moji5
15th April 2010, 01:58 AM
مقدمه
آنچه امروزه كشوري را توسعه يافته و يا عقب مانده معرفي مي‌كند، ميزان بهره گيري از فناوري در ابعاد مختلف توسعه، بخصوص توسعه تكنولوژي است. توسعه در شرايط فعلي جهان، بدون دستيابي به فناوري پيشرفته امكان پذير نيست. تفاوتي كه امروز بين جهان در حال توسعه و جهان توسعه يافته وجود دارد، براساس سرمايه، حجم تجارت، منابع طبيعي و حتي تجهيزات صنعتي نيست، بلكه معيار اصلي تفاوت بين دنياي پيشرفته صنعتي و جهان غير صنعتي، فناوري و به ويژه فناوري پيشرفته است. چه بسا كشورهايي بدون بهره مندي از منابع غني و سرمايه‌هاي كلان، تنها با رشد تكنولوژي خود توانسته اند به قدرت اقتصادي در دنيا مبدل شوند. بنابراين فناوري پيشرفته، جايگاه ويژه اي دارد و ما بايد در كنار توسعه انساني، توسعه فرهنگي، توسعه اقتصادي و توسعه علمي، به اين مهم توجه داشته باشيم.
ايران كشوري است كه از منابع طبيعي غني، موقعيت استراتژيك جغرافيايي و نيروي انساني متخصص و كارآمد برخوردار است. اين عوامل در كنار محيط و فضاي مناسب كسب و كار و حمايت دولت از كارآفريني، توسعه فناوري و تسهيل برقراري ارتباطات علمي و تكنولوژيك با دنياي پيشرفته ميتواند نويدبخش صنعت و تجارت پويا و مؤثر در عرصه جهاني باشد.
نظام جمهوري اسلامي ايران به توسعه صنايع پيشرفته، بهعنوان يكي از مهمترين محورهاي توسعه اقتصادي و همگام شدن با تحولات تكنولوژيك جهاني مي‌نگرد. بدين‌ترتيب در سطوح قانونگذاري، در برنامه سوم توسعه براهميت و جايگاه توسعه صنايع پيشرفته پرداخته و در قانون برنامه چهارم توسعه برآن تأكيد شده است.
صنعت زيست فناوري در بخش صنايع نوين از جايگاه و ويژگي خاصي برخوردار است. اين صنعت، رشته‌هاي علمي و نگرش جديدي را به‌همراه آورده كه در كمتر از سه دهه، سرعت رشد و توسعه در زمينه‌هاي كاربردي آن شگفت‌آور مي‌نمايد. در جهان كنوني فرآورده‌هاي حاصل از زيست فناوري سبب دگرگوني در زندگي اجتماعي انسان در ابعاد مختلف از بهبود در سلامت و بهداشت جامعه تا افزايش محصولات كشاورزي و ايجاد محيط زيستي پاك شده است. بنابراين ميتوان زيست فناوري را از تكنولوژي‌هاي مهم و آينده‌ساز دانست كه خود معلول توانايي‌ها و حوزه عمل وسيع آن ميباشد.
عليرغم ركود اقتصادي كه در سال 2003 بر عرصه زيست فناوري سايه افكنده بود در سالهاي 2004 و 2005 مجددا سيل سرمايه‌گذاري در جهان به سوي اين تكنولوژي روي آورده است، بطوريكه پيش‌بيني ميشود ارزش بازار جهاني حاصل از اين فناوري از 31 ميليارد دلار در سال 1997 به 120 ميليارد دلار در سال 2010 برسد. بدين‌ترتيب براساس آمار ارائه شده، نرخ رشد پايه در صنعت زيست فناوري بيش از 15% در سال ميباشد كه يكي از بالاترين نرخ‌هاي رشد را در بين صنايع داراست و اين خود شاهدي است بر اهميت صنعت فوق و تأثير آن بر اقتصاد جهاني.
فناوري
توانايي طراحي، توسعه و ساخت مصنوعات يا ارائه خدماتي مي باشد كه تامين كننده تقاضا و نيازهاي انساني است. به طور كلي ميتوان چنين تصور كرد كه فناوري از چهار جزء اصلي تشكيل شده است: انسان افزار، فن افزار، اطلاعات افزار و سازمان افزار اين چهار جز بر يكديگر اثر متقابل داشته و پيشرفت متناسب و مستمر اين عناصر، توسعه فناوري را ايجاد مي‌نمايد. به بيان ديگر توسعه فناوري زماني اتفاق مي‌افتد كه اين اجزا، تعاملي مناسب داشته باشند و فعالانه عمل كنند.
زيست فناوري
گستردگي و تنوع كاربردهاي زيست فناوري، تعريف و توصيف آنرا كمي مشكل و متنوع ساخته است. برخي آن را مترادف ميكروبيولوژي صنعتي و استفاده از ميكروارگانيسم ها مي‌دانند و برخي آنرا معادل مهندسي ژنتيك تعريف ميكنند. بيو تکنولوژی (Biotechnology) ، یک کلمه مرکب است که از دو کلمهBio و Technology تشکیل شده است. Bio به معنای حیات به کارمی رود .برای Technolgy نیز تعارف گوناگونی وجود دارد از جمله: « تکنولوژی ، عالیترین دستاورد عینیت و ذهنیت بشری است.» و یا « تکنولوژی ، تبلور کار انسان در ابزا ر است.» در جستجوی تعریف بیوتکنولوژی به سادگی می توان به تعارف بالا مراجعه کرده و به صورت خلاصه ترجمه « صنایع زیستی »را برای لغت بیوتکنولوژی ارائه داد. اما صنایع زیستی به چه معناست و چه کاربردها و چه توانایی هایی دارد؟ به این منظور به طور كلي مي توان تعاريف زير را براي زيست فناوري ارائه داد:
1ـ بیوتکنولوژی مجموعه‌ای از متون و روش‌ها است که برای تولید، تغییر و اصلاح فرآورده‌ها، به نژادی گیاهان و جانوران و تولید میکروارگانیسم‌ها برای کاربردهای ویژه، از ارگانیسم‌های زنده استفاده می‌کند.
2ـ 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 غذایی و دارویی و پزشکی.
3ـ مجموعه‌ای از فنون و روش‌ها که در آن از ارگانیسم‌های زنده یا قسمتی از آنها در فرایندهای تولید، تغییر و بهینه‌سازی گیاهان و جانوران استفاده می‌شود.
4ـ کاربرد تکنیک‌های مهندسی ژنتیک در تولید محصولات کشاورزی، صنعتی، درمانی و تشخیص با کیفیت بالاتر و قیمت ارزان‌تر و محصول بیشتر و کم خطرتر
5ـ استفاده از سلول زنده یا توانایی‌های سلول‌های زنده یا اجزای آنها و فرآوری و انتقال آنها به صورت تولید در مقیاس انبوه
6ـ بهره‌برداری تجاری از ارگانیسمها یااجزای آن‌ه
7ـ کاربرد روشهای مهندسی ژنتیک در تولید یا دستکاری میکروارگانیسم‌ها و ارگانیسم‌ه
8ـ علم رام کردن و استفاده از میکروارگانیسم‌ها در راستای منافع انسان
تعاریف بالا از بیوتکنولوژی هر کدام به تنهایی توصیف کاملی از بیوتکنولوژی نیست ولی با قدر مشترک گرفتن از آنها میتوان به تعریف جامعی از بیوتکنولوژی دست یافت. هر چند كه با گذشت زمان دانشمندان به مفاهيم مشتركي در مورد تعريف زيست فناوري نزديك شده اند اما هر متخصص و دانشمندي تعريف جداگانه اي از زيست فناوري ارائه مي‌دهد. علت اين حقيقت را بايد در ماهيت زيست فناوري يافت.
