X
تبلیغات
تولیدات گیاهی - نانو تکنولوژی

پنجشنبه بیستم خرداد 1389

نانو تکنولوژی

مقدمه :

به دنیای نانو تکنولوژی وارد شویم .

در اهمیت نانو تکنولوژی همین بس که می گویند ، نانو تکنولوژی انقلابی پس از انقلاب اول صنعتی ( تولید ماشین بخار و برق ) و انقلاب دوم صنعتی ( انقلاب الکترونیکی و انفجار اطلاعات ) است که از آن به عنوان انقلاب سوم نام برده می شود . نانوتکنولوژی

ما موفق شده ایم به دنیای نانو ( حدود ابعاد اتم ها ) راه پیدا کنیم و با استفاده از فناوری نانو ، پیشرفت های شگرفی در زمینه های پزشکی ، صنعت ، فناوری اطلاعات ، ربات های ریز و تهیه داروها پیدا کنیم .

در میکروسکوپ الکترونی ( microscope electron ) پرتو الکترونی در خلأ  به وسیلة عدسی الکترونی به سمت لایة نازکی از مواد مورد نظر ارسال می شود . مواد مورد نظر ، الکترون ها در هر نقطه ، متناسب با دانسیته جذب می کنند و بنابراین تصویر الکترونی نمونة مورد نظر به دست می آید که به وسیلة عدسی های الکترونی دیگر ، هزاران بار تقویت می گردد و تصویر نهایی روی یک پردة فلورسنت دیده و یا روی فیلم عکاسی ثبت می شود .

برای درک بهتر مفهوم نانو تکنولوژی ابتدا باید بدانیم نانو چیست . نانو در لغت پیشوندی است به معنی  . ساختمانی با طبقه های متعدد را در نظر بگیرید . در هر طبقه وسایلی وجود دارند که اندازة آنها از وسایل طبقة بالاتر ده مرتبه کوچکتر است . اندازة وسایل موجود در طبقة همکف حدود یک متر است ؛ مانند انسان ، بیشتر حیوان ها ، میز و صندلی . درطبقة پایین تر ، اجسامی به ابعاد ده سانتی متر مانند مداد ، خودکار ، کتاب ، قاشق و چنگال قرار دارند (  ) . در طبقة پایین تر اجسامی به ابعاد یک سانتی متر مثل مداد پاک کن ، و دانه هایی مانند نخود و لوبیا وجود دارند (  ) . در طبقة پایین تر ابعاد اجسام حدود یک میلی متر است ، مانند دانة کنجد ، بذرکتان و خاکشیر ( )

. ابعاد اجسام طبقة پایین تر حدود یک دهم میلی متر است ؛ مانند دانه های بعضی درخت ها و گل ها (  ) . در طبقة پایین تر اجسامی به ابعاد صدم میلی متر مانند ذرات غبار (  ) و در طبقة پایین تر اجسامی مانند مولکول های پروتئین وجود دارند که ابعادشان حدود یک هزارم میلی متر (  ) است و فقط با میکروسکوپ مشاهده می شوند .

در طبقة پایین تر اجسامی به ابعاد  متر مانند میکروب ها وجود دارند . شکل های ( 2 ) و ( 3 ) طبقة پایین تر دنیای متعلق به ویروس هاست که با میکروسکوپ نوری هم دیده نمی شوند و برای دیدن آنها ، از میکروسکوپ الکترونی استفاده می کنیم (  ) . طبقه پایین تر به دنیای نانو تعلق دارد که ابعاد اجسام موجود در آن  متر است . طبقة پایین تر متعلق به ابعاد اجسامی مانند هستة اتم ها و اجزای کوچک تر مانند پروتون ها ، نوترون ها و حتی کوچک تر مانند کوارک هاست .

تکنولوژی های مطرح امروز ، بر پایة مفاهیمی استوارند که ابتدا شاید هیچ کاربردی برای آنها انتظار نمی رفت . علوم پایة امروز ، زیر بنای تکنولوژی فردا هستند . آنچه که در ادامه می آید ، معرفی یکی از تکنولوژی های نوین دهة حاضر است .

