بیوتکنولوژی چیست؟
گستردگی و تنوع کاربرد های بیوتکنولوژی، تعریف و توصیف آنرا کمی مشکل و نیز متنوع ساخته است.
برخی آنرا مترادف میکروبیولوژی صنعتی و استفاده از میکروارگانیسم‌ها می‌دانند و برخی آنرا معادل مهندسی ژنتیک تعریف می‌کنند به‌همین دلیل در اینجا مختصراً اشاره‌ای به تعاریف متفاوت از بیوتکنولوژی می‌کنیم که البته دارای وجوه اشتراک زیادی نیز هستند: (1) و (2) بیوتکنولوژی مجموعه‌ای از متون و روشها است که برای تولید، تغییر و اصلاح فراورده‌ها، به‌نژادی گیاهان و جانوران و تولید میکروارگانیسم ها برای کاربردهای ویژه، از ارگانیسم‌های زنده استفاده می‌کند.
کاربرد روشهای علمی و فنی در تبدیل بعضی مواد به کمک عوامل بیولوژیک (میکروارگانیسم‌ها، یاخته‌های گیاهی و جانوری و آنزیمها) برای تولید کالاها و خدمات در کشاورزی، صنایع غذائی و دارویی و پزشکی مجموعه‌ای از فنون و روشها که در آن از ارگانیسم های زنده یا قسمتی از آنها در فرایندهای تولید، تغییر و بهینه‌سازی گیاهان و جانوران استفاده می‌شود.
کاربرد تکنیکهای مهندسی ژنتیک در تولید محصولات کشاورزی، صنعتی، درمانی و تشخیص باکیفیت بالاتر و قیمت ارزانتر و محصول بیشتر و کم خطرتر استفاده از سلول زنده یا توانائیهای سلولهای زنده یا اجزای آنها و فرآوری و انتقال آنها به‌صورت تولید در مقیاس انبوه بهره‌برداری تجاری از ارگانیسم‌ها یا اجزای آنها کاربرد روشهای مهندسی ژنتیک در تولید یا دستکاری میکروارگانیسم ها و ارگانیسم ها علم رام‌کردن و استفاده از میکروارگانیسم‌ها در راستای منافع انسان تعاریف بالا از بیوتکنولوژی هرکدام به‌تنهائی توصیف کاملی از بیوتکنولوژی نیست ولی با قدر مشترک گرفتن از آنها می‌توان به تعریف جامعی از بیوتکنولوژی دست یافت.
براستی چرا چنین است؟
هرچند که با مرور زمان دانشمندان به مفاهیم مشترکی در مورد تعریف بیوتکنولوژی نزدیک شده‌اند اما چرا هر متخصص و دانشمندی تعریف جداگانه‌ای از بیوتکنولوژی ارائه می‌دهد که درجای خود نیز می‌تواند صحیح باشد (نه الزاماً جامع).
علت این حقیقت را باید درماهیت بیوتکنولوژی جُست.
بیوتکنولوژی همانند زیست شناسی، ژنتیک یا مهندسی بیوشیمی یک علم پایه یا کاربردی نیست که بتوان محدوده و قلمرو آنرا بسادگی تعریف کرد.
بیوتکنولوژی شامل حوزه‌ای مشترک از علوم مختلف است که در اثر همپوشانی و تلاقی این علوم بایکدیگر بوجود آمده است.
بیوتکنولوژی معادل زیست شناسی مولکولی، مهندسی ژنتیک، مهندسی شیمی یا هیچ یک از علوم سنتی و مدرن موجود نیست؛ بلکه پیوند میان این علوم در جهت تحقق بخشیدن به تولید بهینه یک محصول حیاتی (زیستی) یا انجام یک فرآیند زیستی بروشهای نوین و دقیق با کارآئی بسیار بالا می‌باشد.