بیوتکنولوژی همانند زیست‌شناسی، ژنتیک یا مهندسی بیوشیمی یک علم پایه یا کاربردی نیست که بتوان محدوده و قلمرو آن را به سادگی تعریف کرد. بیوتکنولوژی شامل حوزه‌ای مشترک از علوم مختلف است که در اثر همپوشانی و تلاقی این علوم با یکدیگر به وجود آمده است. بیوتکنولوژی معادل زیست‌شناسی 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 بهینه‌ی یک محصول حیاتی (زیستی) یا انجام یک فرآیند زیستی به روشهای نوین و دقیق با کارآیی بسیار بالا میباشد.بیوتکنولوژی را میتوان به درختی تشبیه کرد که ریشه‌های آن تناور آن را علومی بعضاً با قدمت زیاد مانند زیست شناسی به ویژه زیست‌شناسی مولکولی، ژنتیک، میکروبیولوژی، بیوشیمی، ایمونولوژی، شیمی، مهندسی شیمی، مهندسی بیوشیمی، گیاه‌شناسی، جانور شناسی، داروسازی، کامپیوتر و ... تشکیل می‌دهند، لیکن شاخه‌های این درخت که کم و بیش به تازگی روییدن گرفته‌اند و هر لحظه با رشد خود شاخه‌های فرعی بیشتری را به وجود 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 بدین ترتیب وضع می‌کنند. مانند: بیوتکنولوژی پزشکی که از تلاقی بیوتکنولوژی با علم پزشکی به وجود آمده است یا بیوتکنولوژی کشاورزی که کاربرد بیوتکنولوژی در کشاورزی را نشان میدهد. بدین ترتیب میتوان از بیوتکنولوژی داروییPharmaceutical Biotechnology بیوتکنولوژی میکروبی Microbial Biotechnology، بیوتکنولوژی دریا Marine Biotech ، بیوتکنولوژی قضایی یا پزشکی قانونی Forensic Biotech، بیوتکنولوژی محیطی Environmental Biotech، بیوتکنولوژی غذایی Stuff Biotech foodand food 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 به دلیل ماهیت همه جانبه بودن بیوتکنولوژی نمی‌توان در این مورد نیز به ضرس قاطع محدوده‌هایی را برای آنها تعیین نمود. گستردگی کاربرد بیوتکنولوژی در قرن بیست و یکم به حدی است که اقتصاد، بهداشت، درمان محیط زیست، آموزش، کشاورزی، صنعت، تغذیه و سایر جنبه‌های زندگی بشر را تحت‌تأثیر شگرف خود قرار خواهد داد. به همین دلیل اندیشمندان جهان قرن بیست و یکم را "قرن بیوتکنولوژی" نام‌گذاری کرده‌اند.
در تقسيم بندي زماني ميتوان سه دوره براي تكامل زيست فناوري قائل شد:
1) دوره تاريخي
در اين دوره كه بشر با استفاده ناخود آگاه از فرايندهاي زيستي به توليد محصولات تخميري مانند نان، مشروبات الكلي، لبنيات، ترشي جات، سركه و غيره مي‌پرداخت. در شش هزار سال قبل از ميلاد مسيح، سومريان و بابليها از مخمرها در مشروب سازي استفاده كردند. مصريها در حدود چهار هزار سال قبل با كمك مخمر و خمير مايه، نان مي‌پختند. در اين دوران فرايندهاي ساده و اوليه زيست فناوري و بويژه تخمير توسط انسان بكار گرفته مي‌شد.
2) دوره مياني
در اين دوره كه با استفاده آگاهانه از تكنيكهاي تخمير و كشت ميكرو ارگانيسم ها در محيط‌هاي مناسب و متعاقباً استفاده از فرمنتورها در توليد آنتي بيوتيكها، آنزيمها، اجزاء مواد غذايي، مواد شيميايي آلي و ساير تركيبات، بشر به گسترش اين علم مبادرت ورزيد. در اين دوره اين بخش از علم به نام ميكروبيولوژي صنعتي معروف بود و هم اكنون نيز روند استفاده از اين فرايندها در زندگي انسان ادامه دارد. ليكن پيش بيني ميشود به تدريج با استفاده از تكنيكهاي زيست فناوري نوين بسياري از فرآيندهاي فوق نيز تحت تاثير قرار گرفته و به سمت بهبود و كارآيي بيشتر تغيير يابد.
3) دوره نوين زيست فناوري
در اين دوره زيست فناوري با كمك علم ژنتيك در حال ايجاد تحول در زندگي بشر است. زيست فناوري نوين مدتي است كه رو به توسعه بوده و روز به روز دامنه و وسعت بيشتري مي يابد. اين دوره زماني از سال 1976 با انتقال ژنهايي از يك ميكرو ارگانيسم به ميكروارگانيسم ديگر آغاز شد. تا قبل از آن دانشمندان در فرآيندهاي زيست فناوري از خصوصيات طبيعي و ذاتي (ميكرو) ارگانيسم ها استفاده مي‌كردند. ليكن در اثر پيشرفت در زيست شناسي مولكولي و ژنتيك و شناخت عميق تر اجزا و مكانيسم‌هاي سلولي و مولكولي، متخصصين علوم زيستي توانستند به اصلاح و تغيير خصوصيات (ميكرو) ارگانيسم ها بپردازند و (ميكرو) ارگانيسمهايي با خصوصيات كاملاً جديد بوجود آورند تا با استفاده از آنها بتوانند تركيبات جديد را با مقادير بيشتر و كارآيي بالا تر توليد نمايند.
- روند تحول مفهوم زيست فناوري
اگر چه زيست فناوري يك تكنولوژي نوين محسوب ميشود، اما ميتوان بهعنوان يكي از قديميترين تكنولوژي‌هاي صنعتي نيز از آن ياد كرد. براي مهندسان بيوشيمي، استفادة صحيح از ميكروارگانيزمها براي توليد آبجو، مشروب و پنير، از قديم مطرح بوده است. همچنين تصفية بيولوژيكي پسماندهها و پسابها نيز مطرح بوده است كه جزو زيست فناوري محسوب ميشود.
حتي خود كلمه "زيست فناوري" نيز آنطور كه تصور ميشود جديد نيست. اين كلمه در ابتدا در يك كتاب و در سال 1919 توسط يك مجاري بنام Erkey مطرح شد. در اين كتاب همة خطوط كاري توليد محصولات توسط ميكروارگانيزمها توضيح داده شده است. اين موضوع بطور مشخص براي كشاورزي مطرح شد، اما در حدود همان زمان بود كه chaim wiezman (از دانشگاه منچستر) يك فرايند صنعتي را براي توليد انبوه استون توسعه داده بود كه اين عمل توسط فرمانتاسيون صورت ميگرفت. اين فرآيند با تعريفي كه بهوسيلة Erkey ارائه شده بود منطبق بود.
