بخشی از مقاله
كاربردهاي بيوتكنولوژي در کشاورزی
كاربردهاي بيوتكنولوژي كاربردهاي بيوتكنولوژي بقدري وسيع است كه تقريباً تمام جنبه‌هاي زندگي بشر را تحت تأثير قرارداد و خواهد داد. به‌نحوي كه حدس زده مي‌شود در آينده نزديك كنار اكثر نامهاي رايج علوم و فنون يك كلمة «بيو» يا «بيوتك» هم اضافه شود كه نشانه تأثير اين علم بر آن رشته مي‌باشد. كاربرد بيوتكنولوژي در كشاورزي يا بيوتكنولوژي كشاورزي «
Agbiotech »: عمده‌ترين كاربردهاي بيوتكنولوژي در كشاورزي را مي‌توان به دسته‌هاي زير تقسيم كرد. ـ ايجاد گياهان مقاوم به حشرات و آفتها ـ ايجاد گياهان تحمل كننده علف‌كشها ـ ايجاد گياهان مقاوم به بيماريهاي ويروسي و قارچي ـ ايجاد گياهان مقاوم به شرايط سخت مانند سرما، گرما و شوري ـ ايجاد گياهان داراي ارزشهاي غذائي ويژه ـ ايجاد گياهان داراي خاصيت درماني ـ پيشگيري ـ ايجاد گياهان داراي خصوصيت متابوليكي تغيير يافته مانند رشد سريع و راندمان كشت بالاتر ـ ايجاد گياهان و ميوه‌هاي داراي زمان ماندگاري بيشتر همچنين
بايد اضافه كرد: ـ ايجاد دامهاي ترانسژنيك كه داراي خصوصيات ويژه‌اي مانند توليد شير زياد يا گوشت كم‌چربي و... هستند. ـ ايجاد جانوراني كه بعنوان كارخانه توليد آنتي‌بادي و واكسن و دارو عمل كنند ـ ايجاد ماهيها و ساير دامهائي كه با سرعت زياد رشد مي‌كنند گياهان مقاوم به حشرات و آفتها باتوسعه تكنيكهاي بيوتكنولوژي دانشمندان قادرند ژنهائي از يك موجود زنده را به موجود ديگري انتقال دهند. در سال 1990 اولين گياه ترانسژنيك در مزرعه واقعي كشت گرديد و در 1993 FDA گياهان و غذاهاي ترانسژنيك را بعنوان مواد اساساً بي‌ضرر
معرفي كرد. هم‌اكنون با استفاده از اين تكنيكها ژنهاي مربوط به توليد يك پروتئين سمي (بتاتوكسين) از باكتري باسيلوس تورانجينسيس به گياهان متعددي از قبيل ذرت، پنبه و سيب‌زميني و... انتقال يافته است و بدينوسيله اين گياهان به حشراتي كه علاقه به تغذيه از آنها را دارند مقاوم گشته‌اند. چرا كه بمحض استفاده حشرات از اين گياه بدليل نابودي دستگاه گوارش آنها از بين خواهند رفت. هرساله هزينه‌هاي هنگفتي بابت مبارزه شيميائي با اين آفات صورت مي‌گيرد كه علاوه بر هزينه‌بري زياد آلودگيهاي زيست‌محيطي فراواني را
به‌دنبال دارد. راندمان اين مواد شيميايي نيز بدليل ايجاد مقاومت در حشرات در برابر سموم بمرور پايين آمده است و بهمين خاطر نياز به تعويض مكرر اين آفت‌كش‌ها وجود دارد. هم‌اكنون در آمريكا ذرت و پنبه و سيب‌زميني ترانسژنيك تا ميزان زيادي مورد استقبال واقع شده است بطوريكه تا سال 1998 حدود 18% از ذرت و 17% از پنبه و 4% از سيب‌زميني كشت داده شده در آمريكا از نوع ترانسژنيك بوده است و هم‌اكنون براساس روند رشد موجود برآورد مي‌شود كه بيش از 50% غلات كشت داده شده در آمريكا از نوع ترانسژنيك باشند. (5) گياهان مقاوم به بيماريهاي ويروسي و قارچي بيماريهاي ويروسي و قارچي از مهمترين بيماريهاي گياهي هستند كه علاوه بر وارد كردن خسارات زياد به محصولات كشاورزي مانع كشت آنها
