بخشی از مقاله
تراشه های زیستی
آشكار ساختن ساختار ژنتيك و كشف منشاء استيكى كه جلوى ما گذاشته اند تا نوش جان كنيم...اتحاد الكترونيك و بيولوژى مى تواند حيطه هاى متنوعى چون پزشكى، علوم تغذيه، يا علوم دفاعى را دستخوش انقلاب سازد. سرعت پيشرفت ما آنچنان زياد است كه خطر زير پا گذاشتن اخلاقيات واقعاً وجود دارد
گيوم گراله
تاريخچه بیوتکنولوزی
بيوتكنولوژي ريشه در تاريخ دارد و تكوين آن از سالهاي بسيار دور آغاز شده تابحال ادامه يافته است.
در تقسيم‌بندي زماني مي‌توان سه‌دوره براي تكامل بيوتكنولوژي قائل شد.
1) دورة تاريخي كه بشر با استفاده ناخودآگاه از فرآيندهاي زيستي به توليد محصولات تخميري مانند نان، مشروبات الكلي، لبنيات ترشيجات و سركه و غيره مي‌پرداخت. در شش هزار سال قبل از ميلاد مسيح، سومريان و بابليها از مخمرها در مشروب‌سازي استفاده كردند. مصريها در چهار هزار سال قبل با كمك مخمر و خمير مايه نان مي‌پختند. در اين دوران فرآيندهاي ساده و اوليه بيوتكنولوژي و بويژه تخمير توسط انسان بكار گرفته مي‌شد.
2) دوره اوليه قرن حاضر كه با استفاده آگاهانه از تكنيكهاي تخمير و كشت ميكروارگانيسم‌ها در محيط‌هاي مناسب و متعاقباً استفاده از فرمانتورها در توليد آنتي‌بيوتيكها، آنزيمها، اجراء مواد غذائي، مواد شيميائي آلي و ساير تركيبات، بشر به گسترش اين علم مبادرت ورزيد. در آن دوره اين بخش از علم نام ميكروبيولوژي صنعتي بخود گرفت و هم‌اكنون نيز روند استفاده از اين فرآيندها در زندگي انسان ادامه دارد. ليكن پيش‌بيني مي‌شود به تدريج با استفاده از تكنيكهاي بيوتكنولوژي نوين بسياري از فرآيندهاي فوق نيز تحت تأثير قرار گرفته و به‌سمت بهبودي و كارآمدي بيشتر تغيير پيدا كنند.
3) دوره نوين بيوتكنولوژي كه با كمك علم ژنتيك درحال ايجاد تحول در زندگي بشر است. بيوتكنولوژي نوين مدتي است كه روبه توسعه گذاشته و روز بروز دامنه وسعت بيشتري به خود مي‌گيرد.
اين دوره زماني از سال 1976 با انتقال ژنهائي از يك ميكروارگانيسم به ميكروارگانيسم ديگر آغاز شد. تا قبل از آن دانشمندان در فرآيندهاي بيوتكنولوژي از خصوصيات طبيعي و ذاتي (ميكرو) ارگانيسم‌ها استفاده مي‌گردند ليكن در اثر پيشرفت در زيست‌شناسي مولكولي و ژنتيك و شناخت عميق‌تراجزاء ومكانيسم‌هاي سلولي ومولكولي متخصصين علوم‌زيستي‌توانستند تا به اصلاح و تغيير خصوصيات (ميكرو) ارگانيسم‌ها بپردازند و(ميكرو) ارگانيسم‌هائي باخصوصيات كاملاً جديد بوجود آوردند تا با استفاده از آنها بتوان تركيبات جديد را بامقادير بسيار بيشتر و كارائي بالاتر توليد نمود.