نانو تکنولوژی ، چنان که از نام آن بر می آید ، با اجسامی به ابعاد نانو متر سرو کار دارد . نانو تکنولوژی در سه سطح قابل بررسی است . مواد ، ابزارها و سیستم ها . در حال حاضر ، در سطح مواد پیشرفت های بیشتری نسبت به دو سطح دیگر حاصل شده است . موادی را که در نانو تکنولوژی به کار می روند . (( نانو ذره )) نیز می نامند . در دهة گذشته ، بیش تر پژوهش ها در مورد نانو ذره ها روی خواص آنها متمرکز بوده است . خواص فیزیکی وشیمیایی نانوذره ها به اندازة آنها وابسته است واین موضوع برای دانشمندان جالب می نمود . اما در حال حاضر ، پژوهش های گسترده ای روی کاربرد این ذرات در حال انجام است .

برای آنکه تصوری از ریزی نانوذره ها داشته باشیم ، بهتر است آن ابعاد سلول مقایسه کنیم . اندازه متوسط سلول یوکاریوتی  10 است . بدیهی است، اندامک های سلول از این نیز کوچک ترند . از اندامک ها ریزتر ، ماکرومولکول ها هستند . اندازة متوسط یک پروتئین nm 5 است که با اندازه ریزترین جسم ساخت بشر ، قابل مقایسه است .

بنابراین می توان با به کارگیری نانوذره ها نوعی (( مأمور مخفی )) به درون سلول فرستاد و به کمک آن ، از بعضی رازهای نهفته در سلول پرده برداری کرد . این ذرات آن قدر ریزند که تداخل عمده ای در کار سلول به وجود نمی

 آورند . پیشرفت در زمینه نانو تکنولوژی نیازمند درک وقایع زیستی در سطح نانو است .

از میان خواص فیزیکی وابسته به اندازة ذرات نانو ، خواص نوری ( اُپتیکال ) و مغناطیسی این ذرات ، بیش ترین کاربردهای زیستی را دارند . استفاده از نانو تکنولوژی در علوم زیستی به تولد و گرایش جدیدی از این فناوری منجر شده است: نانو بیوتکنولوژی .

کاربردها

کاربردهای نانوذره ها در زیست شناسی و پزشکی عبارتند از :

·نشانگرهای زیستی فلورسنت

·ترابری دارو و ژن

·تشخیص پروتئین ها

·جست و جو در ساختار DNA

·مهندسی بافت

·تخریب تومور از طریق گرمادهی به آن ( هیپرترمیا )

· جداسازی و خالص سازی مولکول های زیستی و سلول ها

· بهبود تباین ( کنتراست ) MRI

· مطالعات فاگوکینتک

در ادامه به تشریح بعضی از این کاربرد ها می پردازیم .

می توان با به کارگیری نانوذره ها نوعی (( مأمور مخفی )) به درون سلول فرستاد و به کمک آن ، از بعضی رازهای نهفته در سلول پرده برداری کرد .

نشانگرهای زیستی

از آن جا که اندازه نانو ذرات ، در محدودة اندازة پروتئین هاست ، می توان از آن ها برای نشاندار کردن نمونه های

زیستی استفاده کرد . برای این کار ، باید نانوذره بتواند به نمونة زیستی هدف متصل شود و نیز راهی برای دنبال کردن و شناسایی نانوذره وجود داشته باشد . به منظور ایجاد میان کش بین نانوذره و نمونة زیستی ، نانوذره را با پوششی بیولوژیکی یا مولکولی ، یا لایه ای که به عنوان میانجی زیستی غیر آلی عمل کند ، می پوشانند . علاوه بر این ، از آنجا که از فناوری هی نوری در پژوهش های زیستی به طور گسترده ای استفاده می شود ، می توان نانوذره ها را فلورسنت کرد یا خواص نوری آنها را تغییر داد . نشانگر زیستی ، نمونه ای از یک (( نانو زیست ماده )) است .

نانوذره ها معمولاً در مرکز یک نانو زیست ماده قرار می گیرند و بقیة اجزاء روی آنها قرار داده می شوند . همچنین می توان از آنها در شکل نانو وزیکول استفاده کرد ؛ یعنی نانوزیست ماده ای که توسط غشاء محصور شده است . غالباً شکل این ساختار کروی است ، اما شکل های استوانه ای ، شبه صفحه و دیگر شکل ها نیز امکانپذیرند.