در بسياري از شرايط آب و هوائي مي‌شود. باكلون كردن برخي ژنهاي گياهان مقاوم در گياهان حساس مانند ژنهاي كيتنياز و 1 و 3 گلوكاناز كه باعث تخريب ديواره پلي‌ساكاريدي قارچهاي پاتوژن مي‌شوند بيوتكنولوژيستها به گياهاني دست يافته‌اند كه مقاوم به قارچهاي پاتوژن مي‌باشند. همچنين باكلون كردن ژنهاي جانوري و انجام اقداماتي شبيه واكسيناسيون مي‌توان به گياهان مقاوم به ويروس نيز دست يافت. روشهاي مبارزه بيولوژيك بسيار متعدد و متنوع بوده و تنها موارد بالا تنها مثالهائي از اين دست مي‌باشند. (6) گياهان مقاوم به
علف‌كشها روشهاي رايج مبارزه با علفهاي هرز به‌نحوي كه بايد انتخابي نيست و علف‌كشها در موارد زيادي علاوه بر نابودي علفها به گياهان زراعي نيز آسيب مي‌زنند. بعنوان مثال Glyphosate كه يك علف‌كش كارآمدي است 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 گياهاني مانند چغندرقند، سويا، پنبه، گوجه‌فرنگي و تنباكو آنها را در برابر علف‌كشها مقاوم كرده‌اند. (7) گياهان تحمل كننده شرايط سخت ارزش گياهاني كه بتوانند در خاكهاي شور با حرارت بالا، سرماي زياد و... رشد كنند بركسي پوشيده نيست. بيش از 13 زمينهاي قابل آبياري جهان داراي درصد غيرقابل تحمل نمك در خود هستند.
بيوتكنولوژيستها با بررسي گياهاني كه بصورت خودرو در شرايط سخت مانند فشار اسمزي بالا، سرماي زياد، گرمان فراوان و... رشد مي‌كنند به ژنهائي دست يافته‌اند كه عامل مقاومت اين گياهان در برابر اين شرايط سخت مي‌باشد. با انتقال اين ژنها گياهان متعددي توليد شده‌اند كه قادرند در خاكهاي نامناسب با املاح زياد رشد كنند. بعنوان مثال با انتقال ژنهاي
مسئول انتقال يونهاي سديم بداخل گياهاني مانند آرابيدوپسيس سطح تحمل اين گياه تا 200 ميلي مولار نمك افزايش پيدا كرده است. همچنين با خاموش كردن سيستم بيان ژنهاي سنتز اسيدهاي چرب‌تري ئنوئيك در گياهان بيوتكنولوژيستها توانسته‌اند تا اين گياهان را در دماهاي بالاتر از حد معمول رشد دهند. همچنين با انتقال ژنهاي مسئول توليد نوعي پروتئين ضديخ كه در ماهيهاي آب‌هاي قطبي يافت مي‌شود به گياهان بسياري، باعث ايجاد مقاومت در برابر سرماي زياد در اين گياهان شده‌اند. (8) گياهاني كه داراي ارزش ويژه‌اي هستند
