپزشكي مولكولي خواهد داد. درآينده نهچندان دور مكانيسم هيچ بيماريناشناخته نخواهد ماند و تقريباً هيچ بيماري غيرقابل كنترل نخواهد بود. پزشكيسنتي عمدتاً بدنبال علائم و نشانهها Sign&Symptoms بيماريها بوده و از رويآن به استنتاج وجود بيماري و عامل بيماريزا ميپرداخت و در مواردي بدليلناشناخته بودن عوامل بيماريها، مكانيسمها و سيستمهاي كنترلي آنها مبارزهتنها برعليه علائم و نشانهها صورت ميگرفت. امروزه بكمك بيوتكنولوژي، علم پزشكي درحالشناخت ريشهايترين بخش از حيات و مظاهر آن ميباشد. با كشف كامل تواليژنوم انسان در سال 2001 هماكنون دانشمندان بيوتكنولوژيست بدنبال شناسائيژنهاي مسئول صفتهاي مختلف و نيز ژنهاي مسئول نقائص گوناگون انسانيميباشند. تا بهحال ژنهاي مسئول ايجاد بيماريهاي بسياري شامل سرطانها،بيماريهاي قلبي عروقي، تنفسي، رواني و... شناسائي شدهاند. باشناسائي تكتك اين ژنها و سپس شناسائي پروتئينهاي حاصله از اين ژنهاداروهاي كاملاً انتخابي و مؤثر براي مقابله با يك بيماري ساخته ميشوند (tailormade) اين مبارزه در سطحپروتئين و فنوتيپ است راه ديگر مبارزه استفاده از ژندرماني و Antisence است. بيماريهاي ژنتيكي بسياري درحال حاضر بعنوانكانديد براي ژندرماني درنظر گرفته شدهاند. تقريباً هركدام از ما تعدادي ژن ناقص دربدن خود داريم كه برخي از آنها خصوصيات خود را در فنوتيب ما آشكار نكردهاندو برخي ديگر كم يا زياد خصوصيات خود را در فنوتيپ ما آشكار نمودهاند تقريباًاز هر 10 نفر يكنفر داراي اختلالات ژنتيكي تظاهر يافته ميباشد. تقريباً 5%مراجعه كودكان به بيمارستانها بخاطر نقص در يك تكژن ميباشد. بيماريهائي مانند سيستيك فيبروزيس، دسيتروفيعضلاني دوشن، بيماري سيستم عصبي هانتينگتون، تالاسمي، هموفيلي، كمخونيداسي شكل، سندروم لش ـ نايهان lesch-Nyhan، فنيل كتونوري و... جزو كانديداهاي ژن درماني هستند. بيشتر توجه در ژن درماني متوجه بيماريهايژنتيكي - متابوليكي است كه نقص يك ژن باعث عدم سنتز يا سنتز ناقص يكپروتئين و عدم انجام يك فرآيند شيميائي ميشود. فرآيند ژن درماني ميتواند بر روي سلولهايسوماتيك بدن صورت گيرد و يا بر روي سلولهاي زايا صورت گيرد كه در اينصورتصفت اصلاح شده به نسل بعد نيز منتقل ميشود. درفرآيند ژن درماني معمولاً از قطعات ژن سالم ساختگي بهره گرفته ميشود. تكنولوژي ديگري كه استفاده ميشود آنتيسنس است كه در آن از قطعات اسيدهاي نوكلئيك DNAو RNA يا تركيبات آنالوگ آنهااستفاده ميشود و بدينترتيب اتصال احتمالي اين قطعات به محل موردنظر مانعبيان يك ژن ناقص و يا توليد يك پروتئين مضر ميگردد.(10)و (11) واكسنهاينوتركيب ميتوان گفت كه در توليد همهگونه ازواكسنها از تكنيكهاي بيوتكنولوژي بهرهگرفته شده و ميشود. ليكن اوجتوانمنديهاي بيوتكنولوژي نوين را ميتوان در واكسنهاي نوتركيب نسل چهارم (ونيز DNA واكسنها) مشاهده كرد.تابحال براي توليد واكسنها از ميكروارگانيسمهاي ضعيف شده يا كشته شده يااجزاء آنها كه بصورت طبيعي از آنها استخراج ميشدند استفاده ميشد و اين امردر موارد قابل توجهي باعث ايجاد عوارض جانبي در افراد ميگرديد. ليكنباتوسعه تكنيكهاي DNAنوتركيب، واكسنهاي نسل چهارم توليد شدند كه در آنها تنها ازجزء مؤثر در ايجاد ايمني (جزء ايمونوژن) ميكروارگانيسمها استفاده ميشود.