در بعضی موارد ، اندازه مهم است ؛ مثل هنگامی که نفوذ از درون ساختار منفذی از غشای سلولی مورد نیاز باشد . هنگامی که اثرات اندازة کوانتومی برای کنترل خواص مواد استفاده می شود ، اندازة نانوزیست ماده در اوج اهمیت خواهد بود .

کنترل دقیق بر اندازه متوسط ذرات ، امکان ایجاد کاوشگری های فلورسنت را که باریکه ای نوری را در طیف وسیعی از طول موج گسیل می دارند ، فراهم می آورد . این امکان ، به تهیه نشانگرهای زیستی با رنگ های فراوان و قابل تشخیص کمک شایانی می کند . ذرة مرکزی معمولاً توسط چندین تک لایه از موادی که تمایل به واکنش ندارند ، مثل سیلیکا ، محافظت می شود . غالباً برای اتصال اجزای کارآمد به ذره مرکزی ، به لایه ای از لینکر نیاز است . این لینکرهای خطی ، در دو انتهای خود ، گروه های فعال دارند : یک گروه برای اتصال لینکر به سطح ذره و گروه دیگر برای اتصال به اجزای زیستی ، مثل آنتی بادی ها .

مهندسی بافت

سطح استخوان ها به طور طبیعی دارای پستی و بلندی هایی به ابعاد nm 100 است . اگر سطح استخوان مصنوع صاف باشد ، بدن آن را پس می زند . علت احتمالاً آن است که سطح صاف ، تولید بافت رشته ای را در اطراف استخوان تحریک می کند . چنین پوششی ، تماس اندام مصنوعی را با استخوان های دیگر کاهش می دهد که ممکن است به از دست دادن اندام و التهاب بیشتر بینجامد . مشخص شده است که تولید زبرهایی به ابعاد نانو بر سطح پاشنه و زانوی مصنوعی ، ازمیزان پس زدگی می کاهد و تولید استئوبلاست ها را تحریکمی کند . استئو بلاست ها ، سلول های مسئول رشد ماتریکس استخوان هستند .

نانوزیست ماده ای است که به غشاء محصور شده است .

اثر زبر سازی سطح استخوان مصنوعی به وسیلة مواد پلی مری ، سرامیک و در سال های اخیر ، به کمک مواد فلزی نشان داده شده است . بیش از 90 درصد سلولهای استخوان در سوسپانسیون محیط کشت ، به سطوح فلزی دارای ساختارهای نانو متصل می شوند ، اما در آزمایش کنترل ، فقط 50 درصد سلول ها چنین رفتاری را نشان می دهند . بر اساس این گونه آزمایش ها می توان زانوها و پاشنه هایی بادوام بیش تر ساخت .

تیتانیم یکی از موادی است که برای ترمیم در ارتوپدی و دندان پزشکی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد . متاسفانه تیتانیم فعالیت زیستی ندارد و از اتصال سلولی و رشد سلول ها پشتیبانی نمی کند . معلوم شده است که پوشش آپاتیت فعالیت زیستی دارد و به استخوان ها متصل می شود . از این رو ، تلاشهای زیادی برای ایجاد پوشش آپاتیت روی تیتانیم صورت گرفته است . این پوشش ها متاسفانه دارای اشکالاتی از قبیل چسبندگی کم و قدرت مکانیکی اندک هستند . علاوه بر این ، لازم است ساختار منفذداری تعبیه شود تا امکان عبور مواد غذایی رافراهم کند . فناوری نانو ، امکان تهیه پوشش هایی با خواص مطلوب را فراهم می آورد ( هر چند که ممکن است بعضی از این پیشرفت ها بالقوه باشند ) .

درمان سرطان

اساس درمان فتوداینامیک سرطان عبارت است از تخریب سلول های سرطانی به وسیلة لیزر تولید شده توسط اکسیژن اتمی که به نوبة سایتوتوکسیک است . برای تولی اکسیژن اتمی ، از مادة رنگی مخصوصی استفاده می شود .

سلول های سرطانی در مقایسه با سلول های سالم ، مقدار بیشتری از این ماده را جذب
می کنند . بنابراین در این روش ،  فقط سلول های سرطانی کشته می شوند. متأسفانه ، باقیماندة رنگ به پوست و چشم منتقل می شود و بیمار را نسبت به تابش روزانة نور خورشید حساس می سازد . این اثر حداکثر تا 6 هفته ممکن است دوام داشته باشد .