هرمادة با ارزشي كه در درون يك گياه يا هر موجود زنده ديگر ساخته شده و تجمع مي‌يابد بواسطه عملكرد ژنهاي مسئول سنتز آن ماده مي‌باشد. بيوتكنولوژيستها با شناسائي اين ژنها و افزايش قدرت بيان اين ژنها و يا افزايش تعداد نسخه‌هاي اين ژنها در يك گياه مي‌توانند گياهان و ميوه‌هائي كنند كه داراي ارزشهاي غذائي ويژه‌اي هستند. بهمين سبب اصلاح جديد Nutritional Genomics وضع شده است كه نشان از 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 برنج مايه اميدي شده است براي نجات هزاران آفريقائي كه هرساله در اثر كمبود ويتامين A به كوري كامل مبتلا مي‌شوند. همچنين بدليل پايين بودن ميكرونوترنيت‌ها در علوفه دامها، انتقال ژنهاي مسئول متراكم ساختن آنها در گياهان علوفه‌اي نقش مؤثري در تغذيه دامها و انسان خواهد داشت. (8) گياهاني كه داراي خصوصيت متابوليكي تغيير يافته هستند افزايش سرعت رشد جمعيت انساني در سالهاي اخير بركسي پوشيده نيست، ليكن افزايش سرعت توليد محصولات كشاورزي پابه‌پاي آن رشد نكرده است. تا سال 2020 نياز به افزايش 40 درصدي در راندمان كشت برنج وجود دارد. بيوتكنولوژيستها بدو طريق باعث كاهش فاصله اين دو مقوله از يكديگر خواهند شد. اول با افزايش راندمان كشت محصولات
كشاورزي در هرهكتار و دوم با افزايش سرعت رشد گياهان. بعنوان مثال ژنهائي كه مسئول كنترل قد در كوتاه شدن آن در گياهان هستند بطور غيرمستقيم باعث افزايش راندمان محصول مي‌شوند. با انتقال اين ژنها در گونه‌هاي فاقد آن باعث افزايش راندمان گرديده‌اند. همچنين با انتقال ژنهاي مسئول فتوسنتز در ذرت به برنج توانسته‌اند راندمان توليد برنج را تا 35% افزايش دهند. همچنين با دستكاريهاي ژنتيكي در سلولهاي درختاني كه از چوب آنها استفاده مي‌گردد باعث افزايش سرعت رشد آنها تاحد قابل توجهي شده‌اند كه اين امر مي‌تواند روند تخريب جنگلها را متوقف سازد. (8) گياهان و ميوه‌هائي كه داراي زمان ماندگاري بيشتر هستند آيا قبول داريد درصورتيكه ميوه‌هائي مانند گوجه‌فرنگي زمان ماندگاري
بيشتري داشته باشند چقدر در كاهش ضايعات اين ميوه مؤثر خواهد بود. بيوتكنولوژيستها با به تأخير انداختن سرعت رسيدن گوجه‌فرنگي به اين امر دسترسي پيدا كرده‌اند. گياهاني كه داراي خاصيت درماني يا پيشگيري هستند بيوتكنولوژيستها با انتقال ژنهاي سنتز پروتئينهاي مختلف ميكروبي و انساني به گياهان و توليد اين پروتئينها در گياهان دست به ابتكارات مؤثري زده‌اند. بعنوان مثال توليد واكسنهاي مختلف در گياهان و ايجاد ميوه‌هائي كه داراي خاصيت واكسيناسيون هستند. و يا امكان توليد پروتئينهائي مثل انسولين در گياهان كه در آيندة بسيار نزديك به تحقق خواهد پيوست باعث انقلابي در اين زمينه خواهد شد. همچنين گياهان بعنوان ارگانيسم‌هاي كانديد براي توليد پروتئينهائي مانند آنتي‌باديها و آنزيمها و... در مقياس