بیوتکنولوژی را می‌توان به درختی شبیه کرد که ریشه‌های تناور آنرا علومی بعضاً با قدمت زیاد مانند زیست شناسی بویژه زیست شناسی مولکولی، ژنتیک، میکروبیولوژی، بیوشیمی، ایمونولوژی، شیمی، مهندسی شیمی، مهندسی بیوشیمی، گیاه‌شناسی، جانورشناسی، داروسازی، کامپیوتر و… تشکیل می‌دهند لیکن شاخه‌های این درخت که کم و بیش به تازگی روئیدن گرفته‌اند و هرلحظه با رشد خود شاخه‌های فرعی بیشتری را به‌وجود می‌آورند بسیار متعدد و متنوع بوده که فهرست کردن کامل آنها در این نوشته را ناممکن می‌سازد.
تقسیم‌بندی بیوتکنولوژی به شاخه‌های مختلف نیز برحسب دیدگاه متخصصین و دانشمندان مختلف فرق می‌کند و در رایجترین تقسیم‌بندی از تلاقی و پیوند علوم مختلف با بیوتکنولوژی استفاده می‌کنند و نام شاخه‌ای از بیوتکنولوژی را بدین‌ترتیب وضع می‌کنند.
مانند بیوتکنولوژی پزشکی که از تلاقی بیوتکنولوژی با علم پزشکی بوجود آمده است یا بیوتکنولوژی کشاورزی که کاربرد بیوتکنولوژی در کشاورزی را نشان می‌دهد.
بدین ترتیب می‌توان از بیوتکنولوژی داروئی Pharmaceutical Biotechnology بیوتکنولوژی میکروبی، Microbial Biotechnology ، بیوتکنولوژی دریا Marine Biotech ، بیوتکنولوژی قضائی یا پزشکی قانونی Forensic Biotech ، بیوتکنولوژی محیطی Environmental Biotech ، بیوتکنولوژی غذائی food and food stuff Biotech بیوانفورماتیک Bioinformatic ، بیوتکنولوژی صنعتی Industrial ، بیوتکنولوژی نفت …… بیوتکنولوژی تشخیصی و … نام برد.
این شاخه‌های متعدد در عمل همپوشانی‌ها و پیوندهای متقاطع زیادی دارند و باز بدلیل ماهیت همه‌جانبه بودن بیوتکنولوژی نمی‌توان در این مورد نیز به ضرس قاطع محدوده‌هائی را برای آنها تعیین نمود.
گستردگی کاربرد بیوتکنولوژی در قرن بیست و یکم بحدی است که، اقتصاد، بهداشت، درمان، محیط‌زیست، آموزش، کشاورزی، صنعت، تغذیه و سایر جنبه‌های زندگی بشر را تحت تأثیر شگرفت خود قرار خواهد داد.
بهمین دلیل اندیشمندان جهان قرن بیست و یکم را قرن بیوتکنولوژی نامگذاری کرده‌اند.
تاریخچه بیوتکنولوژی ریشه در تاریخ دارد و تکوین آن از سالهای بسیار دور آغاز شده تابحال ادامه یافته است.
در تقسیم‌بندی زمانی می‌توان سه‌دوره برای تکامل بیوتکنولوژی قائل شد.
1) دوره تاریخی که بشر با استفاده ناخودآگاه از فرآیندهای زیستی به تولید محصولات تخمیری مانند نان، مشروبات الکلی، لبنیات ترشیجات و سرکه و غیره می‌پرداخت.
در شش هزار سال قبل از میلاد مسیح، سومریان و بابلیها از مخمرها در مشروب‌سازی استفاده کردند.
مصریها در چهار هزار سال قبل با کمک مخمر و خمیر مایه نان می‌پختند.
در این دوران فرآیندهای ساده و اولیه بیوتکنولوژی و بویژه تخمیر توسط انسان بکار گرفته می‌شد.
2) دوره اولیه قرن حاضر که با استفاده آگاهانه از تکنیکهای تخمیر و کشت میکروارگانیسم‌ها در محیط‌های مناسب و متعاقباً استفاده از فرمانتورها در تولید آنتی‌بیوتیکها، آنزیمها، اجراء مواد غذائی، مواد شیمیائی آلی و سایر ترکیبات، بشر به گسترش این علم مبادرت ورزید.
