زیست فناوری چیست؟

واژه‌ زیست‌فناوری یا بیوتکنولوژی نخستین بار در سال ۱۹۱۹ از سوی کارل ارکی (Karl Ereky) به مفهوم کاربرد دانش‌های پزشکی و زیستی و اثر متقابل آن در فناوری‌های ساخت بشر، به کار برده شد. و عده او را به عنوان پدر علم بیوتکنولوژی می شناسند.

رشته بیوتکنولوژی چیست؟

كلمه بیوتكنولوژی از دو كلمه زنده و زندگی یا سامانه زنده و تكنولوژی به معنای یك روش علمی به منظور دستیابی به یك هدف علمی شكل گرفته است. بیوتكنولوژی به طور كلی به مجموعه‌ای از فناوریها اطلاق می‌شود كه سامانه‌های زنده یا بیولوژیكی گیاه، حیوان، میكروارگانیسم یا تركیبات مخصوص مشتق شده از این سامانه‌ها را به منظور تولید كالاها و خدمات صنعتی بكار می‌گیرد.

به طور کلی هر گونه دخالت هوشمندانه بشر در آفرینش به منظور بهبود و عرضه فرآورده‌های گوناگون با استفاده از جانداران زیست‌فناوری، در گروه زیست‌فناوری جای می‌گیرد. بیوتکنولوژی یا زیست فناوری از تركیب “علم بیولوژی” و “فن تکنولوژی” با رابطه‌های بسیار پیچیده بـه وجود آمده است.

در حقیقت زیست فناوری‌ مجموعه‌ای‌ از روشهایی‌ برای‌ تولید، تغییر و اصلاح‌ فراورده‌ها، به‌نژادی‌ گیاهان‌ و جانوران‌ و تولید میکروارگانیسم‌های خاص برای‌ کاربردهای‌ ویژه‌ است که در آن از ارگانیسم‌های‌ زنده و مفید‌ استفاده‌ می‌کنند. بیوتکنولوژی‌ همانند زیست‌ شناسی‌، ژنتیک‌ یا مهندسی‌ بیوشیمی‌ یک‌ علم‌ پایه‌ یا کاربردی‌ نیست‌ که‌ بتوان‌ محدوده‌ و قلمرو آنرا بسادگی‌ تعریف‌ کرد، بلکه شامل‌ حوزه‌ای‌ مشترک‌ از علوم‌ مختلف‌ است‌ که‌ در اثر همپوشانی‌ و تلاقی‌ این‌ علوم‌ با یکدیگر بوجود آمده‌ است‌.

همچنین بیو تکنولوژی معادل‌ زیست‌ شناسی‌ 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 بهینه‌ یک‌ محصول‌ “حیاتی‌” یا انجام‌ یک‌ فرآیند زیستی‌ به روشهای‌ نوین‌ و دقیق‌ با کارآئی‌ بسیار بالا می‌باشد.

بیوتکنولوژی‌ را می‌توان‌ به‌ درختی‌ شبیه‌ کرد که‌ ریشه‌های‌ آن را علومی‌ با قدمت‌ زیاد مانند زیست‌ شناسی‌ مولکولی‌، ژنتیک‌، میکروبیولوژی‌، بیوشیمی‌، ایمونولوژی‌، مهندسی‌ شیمی‌، مهندسی‌ بیوشیمی‌، گیاه‌شناسی‌، جانورشناسی‌، داروسازی‌، کامپیوتر و غیره تشکیل‌ می‌دهند.

به دلیل تأثیرات بسیار بیوتکنولوژی بر روی رفاه و آسایش بشر، دانشمندان بر این باورند كه در آینده بیوتکنولوژی یکی از ابزارهای قدرتمند برای موجودیت انسان به شمار خواهد آمد. امروزه دامنه فعالیت بیوتکنولوژی بسیار گسترده است و از تشخیص، پیشگیری و معالجه بیماری تا تولید مواد دارویی، منابع غذایی، محافظت از محیط زیست و حفظ انرژی بوده و زمینه های مختلف را شامل می‌شود. زیست فناوری نوین یکی از امیدهای قرن آینده برای رفع بسیاری از نیازهای مختلف بشر و راه حلی برای تامین امنیت غذایی جمعیت رو به رشد جهان به شمار می‌رود و یکی از هفت رشته کلیدی فناوری جهان در قرن حاضر محسوب می‌شود.