نمونه آن واكسن سابيونيتي مؤثر در برابر هپاتيت Bميباشد. فرآيند توليد يك واكسن نوتركيب بسيار طولانيو پيچيده ميباشد. در ابتدا بيوتكنولوژيستها بايد ايمونوژنترين جزءميكروارگانيسمها را كه معمولاً پروتئينها يا گليكوپرتئينهاي غشائي هستند طبقفرآيندهاي بسيار طولاني و پيچيده شناسائي كنند و پس از آن با شناسائي محل وتوالي ژن آن در ژنوم ميكروارگانيسم اقدام به تكثير آن بخش كرده و قطعاتتكثير شده را درون پلاسميدهاي ويژه كلونينگ قرار دهند و سپس اقدام بهانتقال پلاسميدهاي نوتركيب به سلول ميزبان مناسب براي توليد آن پروتئينبنمايند. درصورت موفقيت در توليد اقتصادي يك پروتئينكانديد براي واكسن يك بانك سلولي و يك بانك پلاسميد از سلولهاي نوتركيبايجاد شده و ساختارهاي پلاسميدي آنها ايجاد ميشود كه براي مراحل بعد مورداستفاده قرار گيرد. براي تأييد اين واكسن از نظر مؤثر بودن،كارآئي و بيضرر بودن براي انسان (يا دام) (ClinicalTrials) مراحل زيادي بايد طيشود كه چندين سال بطول ميكشد. براي توليد صنعتي و تجاري يك واكسن نيازبه سرمايهگذاري فراواني ميباشد. بخشي از اين سرمايهگذاري بايد براي ايجاديك محيط كاملاً استاندارد مطابق با شرايط (GoodManufacturingPractices)GMP و تسهيلات و تأسيساتاستاندارد مطابق با GMP و افراد كاملاً متخصص وآموزش ديده و ايجاد يك سيستم با ثبات حفظ كيفيت گردد. واكسنهاي DNA با پيشرفت تكنيكهاي بيوتكنولوژي نسلبعدي واكسنها پيشنهاد شدند كه در آنها بجاي توليد بخش ايمونوژن عامل بيماريزادر كارخانهها با ارسال اطلاعات ژنتيكي (DNA) لازم براي توليد ايناجزاء درون سلولهاي بدن به توليد اين ايمونوژنها در بدن پرداخته ميشود. ازمهمترين مزاياي اين واكسنها درعين مشكل بودن طراحي و توليد آنها پايداربودن ايمني حاصله و كنترل بيشتر بر نحوه ايمنيزائي در بدن ميباشد. بيومدسينيا بيوفارماسئوتيكال بسياري از بيماريهاي رايج انساني بدليلنقص ژنتيكي در توليد يك پروتئين فانكشنال در سلولهاي بدن ميباشد. اينبيماريها كه شيوع زيادي در جوامع انساني دارند اغلب داراي آثار اقتصادي -اجتماعي بيشتري نسبت به ساير بيماريها هستند. بعنوان مثال بيماريهائي مانندهموفيلي، تالاسمي، كمخونيها، انواع نقصهاي سيستم ايمني، اختلالات رشد وديابت و... باپيشرفتهاي اخير در زمينه علوم زيستي بيوتكنولوژيستها قادر شدهاند تا باشناسائي اين اختلالات و ژنهاي مربوطه به توليد پروتئينهايي بپردازند كهبدن اين بيماران قادر به توليد آنها نيست يا ميزان توليد آنها كافي نيست.از جمله اين پروتئينها ميتوان به انواع فاكتورهاي خوني، اريتروپوئيتين،انواع اينترلوكينها، انواع هورمونها مانند انسولين، هورمون رشد اشاره كرد كهدرحال حاضر در كارخانههاي بيوتك در مقياس صنعتي درحال توليد هستند. توليداين پروتئينها هرچند كه هزينهبري زيادي را بهمراه دارد اما باعث كاهشچشمگير مرگومير ناشي از اختلالات ژنتيكي شده است. بازار توليد اين مواد درحال حاضر بالغ برميلياردها دلار است و داراي رشد روزافزوني نيز ميباشد. درحاليكه رشد سالانهصنعت دارو 3% ميباشد، رشد سالانه صنعت داروهاي