البيوتكنولوجيا .. مفهومها وتطبيقاتها وأهميتها في حياتنا المعاصرة.

استخدم البشر التكنولوجيا الحيوية لآلاف السنين لصنع الخبز والجبن والكحول وطرق التخمير الأخرى. تشير الأدبيات العلمية إلى أن العصر الأول للتكنولوجيا الحيوية يعود إلى ستة آلاف سنة قبل الميلاد ، عندما استخدم السومريون والبابليون الخميرة في التصنيع. من الخبز والكحول. لعبت هذه الأساليب الميكروبيولوجية دورًا مهمًا في التدبير المنزلي لفترات طويلة من الزمن ، بحيث أصبحت جانبًا مهمًا من عمليات التكنولوجيا الحيوية باستخدام البكتيريا والخمائر والطحالب والخلايا النباتية والحيوانية ، ومع بداية القرن العشرين ، هناك كان تطوراً مذهلاً في علم الوراثة وعلم الأحياء الدقيقة ، خاصة بعد اكتشاف بنية الوراثة عام 1953 م عن طريق ((واتسون)) و ((كريك)) ، وبالتالي عُرف كيف تنتقل الصفات الوراثية عبر الأجيال ، مما أدى إلى انتشار منتجات ووسائل التكنولوجيا الحيوية في جميع مجالات الحياة ، ودخلت تطبيقاتها مجالات الصناعة والزراعة والطب والصيدلة والطاقة والتعدين والبيئة.

مفهوم وتعريف التكنولوجيا الحيوية:

أولاً - ما يميز التكنولوجيا الحيوية ربما هو أنها تجمع بين الوسائل العلمية الحديثة لحل المشكلات ، وهي (التكنولوجيا) وإنتاج منتجات مفيدة (بيولوجية).

تم استخدام مفهوم التكنولوجيا الحيوية لآلاف السنين عندما تم استخدام الحيوانات والنباتات لإنتاج الغذاء والملابس والأدوية. بدأ هذا المفهوم يتغير في الثلاثينيات والأربعينيات من القرن العشرين عندما تم استخدام بعض الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج المضادات الحيوية والأمصال ، وكذلك الخمائر.

وتطور مفهوم هذا العلم أخيرًا بعد اكتشاف المادة الوراثية (DNA) بأدق تفاصيلها (الكروموسومات والجينات والجينات والقواعد النيتروجينية). خلال الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي ، بدأ الإنسان في استخدام مكونات معينة من الخلايا في التطبيقات الحيوية ، والتي طورت مفهوم التكنولوجيا الحيوية نحو تطبيقات متخصصة للغاية ، ومن هنا ظهرت عدة تعريفات لهذا العلم ، منها: مواد لصنع أو تعديل منتج أو لتحسين النباتات أو الحيوانات ، أو لتطوير الكائنات الحية الدقيقة لاستخدام معين ، بكفاءة كبيرة وسهولة في التعديل الوراثي للجينات ، بالإضافة إلى تكاثر الكائنات الحية ، ويجب أن يتم ذلك عن طريق الحديث الأساليب الفنية. كان هناك أيضًا تباين قوي في تعريف هذا العلم بين المدارس العلمية ، وله عدد من التعريفات. التعريف البريطاني: التطبيقات والأنظمة ومراحل التصنيع الحرجة للإنتاج. التعريف الياباني: تقنية تستخدم الظواهر البيولوجية لنسخ وإنتاج منتجات بيولوجية مفيدة. والتعريف الأمريكي: الاستخدام المنهجي للكائنات الحية مثل الكائنات الحية الدقيقة أو المكونات البيولوجية لأغراض مفيدة.

وأما التعريف الأوروبي ، والذي تم تفصيله في مساهمات العلم وأدواته ، فهو: ((تداخل استخدام الكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الدقيقة والعلوم الهندسية لتحقيق التطبيقات الصناعية للكائنات الدقيقة وزراعة الأنسجة أو أجزاء منها)).