در آن دوره این بخش از علم نام میکروبیولوژی صنعتی بخود گرفت و هم‌اکنون نیز روند استفاده از این فرآیندها در زندگی انسان ادامه دارد.
لیکن پیش‌بینی می‌شود به تدریج با استفاده از تکنیکهای بیوتکنولوژی نوین بسیاری از فرآیندهای فوق نیز تحت تأثیر قرار گرفته و به‌سمت بهبودی و کارآمدی بیشتر تغییر پیدا کنند.
3) دوره نوین بیوتکنولوژی که با کمک علم ژنتیک درحال ایجاد تحول در زندگی بشر است.
بیوتکنولوژی نوین مدتی است که روبه توسعه گذاشته و روز بروز دامنه وسعت بیشتری به خود می‌گیرد.
این دوره زمانی از سال 1976 با انتقال ژنهائی از یک میکروارگانیسم به میکروارگانیسم دیگر آغاز شد.
تا قبل از آن دانشمندان در فرآیندهای بیوتکنولوژی از خصوصیات طبیعی و ذاتی (میکرو) ارگانیسم‌ها استفاده می‌گردند لیکن در اثر پیشرفت در زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک و شناخت عمیق‌تراجزاء ومکانیسم‌های سلولی ومولکولی متخصصین علوم‌زیستی‌توانستند تا به اصلاح و تغییر خصوصیات (میکرو) ارگانیسم‌ها بپردازند و(میکرو) ارگانیسم‌هائی باخصوصیات کاملاً جدید بوجود آوردند تا با استفاده از آنها بتوان ترکیبات جدید را بامقادیر بسیار بیشتر و کارائی بالاتر تولید نمود.
جدول 1 ـ تاریخچه مختصر بیوتکنولوژی 3 و (4) کاربردهای بیوتکنولوژی کاربردهای بیوتکنولوژی بقدری وسیع است که تقریباً تمام جنبه‌های زندگی بشر را تحت تأثیر قرارداد و خواهد داد.
به‌نحوی که حدس زده می‌شود در آینده نزدیک کنار اکثر نامهای رایج علوم و فنون یک کلمه «بیو» یا «بیوتک» هم اضافه شود که نشانه تأثیر این علم بر آن رشته می‌باشد.
کاربرد بیوتکنولوژی در کشاورزی یا بیوتکنولوژی کشاورزی « Agbiotech »: عمده‌ترین کاربردهای بیوتکنولوژی در کشاورزی را می‌توان به دسته‌های زیر تقسیم کرد.
ـ ایجاد گیاهان مقاوم به حشرات و آفتها ـ ایجاد گیاهان تحمل کننده علف‌کشها ـ ایجاد گیاهان مقاوم به بیماریهای ویروسی و قارچی ـ ایجاد گیاهان مقاوم به شرایط سخت مانند سرما، گرما و شوری ـ ایجاد گیاهان دارای ارزشهای غذائی ویژه ـ ایجاد گیاهان دارای خاصیت درمانی ـ پیشگیری ـ ایجاد گیاهان دارای خصوصیت متابولیکی تغییر یافته مانند رشد سریع و راندمان کشت بالاتر ـ ایجاد گیاهان و میوه‌های دارای زمان ماندگاری بیشتر همچنین باید اضافه کرد: ـ ایجاد دامهای ترانسژنیک که دارای خصوصیات ویژه‌ای مانند تولید شیر زیاد یا گوشت کم‌چربی و… هستند.
ـ ایجاد جانورانی که بعنوان کارخانه تولید آنتی‌بادی و واکسن و دارو عمل کنند ـ ایجاد ماهیها و سایر دامهائی که با سرعت زیاد رشد می‌کنند گیاهان مقاوم به حشرات و آفتها باتوسعه تکنیکهای بیوتکنولوژی دانشمندان قادرند ژنهائی از یک موجود زنده را به موجود دیگری انتقال دهند.
