بیوتکنولوژی راهی برای استفاده از فرآیندهای بیولوژیکی و زیست مولکولی برای توسعه محصولاتی است که زندگی ما را بهبود می بخشد. با بیوتکنولوژی، ما می‌توانیم درک خود از میکروارگانیسم‌ها و سیستم‌های زنده را با درک خود از فناوری ترکیب کنیم تا چیزهایی مانند داروها، آنتی‌بیوتیک‌ها و هورمون‌ها را توسعه دهیم.
علیرغم نام آینده نگر، بیوتکنولوژی مفهومی نیست که ریشه در روزگار مدرن داشته باشد. در طول زمان انجام شده است: استفاده از مخمر برای تخمیر انگور به شراب، پرورش انتخابی، و تهیه پنیر، ماست، نان و آبجو از میکروارگانیسم‌ها همگی نمونه‌هایی از بیوتکنولوژی اولیه هستند. با این حال، بیوتکنولوژی مدرن از این کاربردهای سنتی فراتر رفته و مهندسی ژنتیک را نیز در بر می گیرد. حتی هنوز، همه اشکال بیوتکنولوژی یک هدف مشترک دارند: بهبود زندگی و زندگی در سیاره ما.
هدف بیوتکنولوژی چیست؟
هدف اصلی بیوتکنولوژی دستیابی به درک عمیق تر از فرآیندهای بیولوژیکی و سپس استفاده از این فرآیندها برای ایجاد محصولاتی است که به طور بالقوه می تواند مسائل جهان را حل کند و زندگی روزمره ما را بهبود بخشد. به عنوان مثال، داروسازی تنها با استفاده از بیوتکنولوژی، مانند مواد شوینده، منسوجات، و سوخت های زیستی امکان پذیر شد. به این ترتیب، بیوتکنولوژی بر هر جنبه ای از جهان ما تأثیر می گذارد، از جمله:
- سلامتی
- کشاورزی
- امنیت غذایی
- تولید انرژی
- تکنیک های تولید
از طریق استفاده از میکروارگانیسم‌ها و فناوری، بیوتکنولوژی می‌تواند محصولات موفقی را در همه این بخش‌ها ارائه دهد، خواه یافتن درمان برای بیماری‌های نادر، کاهش ردپای کربن یا شناسایی فرآیندهای تولید کارآمدتر باشد. بیوتکنولوژی همچنین هدفی را در جنگ انجام می دهد، جایی که از آن برای آماده شدن برای حملات تروریستی بیولوژیکی با ایجاد واکسن هایی برای پاتوژن های مسلح استفاده می شود.
در بیوتکنولوژی چه می خوانید؟
موضوعاتی که در بیوتکنولوژی مطالعه می کنید از بیوشیمی پایه گرفته تا علوم کامپیوتر و همه چیزهای بین آن ها متغیر است: برای دنبال کردن این موضوع، باید درک عمیقی از نحوه کار ارگانیسم ها و سیستم های بیولوژیکی داشته باشید تا راه هایی برای استفاده از آنها برای ایجاد پیدا کنید. محصولات یا حل مشکلات گفته می شود، بیوتکنولوژی کاربرد عملی است چندین رشته علمی، شامل:
- بیوشیمی
- ژنتیک
- زیست شناسی مولکولی
- جنین شناسی
- میکروبیولوژی
- رباتیک
- علوم کامپیوتر
علاوه بر درک نحوه عملکرد فرآیندهای بیولوژیکی، شما همچنین باید در پیاده سازی مدل های کامپیوتری فرآیندهای بیوشیمیایی و مواد درگیر مهارت داشته باشید. این برای ایجاد آنالوگ ضروری است. به عنوان مثال، برای استفاده از این سم ها به عنوان مسکن، باید الگوهای پیچیده تاشوی پروتئین ها را در سم ها درک کنید و بتوانید آن ها را مطالعه کنید.