التكنولوجيا الحيوية في حياتنا المعاصرة:

نظرًا لأن علوم الحياة فريدة من نوعها في اتصالها المباشر مع الإنسان وتعلقها بحياته وطعامه ، فقد تطورت معرفتهم بشكل ديناميكي وسريع لتتخذ أشكالًا وآفاقًا متعددة ومتشابكة ، وتنتج نظامًا جديدًا للمعرفة مرتبطًا بشكل مباشر وأساسي بالتنمية . ، وهو نظام التكنولوجيا الحيوية أو التكنولوجيا الحيوية (التكنولوجيا الحيوية). وقد أصبح هذا النظام قاعدة عريضة لبرامج التنمية المختلفة ، ومؤشرًا لمدى التميز والتقدم العلمي والحضاري ، وخاصة في مجال توفير وتطوير احتياجات الإنسان الغذائية والدوائية. ، والصناعات البيئية والاقتصادية ، وغيرها. . التكنولوجيا الحيوية هي تعزيز المعرفة بعلوم الحياة وتطبيقاتها للأغراض التكنولوجية والصناعية للعمل البناء في خدمة البشرية.

يعد مفهوم التقانات الحيوية ممارسة قديمة ، ولكن المصطلح حديث المنشأ ، حيث تكثف البحث والابتكار في هذا المجال حتى وصلوا إلى معنى الثورة العلمية.

التكنولوجيا الحيوية في نهاية القرن العشرين:

التكنولوجيا الحيوية هي مجموعة التقنيات والمعرفة المرتبطة باستخدام الكائنات الحية في عمليات الإنتاج الناتجة عن التطورات الحديثة في البيولوجيا الجزيئية. في عالمنا الذي تتضاءل فيه الطاقة والموارد الطبيعية ، تقدم التكنولوجيا الحيوية مصدرًا متجددًا للغذاء والطاقة وحتى المواد الكيميائية الصناعية. التكنولوجيا الحيوية هي أحد مجالات العلوم التطبيقية والتكنولوجيا القائمة على الخصائص الفريدة للمادة البيولوجية. للتكنولوجيا الحيوية العديد من التعريفات التي تختلف في نطاقها الرسمي ، ولكنها تتفق على النطاق الأساسي. لنشر أو تطوير منتجات أو عمليات لاستخدامات محددة قد تكون ذات قيمة ومفيدة للإنسان.

ولا يمكن أن تتحقق التطبيقات من التكنولوجيا الحيوية إلا من خلال دمج عدد كبير من المجالات العلمية والتكنولوجية.التكنولوجيا الحيوية هي علم متعدد الأوجه يعتمد على العديد من العلوم الأخرى مثل الفيزياء الحيوية التطبيقية والكيمياء وعلم الأحياء الدقيقة والكيمياء الحيوية وعلم الوراثة وعلم وظائف الأعضاء والبيولوجيا الجزيئية والأنزيمات ، الكيمياء التحليلية وعلوم الأغذية الهندسة الكيميائية ، علم الأحياء الدقيقة الصناعية ، إلخ.

وعلم التكنولوجيا الحيوية هو علم يتعامل مع الكائنات الحية لإنتاج المواد أو تقديم الخدمات للبشر ، وقد عمل الإنسان على تكييف بعض الكائنات الحية بطريقة بسيطة تطورت مع التقدم العلمي حتى أصبح الإنسان قادرًا على التحكم في العديد من الكائنات الحية . ، ومع تقدم الثورة الصناعية في القرن الماضي ، أصبح الإنسان نشطًا في استخدام الآلات المبتكرة لتحسين كفاءة التقنيات الحيوية التقليدية ، والتي حققت تقدمًا كبيرًا في مجالات الإنتاج النباتي والحيواني وإنتاج اللقاحات ، تشخيص المرض ... وغيرها.

ومن أهم التقنيات الحديثة ما يسمى بالهندسة الوراثية وتقنية الحمض النووي المؤتلف ، وكذلك معالجة ونقل الشفرات الوراثية في الحيوانات أو ما يسمى بالعلاج الجيني ، وكذلك زراعة الأنسجة النباتية والحيوانية وزيادة عدد الأجنة لحيوانات التربية الاقتصادية وعلاج حالات العقم عند الإنسان من خلال الإخصاب الخارجي (أطفال أنابيب الاختبار) واستخدام الخلايا الجذعية في العلاج بالخلايا ، بالإضافة إلى اكتشاف طرق الاستنساخ ، والتكامل الخلوي ، وطرق الحفاظ على الخلايا. لفترات طويلة من الزمن ، وتقنيات مختلفة أخرى.

طرق التكنولوجيا الحيوية:

- تقنية زراعة الأنسجة:

 وهي زراعة الخلايا والأنسجة وتنميتها في حاويات في المختبر (زرع في المختبر).

الاستنساخ: 

الاستنساخ هو إنتاج عدد متطابق وراثيا من الجزيئات والخلايا والحيوانات والنباتات. 