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 يك مهندس كشاورزي
استفاده از اصلاح بيولوژي مولكولي
كشف فعاليت ضدباكتريائي قارچ پني‌سيليوم توسط فلمينگ (كشف پني‌سيلين)
كشت ساختمان رشته‌اي مارپيچ DNA توسط واتسون و گريك
توضيح و تشريح ساختمان آنتي‌بادي توسط پورتر، 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 مهندسي ژنتيك
EPA اولين تنباكوي مهندسي ژنتيك را تأييد كرد
شروع پروژه ژنوم انساني ـ توليد اولين گاو ترانس‌ژنيك
كشف اولين ژنوم كامل يك موجود زنده
ابداع تكنيك جديد DNA با استفاده از PCR و چيپ‌هاي DNA و يك برنامه كامپيوتري براي كشف ژنهاي بيماريزا
استفاده از سلولهاي ريشه‌اي براي معالجه بيماريها
شناسائي كامل ژنوم مگس سركه و بسياري از موجودات ديگر
شناسائي كامل ژنوم انسان و بسياري ديگر از ارگانيسم‌ها 600 سال 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
جدول 1 ـ تاريخچه مختصر بيوتكنولوژي 3 و (4)
بيوتكنولوژي چيست؟
گستردگي و تنوع كاربردهاي بيوتكنولوژي، تعريف و توصيف آنرا كمي مشكل و نيز متنوع ساخته است.
برخي آنرا مترادف ميكروبيولوژي صنعتي و استفاده از ميكروارگانيسم‌ها مي‌دانند و برخي آنرا معادل مهندسي ژنتيك تعريف مي‌كنند به‌همين دليل در اينجا مختصراً اشاره‌اي به تعاريف متفاوت از بيوتكنولوژي مي‌كنيم كه البته داراي وجوه اشتراك زيادي نيز هستند: (1) و (2)
ـ بيوتكنولوژي مجموعه‌اي از متون و روشها است كه براي توليد، تغيير و اصلاح فراورده‌ها، به‌نژادي گياهان و جانوران و توليد ميكروارگانيسم‌ها براي كاربردهاي ويژه، از ارگانيسم‌هاي زنده استفاده مي‌كند.
ـ كاربرد روشهاي علمي و فني در تبديل بعضي مواد به كمك عوامل بيولوژيك (ميكروارگانيسم‌ها، ياخته‌هاي گياهي و جانوري و آنزيمها) براي توليد كالاها و خدمات در كشاورزي، صنايع غذائي و دارويي و پزشكي
ـ مجموعه‌اي از فنون و روشها كه در آن از ارگانيسم‌هاي زنده يا قسمتي از آنها در فرايندهاي توليد، تغيير و بهينه‌سازي گياهان و جانوران استفاده مي‌شود.
ـ كاربرد تكنيكهاي مهندسي ژنتيك در توليد محصولات كشاورزي، صنعتي، درماني و تشخيص باكيفيت بالاتر و قيمت ارزانتر و محصول بيشتر و كم خطرتر
ـ استفاده از سلول زنده يا توانائيهاي سلولهاي زنده يا اجزاي آنها و فرآوري و انتقال آنها به‌صورت توليد در مقياس انبوه
ـ بهره‌برداري تجاري از ارگانيسم‌ها يا اجزاي آنها
ـ كاربرد روشهاي مهندسي ژنتيك در توليد يا دستكاري ميكروارگانيسم‌ها و ارگانيسم‌ها
ـ علم رام‌كردن و استفاده از ميكروارگانيسم‌ها در راستاي منافع انسان
ـ تعاريف بالا از بيوتكنولوژي هركدام به‌تنهائي توصيف كاملي از بيوتكنولوژي نيست ولي با قدر مشترك گرفتن از آنها مي‌توان به تعريف جامعي از بيوتكنولوژي دست يافت.
براستي چرا چنين است؟ هرچند كه با مرور زمان دانشمندان به مفاهيم مشتركي در مورد تعريف بيوتكنولوژي نزديك شده‌اند اما چرا هر متخصص و دانشمندي تعريف جداگانه‌اي از بيوتكنولوژي ارائه مي‌دهد كه درجاي خود نيز مي‌تواند صحيح باشد (نه الزاماً جامع).
علت اين حقيقت را بايد درماهيت بيوتكنولوژي جُست.