کاربردهای بیوتکنولوژی
بیوتکنولوژی دارای طیف گسترده ای از کاربردها است که شامل موارد زیر است: فرآوری مواد غذایی و نوشیدنی ها، توسعه محصولات دارویی و درمان بیماری های مزمن یا ژنتیکی. در اینجا شش کاربرد برتر بیوتکنولوژی آورده شده است:
- فرآوری غذا و نوشیدنی
از زمان های قدیم، انسان ها از اشکال بیوتکنولوژی برای کمک به بهبود زندگی روزمره خود استفاده کرده اند. بسیاری از اولین کاربردهای بیوتکنولوژی احتمالاً به طور تصادفی کشف شده‌اند و شامل مواردی مانند پختن، تهیه پنیر، تولید سرکه، شراب‌سازی و دم کردن آبجو می‌شوند.
به طور خلاصه، مقیاس صنعتی تولید غذا و نوشیدنی ارکستری است واکنش های بیوشیمیایی که کاملاً زمان بندی شده و با دقت هماهنگ شده است. در فرآوری مواد غذایی، بیوتکنولوژی برای بهبود طعم، عملکرد و ارزش غذایی کلی غذا استفاده می شود.
بیوتکنولوژی به روشی مشابه در تولید نوشیدنی استفاده می‌شود، جایی که می‌تواند به بهبود کیفیت و ایمنی نوشیدنی‌ها از طریق غربالگری و بهبود انتخابی میکروارگانیسم‌ها، توسعه فرآیندهای تصفیه زباله، و افزایش تخمیر و فرآیندهای آنزیمی کلی کمک کند.
- مبارزه با عفونت ها
باکتری ها، پروتیست ها، قارچ ها و ویروس ها همیشه در اطراف بوده اند. در حالی که این میکروارگانیسم ها اثرات منفی زیادی دارند، انسان مدت هاست که کاربردهای فراوان آنها را کشف کرده است. برای مثال، کشف پنی سیلین توسط الکساندر فلمینگ در سال 1928اولین آنتی بیوتیک واقعی، نتیجه تصادفی آلوده شدن محیط کشت باکتریایی او به اسپورهای قارچی بود. پنی سیلیوم روبنس. کشف پنی سیلین منجر به پیشرفت های مهم دیگری در مبارزه با باکتری های بیماری زا شد.
بیوتکنولوژی‌ها برای شناسایی و مطالعه مواد ژنتیکی ویروس‌ها و باکتری‌ها استفاده شده است تا مشخص شود کدام بیماری‌ها توسط کدام عوامل ایجاد می‌شوند و همچنین چگونه می‌توانیم به بهترین نحو با آنها مبارزه کنیم. این پتانسیل باورنکردنی برای حل مشکلات بهداشتی، بیوتکنولوژی را به ابزاری اساسی در درمان بیماری‌های عفونی تبدیل کرده است.
- در حال توسعه واکسن ها
نسبتا نمونه قدیمی بیوتکنولوژی واکسیناسیون استکه با موفقیت توسط ادوارد جنر در سال 1796 نشان داده شد، زمانی که او یک پسر 13 ساله را با ویروس واکسینیا (آبله گاوی) تلقیح کرد. در نتیجه، پسر نسبت به آبله مصونیت پیدا کرد و این راه را برای ریشه کنی آبله در مقیاس جهانی هموار کرد.
بیش از دو قرن بعد، اصول اساسی ایمن سازی ثابت باقی می ماند، اما فرآیندهای مربوط به تحقیق، توسعه، آزمایش و تایید واکسن های جدید اکنون بسیار پیچیده است تا ایمنی را تضمین کند. با این حال، همه‌گیری فعلی کووید-19 انگیزه‌ای برای شرکت‌ها و دولت‌ها ایجاد کرد تا روند واکسیناسیون را از طریق استفاده از بیوتکنولوژی های پیشرفته.