در سال 1990 اولین گیاه ترانسژنیک در مزرعه واقعی کشت گردید و در 1993 FDA گیاهان و غذاهای ترانسژنیک را بعنوان مواد اساساً بی‌ضرر معرفی کرد.
هم‌اکنون با استفاده از این تکنیکها ژنهای مربوط به تولید یک پروتئین سمی (بتاتوکسین) از باکتری باسیلوس تورانجینسیس به گیاهان متعددی از قبیل ذرت، پنبه و سیب‌زمینی و… انتقال یافته است و بدینوسیله این گیاهان به حشراتی که علاقه به تغذیه از آنها را دارند مقاوم گشته‌اند.
چرا که بمحض استفاده حشرات از این گیاه بدلیل نابودی دستگاه گوارش آنها از بین خواهند رفت.
هرساله هزینه‌های هنگفتی بابت مبارزه شیمیائی با این آفات صورت می‌گیرد که علاوه بر هزینه‌بری زیاد آلودگیهای زیست‌محیطی فراوانی را به‌دنبال دارد.
راندمان این مواد شیمیایی نیز بدلیل ایجاد مقاومت در حشرات در برابر سموم بمرور پایین آمده است و بهمین خاطر نیاز به تعویض مکرر این آفت‌کش‌ها وجود دارد.
هم‌اکنون در آمریکا ذرت و پنبه و سیب‌زمینی ترانسژنیک تا میزان زیادی مورد استقبال واقع شده است بطوریکه تا سال 1998 حدود 18% از ذرت و 17% از پنبه و 4% از سیب‌زمینی کشت داده شده در آمریکا از نوع ترانسژنیک بوده است و هم‌اکنون براساس روند رشد موجود برآورد می‌شود که بیش از 50% غلات کشت داده شده در آمریکا از نوع ترانسژنیک باشند.
(5) گیاهان مقاوم به بیماریهای ویروسی و قارچی بیماریهای ویروسی و قارچی از مهمترین بیماریهای گیاهی هستند که علاوه بر وارد کردن خسارات زیاد به محصولات کشاورزی مانع کشت آنها در بسیاری از شرایط آب و هوائی می‌شود.
باکلون کردن برخی ژنهای گیاهان مقاوم در گیاهان حساس مانند ژنهای کیتنیاز و 1 و 3 گلوکاناز که باعث تخریب دیواره پلی‌ساکاریدی قارچهای پاتوژن می‌شوند بیوتکنولوژیستها به گیاهانی دست یافته‌اند که مقاوم به قارچهای پاتوژن می‌باشند.
همچنین باکلون کردن ژنهای جانوری و انجام اقداماتی شبیه واکسیناسیون می‌توان به گیاهان مقاوم به ویروس نیز دست یافت.
روشهای مبارزه بیولوژیک بسیار متعدد و متنوع بوده و تنها موارد بالا تنها مثالهائی از این دست می‌باشند.
(6) گیاهان مقاوم به علف‌کشها روشهای رایج مبارزه با علفهای هرز به‌نحوی که باید انتخابی نیست و علف‌کشها در موارد زیادی علاوه بر نابودی علفها به گیاهان زراعی نیز آسیب می‌زنند.
بعنوان مثال Glyphosate که یک علف‌کش کارآمدی است می‌تواند گیاهانی را که دارای سیر متابولیکی Shikamate هستند را نیز نابود کند.
بهمین منظور بیوتکنولوژیستها با وارد کردن ژن مقاومت گلیفوسیت EPSP سنتتاز به گیاهانی مانند چغندرقند، سویا، پنبه، گوجه‌فرنگی و تنباکو آنها را در برابر علف‌کشها مقاوم کرده‌اند.
(7) گیاهان تحمل کننده شرایط سخت ارزش گیاهانی که بتوانند در خاکهای شور با حرارت بالا، سرمای زیاد و… رشد کنند برکسی پوشیده نیست.
بیش از 13 زمینهای قابل آبیاری جهان دارای درصد غیرقابل تحمل نمک در خود هستند.