برای پرهیز از این اثر جانبی ، نسخة هیدروفوبی ازاین مولکول رنگ ، درون نانوذره ای منفذدار محصول می شود . بنابراین ، رنگ درون این نانوذره به دام می افتد و دیگر امکان انتشار به سایر قسمت های بدن را نخواهد داشت . در عین حال ، قابلیت تولید اکسیژن در آن همچنان حفظ می شود و اندازة منافذ آن ـ که حدود nm 1 هستند ـ به اکسیژن اجازة انتشار به خارج را خواهد داد .


دست ورزی سلول ها و مولکول های زیستی

نانو ذرات مغناطیسی ، کاربرد وسیعی در جداسازی سلول ها و کاوشگری آنها دارند . بیشتر ذرات مغناطیسی که تا کنون مطالعه شده اند ، کروی بوده اند و به همین سبب ، محدودیت هایی در (( چند کاره )) کردن آنها وجود دارد . از سوی دیگر ، نانو ذره های استوانه ای شکل را می توان با به کارگیری رسوب الکترونی در الگوی از ذرات منفذدار آلومینیومی تهیه کرد .

بر حسب خواص الگو ، شعاع استوانة نانو را می توان در بازة 5 تا nm 500 تعیین کرد ، در حالی که طول استوانه می تواند به بزرگی 60 باشد . با رسوب گذاری پی در پی فلزات مختلف با ضخامت متفاوت ،ساختار و خواص مغناطیسی یک استوانه را می توان به طور گسترده ای تنظیم کرد .

بعد از آن که خواص فیزیکی و شیمیایی سطح فلزات به خوبی تحت کنترل در آمدند ، لیگاندهای مختلف را می توان به طور انتخابی به قسمت های متفاوتی متصل کرد . مثلاً پورفرین هایی که لینکرهای تیول یا کربوکسیل دارند ، به طور خود به خود به قسمت های طلا یا تولیدی زبری هایی به ابعاد نانو بر سطح پاشنه و زانوی مصنوعی ، از میزان پی زدگی می کاهد و تولید استئو بلاست ها را تحریک می کند .

 نیکل ( به ترتیب ) متصل می شوند . بنابراین ، این امکان وجود دارد که سیم های نانوی مغناطیسی تولید کرد که قسمت های فلورسنت مجزایی داشته باشد . برای حرکت دادن این سیم های نانو ،به میدان مغناطیسی ضعیف تری نیاز است . مشخص شده است مکه خاصیت (( خود تجمع گرایی )) سیم های نانو در یک سوسپانسیون را می توان با یک میدان مغناطیسی خارجی ضعیف کنترل کرد . بنابراین ، به طور بالقوه امکان کنترل تجمع سلولهایی با شکل ها و حالت های گوناگون وجود دارد .

کاربردهای تجارتی

فهرست بعضی از شرکتهایی که در زمینه به کارگیری تجارتی ، نانو تکنولوژی در زیست شناسی و پزشکی فعالند . در جدول 1 آمده است . بسیاری از این شرکت ها در صنعت دارو سازی و عمدتاً در زمینة انتقال داروها به سلولهای هدف ، فعال هستند . چند شرکت نیز در به کارگیری اثرات ابعاد کوانتومی در نیمه رساناهای غیر کریستالی به منظور استفاده در نشاندار کردن مولکولهای زیستی فعالیت می کنند . تعدادی از شرکتها نیز مواد غیر سرامیکی را برای مهندسی بافت و اورتوپدی به کار برده ند .

تلاشهایی برای گسترده تر کردن کاربردها ، همچنان در حال انجامند . گروههای تحقیقاتی مختلف ، طرحها و ایده های نوینی را می آزمایند . یکی از آنها ، کنترل از راه دور است . مثلاً نانو ذره های مغناطیسی را به درون تومور می فرستند و سپس به آنها فرمان می دهند تا دارویی را که حمل می کنند ، آزاد کنند . یا اینکه بافتهای اطراف خود را حرارت دهند.

در حال حاضر ، محور پژوهش روی نانو ذرات ، به چند کاره کردن آنها و قابل کنترل کردن آنها به وسیلة سیگنالهای خارجی یا موضعی اختصاص دارد .