با پيشرفت زيست فناوري مفهوم آن نيز تغيير پيدا كرد تا اينكه مترادف با "تكنولوژي تخمير" شد. اين تعريف از زيست فناوري در يك مقالة چاپ شده در مجلة جديد "زيست فناوري و مهندسي زيستي" توسط Elmer Gaden Jr. در سال 1962 مطرح شد. تعريف اساساً مشابهي نيز هنگامي‌كه اتحادية زيست فناوري اروپا تاسيس شد مورد استفاده قرار گرفت. اما درست 1 سال بعد، اين كلمه (زيست فناوري) مجدداً داخل يك نشرية مهندسي ژنتيك تعريف شد تا "توسعة علمي و اقتصادي در زمينة ژنتيك" را تشريح نمايد. تعريف اخير تعريفي است كه مورد توجه كميسيون علائم تجاري آمريكا قرار گرفت و بهدليل تفاوت زياد با تعريف قبلي بهصورت يك علامت تجاري (Trade Mark) مورد استفادة آن مجله مهندسي ژنتيك قرار گرفت.
رفتهرفته با ارائه نتايج و محصولات مهندسي ژنتيك، تمايز بين اين دو تعريف از بين رفت و بنابراين زماني كه كلمة زيست فناوري مورد استفاده قرار ميگيرد روشن نيست كه آيا علم "دستكاري ژنتيكي" مورد نظر است يا "استثمار صنعتي سيستمهاي زنده" مد نظر است. بنابراين از نظر اقتصادي براي مهندسي شيمي صورت كليدي در فرآيندهاي زيست فناوري صنعتي، "استفاده از ارگانيزم‌هاي زنده براي توليد محصولات مناسب" ميباشد. با اين وجود تفاوت عمدهاي بين بسياري از محصولات زيست فناوري جديد و محصولات زيست فناوري قديمي وجود دارد.
- فرآيندهاي زيست فناوري، رهيافتي براي توسعه
زيست فناوري بي هيچ ترديد نقشي اساسي در توسعه اقتصادي كشور هاي جهان ايفا مي كند. از اين رو بسياري از كارشناسان بر اين باورند كه اين فن آوري بايد در كشور هاي در حال توسعه مبناي برنامه ريزي در سطح ملي و بين المللي باشد.
زيست فناوري نوين در كمتر از دو دهه گذشته پديد آمده است، با اين حال به دليل اهميت و نقش راهبردي آن در تمام ابعاد توسعه اعم از اقتصادي، اجتماعي، علمي و صنعتي، بسياري از كشورهاي پيشرفته و در حال توسعه در اين زمينه به تدوين برنامه هاي راهبردي و ملي كوتاه مدت، ميان مدت و بلند مدت پرداخته اند.
يكي از دلائل اصلي براي اطمينان از اين توسعة مداوم، آن است كه فرآيندهاي زيست فناوري برمبناي منابع تجديدپذير استوار هستند. در نتيجه اين مورد زماني اهميت پيدا خواهد كرد كه مواد خام تجديدناپذير معمولي رو به اضمحلال هستند. بنابراين همة محصولات از مواد هيدروكربني تجديدپذير توليد خواهند شد؛ بهخصوص آنهايي كه پساب‌هاي صنايع غذايي و كشاورزي را تشكيل ميدهند (بهعنوان مثال انبوهي از زايدات غذايي). اين پسماندهها، سوبستراهاي (منبع غذايي) ايدهآلي براي فرآيندهاي بيولوژيكي مهيا ميكنند. اقتصادي بودن تبديل اين پسماندهها بهوسيلة روشهاي زيست فناوري بيشتر از فرآيندهاي شيميايي بوده است.
علاوه بر اين اخيراً ملاحظات سياست جهاني بر آن بوده است كه تا جائي كه ممكن است محصولات از طبيعت (natural-production) توليد شوند و اين بطور ضمني دلالت بر اين دارد كه توليد از روش بيولوژيكي تقريباً در هر جايي كه شدني و مناسب باشد ترجيح داده شود.
دليل ديگر براي گسترش مداوم زيست فناوري، حوزة روبهرشد محصولات باارزشي است كه از روشهاي بيولوژيكي قديمي و يا دستورزي ژنتيكي توليد ميشود. محدودة كاملي از محصولات ممكن كه از روش زيست فناوري قابل توليد هستند شناخته شده است. بهعنوان مثال، هماكنون رشد سلول‌هاي بافت انساني در كشت انبوه و در تجهيزات فرمانتاسيون ساده بهطور روتين انجام ميشود. محصولات ممكن اين بافت‌ها هماكنون تحت بررسي است.
- سرمايه گذاري در زيست فناوري، ضرورتي اجتناب ناپذير
امروزه توان علمي و فني، بارزترين شاخص توسعه يافتگي يك كشور به شمار مي رود. افزايش ظرفيت و كارآيي علمي و فني و استفاده بهينه از آن، مستلزم شناخت دقيق مؤلفه هاي آن است. اين مؤلفه ها، مجموعه اي از منابع نيروي انساني، منابع مالي و سرمايه اي، تجهيزات و فضاي كالبدي است كه تحت يك مديريت منسجم و سازمان يافته در محدوده علوم و تكنولوژي بكار رفته مي شود.
يكي از مؤلفه هايي كه مي تواند معيار مناسبي براي نشان دادن اهميت و الويت يك موضوع يا قلمرو از علم و تكنولوژي باشد حجم منابع مالي و ميزان سرمايه گذاري در تحقيق و توسعه است. زيست فناوري، بعنوان علم روز و اميد فرداي جهان، از الويت برخوردار است و بايد به آن بهاي بيشتري داده شود. بهاي بيشتر يعني افزايش بودجه هاي تحقيقاتي و سرمايه گذاريهاي قابل ملاحظه در تحقيق و توسعه، گسترش فعاليتهاي تحقيقاتي زيست فناوري، توسعه و اشاعه آن تا حد بومي كردن و درونزا ساختن زيست فناوري.
بطور كلي اختلاف زيادي در ميزان بودجه ها و هزينه هاي صرف شده براي زيست فناوري ميان كشورهاي توسعه يافته و كشورهاي در حال توسعه وجود دارد.
- تفاوت اصلي فرايندهاي زيستي با فرايندهاي شيميايي
اگر چه برخي فرايندهاي زيست فناوريكي اساساً مشابه با فرايندهاي شيميايي هستند و داراي سه مرحله اصلي يعني آمادهسازي مواد خام، واكنش و بازيافت محصول ميباشند، اما تفاوت‌هاي بسيار مهمي نيز دارند. مهمترين اين تفاوت‌ها اغلب در تعداد نامحدود محصولاتي ميباشد كه ممكن است از يك مادة خام به‌دست آيد؛ بهدليل آنكه اين ماده خام صرفاً يك منبع غذايي (سوبسترا) براي رشد ميكروارگانيزمها است.
معمولاً محصولات مورد نظر، فقط زائدات فرايند رشد ميكروبي هستند. در نتيجه واكنش از پيش تعيين‌شدهاي بر مبناي يك گروه بهخصوص از واكنشدهندهها وجود ندارد. قانون حاكم اين است كه محصول، تابع ميكروارگانيزم‌هايي است كه براي انجام واكنش انتخاب ميشوند. حتي اين نيز ويژگي مورد نظر را تضمين نميكند؛ زيرا همان ميكروارگانيزمها كه در يك سوبسترا رشد ميكنند، ممكن است بهعنوان مثال اتانول، اسيد لاكتيك، آنزيم بهخصوص يا يك آنتيبيوتيك توليد كنند. فقط كنترل دقيق شرايط فيزيكي يا انتخاب و زمان‌بندي برخي شرايط اطمينان خواهد داد كه محصول مطلوب همان محصولي است كه توليد ميشود. جزء كليدي مخلوط واكنش (ميكروارگانيزم)، هم كاتاليزور واكنش است و هم محصول واكنش؛ كه در شروع واكنش به سادگي و به ميزان زيادي فراهم ميشود.