بیوتکنولوژیستها با بررسی گیاهانی که بصورت خودرو در شرایط سخت مانند فشار اسمزی بالا، سرمای زیاد، گرمان فراوان و… رشد می‌کنند به ژنهائی دست یافته‌اند که عامل مقاومت این گیاهان در برابر این شرایط سخت می‌باشد.
با انتقال این ژنها گیاهان متعددی تولید شده‌اند که قادرند در خاکهای نامناسب با املاح زیاد رشد کنند.
بعنوان مثال با انتقال ژنهای مسئول انتقال یونهای سدیم بداخل گیاهانی مانند آرابیدوپسیس سطح تحمل این گیاه تا 200 میلی مولار نمک افزایش پیدا کرده است.
همچنین با خاموش کردن سیستم بیان ژنهای سنتز اسیدهای چرب‌تری ئنوئیک در گیاهان بیوتکنولوژیستها توانسته‌اند تا این گیاهان را در دماهای بالاتر از حد معمول رشد دهند.
همچنین با انتقال ژنهای مسئول تولید نوعی پروتئین ضدیخ که در ماهیهای آب‌های قطبی یافت می‌شود به گیاهان بسیاری، باعث ایجاد مقاومت در برابر سرمای زیاد در این گیاهان شده‌اند.
(8) گیاهانی که دارای ارزش ویژه‌ای هستند هرماده با ارزشی که در درون یک گیاه یا هر موجود زنده دیگر ساخته شده و تجمع می‌یابد بواسطه عملکرد ژنهای مسئول سنتز آن ماده می‌باشد.
بیوتکنولوژیستها با شناسائی این ژنها و افزایش قدرت بیان این ژنها و یا افزایش تعداد نسخه‌های این ژنها در یک گیاه می‌توانند گیاهان و میوه‌هائی کنند که دارای ارزشهای غذائی ویژه‌ای هستند.
بهمین سبب اصلاح جدید Nutritional Genomics وضع شده است که نشان از کاربرد ژنها در بهبود تغذیه انسان و دام دارد.
بعنوان مثال «برنج طلائی» برنجی است که دارای مقادیر بسیار زیادی از ویتامین A می‌باشد.
این برنج مایه امیدی شده است برای نجات هزاران آفریقائی که هرساله در اثر کمبود ویتامین A به کوری کامل مبتلا می‌شوند.
همچنین بدلیل پایین بودن میکرونوترنیت‌ها در علوفه دامها، انتقال ژنهای مسئول متراکم ساختن آنها در گیاهان علوفه‌ای نقش مؤثری در تغذیه دامها و انسان خواهد داشت.
(8) گیاهانی که دارای خصوصیت متابولیکی تغییر یافته هستند افزایش سرعت رشد جمعیت انسانی در سالهای اخیر برکسی پوشیده نیست، لیکن افزایش سرعت تولید محصولات کشاورزی پابه‌پای آن رشد نکرده است.
تا سال 2020 نیاز به افزایش 40 درصدی در راندمان کشت برنج وجود دارد.
بیوتکنولوژیستها بدو طریق باعث کاهش فاصله این دو مقوله از یکدیگر خواهند شد.
اول با افزایش راندمان کشت محصولات کشاورزی در هرهکتار و دوم با افزایش سرعت رشد گیاهان.
بعنوان مثال ژنهائی که مسئول کنترل قد در کوتاه شدن آن در گیاهان هستند بطور غیرمستقیم باعث افزایش راندمان محصول می‌شوند.
با انتقال این ژنها در گونه‌های فاقد آن باعث افزایش راندمان گردیده‌اند.
همچنین با انتقال ژنهای مسئول فتوسنتز در ذرت به برنج توانسته‌اند راندمان تولید برنج را تا 35% افزایش دهند.
همچنین با دستکاریهای ژنتیکی در سلولهای درختانی که از چوب آنها استفاده می‌گردد باعث افزایش سرعت رشد آنها تاحد