وضعيت بيوتكنولوژي در ايران :

 رشد سریع جمعیت و محدودیت منابع ، بشر را با خطر گرسنگی و کمبود امکانات بهداشتی مواجه کرده است . براساس گزارشهای سازمان ملل متحد هم اکنون 800 میلیون نفر از جمعیت جهان ( 14 درصد ) دچار فقر غذایی هستند. این شمار تا سال 2020 به یک میلیارد نفر خواهد رسید . از سوی دیگر ، تحولات گسترده علمی و فناورانه جهان در

قرن بیستم ، به خصوص در حوزة زیست فناوری ( بیوتکنولوژی ) ، امروزه امیدهای فراوانی در دل دولت مردان کشورهای جهان ایجاد کرده است .

بیوتکنولوژی و فناوری ژن با ارائة مسیرهای راهبردی ، این امید را به وجود آورده اند که می توان ، جهان را از کابوس فقر و گرسنگی رها ساخت و اهمیت غذایی وبهداشتی را برای جهانیان به ارمغان آورد . دستاورد ها و تحولات بزرگی که طی نیمة دوم قرن بیستم ( از اواسط دهة 1970 میلادی ) در حوزة علوم زیستی به وقوع پیوست ، نوید بخش توانمندیهای جدیدی در این عرصه بود . فناوری زیستی و از جمله مهندسی ژنتیک یا فون DNA نو ترکیب ، می تواند در جهت بهره وری بیشتر از منابع زیستی ، حفظ محیط زیست و در نتیجه توسعة پایدار ، موثر واقع شود .


تعریف بیوتکنولوژی

تعریف های گوناگونی برای بیوتکنولوژی ارائه شده اند ؛ از جمله :

·کاربرد اصول علمی و مهندسی در عمل آوری مواد به وسیلة موجود زنده در راستای تهیة کالاها و خدمات .

·تلفیق ژنتیک مولکولی ، بیوشیمی و میکروبیولوژیکی ، برای استفاده از میکروارگانیسم ها ، سلول ها ، بافت و یا قسمتی از سلول یا موجود زنده به منظور تولید کالاها و ارائة خدمات .

· استفاده از موجودات زنده ، سلولها ، بافتها و قسمتهایی از سلول ( اندامک ها ) و همچنین مولکولها که در تغییرات بیولوژیکی ، شیمیایی و فیزیکی تاثیر می گذارد .

·استفاده از فرآیندهای سلولی و مولکولی برای حل مشکلات یا ایجاد فرآورده ها در خدمت رفاه بشری .

تعریف جامع بیوتکنولوژی توسط سازمان سلامت جهانی ( WHO ) چنین عنوان شده است : ((بیوتکنولوژی ( با مفهوم قدیم و جدید ) در برگیرنده هرگونه فن و روشی است که از موجودات زنده و یا بخشهایی از آنها استفاده کند تا فرآورده هایی را تولید و اصلاح کنند و یا تغییر دهد و به بهینه سازی گیاهان و جانوران بپردازد و یا  میکروارگانیسم هایی برای کاربردهای ویژه تولید کنند . ))

بیوتکنولوژی در مفهوم جدید به کاربرد صنعتی DNA نو ترکیب ، همجوشی سلولی و فنون فرآورش نوین زیستی گفته

می شود. به عبارت دیگر ، استفاده صنعتی از DNA و دیگر فرآورده های زیستی و یا بهره گیری از پروتئین و یا DNA نو ترکیب و ادغام سلول ها برای تولید ، در این فناوری مطرح است .

پیشینة بیوتکنولوژی در جهان

شاید بتوان پیشینة بیوتکنولوژی را به 1750 سال قبل از میلاد مسیح نسبت داد که سومری ها از طریق جوشاندن و تخمیر توانستند ، آب جو تولید کند . تهیه ماست ، پنیر و خمیر نان نیز از مثال های دیگر زمینه بیوتکنولوژی هستند که از صدها سال پیش بشر از آنها استفاده کرده است و امروزه از آنها به عنوان بیوتکنولوژی سنتی یافت می شود.واژه ((بیوتکنولوژی )) برای اولین بار در سال 1919 توسط یک مهندسی کشاورزی مجارستانی به کار رفت و واژة ((بیولوژی مولکولی)) در سال 1938 عنوان شد . همچنین ، یک میکروبیولوژیست دانمارکی برای اولین بار در سال 1941 واژة (( مهندسی ژنتیک )) را به کار برد .