هناك ثلاثة أنواع من التكاثر:

1- الاستنساخ الجزيئي.

2- تكاثر الخلايا.

3- استنساخ الحيوانات.

التعديل الجيني:

 يحدث التعديل الجيني عن طريق نقل الجينات من نوع إلى آخر أو تغيير الجينات من نفس النوع.

هندسة البروتين: 

تعتمد هذه التقنية على مفهوم التعديل الجيني لإنتاج بروتينات معينة أو بروتينات جديدة لها تطبيقات مفيدة مثل الإنزيمات والمحفزات الحيوية.

- تقنية التهجين: 

كانت التقنيات السابقة تعتمد على استخدام الكائنات الحية فقط ولكنها فتحت آفاق علمية جديدة من خلال استخدام المادة الوراثية وقدرتها على التعرف على الجزء التكميلي أو المماثل والالتزام به ، في ربطها بعلوم أخرى و المعرفة لإعطاء تطبيقات مفيدة.

مجالات التكنولوجيا الحيوية

الطب وصحة الإنسان:

استفادت هذه المجالات بشكل كبير من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية ، من إنتاج المضادات الحيوية والأدوية الأخرى في منتصف القرن الماضي ، إلى استخدام طرق الهندسة الوراثية ، وتقنية الحمض النووي المؤتلف ، والعلاج ونقل الشفرات الوراثية في الحيوانات ، أو ماذا يسمى العلاج الجيني ، واستخدام طرق الاستنساخ والتخصيب الخارجي (أطفال أنابيب الاختبار) ، والحقن المجهري ، وزرع الأنسجة ، ودمج الخلايا ، والخلايا الجذعية ، وتكنولوجيا التبريد للخلايا ، والأعضاء والأجنة ، وإنشاء بنوك الأمشاج ، والعمليات الجراحية بالمنظار ، والعلاج بالليزر والكشف عن احتمالية الإصابة بأمراض خطيرة في المستقبل من خلال فحص خريطة الجينوم البشري وغيرها من التقنيات التي تساعد في علاج حالات معينة من العقم عند الرجال أو لتحسين الإنتاج الحيواني أو لعلاج بعض الأمراض الوراثية. بالإضافة إلى إنشاء مركبات مناعية وتشخيصية ودوائية لم تكن متاحة من قبل من خلال طرق الهندسة الوراثية ، يمكن زيادة إنتاج المواد المعروفة من خلال التحكم الدقيق في التركيب الجيني للخلايا وعملية الإنتاج نفسها. بدأت شركات الأدوية في تصميم الأدوية بناءً على المعلومات التي توفرها الجينات بدلاً من كيمياء الأدوية. توفر هذه المنتجات علاجات لأمراض لم تكن متوفرة من قبل ، على سبيل المثال ، أصبح الأنسولين علاجًا ممكنًا لمرض السكري من خلال تقنية الحمض النووي المؤتلف ، وأصبح لقاحًا ضد التهاب الكبد B.

وكما أن العلاج الجيني والتدابير المضادة سيقدم علاجات ولقاحات أفضل لفيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز والملاريا والسرطان وأمراض القلب والاضطرابات العصبية. يمكن الاطلاع على هذه التطبيقات في مجالين رئيسيين:

أولاً - التشخيص: تستخدم مواد تشخيصية جديدة لتشخيص أمراض مثل الأمراض الوراثية والأمراض الخبيثة والأمراض الميكروبية والطفيلية والأمراض الناتجة عن اختلال وظائف بعض الأعضاء.

ثانياً - العلاج: ويشمل إنتاج مواد علاجية مثل المضادات الحيوية والمستحضرات المناعية والهرمونات والإنترفيرون وكذلك العلاج عن طريق تعديل الجينات البشرية (العلاج الجيني). تنقسم طرق المعالجة بالتكنولوجيا الحيوية إلى قسمين:

أ- التكنولوجيا الحيوية التقليدية: وهي تستخدم الأساليب غير الجزيئية وتشمل مجموعة واسعة من العمليات مثل زراعة الخلايا والأنسجة ، إلخ.

ب- التكنولوجيا الحيوية الحديثة: تستخدم هذه التقنية الطرق الجزيئية ، أي طرق المعالجة المباشرة للمادة الوراثية (DNA). يتضمن مجموعة من العمليات مثل التحكم في الجينات وإعادة التركيب أو إعادة تركيب المادة الجينية. مهدت هذه الأساليب الحديثة الطريق لإنتاج سلالات ذات قيمة اقتصادية من خلال تعديل السمات الوراثية عن طريق تغيير أو نقل الجينات إلى كائن حي آخر ، مما تسبب في حدوث طفرات جينية ، والتي تعرف باسم الهندسة الوراثية.