براي اطمينان از صحيح بودن ميكروارگانيزم انتخاب شده و يا محصولي كه توليد ميشود، بايد سوبسترا حاوي مقدار كمي از ميكروارگانيزم انتخاب شده در محيط كشت باشد و بنابراين از رقابت ساير ميكروارگانيزمها ممانعت ميگردد. مهمتر از اين، اشكال ديگر زندگي ميكروبي نيز ميباشد كه بايد از سوبسترا حذف شوند. زيرا رقابت مستقيمي را ميكروارگانيزم‌هاي مورد نظر خواهند داشت و گاهي با احتمال و موفقيت بيشتري تكثير مييابند. با استفاده از استريليزاسيون سوبسترا، جداسازي آنها از رقابتكننده‌ها امكانپذير است كه اين مورد بايد در سرتاسر واكنش دنبال شود.
از آنجا كه عمدة محصولات زيست فناوري جديد، داراي ارزش فوقالعاده زياد و حجم كم مواد بيوشيميايي است، بنابراين فرآيندهاي بازيافت (جداسازي) براي اين محصولات ممكن است بهدليل مقادير كم مورد استفاده، نسبتاً هزينه‌بر و با صرف انرژي زياد صورت گيرد. همچنين براي به حداقل رساندن اتلاف محصول با ارزش فراوان، بايد بازدهي بالايي را در نظر گرفت. اين مورد با فرايندهاي بيولوژيكي قديمي‌تر صنايع غذايي و نوشيدني، آنتيبيوتيكها و محصولات دارويي با ارزش متوسط و تصفية فاضلاب در تضاد ميباشد.
اغلب واكنشهاي بيولوژيكي بهطور قابل توجهي آهستهتر از واكنشهاي شيميايي انجام ميشوند. برخلاف صنايع شيميايي كه در آنها فرايندهاي مداوم ترجيح دارد، عموماً اين واكنشهاي بيولوژيكي به صورت عمليات ناپيوسته (batch) صورت ميگيرند. اغلب واكنشهاي بيولوژيكي توسط غلظت‌هاي پايين محصول ممانعت ميشوند و اين خود دليل ديگري براي ارجحبودن عمليات ناپيوسته (batch) ميباشد. همچنين برخلاف اغلب واكنشهاي شيميايي، سرعت واكنشهاي بيولوژيكي نميتواند با افزايش دما و فشار افزايش يابد و اغلب بايد در تحت شرايط نسبتاً ملايم و نزديك به دماي محيط انجام شوند. محصولات مورد نظر نيز با گرما ناپايدار هستند و براي جلوگيري از تخريب آنها بايد انجام واكنش در تحت شرايط نسبتاً ملايم صورت گيرد. با وجود اين تفاوت‌ها در فرايندهاي بيولوژيكي و فرايندهاي شيميايي معمولي، بسياري از حوزهها وجود دارند كه يك مهندس بيوشيمي براي طراحي و اجراي عمليات فرايندهاي بيولوژيكي ميتواند نقش داشته باشد.
- كاربردهاي زيست فناوري
فناوری زیستی بین علوم زیستی از قبیل ژنتیک، میکروبیولوژی، ویروس شناسی، بیوشیمی، زیست مولکولی، زیست سلولی و جنین شناسی با رشته‌های کاربردی نظیر مهندسی شیمی، الکترونیک، نانو فناوری و فناوری اطلاعات پیوند برقرار ساخت و از آنها برای خدمت به کشاورزی، پزشکی، داروسازی، تولیدات غذایی، دامپروری و صنایع مختلف که ملموس‌ترین آن نساجی میباشد بهره می‌جوید.
فناوری زیستی با توجه به کاربردی که هدف قرار میدهد به شاخه‌های مختلف تقسیم می‌شود اولین بار آلمان پیشنهاد تقسیم بندی بیوتکنولوژی را بر اساس رنگها داد و از آن استفاده کرد، این تقسیم بندی بر اساس فعالیتها در زمینه های مختلف است.
بیوتکنولوژی قرمز: شاخه ای از بیوتکنولوژی است و از مهم ترين و متداول ترين موارد استفاده زيست فناوري مي باشد.که در فرآیند های پزشکی کاربرد دارد. روش هاي زيست فناوريكي بطور روزافزون در بوجود آمدن داروهاي جديد (مانند داروهاي ضد سرطان) نقش بزرگي ايفا مي كنند. برخی از موارد ازجمله طراحی ارگانیسم ها برای تولید آنتی بوتیک و مهندسی ژنتیک برای بهبود بیماری ها با دستکاری ژنتیک می باشد.
زيست فناوري سبز :در زمينه كاشت گياهان مدرن بكار گرفته مي شود.در اين زمينه با استفاده از متدهاي زيست فناوريك رزيدنت هائي در مقابل انواع پشه ،قارچ،ويروس و علف كش ها تهيه مي شود. تكنيك هاي ژنتيكي يكي از مهم ترين تكنيك ها در زمينه زيست فناوري سبز مي باشد. تكنيك هاي ژنتيكي راهي است براي انتقال ژن ها از يك نوع گياه به نوع ديگر و از اين طريق باعث ترويج رزيدنت ها مي شود .در این شاخه محققان بر روی کاربردهای کشاورزی متمرکز اند از جمله اهلی سازی گیاهان با تغیر در اندازه‌ی آنها و تولید گیاهان ترارخت با توان رشد در محیط‌های با شرایط خاص یا توان مقابله با آفت‌ها از طریق وارد کردن ژن‌های اضافی به ژنوم آنها.
زيست فناوري خاكستري: در زمينه تكنيك هاي موبوط به محيط زيست مشغول به كار مي باشد. در اين راستا با استفاده از روش هاي زيست فناوري موجب بهسازي زمين ها شده، مواد زائد آب ها زدوده، راه هاي عبور گاز و هوا تسويه شده ، مواد زائد و زباله ها مجددا مورد بهره برداري قرار مي گيرند.
- زيست فناوري سفيد: بيش از همه در صنعت شيمي بكار برده مي شود.از جمله وظايف زيست فناوري سفيد توليد موادي مانند الكل ويتامين آمينو اسيد آنتي بيوتيك و نيز آنزيم ها مي باشد كه با توجه به اصول حفاظتي از محيط زيست و منابع طبيعي توليد مي شوند؛ درواقع بیوتکنولوژی سفید یا بیوتکنولوژی صنعتی ل برای تولید مواد صنعتی از موجودات زنده و غالبا میکرو ارگانیسمها استفاده می‌کنند و یا از آنزیم‌ها استفاده‌ی صنعتی می‌کنند.
زيست فناوري آبی: برای تشریح کاربردهای بیوتکنولوژی در زمینه های دریایی و جانوران و یا گیاهان دریایی به کار می رود اما کاربرد این زینه فوق العاده نادر می باشد.در واقع محققان بر روی موجودات آبزی و دریایی کار می‌کنند.