گستردگی‌ کاربرد بیوتکنولوژی‌ در قرن‌ 21 بحدی‌ است‌ که‌، اقتصاد، بهداشت‌، درمان‌، محیط زیست‌، آموزش‌، کشاورزی‌، صنعت‌، تغذیه‌ و سایر جنبه‌های‌ زندگی‌ بشر را تحت‌ تأثیر شگرفت‌ خود قرار خواهد داد. بهمین‌ دلیل‌ دانشمندان جهان‌ قرن‌ 21 را قرن‌ بیوتکنولوژی‌ نامگذاری‌ کرده اند.

رشته ی بیوتکنولوژی یک رشته جدید است

هدف از رشته زیست فناوری:

مهمترین هدف رشته زیست فناوری پزشکی ارتقاء سطح دانش رشته زیست فناوری پزشکی با توجه به نیازهای پزشکی کشور و ایجاد نگرشی باور پذیر در بین سایر گرایش های پزشکی می باشد که با در تعامل قراردادن توانمندیهای علمی و عملی آن ها به شکل گیری رویکرد های نوین پزشکی ملکولی در کشور کمک می نماید، به صورتی که دوشادوش سایر گرایش های پزشکی مربوط، آموخته های علمی و عملی خود را در حوزه زیست فناوری و مهندسی ژنتیک به کار می گیرد و در ثمر دهی نتایج کار گروهی کوشا می باشد.

توانایی های لازم

رشته ی بیوتکنولوژی از بین داوطلبان رشته ریاضی فیزیک و تجربی دانشجو می پذیرد چراکه گرایش های این رشته مربوط به علوم پزشکی و علوم مهندسی است.

البته دکتری مستقیم بیوتکنولوژی دوره آموزشی به خصوص است که مناسب با دانشجویانی است که توانایی های نظیر بهره هوشی بالا، قدرت فهم و توان نوآوری، فرصت طلب و همچنین علاقه و انگیزه زیادی داشته باشند.

نیمی از ظرفیت پذیرش این رشته به داوطلبانی اختصاص دارد که در مرحله ما قبل پایانی المپیادهای دانش آموزی پذیرفته شده باشند و نیمی دیگر نیز از طریق کنکور سراسری وارد می شوند.

درس های این رشته در طول تحصیل:

دروس مشترک بین گرایشهای مختلف بیوتکنولوژی:

روانشناسی عمومی، فلسفه عمومی، فلسفه هنر و زیبایی شناسی، فلسفه و روش شناسی علوم، تاریخ علم، روش تحقیق، مبانی منطق، منطق ریاضی، اصول مبانی مدیریت صنعتی، آشنایی با قرآن کریم، مبانی علم و حقوق و روابط بین الملل، اصول علم اقتصاد، ریاضی عمومی، آمار و احتمالات، محاسبات علمی عددی، شیمی عمومی، شیمی آلی، شیمی تجزیه، شیمی فیزیک، مکانیک، الکتریسیته و مغناطیس، موج و حرارت، فیزیک جدید، زیست شناسی عمومی، زیست شناسی سلولی مولکولی، زیست شناسی مولکولی، ژنتیک عمومی، ژنتیک میکروارگانیسم ها، اصول مهندسی ژنتیک، میکروبیولوژی عمومی، میکروبیولوژی کاربردی، بیوشیمی ساختمانی، متابولیسم، روش های بیوشیمی و دستگاهها، ایمنی شناسی، زیست شناسی پرتوی، اصول مهندسی بیوشیمی، موازنه جرم و انرژی، مکانیک سیالات، انتقال حرات، انتقال جرم، مبانی بیوتکنولوژی پزشکی، مبانی بیوتکنولوژی مولکولی، مبانی بیوتکنولوژی کشاورزی، مبانی بیوتکنولوژی محیطی، مقررات زیست ایمنی.