بيوتكنولوژي 25% ميباشد. ژنوميكس Genomics پروژه ژنوم انساني بزرگترين وباارزشترين پروژه در علومزيستي بوده است كه تابحال اجرا شده و در حقيقاتمنشاء پديد آمدن علم ژنوميكس نيز محسوب ميشود. HGP باهدف تعيين تواليژنوم (محتواي ژنتيكي) انسان در سال 1996 شروع شده و درسال 2001 با اتمامنسخه اوليه به اوج خود رسيد . با كامل شدن پروژه ژنوم انسان دانشمندانبه محل دقيق ژنهاي انسان پيخواهند برد و با شناسائي ژنوتيب مربوط بهتمام جنبههاي فنوتيپ انسان به كليد اصلي صفات انساني دست پيدا خواهندكرد. شناسائي اين ژنها دانشمندان را قادر خواهد ساخت كه به رفع تمام نقائصژنتيكي انسانها بپردازند و نيز منشاء تمام حالات جسمي و روحي و رفتاري انسانرا شناسائي كرده و در دست خود بگيرند. هماكنون ژنهاي جديدي براي اختلالات جسميو حتي روحي مانند بيماريهاي قلبي و عروقي، اسيكزوفرني و... شناسائي شدهاست و پيمودن اين راه باسرعت هرچه تمام ادامه دارد. اينك قدمهاي زياديبه انتهاي اين مرحله سرنوشتساز از تاريخ بشر باقي نمانده است و همگيدانشمندان منتظر بهثمر رسيدن دستاوردهاي اين پروژه در آينده بسيار نزديكميباشند. يكي از ابزارها و شاخههاي بيوتكنولوژي كهاخيراً به شكوفائي رسيده است بيوانفورماتيك ميباشد كه كار تجزيه و تحليلدادههاي بدست آمده از HGP و... را انجام داده وآنها را تبديل به اطلاعات باارزش و قابل استفاده براي دانشمندان مختلفمينمايد. موضوع مرتبط با اين امر موضوع كشف SNPها ميباشد. SNPها تفاوتهاي تكنوكلئوتيدي هستند كه بين دو فرد، از نظر يكژن بين آنها وجود دارد. شناسائي اين تفاوتها ارزش فراواني دارد. چراكه بطورمثال فردي كه داراي هوش بيشتر يا دندان مستحكمتر نسبت به فرد ديگري استممكن است تنها در يك نوكلئوتيد از يك ژن با يكديگر تفاوت داشته باشند وشناسائي مكان و نوع اين تفاوت ارزش اقتصادي زيادي براي كاشف و انحصارگرآن دارد. بهمين دليل هماكنون شكارچيان ژن درحال شناسايي قومها ونژادهائي هستند كه در يك يا چند زمينه خاص داراي خصوصيات برتر ميباشند. پروتئوميكس Proteomics دنياي پروتئوميكس دنياي بيانتهائي استكه ما هماكنون در روزنه ورودي آن قرار گرفتهايم. دانشمندان بعدازاستخراج اطلاعات ژنوم انساني به كاربرد آن در حوزه پروتئوميكس ميانديشند.در پروتئوميكس دانشمندان براساس اصل يك پروتئين يك ژن بدنبال يافتن كليهپروتئينهاي توليد شده در بدن انسان و ربط آن به يك ژن هستند. پساز اتمام پروژه پروتئوميكس كه حتي بسيار بزرگتر و طولانيتر و پرابعادتر ازپروژه ژنوميكس خواهد بود ميتوان گفت كه انسان به عمده اطلاعات حياتيلازم در مورد خود دست يافته است و پس از كاربرد اين اطلاعات در طراحيداروها و فرآيندهاي مناسب تقريباً قادر به مبارزه با هر بيماري و هر اختلالدر بدن خود خواهد بود و حتي قادر به پيشگيري از اكثر آنها خواهد شد. مرحله بعد از (و حتي همگام با) پروتئؤميكسطراحي داروهاي بيولوژيك ميباشد كه دانشمندان را قادر ميسازد پروتئينهايمزاحم يا ناقص را خنثي كنند يا توليد پروتئينهاي ضروري در بدن را باعث شوند. بازار پروتئوميكس برعكس ژنوميكس بسيارگستردهتر و غير متمركز بوده و هماكنون بسياري از كشورها حتي كشورهاي جهانسوم مثل برزيل