((دانلود http://biodc.ir/image/image_gallery?img_id=23200 (http://biodc.ir/c/document_library/get_file?folderId=23203&name=DLFE-405.pdf)))
آنچه امروزه كشوري را توسعه يافته و يا عقب مانده معرفي مي‌كند، ميزان بهره گيري از فناوري در ابعاد مختلف توسعه، بخصوص توسعه تكنولوژي است. توسعه در شرايط فعلي جهان، بدون دستيابي به فناوري پيشرفته امكان پذير نيست. تفاوتي كه امروز بين جهان در حال توسعه و جهان توسعه يافته وجود دارد، براساس سرمايه، حجم تجارت، منابع طبيعي و حتي تجهيزات صنعتي نيست، بلكه معيار اصلي تفاوت بين دنياي پيشرفته صنعتي و جهان غير صنعتي، فناوري و به ويژه فناوري پيشرفته است. چه بسا كشورهايي بدون بهره مندي از منابع غني و سرمايه‌هاي كلان، تنها با رشد تكنولوژي خود توانسته اند به قدرت اقتصادي در دنيا مبدل شوند. بنابراين فناوري پيشرفته، جايگاه ويژه اي دارد و ما بايد در كنار توسعه انساني، توسعه فرهنگي، توسعه اقتصادي و توسعه علمي، به اين مهم توجه داشته باشيم.
ايران كشوري است كه از منابع طبيعي غني، موقعيت استراتژيك جغرافيايي و نيروي انساني متخصص و كارآمد برخوردار است. اين عوامل در كنار محيط و فضاي مناسب كسب و كار و حمايت دولت از كارآفريني، توسعه فناوري و تسهيل برقراري ارتباطات علمي و تكنولوژيك با دنياي پيشرفته ميتواند نويدبخش صنعت و تجارت پويا و مؤثر در عرصه جهاني باشد.
نظام جمهوري اسلامي ايران به توسعه صنايع پيشرفته، بهعنوان يكي از مهمترين محورهاي توسعه اقتصادي و همگام شدن با تحولات تكنولوژيك جهاني مي‌نگرد. بدين‌ترتيب در سطوح قانونگذاري، در برنامه سوم توسعه براهميت و جايگاه توسعه صنايع پيشرفته پرداخته و در قانون برنامه چهارم توسعه برآن تأكيد شده است.
صنعت زيست فناوري در بخش صنايع نوين از جايگاه و ويژگي خاصي برخوردار است. اين صنعت، رشته‌هاي علمي و نگرش جديدي را به‌همراه آورده كه در كمتر از سه دهه، سرعت رشد و توسعه در زمينه‌هاي كاربردي آن شگفت‌آور مي‌نمايد. در جهان كنوني فرآورده‌هاي حاصل از زيست فناوري سبب دگرگوني در زندگي اجتماعي انسان در ابعاد مختلف از بهبود در سلامت و بهداشت جامعه تا افزايش محصولات كشاورزي و ايجاد محيط زيستي پاك شده است. بنابراين ميتوان زيست فناوري را از تكنولوژي‌هاي مهم و آينده‌ساز دانست كه خود معلول توانايي‌ها و حوزه عمل وسيع آن ميباشد.
عليرغم ركود اقتصادي كه در سال 2003 بر عرصه زيست فناوري سايه افكنده بود در سالهاي 2004 و 2005 مجددا سيل سرمايه‌گذاري در جهان به سوي اين تكنولوژي روي آورده است، بطوريكه پيش‌بيني ميشود ارزش بازار جهاني حاصل از اين فناوري از 31 ميليارد دلار در سال 1997 به 120 ميليارد دلار در سال 2010 برسد. بدين‌ترتيب براساس آمار ارائه شده، نرخ رشد پايه در صنعت زيست فناوري بيش از 15% در سال ميباشد كه يكي از بالاترين نرخ‌هاي رشد را در بين صنايع داراست و اين خود شاهدي است بر اهميت صنعت فوق و تأثير آن بر اقتصاد جهاني.
فناوري
توانايي طراحي، توسعه و ساخت مصنوعات يا ارائه خدماتي مي باشد كه تامين كننده تقاضا و نيازهاي انساني است. به طور كلي ميتوان چنين تصور كرد كه فناوري از چهار جزء اصلي تشكيل شده است: انسان افزار، فن افزار، اطلاعات افزار و سازمان افزار اين چهار جز بر يكديگر اثر متقابل داشته و پيشرفت متناسب و مستمر اين عناصر، توسعه فناوري را ايجاد مي‌نمايد. به بيان ديگر توسعه فناوري زماني اتفاق مي‌افتد كه اين اجزا، تعاملي مناسب داشته باشند و فعالانه عمل كنند.
زيست فناوري
گستردگي و تنوع كاربردهاي زيست فناوري، تعريف و توصيف آنرا كمي مشكل و متنوع ساخته است. برخي آن را مترادف ميكروبيولوژي صنعتي و استفاده از ميكروارگانيسم ها مي‌دانند و برخي آنرا معادل مهندسي ژنتيك تعريف ميكنند. بيو تکنولوژی (Biotechnology) ، یک کلمه مرکب است که از دو کلمهBio و Technology تشکیل شده است. Bio به معنای حیات به کارمی رود .برای Technolgy نیز تعارف گوناگونی وجود دارد از جمله: « تکنولوژی ، عالیترین دستاورد عینیت و ذهنیت بشری است.» و یا « تکنولوژی ، تبلور کار انسان در ابزا ر است.» در جستجوی تعریف بیوتکنولوژی به سادگی می توان به تعارف بالا مراجعه کرده و به صورت خلاصه ترجمه « صنایع زیستی »را برای لغت بیوتکنولوژی ارائه داد. اما صنایع زیستی به چه معناست و چه کاربردها و چه توانایی هایی دارد؟ به این منظور به طور كلي مي توان تعاريف زير را براي زيست فناوري ارائه داد:
1ـ بیوتکنولوژی مجموعه‌ای از متون و روش‌ها است که برای تولید، تغییر و اصلاح فرآورده‌ها، به نژادی گیاهان و جانوران و تولید میکروارگانیسم‌ها برای کاربردهای ویژه، از ارگانیسم‌های زنده استفاده می‌کند.
2ـ 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 غذایی و دارویی و پزشکی.
3ـ مجموعه‌ای از فنون و روش‌ها که در آن از ارگانیسم‌های زنده یا قسمتی از آنها در فرایندهای تولید، تغییر و بهینه‌سازی گیاهان و جانوران استفاده می‌شود.
4ـ کاربرد تکنیک‌های مهندسی ژنتیک در تولید محصولات کشاورزی، صنعتی، درمانی و تشخیص با کیفیت بالاتر و قیمت ارزان‌تر و محصول بیشتر و کم خطرتر
5ـ استفاده از سلول زنده یا توانایی‌های سلول‌های زنده یا اجزای آنها و فرآوری و انتقال آنها به صورت تولید در مقیاس انبوه
6ـ بهره‌برداری تجاری از ارگانیسمها یااجزای آن‌ه
7ـ کاربرد روشهای مهندسی ژنتیک در تولید یا دستکاری میکروارگانیسم‌ها و ارگانیسم‌ه
8ـ علم رام کردن و استفاده از میکروارگانیسم‌ها در راستای منافع انسان
تعاریف بالا از بیوتکنولوژی هر کدام به تنهایی توصیف کاملی از بیوتکنولوژی نیست ولی با قدر مشترک گرفتن از آنها میتوان به تعریف جامعی از بیوتکنولوژی دست یافت. هر چند كه با گذشت زمان دانشمندان به مفاهيم مشتركي در مورد تعريف زيست فناوري نزديك شده اند اما هر متخصص و دانشمندي تعريف جداگانه اي از زيست فناوري ارائه مي‌دهد. علت اين حقيقت را بايد در ماهيت زيست فناوري يافت.