بسيار بالا در نظر گرفته شده‌اند و عملاً كارآئي خود را در اين زمينه نشان داده‌اند. حيوانات ترانسژنيك امروزه بدليل رشد روزافزون جمعيت نياز به مواد غذائي اهميت بيشتري پيدا كرده است و اين اهميت هنگامي بيشتر مي‌شود كه موضوع كيفيت نيز در كنار آن مطرح شود. بيوتكنولوژيستها با دستكاريهاي بدون ضرر در ژنهاي حيواناتي مانند گوسفند و گاو و ماهي باعث رشد سريع آنها مي‌شوند. همچنين با دستكاريهاي ژنتيكي مي‌توان به گوشت كم‌چربي و ترد دست يافت كه ارزش غذائي و سلامت بخش آن بسيار بالا باشد. با انتقال 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 موجب توليد گوشتي شده‌اند كه داراي برخي خواص استنتاج نيز مي‌باشد. گاوهاي شيري ترانسژنيك مي‌توانند بعنوان كارخانه‌هاي توليد پروتئينها و واكسنها و آنتي‌باديها عمل كنند. هم‌اكنون اين روش بصورت كاربردي در توليد بسياري از پروتئينها بكار مي‌رود. بعنوان مثال گاو ترانسژنيك حامل ژن لاكتوفرين انسان كه يك پروتئين، حاوي آهن و ضروري براي رشد نوزادان است مي‌تواند باتوليد شير نزديك به شير انسان
نيازهاي نوزادان انسان را تاحد زيادي برآورده كند. يا بعنوان مثال بزهاي ترانسژنيك مي‌توانند در هر ليتر شير بيش از چهارگرم آنتي‌بادي مونوكلونال توليد كنند كه ارزش آن بسيار بالا مي‌باشد. بدين نحو با جايگزيني تنها 10 بز ترانسژنيك بجاي يك كارخانه بزرگ مدرن مي‌توان به يك روش كاملاً اقتصادي دست يافت. (9) با دستكاري ژنهاي توليد هورمون رشد در ماهيها و افزايش توليد اين هورمون بصورت طبيعي به ماهيهائي دست يافته‌اند كه داراي سرعت رشد بسيار بيشتري از گونه مشابه خود هستند. بيوتكنولوژي پزشكي كاربرد بيوتكنولوژي در پزشكي به وسعت علم پزشكي بوده و حتي اين علم با سرعت روزافزون بر وسعت و دامنه علم پزشكي مي‌افزايد. از مهمترين كاربردهاي بيوتك در پزشكي مي‌توان به موارد زير اشاره
كرد: ـ تأثير دگرگون بخش در امر پيشگيري از بيماريهاي ميكروبي، بيماريهاي ژنتيكي، بيماريهاي تغذيه‌اي و متابوليسمي و بيماريهاي روحي‌رواني و... ـ تأثير دگرگون بخش در امر درمان بيماريهاي عفوني، ژنتيكي، سوءتغذيه و متابوليسم و نازائي ـ تأثير دگرگون بخش در پزشكي قانوني ـ تأثير دگرگون بخش در پزشكي زيبائي عناوين مطرح در بيوتكنولوژي پزشكي كه هركدام نياز به توصيف كامل دارند عمدتاً عبارتند از: ژن‌درماني، واكسنهاي نوتركيب، DNA واكسنها، بيوانفورماتيك، ژنوميكس، پروتئوميكس، بيومدسين و بيوفارماسئوتيكال امروزه
پيشرفت‌هاي پزشكي به مدد بيوتكنولوژي درحال سرعت گرفتن مي‌باشد. پزشكي سنتي بتدريج جاي خود را به پزشكي مولكولي خواهد داد. درآينده نه‌چندان دور مكانيسم هيچ بيماري ناشناخته نخواهد ماند و تقريباً هيچ بيماري غيرقابل كنترل نخواهد بود. پزشكي سنتي عمدتاً بدنبال علائم و نشانه‌ها Sign & Symptoms بيماريها بوده و از روي آن به استنتاج وجود بيماري و عامل بيماري‌زا مي‌پرداخت و در مواردي بدليل ناشناخته بودن عوامل بيماريها، مكانيسم‌ها و سيستم‌هاي كنترلي آنها مبارزه تنها برعليه علائم و نشانه‌ها صورت مي‌گرفت. امروزه بكمك بيوتكنولوژي، علم پزشكي درحال شناخت ريشه‌اي‌ترين بخش از حيات و مظاهر آن مي‌باشد. با كشف كامل توالي ژنوم انسان در سال 2001 هم‌اكنون دانشمندان