نيز قدم به اين عرصه گذاشتهاند. كلونينگانسان از زماني كه دانشمندان با ابداع روشجديد همانندسازي گوسفندي بنام دالي را خلق كردند اميدها و نگرانيهاي زياديدر جوامع انساني بوجود آمد. بيوتكنولوژيستها توانستند با انتقال محتواي ژنتيكييك سلول سوماتيك به يك سلول تخم كه محتواي ژنتيكي آن تخليه شده بودبه توليد موجوداتي كاملاً مشابه موجود دالي دست يابند. بازار اين فناوري درتكثير دامهايي با خصوصيات ويژه مانند شير زياد يا گوشت مناسب بسيار گستردهاست. با اينحال كشيده شدن اين بحث به همانندسازي انسان نگرانيهائي را دركشورهاي مختلف بوجود آمده است. موضوع مرتبط با اين امر توليد موجودات ياارگانهاي انساني از سلولهاي ريشهاي جنين ميباشد كه همانند كلونينگ دارايمخالفان و موافقان خاص خود ميباشد. تراشههايزيستي تراشههاي زيستي مانند DNAChips از كاربردهاي نوين وبسيار اغواگر بيوتكنولوژي ميباشد. دريكي از اين كاربردها دانشمندان توانستهاند با استفاده از رشتههاي DNA به توليد تراشههائيدست بزنند كه سرعت پردازش اطلاعات در آنها در مقايسه با حجم كوچك آنهابسيار بيش از تراشههاي معمولي ميباشد. از كاربردهاي ديگر و اصلي تراشههايزيستي دو مورد DNAChips وDNAMicroarray ميباشد. DNAChips: در اين تكنولوژي بيوتكنولوژيستها با ساختن قطعات اليگونوكلئوتيدي 20 تا 80 نوكلئوتيدي با تواليهاي متفاوت و تثبيت آن بصورتآرايشي از نقاط بسيار ريز (كمتر از 300 ميكرون) بر روي بستر مناسب (مانندنيتروسلولز يا برخي فلزات و مواد پلاستيكي) و سپس مجاور كردن نمونههاي DNA مجهول با اين نقاطتثبيت شده شرايط يك واكنش هيبريديزاسيون را بوجود ميآورند. در صورتيكه بينسكانس مجهول و سكانس معلوم هر يك از اليكونوكلئوتيدها واكنش هيبريداسيونصورت گيرد ميتوان پيبه سكانس DNA مجهول برد. ازاين روش همچنين براي تعيين ميزان بيان پروتئين يا فراواني نيز استفادهميشود. اين روش توسط شركت Affymetryx ابداع شده است. DNAMicroarray: در اين تكنولوژي پروب cDNA (با طول بين 500 تا5000 باز) بر روي بستر جامد مناسب تثبيت بود و سپس اين نقاط تثبيت شده درمعرض نمونههاي DNA مجهول قرار ميگيرد. اين روش در دانشگاه استانفورد ابداع شدهاست. كاربرد هر دو روش كه تاحد زيادي مشابه همهستند در كشف ژنها، در تشخيص بيماريها، در علم فارماكوژنوميك و در علمتوكيكوژونوميك و.... ميباشد. منـابـع 1ـبولتن بيوتكنولوژي شمارة 1 2ـ روزنامه اطلاعات شماره 21305 مقالهبيوتكنولوژي آيندة ما از احمد عاصمينيا 3ـ بولتن بيوتكنولوژي شمارة 4 4ـ تاريخچه بيوتكنولوژي از سايت www.bio.org 5ـ بيوتكنولوژي كشاورزي از سايت www.biotech.about.com 6ـ بيوتكنولوژي كشاورزي - گياهان مقاوم بهبيماريهاي ويروسي و قارچي از سايتwww.biotech-info.net 7ـ بيوتكنولوژي كشاورزي - گياهان مقاوم بهعلفكشها از سايت www.biotech-info.net 8ـ كاربردهاي بيوتكنولوژي كشاورزي www.biotech-info.net 9ـ بولتن بيوتكنولوژي شمارة 4 10ـ ژن درماني از سايت biotech.about.com 11ـ بولتن بيوتكنولوژي شمارة 2 12ـ گزارش سال 2000 ارنست اند يانگ ازبيوتكنولوژي 2000 آمريكا و اروپا
+ نوشته شده در یکشنبه ۵ مهر ۱۳۸۸ساعت 17:6 توسط حامد موحدزاده
|
|
|