بیوتکنولوژی همانند زیست‌شناسی، ژنتیک یا مهندسی بیوشیمی یک علم پایه یا کاربردی نیست که بتوان محدوده و قلمرو آن را به سادگی تعریف کرد. بیوتکنولوژی شامل حوزه‌ای مشترک از علوم مختلف است که در اثر همپوشانی و تلاقی این علوم با یکدیگر به وجود آمده است. بیوتکنولوژی معادل زیست‌شناسی 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 بهینه‌ی یک محصول حیاتی (زیستی) یا انجام یک فرآیند زیستی به روشهای نوین و دقیق با کارآیی بسیار بالا میباشد.بیوتکنولوژی را میتوان به درختی تشبیه کرد که ریشه‌های آن تناور آن را علومی بعضاً با قدمت زیاد مانند زیست شناسی به ویژه زیست‌شناسی مولکولی، ژنتیک، میکروبیولوژی، بیوشیمی، ایمونولوژی، شیمی، مهندسی شیمی، مهندسی بیوشیمی، گیاه‌شناسی، جانور شناسی، داروسازی، کامپیوتر و ... تشکیل می‌دهند، لیکن شاخه‌های این درخت که کم و بیش به تازگی روییدن گرفته‌اند و هر لحظه با رشد خود شاخه‌های فرعی بیشتری را به وجود 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 بدین ترتیب وضع می‌کنند. مانند: بیوتکنولوژی پزشکی که از تلاقی بیوتکنولوژی با علم پزشکی به وجود آمده است یا بیوتکنولوژی کشاورزی که کاربرد بیوتکنولوژی در کشاورزی را نشان میدهد. بدین ترتیب میتوان از بیوتکنولوژی داروییPharmaceutical Biotechnology بیوتکنولوژی میکروبی Microbial Biotechnology، بیوتکنولوژی دریا Marine Biotech ، بیوتکنولوژی قضایی یا پزشکی قانونی Forensic Biotech، بیوتکنولوژی محیطی Environmental Biotech، بیوتکنولوژی غذایی Stuff Biotech foodand food 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 به دلیل ماهیت همه جانبه بودن بیوتکنولوژی نمی‌توان در این مورد نیز به ضرس قاطع محدوده‌هایی را برای آنها تعیین نمود. گستردگی کاربرد بیوتکنولوژی در قرن بیست و یکم به حدی است که اقتصاد، بهداشت، درمان محیط زیست، آموزش، کشاورزی، صنعت، تغذیه و سایر جنبه‌های زندگی بشر را تحت‌تأثیر شگرف خود قرار خواهد داد. به همین دلیل اندیشمندان جهان قرن بیست و یکم را "قرن بیوتکنولوژی" نام‌گذاری کرده‌اند.
در تقسيم بندي زماني ميتوان سه دوره براي تكامل زيست فناوري قائل شد:
1) دوره تاريخي
در اين دوره كه بشر با استفاده ناخود آگاه از فرايندهاي زيستي به توليد محصولات تخميري مانند نان، مشروبات الكلي، لبنيات، ترشي جات، سركه و غيره مي‌پرداخت. در شش هزار سال قبل از ميلاد مسيح، سومريان و بابليها از مخمرها در مشروب سازي استفاده كردند. مصريها در حدود چهار هزار سال قبل با كمك مخمر و خمير مايه، نان مي‌پختند. در اين دوران فرايندهاي ساده و اوليه زيست فناوري و بويژه تخمير توسط انسان بكار گرفته مي‌شد.
2) دوره مياني
در اين دوره كه با استفاده آگاهانه از تكنيكهاي تخمير و كشت ميكرو ارگانيسم ها در محيط‌هاي مناسب و متعاقباً استفاده از فرمنتورها در توليد آنتي بيوتيكها، آنزيمها، اجزاء مواد غذايي، مواد شيميايي آلي و ساير تركيبات، بشر به گسترش اين علم مبادرت ورزيد. در اين دوره اين بخش از علم به نام ميكروبيولوژي صنعتي معروف بود و هم اكنون نيز روند استفاده از اين فرايندها در زندگي انسان ادامه دارد. ليكن پيش بيني ميشود به تدريج با استفاده از تكنيكهاي زيست فناوري نوين بسياري از فرآيندهاي فوق نيز تحت تاثير قرار گرفته و به سمت بهبود و كارآيي بيشتر تغيير يابد.
3) دوره نوين زيست فناوري
در اين دوره زيست فناوري با كمك علم ژنتيك در حال ايجاد تحول در زندگي بشر است. زيست فناوري نوين مدتي است كه رو به توسعه بوده و روز به روز دامنه و وسعت بيشتري مي يابد. اين دوره زماني از سال 1976 با انتقال ژنهايي از يك ميكرو ارگانيسم به ميكروارگانيسم ديگر آغاز شد. تا قبل از آن دانشمندان در فرآيندهاي زيست فناوري از خصوصيات طبيعي و ذاتي (ميكرو) ارگانيسم ها استفاده مي‌كردند. ليكن در اثر پيشرفت در زيست شناسي مولكولي و ژنتيك و شناخت عميق تر اجزا و مكانيسم‌هاي سلولي و مولكولي، متخصصين علوم زيستي توانستند به اصلاح و تغيير خصوصيات (ميكرو) ارگانيسم ها بپردازند و (ميكرو) ارگانيسمهايي با خصوصيات كاملاً جديد بوجود آورند تا با استفاده از آنها بتوانند تركيبات جديد را با مقادير بيشتر و كارآيي بالا تر توليد نمايند.
- روند تحول مفهوم زيست فناوري
اگر چه زيست فناوري يك تكنولوژي نوين محسوب ميشود، اما ميتوان بهعنوان يكي از قديميترين تكنولوژي‌هاي صنعتي نيز از آن ياد كرد. براي مهندسان بيوشيمي، استفادة صحيح از ميكروارگانيزمها براي توليد آبجو، مشروب و پنير، از قديم مطرح بوده است. همچنين تصفية بيولوژيكي پسماندهها و پسابها نيز مطرح بوده است كه جزو زيست فناوري محسوب ميشود.
حتي خود كلمه "زيست فناوري" نيز آنطور كه تصور ميشود جديد نيست. اين كلمه در ابتدا در يك كتاب و در سال 1919 توسط يك مجاري بنام Erkey مطرح شد. در اين كتاب همة خطوط كاري توليد محصولات توسط ميكروارگانيزمها توضيح داده شده است. اين موضوع بطور مشخص براي كشاورزي مطرح شد، اما در حدود همان زمان بود كه chaim wiezman (از دانشگاه منچستر) يك فرايند صنعتي را براي توليد انبوه استون توسعه داده بود كه اين عمل توسط فرمانتاسيون صورت ميگرفت. اين فرآيند با تعريفي كه بهوسيلة Erkey ارائه شده بود منطبق بود.