- مهندسی ژنتیک
بیوتکنولوژی آنقدر پیشرفته شده است که ما اکنون قادر به طراحی و مهندسی مجدد خود زندگی هستیم. اما تنها از طریق پرورش انتخابی نیست که دانشمندان قادر به برجسته کردن برخی از صفات مطلوب محصولات کشاورزی و حیوانات اهلی هستند، بلکه به سطح ژنتیکی نیز می رسد.
اکنون می توان DNA را از طریق فرآیندی به نام ویرایش کرد پیوند ژن. با این کار، اکنون می‌توان ژن‌ها یا توالی‌های ژنی خاصی را وارد ژنوم موجودات دیگر کرد تا به صفات مورد نظر دست یافت. این کار معمولاً در محصولات کشاورزی اصلاح شده ژنتیکی انجام می شود تا آنها را در برابر بیماری ها و آفات مقاوم کند و همچنین مواد مغذی آنها را افزایش دهد.
از بیوتکنولوژی ژنتیکی نیز می توان در شناسایی بیماری های ژنتیکی و طراحی داروهایی برای درمان آنها استفاده کرد. در آینده نزدیک، حتی امکان ویرایش ژن‌های معیوب و قرار دادن ژن‌های سالم در جنین انسان در حال رشد وجود خواهد داشت، پیشرفتی که پیامدهای اخلاقی عمیقی دارد.
- ایجاد مواد جدید
بسیاری از مواد بیولوژیکی چندین برابر کارآمدتر و قوی تر از مواد مصنوعی هستند. برای مثال، ابریشم عنکبوت حداقل پنج برابر قوی تر از فولاد است نسبت جرم و حجم همچنین چندین صد برابر سبک تر از هر فیبر مصنوعی است. اگر بتوانیم قدرت و سبکی ابریشم عنکبوت را تقلید کنیم، می‌توان از آن برای ایجاد جلیقه‌های ضد گلوله، چتر نجات و کیسه‌های هوای بهتر استفاده کرد.
- تولید انرژی
سوخت های زیستی از گیاهان و مواد بیولوژیکی در حال پوسیدگی کاربردهای بسیار مفید بیوتکنولوژی هستند. این به این دلیل است که آنها منابع سوخت تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست هستند. کارهای تحقیقاتی در این زمینه ها می تواند به کاهش وابستگی ما به سوخت های فسیلی و در عین حال بهبود زندگی سیاره ما کمک کند.
بیوتکنولوژی در پزشکی چیست؟
بیوتکنولوژی به طور گسترده ای در پزشکی به روش های مختلف استفاده می شود. به عنوان مثال، در درمان بیماری های مرتبط با غدد درون ریز، مانند دیابت، استفاده می شود. علاوه بر این، بسیاری از انواع داروها مانند انسولین نیز توسعه یافتند و در حال حاضر با کمک بیوتکنولوژی در حال توسعه هستند.
ژن درمانی، غربالگری ژنتیکی، و درمان برخی از بیماری های ناتوان کننده نیز به شدت به بیوتکنولوژی متکی هستند. برای مثال، داروی رایج نسخه‌ای لوودوپا مؤثرترین درمان برای آن است بیماری پارکینسون. این یک ماده شیمیایی طبیعی است که در مغز جذب شده و به دوپامین تبدیل می شود. اما، بدون بیوتکنولوژی، این درمان ممکن است هرگز توسعه نیافته باشد.
بیوتکنولوژی در مهندسی چیست؟
بیوتکنولوژی در مهندسی در مورد تقلید از موجودات زنده یا سیستم های بیولوژیکی برای حل مسائل مهندسی است. به عنوان مثال، هنگام یافتن راه‌هایی برای طراحی ماشین‌های پرنده، آیرودینامیک و ساختار بال پرندگان را می‌توان مطالعه کرد و به نقشه‌های مهندسی تبدیل کرد.