بيوتكنولوژي همانند زيست شناسي، ژنتيك يا مهندسي بيوشيمي يك علم پايه يا كاربردي نيست كه بتوان محدوده و قلمرو آنرا بسادگي تعريف كرد. بيوتكنولوژي شامل حوزه‌اي مشترك از علوم مختلف است كه در اثر همپوشاني و تلاقي اين علوم بايكديگر بوجود آمده است. بيوتكنولوژي معادل زيست شناسي مولكولي، مهندسي ژنتيك، مهندسي شيمي يا هيچ يك از علوم سنتي و مدرن موجود نيست؛ بلكه پيوند ميان اين علوم در جهت تحقق بخشيدن به توليد بهينه يك محصول حياتي (زيستي) يا انجام يك فرآيند زيستي بروشهاي نوين و دقيق با كارآئي بسيار بالا مي‌باشد.
بيو
تكنولوژي را مي‌توان به درختي شبيه كرد كه ريشه‌هاي تناور آنرا علومي بعضاً با قدمت زياد مانند زيست شناسي بويژه زيست شناسي مولكولي، ژنتيك، ميكروبيولوژي، بيوشيمي، ايمونولوژي، شيمي، مهندسي شيمي، مهندسي بيوشيمي، گياه‌شناسي، جانورشناسي، داروسازي، كامپيوتر و… تشكيل مي‌دهند ليكن شاخه‌هاي اين درخت كه كم و بيش به تازگي روئيدن گرفته‌اند و هرلحظه با رشد خود شاخه‌هاي فرعي بيشتري را به‌وجود مي‌آورند بسيار متعدد و متنوع بوده كه فهرست كردن كامل آنها در اين نوشته را ناممكن مي‌سازد.
تقسيم‌بندي بيوتكنولوژي به شاخه‌هاي مختلف نيز برحسب ديدگاه متخصصين و دانشمندان مختلف فرق مي‌كند و در رايجترين تقسيم‌بندي از تلاقي و پيوند علوم مختلف با بيوتكنولوژي استفاده مي‌كنند و نام شاخه‌اي از بيوتكنولوژي را بدين‌ترتيب وضع مي‌كنند. مانند بيوتكنولوژي پزشكي كه از تلاقي بيوتكنولوژي با علم پزشكي بوجود آمده است يا بيوتكنولوژي كشاورزي كه كاربرد بيوتكنولوژي در كشاورزي را نشان مي‌دهد. بدين ترتيب مي‌توان از بيوتكنولوژي داروئي
Pharmaceutical Biotechnology بيوتكنولوژي ميكروبي، Microbial Biotechnology ، بيوتكنولوژي دريا Marine Biotech ، بيوتكنولوژي قضائي يا پزشكي قانوني Forensic Biotech ، بيوتكنولوژي محيطي Environmental Biotech ، بيوتكنولوژي غذائي food and food stuff Biotech بيوانفورماتيك Bioinformatic ، بيوتكنولوژي صنعتي Industrial ، بيوتكنولوژي نفت …… بيوتكنولوژي تشخيصي و … نام برد.
اين شاخه‌هاي متعدد در عمل همپوشاني‌ها و پيوندهاي متقاطع زيادي دارند و باز بدليل ماهيت همه‌جانبه بودن بيوتكنولوژي نمي‌توان در اين مورد نيز به ضرس قاطع محدوده‌هائي را براي آنها تعيين نمود.
گستردگي كاربرد بيوتكنولوژي در قرن بيست و يكم بحدي است كه، اقتصاد، بهداشت، درمان، محيط‌زيست، آموزش، كشاورزي، صنعت، تغذيه و ساير جنبه‌هاي زندگي بشر را تحت تأثير شگرفت خود قرار خواهد داد. بهمين دليل انديشمندان جهان قرن بيست و يكم را قرن بيوتكنولوژي نامگذاري كرده‌اند.
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.
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 مط
عناوین 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. نمونه آن واكسن ساب‌يونيتي مؤثر در برابر هپاتيت B مي‌باشد.
فرآيند توليد يك واكسن نوتركيب بسيار طولاني و پيچيده مي‌باشد. در ابتدا بيوتكنولوژيستها بايد ايمونوژن‌ترين جزء ميكروارگانيسم‌ها را كه معمولاً پروتئينها يا گليكوپرتئينهاي غشائي هستند طبق فرآيندهاي بسيار طولاني و پيچيده شناسائي كنند و پس از آن با شناسائي محل و توالي ژن آن در ژنوم ميكروارگانيسم اقدام به تكثير آن بخش كرده و قطعات تكثير شده را درون پلاسميدهاي ويژه كلونينگ قرار دهند و سپس اقدام به انتقال پلاسميدهاي نوتركيب به سلول ميزبان مناسب براي توليد آن پروتئين بنمايند.