دروس تخصصی گرایش بیوتکنولوژی پزشکی:

ایمونوژنتیک، ایمنی شناسی سلولی - مولکولی، ژنتیک پزشکی، متابولیت های میکروبی، فاراماکوژنتیک، فرآورده های نوترکیب، مهندسی ژنتیک پیشرفته، آنزیمولوژی.

دروس تخصصی گرایش بیوتکنولوژی محیطی و دریایی:

فروشوئی میکروبی، تصفیه بیولوژیکی فاضلابها، تصفیه بیولوژیکی آلاینده های خطرناک، آلودگی دریا و بیوتکنولوژی دریایی، پاکسازی زیستی، مدلسازی و شبیه سازی فرآیندها، معادلات دیفرانسیل، شیمی فیزیک، میکروبیولوژی محیطی.

دروس تخصصی گرایش بیوتکنولوژی مولکولی:

بیوفیزیک سلولی مولکولی، مهندسی ژنتیک پیشرفته، آنزیمولوژی، ساختمان و عمل پروتئین ها، ساختمان و عمل اسیدهای نوکلئیک، زیست شناسی مولکول پیشرفته، بیولوژی سلولی- مولکولی تکوینی، شیمی فیزیک.

دروس تخصصی گرایش فرآورش زیستی:

مهندسی واکنش های شیمیایی، فرآیندهای جداسازی، طراحی راکتورهای بیوشیمیایی(بیوراکتورها)، مبانی بیوتکنولوژی تخمیر، پدیده های انتقالی در سیستم های بیوشیمی، کنترل فرآیند، طرح و اقتصاد مهندسی، معادلات دیفرانسیل، شیمی فیزیک.

دروس تخصصی گرایش بیوتکنولوژی کشاورزی:

سیتوژنتیک(کلاسیک و نوین)، اصول اصلاح نباتات، اصلاح نباتات پیشرفته، کشت بافت گیاهی و کاربردهای آن، تعیین نقشه ژنی گیاهی(کلاسیک ونوین)، ژنتیک مولکولی گیاهی، روش های نوین انتقال ژن به گیاهان، آفات و بیماریهای گیاهی، مهندسی ژنتیک پیشرفته.

دروس تخصصی گرایش بیوتکنولوژی میکروبی:

میکروبیولوژی محیطی، فیزیولوژی میکروارگانیسم ها، پدیده های تخمیری، پروتئین ها و پلی ساکاریدهای میکروبی، بیوتکنولوژی غذایی، بیوتکنولوژی آرکی باکترها، آنتی بیوتیکها، بیوتکنولوژی قارچ ها.

انواع گرایش های بیوتکنولوژی

از تلاقی‌ و پیوند علوم‌ مختلف‌ با بیوتکنولوژی،‌ نام‌ شاخه‌هایی‌ از بیوتکنولوژی‌ بدین ‌ترتیب‌ وضع‌ می‌شود: بیوتکنولوژی‌ پزشکی، بیوتکنولوژی‌ گیاهی (کشاورزی)‌، بیوتکنولوژی‌ دارویی‌، بیوتکنولوژی‌ میکروبی‌، بیوتکنولوژی‌ دریا، بیوتکنولوژی‌ غذایی، بیوتکنولوژی‌ صنعت و محیط زیست، بیوتکنولوژی حیوانی( دام و طیور)، بیوتکنولوژی‌ نفت و غیره را می‌توان نام برد.