بیوتکنولوژی قانونی چیست؟
بیوتکنولوژی قانونی کاربرد بیوتکنولوژی در حل جرایم است. از روش ها و تکنیک های مختلفی مانند انگشت نگاری، شناسایی دندان، آنالیز استخوان انسان شناسی، سرولوژی و تجزیه و تحلیل DNA استفاده می کند.
نمونه‌های بیولوژیکی از محل جنایت جمع‌آوری می‌شود و تحت آزمایش‌های مختلفی قرار می‌گیرند تا منشا و احتمالاً مقصران شناسایی شوند. هر نمونه بیولوژیکی، مانند خون، مو، پوست یا حتی آلاینده‌های منحصربه‌فردتر، می‌تواند منجر به حل جرایم شود.
مزایا و معایب بیوتکنولوژی چیست؟
درست مانند سایر انواع فناوری، بیوتکنولوژی یک شمشیر دولبه است: می توان از آن برای خیر یا شر استفاده کرد. در حالی که می تواند التیام بخشد، می تواند بکشد. و در حالی که می تواند به راحت تر شدن زندگی ما کمک کند، در عین حال می تواند اثرات زیست محیطی شدیدی ایجاد کند. در اینجا خلاصه ای از برخی از مزایا و معایب بیوتکنولوژی آورده شده است:
| جنبه های | مزایای | معایب |
| کشاورزی و دامداری | بازدهی بالاتر | برهم زدن سوله های زیست محیطی |
| مقاومت در برابر آفات و بیماری ها | رشد بیش از حد برخی از محصولات زراعی | |
| ارزش غذایی بهتر محصولات | مقاومت در برابر آنتی بیوتیک ها | |
| کاهش قیمت محصولات کشاورزی | ممکن است آلرژن تولید کند | |
| به حفظ منابع کمک می کند | ||
| فرآوری مواد غذایی | عمر ماندگاری مواد غذایی کنسرو شده را افزایش می دهد | ممکن است حاوی مواد سرطان زا و آلرژن باشد |
| طعم غذا را بهبود می بخشد | ممکن است تعادل هورمونی طبیعی انسان را مختل کند | |
| ارزش غذایی بالاتر | مصونیت ممکن است به دلیل GMO ها به خطر بیفتد | |
| رفتار اخلاقی با حیوانات (مثلاً گوشت آزمایشگاهی ممکن است در نهایت وابستگی به ذبح حیوانات را کاهش دهد. | مسائل اخلاقی در مورد موجودات در حال تغییر ژنتیکی | |
| دارو | ویژگی و اثربخشی بالاتر داروها | ممکن است مقاومت آنتی بیوتیکی باکتری ها را افزایش دهد |
| ژن درمانی | ما ریسک بیشتری می کنیم | |
| غربالگری و تشخیص ژنتیکی را بهبود می بخشد | جهش های ژنتیکی بالقوه | |
| به افزایش طول عمر انسان کمک می کند | ||
| علم مواد | مواد جدیدی ایجاد می کند که از مواد طبیعی تولید شده توسط موجودات استفاده می کنند یا تقلید می کنند | مواد جدید را می توان مسلح کرد |
| به بهبود کارایی فرآیند تولید کمک می کند | مواد جدید ممکن است اثرات زیست محیطی پیش بینی نشده ای داشته باشند | |
| منابع جایگزین انرژی مانند سوخت های زیستی را ایجاد می کند | ||
| مواد سازگار با محیط زیست مانند پلاستیک های زیست تخریب پذیر و بسته بندی های خوراکی را ایجاد می کند |
حتی اگر درس نخوانید یا بیوتکنولوژی را دنبال نکنید، این رشته تاثیر مستقیمی بر زندگی روزمره شما دارد. در حالی که برخی از خطرات همراه دارد، چشم انداز آینده عالی است و نباید نادیده گرفته شود.
درباره آموزش شیمی در مرکز منابع آموزشی شیمی ما اطلاعات بیشتری کسب کنید.