تطوير وزيادة إنتاج الغذاء:

على الرغم من أن كمية الإنتاج الغذائي في العالم كافية لتلبية احتياجات سكان هذا الكوكب ، إلا أنه إذا تم توزيعها بشكل عادل (وفقًا لتقارير منظمة الأغذية والزراعة العالمية) ، فإن المشكلة ليست مشكلة إنتاج ولكن بالأحرى مشكلة توزيع البلدان الغنية المتقدمة لديها 20٪ فقط من إجمالي سكان العالم ، ومع ذلك فهي تستهلك حوالي 86٪ من الاستهلاك العالمي.

وأهداف التحسين أو التعديل الوراثي باستخدام التكنولوجيا الحيوية الحديثة هي تقريبًا نفس الأهداف التي سعى العلماء إلى تحقيقها باستخدام طرق التربية التقليدية، وكلاهما يهدف إلى تحسين إنتاجية الحيوان وكفاءة تحويل الأعلاف وزيادة قدرة الحيوانات على مقاومة الأمراض والتكيف. للظروف البيئية.

ومع ذلك، فإن التعديل الجيني باستخدام التكنولوجيا الحديثة يتميز بخاصيتين جديدتين لا يمكننا تحقيقهما بالطرق القديمة ، وهما: سرعة الحصول على الخصائص المرغوبة - نقل خصائص معينة (جينات) بين الأنواع التي لا ترتبط ببعضها البعض، وقد أدى ذلك إلى تكوين حيوانات معدلة وراثيًا. يمكن تلخيص أهداف الهندسة الوراثية في الحيوانات على النحو التالي:

1- تحسين الإنتاجية الحيوانية.

2- تغيير خواص المنتجات الحيوانية وإنتاج مركبات حيوية مهمة.

3- زيادة قدرة الحيوانات على مقاومة الأمراض.

4- تحسين قدرة الحيوانات على الاستفادة من العناصر الغذائية.

5- زيادة قدرة الحيوانات على التكيف مع الظروف البيئية.

6- الكشف عن الملوثات البيئية.

فيما يلي أمثلة على التطبيقات الوراثية والهندسة الوراثية في النباتات: ساهم تطبيق الهندسة الوراثية في تطوير عمليات تحسين المحاصيل وإنتاج أصناف ذات جودة إنتاجية عالية ، والأمثلة عديدة:

- تحسين جودة البروتينات المخزنة في النباتات.

- انتاج نباتات لها القدرة على تثبيت النيتروجين وخاصة النباتات غير البقولية.

- انتاج نباتات مقاومة لمبيدات الآفات والجفاف والملوحة والصقيع.

كما استفاد مربو الحيوانات من تطبيقات الهندسة الوراثية والتقنيات الحديثة المستخدمة في هذا المجال مثل التلقيح الاصطناعي ونقل الأجنة واستخدام الأنثى كحاضنة.

معالجة النفايات وانتاج الكهرباء:

تلعب التكنولوجيا الحيوية دورًا مهمًا وأساسيًا في معالجة النفايات (النفايات) ، مثل معالجة مياه الصرف الصحي والتخلص من النفايات الصناعية والزراعية للاستهلاك في إنتاج الطاقة ، أو تحويلها إلى مركبات قابلة للتخمير بواسطة الكائنات الدقيقة ثم إلى مفيدة البروتينات. ومن أهم إنجازات التكنولوجيا الحيوية التقليدية هو الغاز الحيوي، والذي يتم إنتاجه من تخمير النفايات العضوية لإنتاج طاقة نظيفة ويساعد على تخليص البيئة من مشكلة النفايات ، وتعتمد العديد من الدول، مثل الصين ، على هذا الوقود الحيوي لتوليد يتم استخدام الكهرباء، والكحول الناتج عن تخمير قصب السكر كوقود في محركات السيارات، كما هو الحال في البرازيل ، حيث يزرع قصب السكر بكثرة لإنتاج الكحول، ويعمل العلماء حاليًا على الاستفادة من الزيوت من بذور وفواكه بعض النباتات مثل النخيل وعباد الشمس والفستق والزيتون في إنتاج الوقود، ومن ثم إنتاج العديد من أشكال الوقود الحيوي المتجدد، بما في ذلك الميثان وغاز الهيدروجين والكحول التي لا تخل بالتوازن البيئي.