درصورت موفقيت در توليد اقتصادي يك پروتئين كانديد براي واكسن يك بانك سلولي و يك بانك پلاسميد از سلولهاي نوتركيب ايجاد شده و ساختارهاي پلاسميدي آنها ايجاد مي‌شود كه براي مراحل بعد مورد استفاده قرار گيرد.
براي تأييد اين واكسن از نظر مؤثر بودن، كارآئي و بي‌ضرر بودن براي انسان (يا دام) (ClinicalTrials) مراحل زيادي بايد طي شود كه چندين سال بطول مي‌كشد.
براي توليد صنعتي و تجاري يك واكسن نياز به سرمايه‌گذاري فراواني مي‌باشد. بخشي از اين سرمايه‌گذاري بايد براي ايجاد يك محيط كاملاً استاندارد مطابق با شرايط (Good Manufacturing Practices) GMP و تسهيلات و تأسيسات استاندارد مطابق با GMP و افراد كاملاً متخصص و آموزش ديده و ايجاد يك سيستم با ثبات حفظ كيفيت گردد.
واكسنهاي DNA
با پيشرفت تكنيكهاي بيوتكنولوژي نسل بعدي واكسنها پيشنهاد شدند كه در آنها بجاي توليد بخش ايمونوژن عامل بيماريزا در كارخانه‌ها با ارسال اطلاعات ژنتيكي (DNA) لازم براي توليد اين اجزاء درون سلولهاي بدن به توليد اين ايمونوژنها در بدن پرداخته مي‌شود. از مهمترين مزاياي اين واكسنها درعين مشكل بودن طراحي و توليد آنها پايدار بودن ايمني حاصله و كنترل بيشتر بر نحوه ايمني‌زائي در بدن مي‌باشد.
بيومدسين يا بيوفارماسئوتيكال
بسياري از بيماريهاي رايج انساني بدليل نقص ژنتيكي در توليد يك پروتئين فانكشنال در سلولهاي بدن مي‌باشد. اين بيماريها كه شيوع زيادي در جوامع انساني دارند اغلب داراي آثار اقتصادي - اجتماعي بيشتري نسبت به ساير بيماريها هستند. بعنوان مثال بيماريهائي مانند هموفيلي، تالاسمي، كم‌خوني‌ها، انواع نقص‌هاي سيستم ايمني، اختلالات رشد و ديابت و…
با پيشرفتهاي اخير در زمينه علوم زيستي بيوتكنولوژيستها قادر شده‌اند تا با شناسائي اين اختلالات و ژنهاي مربوطه به توليد پروتئينهايي بپردازند كه بدن 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 كه درحال حاضر در كارخانه‌هاي بيوتك در مقياس صنعتي درحال توليد هستند. توليد اين پروتئينها هرچند كه هزينه‌بري زيادي را بهمراه دارد اما باعث كاهش چشمگير مرگ‌ومير ناشي از اختلالات ژنتيكي شده است.
بازار توليد اين مواد درحال حاضر بالغ بر ميلياردها دلار است و داراي رشد روزافزوني نيز مي‌باشد. درحاليكه رشد سالانه صنعت دارو 3% مي‌باشد، رشد سالانه صنعت داروهاي بيوتكنولوژي 25% مي‌باشد.
ژنوميكس Genomics
پروژه ژنوم انساني بزرگترين و باارزش‌ترين پروژه در علوم‌زيستي بوده است كه تابحال اجرا شده و در حقيقات منشاء پديد آمدن علم ژنوميكس نيز محسوب مي‌شود. HGP باهدف تعيين توالي ژنوم (محتواي ژنتيكي) انسان در سال 1996 شروع شده و درسال 2001 با اتمام نسخه اوليه به اوج خود رسيد . با كامل شدن پروژه ژنوم انسان دانشمندان به محل دقيق ژنهاي انسان پي‌خواهند برد و با شناسائي ژنوتيب مربوط به تمام جنبه‌هاي فنوتيپ انسان به كليد اصلي صفات انساني دست پيدا خواهند كرد. شناسائي اين ژنها دانشمندان را قادر خواهد ساخت كه به رفع تمام نقائص ژنتيكي انسانها بپردازند و نيز منشاء تمام حالات جسمي و روحي و رفتاري انسان را شناسائي كرده و در دست خود بگيرند.