بيوتكنولوژيست بدنبال شناسائي ژنهاي مسئول صفتهاي مختلف و نيز ژنهاي مسئول نقائص گوناگون انساني مي‌باشند. تا به‌حال ژنهاي مسئول ايجاد بيماريهاي بسياري شامل سرطانها، بيماريهاي قلبي عروقي، تنفسي، رواني و... شناسائي شده‌اند. با شناسائي تك‌تك اين ژنها و سپس شناسائي پروتئينهاي حاصله از اين ژنها داروهاي كاملاً انتخابي و مؤثر براي مقابله با يك بيماري ساخته مي‌شوند (tailor made) اين مبارزه در سطح پروتئين و فنوتيپ است راه ديگر مبارزه استفاده از ژن‌درماني و Antisence است. بيماريهاي ژنتيكي
بسياري درحال حاضر بعنوان كانديد براي ژن‌درماني درنظر گرفته شده‌اند. تقريباً هركدام از ما تعدادي ژن ناقص در بدن خود داريم كه برخي از آنها خصوصيات خود را در فنوتيب ما آشكار نكرده‌اند و برخي ديگر كم يا زياد خصوصيات خود را در فنوتيپ ما آشكار نموده‌اند تقريباً از 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، دسيتروفي عضلاني دوشن، بيماري سيستم عصبي هانتينگتون، تالاسمي، هموفيلي، كم‌خوني داسي شكل، سندروم لش ـ نايهان lesch-Nyhan ، فنيل كتونوري و... جزو كانديداهاي ژن درماني هستند. بيشتر توجه در ژن درماني متوجه بيماريهاي ژنتيكي - متابوليكي است كه
نقص يك ژن باعث عدم سنتز يا سنتز ناقص يك پروتئين و عدم انجام يك فرآيند شيميائي مي‌شود. فرآيند ژن درماني مي‌تواند بر روي سلولهاي سوماتيك بدن صورت گيرد و يا بر روي سلولهاي زايا صورت گيرد كه در اينصورت صفت اصلاح شده به نسل بعد نيز منتقل مي‌شود. در فرآيند ژن درماني معمولاً از قطعات ژن سالم ساختگي بهره گرفته مي‌شود. تكنولوژي ديگري كه استفاده مي‌شود آنتي سنس است كه در آن از قطعات اسيدهاي نوكلئيك DNA و RNA يا تركيبات آنالوگ آنها استفاده مي‌شود و بدين‌ترتيب اتصال احتمالي اين قطعات به
محل موردنظر مانع بيان يك ژن ناقص و يا توليد يك پروتئين مضر مي‌گردد. (10) و (11) واكسنهاي نوتركيب مي‌توان گفت كه در توليد همه‌گونه از واكسنها از تكنيكهاي بيوتكنولوژي بهره‌گرفته شده و مي‌شود. ليكن اوج توانمنديهاي بيوتكنولوژي نوين را مي‌توان در واكسنهاي نوتركيب نسل چهارم (و نيز DNA واكسنها) مشاهده كرد. تابحال براي توليد واكسنها از ميكروارگانيسم‌هاي ضعيف شده يا كشته شده يا اجزاء آنها كه بصورت طبيعي از آنها استخراج مي‌شدند استفاده مي‌شد و اين امر در موارد قابل توجهي باعث ايجاد عوارض جانبي در افراد مي‌گرديد. ليكن باتوسعه تكنيكهاي DNA نوتركيب، واكسنهاي نسل چهارم توليد شدند كه در آنها تنها از جزء مؤثر در ايجاد ايمني (جزء ايمونوژن) ميكروارگانيسم‌ها استفاده مي‌شود.