با پيشرفت زيست فناوري مفهوم آن نيز تغيير پيدا كرد تا اينكه مترادف با "تكنولوژي تخمير" شد. اين تعريف از زيست فناوري در يك مقالة چاپ شده در مجلة جديد "زيست فناوري و مهندسي زيستي" توسط Elmer Gaden Jr. در سال 1962 مطرح شد. تعريف اساساً مشابهي نيز هنگامي‌كه اتحادية زيست فناوري اروپا تاسيس شد مورد استفاده قرار گرفت. اما درست 1 سال بعد، اين كلمه (زيست فناوري) مجدداً داخل يك نشرية مهندسي ژنتيك تعريف شد تا "توسعة علمي و اقتصادي در زمينة ژنتيك" را تشريح نمايد. تعريف اخير تعريفي است كه مورد توجه كميسيون علائم تجاري آمريكا قرار گرفت و بهدليل تفاوت زياد با تعريف قبلي بهصورت يك علامت تجاري (Trade Mark) مورد استفادة آن مجله مهندسي ژنتيك قرار گرفت.
رفتهرفته با ارائه نتايج و محصولات مهندسي ژنتيك، تمايز بين اين دو تعريف از بين رفت و بنابراين زماني كه كلمة زيست فناوري مورد استفاده قرار ميگيرد روشن نيست كه آيا علم "دستكاري ژنتيكي" مورد نظر است يا "استثمار صنعتي سيستمهاي زنده" مد نظر است. بنابراين از نظر اقتصادي براي مهندسي شيمي صورت كليدي در فرآيندهاي زيست فناوري صنعتي، "استفاده از ارگانيزم‌هاي زنده براي توليد محصولات مناسب" ميباشد. با اين وجود تفاوت عمدهاي بين بسياري از محصولات زيست فناوري جديد و محصولات زيست فناوري قديمي وجود دارد.
- فرآيندهاي زيست فناوري، رهيافتي براي توسعه
زيست فناوري بي هيچ ترديد نقشي اساسي در توسعه اقتصادي كشور هاي جهان ايفا مي كند. از اين رو بسياري از كارشناسان بر اين باورند كه اين فن آوري بايد در كشور هاي در حال توسعه مبناي برنامه ريزي در سطح ملي و بين المللي باشد.
زيست فناوري نوين در كمتر از دو دهه گذشته پديد آمده است، با اين حال به دليل اهميت و نقش راهبردي آن در تمام ابعاد توسعه اعم از اقتصادي، اجتماعي، علمي و صنعتي، بسياري از كشورهاي پيشرفته و در حال توسعه در اين زمينه به تدوين برنامه هاي راهبردي و ملي كوتاه مدت، ميان مدت و بلند مدت پرداخته اند.
يكي از دلائل اصلي براي اطمينان از اين توسعة مداوم، آن است كه فرآيندهاي زيست فناوري برمبناي منابع تجديدپذير استوار هستند. در نتيجه اين مورد زماني اهميت پيدا خواهد كرد كه مواد خام تجديدناپذير معمولي رو به اضمحلال هستند. بنابراين همة محصولات از مواد هيدروكربني تجديدپذير توليد خواهند شد؛ بهخصوص آنهايي كه پساب‌هاي صنايع غذايي و كشاورزي را تشكيل ميدهند (بهعنوان مثال انبوهي از زايدات غذايي). اين پسماندهها، سوبستراهاي (منبع غذايي) ايدهآلي براي فرآيندهاي بيولوژيكي مهيا ميكنند. اقتصادي بودن تبديل اين پسماندهها بهوسيلة روشهاي زيست فناوري بيشتر از فرآيندهاي شيميايي بوده است.
علاوه بر اين اخيراً ملاحظات سياست جهاني بر آن بوده است كه تا جائي كه ممكن است محصولات از طبيعت (natural-production) توليد شوند و اين بطور ضمني دلالت بر اين دارد كه توليد از روش بيولوژيكي تقريباً در هر جايي كه شدني و مناسب باشد ترجيح داده شود.
دليل ديگر براي گسترش مداوم زيست فناوري، حوزة روبهرشد محصولات باارزشي است كه از روشهاي بيولوژيكي قديمي و يا دستورزي ژنتيكي توليد ميشود. محدودة كاملي از محصولات ممكن كه از روش زيست فناوري قابل توليد هستند شناخته شده است. بهعنوان مثال، هماكنون رشد سلول‌هاي بافت انساني در كشت انبوه و در تجهيزات فرمانتاسيون ساده بهطور روتين انجام ميشود. محصولات ممكن اين بافت‌ها هماكنون تحت بررسي است.
- سرمايه گذاري در زيست فناوري، ضرورتي اجتناب ناپذير
امروزه توان علمي و فني، بارزترين شاخص توسعه يافتگي يك كشور به شمار مي رود. افزايش ظرفيت و كارآيي علمي و فني و استفاده بهينه از آن، مستلزم شناخت دقيق مؤلفه هاي آن است. اين مؤلفه ها، مجموعه اي از منابع نيروي انساني، منابع مالي و سرمايه اي، تجهيزات و فضاي كالبدي است كه تحت يك مديريت منسجم و سازمان يافته در محدوده علوم و تكنولوژي بكار رفته مي شود.
يكي از مؤلفه هايي كه مي تواند معيار مناسبي براي نشان دادن اهميت و الويت يك موضوع يا قلمرو از علم و تكنولوژي باشد حجم منابع مالي و ميزان سرمايه گذاري در تحقيق و توسعه است. زيست فناوري، بعنوان علم روز و اميد فرداي جهان، از الويت برخوردار است و بايد به آن بهاي بيشتري داده شود. بهاي بيشتر يعني افزايش بودجه هاي تحقيقاتي و سرمايه گذاريهاي قابل ملاحظه در تحقيق و توسعه، گسترش فعاليتهاي تحقيقاتي زيست فناوري، توسعه و اشاعه آن تا حد بومي كردن و درونزا ساختن زيست فناوري.
بطور كلي اختلاف زيادي در ميزان بودجه ها و هزينه هاي صرف شده براي زيست فناوري ميان كشورهاي توسعه يافته و كشورهاي در حال توسعه وجود دارد.
- تفاوت اصلي فرايندهاي زيستي با فرايندهاي شيميايي
اگر چه برخي فرايندهاي زيست فناوريكي اساساً مشابه با فرايندهاي شيميايي هستند و داراي سه مرحله اصلي يعني آمادهسازي مواد خام، واكنش و بازيافت محصول ميباشند، اما تفاوت‌هاي بسيار مهمي نيز دارند. مهمترين اين تفاوت‌ها اغلب در تعداد نامحدود محصولاتي ميباشد كه ممكن است از يك مادة خام به‌دست آيد؛ بهدليل آنكه اين ماده خام صرفاً يك منبع غذايي (سوبسترا) براي رشد ميكروارگانيزمها است.
معمولاً محصولات مورد نظر، فقط زائدات فرايند رشد ميكروبي هستند. در نتيجه واكنش از پيش تعيين‌شدهاي بر مبناي يك گروه بهخصوص از واكنشدهندهها وجود ندارد. قانون حاكم اين است كه محصول، تابع ميكروارگانيزم‌هايي است كه براي انجام واكنش انتخاب ميشوند. حتي اين نيز ويژگي مورد نظر را تضمين نميكند؛ زيرا همان ميكروارگانيزمها كه در يك سوبسترا رشد ميكنند، ممكن است بهعنوان مثال اتانول، اسيد لاكتيك، آنزيم بهخصوص يا يك آنتيبيوتيك توليد كنند. فقط كنترل دقيق شرايط فيزيكي يا انتخاب و زمان‌بندي برخي شرايط اطمينان خواهد داد كه محصول مطلوب همان محصولي است كه توليد ميشود. جزء كليدي مخلوط واكنش (ميكروارگانيزم)، هم كاتاليزور واكنش است و هم محصول واكنش؛ كه در شروع واكنش به سادگي و به ميزان زيادي فراهم ميشود.