هم‌اكنون ژنهاي جديدي براي اختلالات جسمي و حتي روحي مانند بيماريهاي قلبي و عروقي، اسيكزوفرني و… شناسائي شده است و پيمودن اين راه باسرعت هرچه تمام ادامه دارد. اينك قدمهاي زيادي به انتهاي اين مرحله سرنوشت‌ساز از تاريخ بشر باقي نمانده است و همگي دانشمندان منتظر به‌ثمر رسيدن دستاوردهاي اين پروژه در آينده بسيار نزديك مي‌باشند.
يكي از ابزارها و شاخه‌هاي بيوتكنولوژي كه اخيراً به شكوفائي رسيده است بيوانفورماتيك مي‌باشد كه كار تجزيه و تحليل داده‌هاي بدست آمده از HGP و… را انجام داده و آنها را تبديل به اطلاعات باارزش و قابل استفاده براي دانشمندان مختلف مي‌نمايد.
موضوع مرتبط با اين امر موضوع كشف SNP ها مي‌باشد. SNP ها تفاوت‌هاي تك‌نوكلئوتيدي هستند كه بين دو فرد، از نظر يك ژن بين آنها وجود دارد. شناسائي اين تفاوتها ارزش فراواني دارد. چراكه بطور مثال فردي كه داراي هوش بيشتر يا دندان مستحكمتر نسبت به فرد ديگري است ممكن است تنها در يك نوكلئوتيد از يك ژن با يكديگر تفاوت داشته باشند و شناسائي مكان و نوع اين تفاوت ارزش اقتصادي زيادي براي كاشف و انحصارگر آن دارد. بهمين دليل هم‌اكنون شكارچيان ژن درحال شناسايي قوم‌ها و نژادهائي هستند كه در يك يا چند زمينه خاص داراي خصوصيات برتر مي‌باشند.
پروتئوميكس Proteomics
دنياي پروتئوميكس دنياي بي‌انتهائي است كه ما هم‌اكنون در روزنه ورودي آن قرار گرفته‌ايم. دانشمندان بعد از استخراج اطلاعات ژنوم انساني به كاربرد آن در حوزه پروتئوميكس مي‌انديشند. در پروتئوميكس دانشمندان براساس اصل يك پروتئين يك ژن بدنبال يافتن كليه پروتئينهاي توليد شده در بدن انسان و ربط آن به يك ژن هستند.
پس از اتمام پروژه پروتئوميكس كه حتي بسيار بزرگتر و طولاني‌تر و پرابعادتر از پروژه ژنوميكس خواهد بود مي‌توان گفت كه انسان به عمده اطلاعات حياتي لازم در مورد خود دست يافته است و پس از كاربرد اين اطلاعات در طراحي داروها و فرآيندهاي مناسب تقريباً قادر به مبارزه با هر بيماري و هر اختلال در بدن خود خواهد بود و حتي قادر به پيشگيري از اكثر آنها خواهد شد.
مرحله بعد از (و حتي همگام با) پروتئؤميكس طراحي داروهاي بيولوژيك مي‌باشد كه دانشمندان را قادر مي‌سازد پروتئينهاي مزاحم يا ناقص را خنثي كنند يا توليد پروتئينهاي ضروري در بدن را باعث شوند.
بازار پروتئوميكس برعكس ژنوميكس بسيار گسترده‌تر و غير متمركز بوده و هم‌اكنون بسياري از كشورها حتي كشورهاي جهان سوم مثل برزيل نيز قدم به اين عرصه گذاشته‌اند.