بیوتکنولوژی گیاهی

بیوتكنولوژی گیاهی، كاربردهای حال و آینده مهندسی مواد خام حاصل از گیاهان است كه شامل: عملكرد محصولات، تغییر تركیب محصول (اسیدهای چرب، پلی ساكاریدها، پروتیین‌ها، طعم، رنگ، و …) بهبود تركیب تغذیه‌ای، تبیین ژنهای جدید (پروتیین‌ها، سیستم تثبیت نیتروژن) بهبود قابلیت نگهداری (انبارداری، عمر نگهداری) كاهش مراحل فرایند، بهبود مقاومت، برطرف كردن مواد نامطلوب، تبدیل جریانات زاید فرایند می‌باشند.

بیوتكنولوژی حیوانی

مطالعه در بخش بیوتكنولوژی حیوانی نیز اهدافی دارد كه شامل بالابردن میزان به طور مثال شیر و گوشت حیوانات، بهبود مقاومت (بیماری)، گوشت و شیر مناسب (شیر بدون لاكتوز یا كم چربی و تركیب پروتیین گوشت).

بیوتکنولوژی غذایی

كاربرد بیوتكنولوژی در صنایع غذایی مشاركت بین چند رشته علمی متفاوت از قبیل بیولوژی سلولی ژنتیك میكروبیولوژی، بیولوژی مولكولی، بیوشیمی، مهندسی شیمی و اقتصاد را می طلبد.

جدای از افزایش حجم مواد غذایی با به كارگیری علم بیوتكنولوژی، یكی از مهمترین جنبه‌های این علم بالا بردن ایمنی و سلامتی مواد غذایی حاصل از میكروارگانیسم‌ها است. ممكن است محصولی از نظر جنبه‌های حسی و غیره از درجه بالایی برخوردار باشد ولی در سوخت و ساز بدن ایجاد اختلال كند. به عنوان مثال گیاهانی كه مقاوم به آفت كش شده‌اند، در ساختار آنها مواد حاصل از بی اثر كردن آفت كش باقی بماند و ایجاد حساسیت و بیماری كند.

به همین خاطر نباید به بیوتكنولوژی مواد غذایی فقط از دید تولید بالا، خواص حسی و بهتر نگاه كرد. بلكه مراحل سوخت وسازی مواد غذایی در بدن باید مورد مطالعه قرار گیرد و ایمنی آنها تایید شود. با توجه به گستره و حیطه عمل بیوتكنولوژی ذكر تمام قابلیت‌ها و توانایی‌های بیوتكنولوژی در بخش كشاورزی و صنایع غذایی محدود به مقاله‌ها و كتابها نمی‌شود.

تغییرات و تحولات چشمگیر و روزمره بیوتكنولوژی همگام با دانش سریع روز، تاثیر عمیقی بر فرایندها، محصولات و كالاهای غذایی، دارویی و بهداشتی می‌گذارد و همگامی این پیشرفتها باعث توسعه و بهبود كالاها و خدمات صنعتی می‌شود.

بیوتکنولوژی میکروبی

بيوتكنولوژي ميكروبي یعنی استفاده از ويژگيهاي انواع ميكروبها در توليد و تجزيه مواد مختلف نظير هورمون هاي انساني . این کار به روش نوتركيبي، از تولید حشره كش هاي ميكروبي، توليد انواع ماكرو مولكولها و استخراج كاني ها تا زدودن مواد زايد سمي در شرايط متعارف، انجام مي شود.دانشجويان‌ گرايش‌ “بيوتكنولوژي ميکروبی” در زمينه‌ بيوتكنولوژي غذايي‌ و دارويي‌، توليد آنزيم‌ها، پروتئين‌ها، پلي‌ ساکاريدها، قارچ‌ها و مخمرها اطلاعات‌ لازم‌ را به‌ دست‌ می آورند.

دروس تخصصی ارائه شده برای این گرایش عبارتند از: میکروبیولوژی محیطی، فیزیولوژی میکروارگانیسم ها، پدیده های تخمیری، پروتئین ها و پلی ساکاریدهای میکروبی، بیوتکنولوژی غذایی، بیوتکنولوژی آرکی باکترها، آنتی بیوتیکها، بیوتکنولوژی قارچ ها.