في الصناعات الدوائية والكيميائية:

تسمح لنا التكنولوجيا الحيوية بتصنيع الأدوية والمواد الكيميائية الصناعية بطريقة أرخص وأقل تلويثًا بكثير من الطرق التقليدية، وتذهب إمكاناتها إلى أبعد من ذلك ، حيث تعدنا أيضًا بمجموعة من المنتجات البيولوجية الجديدة التي ستكون جزءًا من الألفية الجديدة ، والمصانع. يمكن أن تتحول إلى مصانع. صغيرة للحصول على مصادر جديدة من المواد الخام اللازمة لتصنيع البلاستيك والدهانات والألياف الاصطناعية والمواد اللاصقة والمنظفات وما إلى ذلك ، ومنتجات التكنولوجيا الحيوية صديقة للبيئة ، حيث إنها قابلة للتحلل الحيوي ومصادرها المتجددة ، وقد طور مؤخرًا مجموعة من العلماء مادة لاصقة تعتمد على نشا الذرة ، ومن المتوقع أن تتكون هذه المادة تعتبر بديلاً اقتصاديًا وبيئيًا للمواد اللاصقة ذات الأساس البترولي. وفي دراسة أخرى ، تم إنتاج المنظفات ذات الأساس النباتي. أثبتت هذه المنظفات فاعليتها في إزالة الشحوم والتنظيف ، كما تمكن العلماء من استخلاص مادة رغوية من البكتين الموجود في لب وقشور ثمار الحمضيات ، حيث يمكن استخدام هذه المادة في صناعة المنظفات بعد الحصول عليها. المضافة السطحي.

وفي هذا السياق ، من المعروف أن النشا والسكريات المشتقة من الذرة والنباتات الأخرى هي الأساس لتطوير البوليمرات الحيوية الجديدة التي تستخدم في صناعات النسيج والأقمشة والأثاث. على سبيل المثال ، طور العلماء سلالات من البكتيريا المهندسة وراثيًا هضم الجلوكوز المشتق من الذرة وتحويله إلى بوليمرات تستخدم في العديد من الصناعات ، وتجرى دراسات لإنتاج مواد تستخدم في صناعة مستحضرات التجميل والأدوية وغيرها ، ومن أهم الإعلانات الأخيرة وجود فريق من قام الباحثون بإنتاج مادة بلاستيكية من نباتات قابلة للتحلل الحيوي قد تؤدي إلى آفاق تجارية مستقبلية مثل نباتات الجرجير وبذور اللفت ، وقد قاموا بإنتاج هذا البلاستيك الذي يمكن استخدامه في صناعة التعبئة والتغليف ، وهو قابل للتحلل بعد الاستخدام ، على عكس البلاستيك المستخدم في زمن الوضع الحالي الذي يسبب مشاكل بيئية مختلفة ومتنوعة.

وخلاصة القول:

يقلل إنتاج مواد مثل المذيبات والمنظفات والمواد اللاصقة والبلاستيك وغيرها من المصانع التي تستخدم التكنولوجيا الحيوية من الاعتماد على المواد الخام القائمة على البترول ، مما يقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ويساعد في الحفاظ على سلامة البيئة.

طاقة أقل:

وفي النهاية ، تعتبر التكنولوجيا الحيوية أكثر كفاءة ، وأقل كثافة للطاقة ، وأقل تلويثًا وسمية ، وتنتج نفايات أقل. كما أنها تعتمد على المواد المتجددة ، لذا فهي أكثر استدامة بطبيعتها من العديد من التقنيات التقليدية. تشمل الاستخدامات البيئية للتكنولوجيا الحيوية الحد من تلوث التربة. بالمواد الكيميائية ومعالجة المياه. القضاء على تلوث الخميرة أو الميكروبات ، واستخدام النباتات للسيطرة على التلوث بالمعادن الثقيلة ، ومراقبة البيئة لاكتشاف الملوثات ، والتخلص من النفايات السامة بطريقة آمنة وفعالة ، كما تساهم التكنولوجيا الحيوية في التعرض للإشعاع والمواد الكيميائية والسموم. التي تسبب السرطان ، ومن ناحية أخرى ، فإن التكنولوجيا الحيوية مؤهلة لفتح فصل جديد لتركيبات جديدة من المواد. التي أعلن عنها أصبحت التكنولوجيا الجديدة.