كلونينگ انسان
از زماني كه دانشمندان با ابداع روش جديد همانندسازي گوسفندي بنام دالي را خلق كردند اميدها و نگرانيهاي زيادي در جوامع انساني بوجود آمد. بيوتكنولوژيستها توانستند با انتقال محتواي ژنتيكي يك سلول سوماتيك به يك سلول تخم كه محتواي ژنتيكي آن تخليه شده بود به توليد موجوداتي كاملاً مشابه موجود دالي دست يابند. بازار اين فناوري در تكثير دام‌هايي با خصوصيات ويژه مانند شير زياد يا گوشت مناسب بسيار گسترده است. با اينحال كشيده شدن اين بحث به همانندسازي انسان نگرانيهائي را در كشورهاي مختلف بوجود آمده است. موضوع مرتبط با اين امر توليد موجودات يا ارگانهاي انساني از سلولهاي ريشه‌اي جنين مي‌باشد كه همانند كلونينگ داراي مخالفان و موافقان خاص خود مي‌باشد.
تراشه‌هاي زيستي
تراشه‌هاي زيستي مانند DNA Chips از كاربردهاي نوين و بسيار اغواگر بيوتكنولوژي مي‌باشد.
در يكي از اين كاربردها دانشمندان توانسته‌اند با استفاده از رشته‌هاي DNA به توليد تراشه‌هائي دست بزنن
كه سرعت پردازش اطلاعات در آنها در مقايسه با حجم كوچك آنها بسيار بيش از تراشه‌هاي معمولي مي‌باشد. از كاربردهاي ديگر و اصلي تراشه‌هاي زيستي دو مورد DNA Chips و DNA Microarray مي‌باشد.
DNA Chips : در اين تكنولوژي بيوتكنولوژيستها با ساختن قطعات اليگو نوكلئوتيدي 20 تا 80 نوكلئوتيدي با توالي‌هاي متفاوت و تثبيت آن بصورت آرايشي از نقاط بسيار ريز (كمتر از 300 ميكرون) بر روي بستر مناسب (مانند نيتروسلولز يا برخي فلزات و مواد پلاستيكي) و سپس مجاور كردن نمونه‌هاي DNA مجهول با اين نقاط تثبيت شده شرايط يك واكنش هيبريديزاسيون را بوجود مي‌آورند. در صورتيكه بين سكانس مجهول و سكانس معلوم هر يك از اليكونوكلئوتيدها واكنش هيبريداسيون صورت گيرد مي‌توان پي‌به سكانس DNA مجهول برد.
از اين روش همچنين براي تعيين ميزان بيان پروتئين يا فراواني نيز استفاده مي‌شود. اين روش توسط شركت Affymetryx ابداع شده است.
DNA Microarray : در اين تكنولوژي پروب cDNA (با طول بين 500 تا 5000 باز) بر روي بستر جامد مناسب تثبيت بود و سپس اين نقاط تثبيت شده در معرض نمونه‌هاي DNA مجهول قرار مي‌گيرد.
اين روش در دانشگاه استانفورد ابداع شده است.
كاربرد هر دو روش كه تاحد زيادي مشابه هم هستند در كشف ژنها، در تشخيص بيماريها، در علم فارماكوژنوميك و در علم توكيكوژونوميك و…. مي‌باشد.
تاریخچه تراشه های زیستی
پیشرفت تراشه های زیستی تاریخچه ای طولانی دارد وباشروع دراوایل کاربرروی تکنولوزی سنسورها
بود که درسال 1922 PH اغازمی شود. یکی ازنخستین سنسورهای شیمیایی سبک الکترود شیمیایی
بوسیله کشف اختلاف پتانسیل ایجاد شده درمیان یک غشاء PH بوسیله هوگز ساخته شد. اندازه گیری
H شیشه ای نازک برای تراوش یون های هیدروزن انجام می شد . این کار بوسیله تبادل الکترون بین
انجام می گرفت. مفهوم اساسی استفاده ازمکان های تبادل برای دست یافتن به پوسته یا Sio مثبت و
غشاء برای کشف سنسورهای یونی دیگردرسال های آینده مورد استفاده قرارگرفت. به عنوان مثال
مثب
ت بوسیله بهم پیوستن والینومیسین دریک غشاء نازک تولید می شود.(اسچولتز1996 K یک س
نسور
پس ازگذشت سی سال اولین بیوسنسور (سنسوری که از مولکولهای بیولوزیکی استفاده می کرد )ساخته
شد. درسال 1956 للاند کلارک نوشته ای را برروی الکترود دریافت اکسیزن منتشرکرد.این وسیله
اساس یک سنسورگلوکزشدکه درسال 1962 بوسیله کلارک وهمکارش لیونزساخته شد که درساخت
آن ازمولکولهای اکسید گلوکوزجاسازی شده دریک غشاءتراکافت استفاده شده بود.