بیوتکنولوژی پزشکی و دارویی

یکی از مهم ترین اهداف رشته ارشد بیوتکنولوژی پزشکی بهره گیری از روش های علمی و فنی به کمک عوامل بیولوژیک (مانند میکروارگانیسم ها، یاخته های گیاهی و جانوری و آنزیم ها و …) است. دانش آموختگان ارشد بیوتکنولوژی پزشکی به تولید کالا و خدماتی در زمینه های مختلفی چون کشاورزی، صنایع غذایی، دارویی و پزشکی می پردازند.

کاربرد زیست فناوری در زمینه علوم پزشکی و دارویی، موضوعات بسیار گسترده‌ای مانند ابداع روش‌های کاملاً جدید برای “تشخیص مولکولی مکانیسم‌های بیماری‌زایی و گشایش سرفصل جدیدی به نام پزشکی مولکولی”، “امکان تشخیص پیش از تولد بیماری‌ها و پس از آن”، “ژن‌‌درمانی و کنار گذاشتن (نسبی) برخورد معلولی با بیمار و بیماری”، “تولید داروها و واکسن‌های نوترکیب و جدید”، “ساخت کیت‌های تشخیصی”، “ایجاد میکروارگانیسم های دستکاری شده برای کاربردهای خاص”، “تولید پادتن های تک دودمانی (منوکلونال)” و غیره را در بر می گیرد.

به عنوان مثال دانش آموختگان رشته زیست فناوری پزشکی (بیوتکنولوژی پزشکی) قادر خواهند بود به طراحی و تولید واکسن های نوین زیستی، کیت های تشخیصی، آنتی بادی های نوترکیب به منظور درمان و مطالعات سرطان اقدام نمایند.

بیوتکنولوژی صنعت و محیط زیست

دوره کارشناسی ارشد زیست فناوری با گرایش صنعت و محیط زیست مجموعه ای از اصول علوم و فنون در زمینه های مهندسی ژنتیک، علوم سلولی مولکولی، توسعه سویه های صنعتی، فناوری تخمیر، تولید، جداسازی و خالص سازی مواد زیستی با ارزش، اصول مهندسی در طراحی فرآیندهای زیستی و کاربرد زیست فناوری در محیط زیست ارائه می شود.

فارغ التحصیلان این دوره می‌توانند در زیست فناوری صنعتی (غذایی، دارویی، تولید اسیدها و حلال های آلی و …) و محیط زیست، به ویژه در زمینه توسعه و طراحی واحدهای صنعتی و مباحث مهندسی درگیر در آن و همچنین ساخت تجهیزات مورد استفاده در زیست فناوری ، نیاز تخصصی کشور را تا حد زیادی تامین نمایند.

بیوتکنولوژی دریا

بیوتکنولوژی دریایی یکی از حوزه‌های در حال رشد است که با کمک آن، از موجوداتی مانند ماهی، جلبک و یا باکتری‌ها به‌طور مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌شود. مهمترین فواید بیوتکنولوژی دریایی به شرح زیر است:

۱- تولید فرآورده‌های جدید و اصلاح شده

۲- فراهم آوردن تکنیک های جدید جهت ردیابی، ارزیابی، ذخیره، حفاظت و مدیریت اکوسیستم‌های دریایی

۳- شیلات و پرورش آبزیان (Aquaculture) به صورت پایدار و مطمئن

با توجه به پتانسیل بالای موجود در دریا و تنوع موجودات آبزی، تاکنون محصولات فراوانی از آنها استحصال شده است. مانند مواد دارویی، آنزیم‌ها، مواد مولکولی بیولوژیک، کیت‌های تشخیصی، آفت‌کش‌های زیستی، تولید بیوماس جهت تولید انرژی و غیره.