براي اطمينان از صحيح بودن ميكروارگانيزم انتخاب شده و يا محصولي كه توليد ميشود، بايد سوبسترا حاوي مقدار كمي از ميكروارگانيزم انتخاب شده در محيط كشت باشد و بنابراين از رقابت ساير ميكروارگانيزمها ممانعت ميگردد. مهمتر از اين، اشكال ديگر زندگي ميكروبي نيز ميباشد كه بايد از سوبسترا حذف شوند. زيرا رقابت مستقيمي را ميكروارگانيزم‌هاي مورد نظر خواهند داشت و گاهي با احتمال و موفقيت بيشتري تكثير مييابند. با استفاده از استريليزاسيون سوبسترا، جداسازي آنها از رقابتكننده‌ها امكانپذير است كه اين مورد بايد در سرتاسر واكنش دنبال شود.
از آنجا كه عمدة محصولات زيست فناوري جديد، داراي ارزش فوقالعاده زياد و حجم كم مواد بيوشيميايي است، بنابراين فرآيندهاي بازيافت (جداسازي) براي اين محصولات ممكن است بهدليل مقادير كم مورد استفاده، نسبتاً هزينه‌بر و با صرف انرژي زياد صورت گيرد. همچنين براي به حداقل رساندن اتلاف محصول با ارزش فراوان، بايد بازدهي بالايي را در نظر گرفت. اين مورد با فرايندهاي بيولوژيكي قديمي‌تر صنايع غذايي و نوشيدني، آنتيبيوتيكها و محصولات دارويي با ارزش متوسط و تصفية فاضلاب در تضاد ميباشد.
اغلب واكنشهاي بيولوژيكي بهطور قابل توجهي آهستهتر از واكنشهاي شيميايي انجام ميشوند. برخلاف صنايع شيميايي كه در آنها فرايندهاي مداوم ترجيح دارد، عموماً اين واكنشهاي بيولوژيكي به صورت عمليات ناپيوسته (batch) صورت ميگيرند. اغلب واكنشهاي بيولوژيكي توسط غلظت‌هاي پايين محصول ممانعت ميشوند و اين خود دليل ديگري براي ارجحبودن عمليات ناپيوسته (batch) ميباشد. همچنين برخلاف اغلب واكنشهاي شيميايي، سرعت واكنشهاي بيولوژيكي نميتواند با افزايش دما و فشار افزايش يابد و اغلب بايد در تحت شرايط نسبتاً ملايم و نزديك به دماي محيط انجام شوند. محصولات مورد نظر نيز با گرما ناپايدار هستند و براي جلوگيري از تخريب آنها بايد انجام واكنش در تحت شرايط نسبتاً ملايم صورت گيرد. با وجود اين تفاوت‌ها در فرايندهاي بيولوژيكي و فرايندهاي شيميايي معمولي، بسياري از حوزهها وجود دارند كه يك مهندس بيوشيمي براي طراحي و اجراي عمليات فرايندهاي بيولوژيكي ميتواند نقش داشته باشد.
- كاربردهاي زيست فناوري
فناوری زیستی بین علوم زیستی از قبیل ژنتیک، میکروبیولوژی، ویروس شناسی، بیوشیمی، زیست مولکولی، زیست سلولی و جنین شناسی با رشته‌های کاربردی نظیر مهندسی شیمی، الکترونیک، نانو فناوری و فناوری اطلاعات پیوند برقرار ساخت و از آنها برای خدمت به کشاورزی، پزشکی، داروسازی، تولیدات غذایی، دامپروری و صنایع مختلف که ملموس‌ترین آن نساجی میباشد بهره می‌جوید.
فناوری زیستی با توجه به کاربردی که هدف قرار میدهد به شاخه‌های مختلف تقسیم می‌شود اولین بار آلمان پیشنهاد تقسیم بندی بیوتکنولوژی را بر اساس رنگها داد و از آن استفاده کرد، این تقسیم بندی بر اساس فعالیتها در زمینه های مختلف است.
بیوتکنولوژی قرمز: شاخه ای از بیوتکنولوژی است و از مهم ترين و متداول ترين موارد استفاده زيست فناوري مي باشد.که در فرآیند های پزشکی کاربرد دارد. روش هاي زيست فناوريكي بطور روزافزون در بوجود آمدن داروهاي جديد (مانند داروهاي ضد سرطان) نقش بزرگي ايفا مي كنند. برخی از موارد ازجمله طراحی ارگانیسم ها برای تولید آنتی بوتیک و مهندسی ژنتیک برای بهبود بیماری ها با دستکاری ژنتیک می باشد.
زيست فناوري سبز :در زمينه كاشت گياهان مدرن بكار گرفته مي شود.در اين زمينه با استفاده از متدهاي زيست فناوريك رزيدنت هائي در مقابل انواع پشه ،قارچ،ويروس و علف كش ها تهيه مي شود. تكنيك هاي ژنتيكي يكي از مهم ترين تكنيك ها در زمينه زيست فناوري سبز مي باشد. تكنيك هاي ژنتيكي راهي است براي انتقال ژن ها از يك نوع گياه به نوع ديگر و از اين طريق باعث ترويج رزيدنت ها مي شود .در این شاخه محققان بر روی کاربردهای کشاورزی متمرکز اند از جمله اهلی سازی گیاهان با تغیر در اندازه‌ی آنها و تولید گیاهان ترارخت با توان رشد در محیط‌های با شرایط خاص یا توان مقابله با آفت‌ها از طریق وارد کردن ژن‌های اضافی به ژنوم آنها.
زيست فناوري خاكستري: در زمينه تكنيك هاي موبوط به محيط زيست مشغول به كار مي باشد. در اين راستا با استفاده از روش هاي زيست فناوري موجب بهسازي زمين ها شده، مواد زائد آب ها زدوده، راه هاي عبور گاز و هوا تسويه شده ، مواد زائد و زباله ها مجددا مورد بهره برداري قرار مي گيرند.
- زيست فناوري سفيد: بيش از همه در صنعت شيمي بكار برده مي شود.از جمله وظايف زيست فناوري سفيد توليد موادي مانند الكل ويتامين آمينو اسيد آنتي بيوتيك و نيز آنزيم ها مي باشد كه با توجه به اصول حفاظتي از محيط زيست و منابع طبيعي توليد مي شوند؛ درواقع بیوتکنولوژی سفید یا بیوتکنولوژی صنعتی ل برای تولید مواد صنعتی از موجودات زنده و غالبا میکرو ارگانیسمها استفاده می‌کنند و یا از آنزیم‌ها استفاده‌ی صنعتی می‌کنند.
زيست فناوري آبی: برای تشریح کاربردهای بیوتکنولوژی در زمینه های دریایی و جانوران و یا گیاهان دریایی به کار می رود اما کاربرد این زینه فوق العاده نادر می باشد.در واقع محققان بر روی موجودات آبزی و دریایی کار می‌کنند.
((دانلود http://biodc.ir/image/image_gallery?img_id=23200 (http://biodc.ir/c/document_library/get_file?folderId=23203&name=DLFE-405.pdf)))