آنزیم وظیفه داشت که درحضورگلوکزمیزان اکسیزن قابل دسترسی برای الکترود اکسیزن را کاهش
بدهد بدین وسیله سطح اکسیزن گلوکزمتمرکزشده گزارش می شد. این مورد وبیوسنسورهای مشابه به
عنوان الکترود آنزیم شناخته شدو امروزه هنوزهم مورد استفاده قرار می گیرند.
DNA درسال 1953 واتسون وکریک همگان را ازکشفشان که همان ساختارآشنای مارپیچ دوتایی
است وهمچنین مجموعه تحقیقات زنتیکی (که تا کنون این تحقیقات همچنان ادامه دارد )آشنا کردند.
پیشرفت شیوه تسلسل درسال 1977 بوسیله گیلبرت وسانجر(که به صورت جداگانه کارمی کردند)
محققان را قادرساخت تابه صورت مستقیم بتوانند کدهای زنتیک راکه دستورالعملهایی را برای پیوند
پروتئینی فراهم می کند بخوانند.این تحقیق نشان دادکه چگونه هیبریداسیون مکمل رشته های"الگونوکلئو
استفاده شود. DNA تید" می تواند به عنوان پایه ای برای دریافت
توانا کرد DNA ا ین دو پیشرفت تکنولوزی رابرای استفاده ازبیوسنسورهای مدرن برپایه
راابداع کرد که این روش-PCR اولادرسال 1983 کری مولیس فن ((واکنش زنجیره پلیمری )) -
می باشد. DNA روشی برای تقویت تمرکز
رادرمواردنمونه فراهم کرد. DNA این کشف امکان ردیابی مقادیر کوچک از
بابرچسبهای فلورسنتDNA ثانیا درسال 1986 هودوهمکارانش روشی رابرای برچسب مولکولهای
به جای برچسب های رادیویی ابداع کردندکه بدین وسیله تواناسازی آزمایش هیبریداسیون به صورت نوری انجام می شد.
سرعت پیشرفت تکنولوزی درزمینه بیوشیمی ونیمه رساناها درسال 1980 منجربه پیشرفت عظیم
تراشه های زیستی درسال 1990 شد.
دراین زمان مشخص شد که تراشه های زیستی تکنولوزی عظیمی هستند که چندین بخش جداازهم را شامل می شوند وهنوزهم کامل نشده اند
تراشه زیستی چیست ؟
کسانی که مبحث تکنولوزی های رادنبال می کنند خصوصادرزمینه بیوتکنولوزی تراشه های زیستی را می شناسند ومی دانند که آنها حاصل ترکیب نیمه رساناها با زیست شناسی مولکولی هستند.
تراشه های زیستی مشابه نیمه رساناها هستندبا این تفاوت که به جای داشتن مدارهای الکتریکی پایه
یا پروتئین دارندکه به سطح یک تراشه که می تواند از جنس DNA -RNA زیستی
شیشه –پلاستیک یا سلیکون باشد الصاق شده اند.
بسته به سطح جنس الصاقی دونوع اصلی ازتراشه های زیستی وجود دارد:
دارند.DNA-RNA تراشه های نوکلئوساید که
تراشه های پروتئین
البته یک نوع دیگرازتراشه های زیستی هم وجود دارد که تراشه آزمایشگاهی نامیده می شود که از میکروسیلان ها برای انجام بسیاری ازتستهای آزمایشگاهی استاندارد که امروزه دربیمارستان ها انجام می شود استفاده می کند.
اما ما به آن نوع تراشه دست پیدا نمی کنیم چون به طور معمول آن یک نسخه مینیاتوری شده ازتستهای شیمیایی – کلینیکی استاندارد است ولزوما یک جزءبیولوزی ندارد.