اکثر این فرآورده‌ها، مانند ترکیبات هالوژنه (ترکیبات برم وید) هستند و نمی‌توان مشابه آن را از موجودات خشکی‌زی به‌دست آورد. علاوه بر این، میکروارگانیزم‌های دریایی، منبع غنی از ژن‌های جدیدی هستند که می‌توان از آنها برای تولید داروها و فرآورده‌های بیولوژیک جدید و دسترسی به اهداف دیگر مانند مانیتورینگ استفاده کرد.

برخی از مواد دارویی و آرایشی که از موجودات دریایی همچون باکتری‌ها، بی‌مهرگان و جلبک‌ها استخراج می شوند عبارتند از: داروهای ضدحساسیت (سودوپتروسین‌ها، تاپسنتین‌ها، سایتونمین، مانوآلید)، داروهای ضدسرطان (برایوستانین‌ها، دیسکودرمولاید، الیوتروبین و سارکودیکتین)، آنتی‌بیوتیک‌ها (مارینون) و ملانین ها که طیفی از رنگ ها هستند که در ساخت صفحات خورشیدی و لنزهای چشمی به کار می روند.

علاوه بر این‌، فرآورده‌های دیگری نیز از موجودات دریایی به دست می‌آیند: مثلاً قارچ‌کش‌ها و آنتی‌بیوتیک‌هایی که به مرور در بدن آزاد می‌شوند؛ افزودنی‌های غذایی مانند پپتیدهای آنتی‌اکسیدان که از ماهیچه میگو جداسازی شده‌اند؛ پیش‌ماده اسیدآمینه میکوسپورین (MAA) و دزوکسی‌گادوسول که از جلبک‌های دریایی استخراج می‌شوند. از این مواد به‌عنوان افزودنی‌های غذایی و همچنین برای ساخت مواد آرایشی استفاده می‌شود. همچنین، از نوعی خرچنگ (Horseshoe Crab)، ماده‌ای را استخراج کرده‌اند که با لیپوپلی‌ساکاریدهای (LPS) باکتری‌های گرم منفی، واکنش می‌دهد و می‌‌تواند در تشخیص عفونت‌های اولیه در انسان و به‌عنوان ردیاب LPS (پیروژن‌ها)، در فرآورده‌های بیوتکنولوژیک عمل کند.

بیوتکنولوژی نفت

در صنعت نفت نیز از بیوتکنولوژی بترتیب قدمت در تمیز کردن آلودگیهای نفتی، ازدیادبرداشت از مخازن زیر زمینی هیدروکربوری، جلوگیری از خوردگی، و رسوب زدائی مواد معدنی و آلی بهره برداری شده است. و دیگر کاربرد مهم آن در ممانعت از پیشرفت و گسترش معضل مخروطی شدن آب وگاز در اطراف چاه تولیدی میباشد که با انسداد لایه ای از خلل و فرج در سطوح زیرین و فوقانی لایه تولیدی مخزن بوقوع می پیوندد.

موقعیت شغلی رشته بیوتکنولوژی در ایران

رشته ی بیوتکنولوژی یک رشته تحصیلی جدید می باشد و بی شک مدتی زمان می برد تا فارغ التحصیلان این رشته جایگاه واقعی خود را در داخل کشور پیدا کنند. ولی به این معنی نیست که موقعیت شغلی برای آن ها وجود ندارد بلکه آن ها می توانند با تلاش و کوشش و دانش خود به جایگاه مناسبی برسند.

در حال حاضر عده ای از دانشجویان دوره دکترای رشته میکروبیولوژی که در زمینه بیوتکنولوژی میکروبی مطالعه می کنند، بر روی آب های شور کشور، مثل دریاچه ارومیه که امکان رشد موجودات در آن پیچیده و مشکل است تحقیق می کنند تا با بهره گیری از تکنیک های رشته بیوتکنولوژی، محیطی مناسب برای رشد موجودات دریایی فراهم کنند.

همچنین فارغ التحصیلان رشته ی بیوتکنولوژی می توانند به عنوان مدیر و متخصص و هدایت امور فنی خطوط تولید و مزارع و آزمایشگاه ها مشغول به فعالیت شوند.