دستاوردها و پیشرفت های شگرف در زمینة زیست شناسی و ژنتیک سلولی و مولکولی و تغییرات اساسی در نوع فعالیت ها ، به خصوص طی نیمة دوم قرن بیستم ، باعث شد که زمینة ارائة دو واژة ((بیوتکنولوژی سنتی )) و ((بیوتکنولوژی نوین )) فراهم شود .تلاش برای توسعة این مفهوم جدید ، از اوایل دهة 1970 میلادی عمدتاً در آمریکا و در زمینة پزشکی آغاز شد . نتایج این تلاشها ظرف مدت اندکی پس از پیدایش فنون مهندسی ژنتیک ، در اواخر دهة 70 میلادی ، در سالهای 1978 و 1979 ، به ترتیب با تولید انسولین و هورمون رشد نوترکیب دامی ، در سال 1982 تولید شد . انسولین انسانی و واکسن هپاتیت B و اینترفرون به ترتیب در سالهای 1982 و 1986 توسط سازمان غذا و دارویی آمریکا ( FDA ) مجوز فروش دریافت کرد .

فنون کشت سلول و بافت نیز در اواخر دهه 70 توسعه یافتند وتکثیر گیاهان با روش مذکور ، از اوایل دهه 80 میلادی رایج شد . دست ورزی ژنتیکی گیاهان نیز در اوایل دهه 80 میلادی ارائه گردید ونتایج کاربردی آن ازسال 1995 با ایجاد گیاهان تراریخته مقاوم به آفات، بیماری ها و علف کش به ثمر نشست .

پیدایش تکنیک PCR و نشانگرهای ملکولیDNA از اوایل دهه مذکور وتکامل تدریجی آنها به کمک ابداع ابزارها و

 وسایل نوین پیشرفته باعث شد که مفاهیم ژنومیک ، بیوانفورماتیک و پروتئومیک در اواسط دهه 90 به عرصه زیست

 شناسی و مولکولی وارد شوند و باب های جدیدی از کاربردهای بیوتکنولوژی نوین گشوده شوند .


تاریخچه بیوتکنولوژی در ایران

پیشینه آغاز فعالیت های بیوتکنولوژی سنتی در ایران به بیش از 80 سال قبل بر می گردد که انستیتو پاستور در سال 1299 هجری شمسی و سپس موسسه تحقیقات واکسن و سرم سازی رازی در سال 1304 تاسیس شد. این موسسات با هدف تحقیق وتولید واکسن و سرمهای مورد نیاز کشور در زمینه های مصرف پزشکی و دامپزشکی به وجود آمده اندو با کسب تدریجی تجربیات ارزنده طی سالیان متمادی توانسته اند.

در اوایل دهه 70 میلادی در دانشگاه استنفورد و سپس در سایر مراکز بیوتکنولوژی دنیا، برای اولین بار فنون مهندسی ژنتیک و DNA  نو ترکیب ارائه شدند وبا فاصله ای تقریباً ده ساله ، به تدریج سازمان ها و مراکز متفاوتی در ایران در این زمینه فعال شدند که در زیر به پاره ای از آن اشاره شده است:

 ((پژوهشکده بیوتکنولوژی  )) سازمان پژوهش های علمی وصنعتی ایران در سال 1361 بدین منظور تاسیس شد که عمدتاً در زمینة بیوتکنولوژی صنعتی ( فرآیندهای تخمیر ی و میکروبی ) فعالیت کند . این پژوهشکده به تدریج به سمت بیوتکنولوژی نوین سوق پیدا کرد . (( مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و تکنولوژی زیستی )) در سال 1366 ، با هدف انجام پژوهش های بنیادی و کاربردی ، همکاری در تربیت متخصصان و دستیابی به دانش فنی لازم برای ارائة خدمات علمی و کاربردی تاسیس شد . این مرکز در سال 1383 به نام (( پژوهشگاه تحقیقات مهندسی ژنتیک و فناوری زیستی )) تغییر نام داد .

بخش بیوتکنولوژی موسسة تحقیقات اصلاح و تهیة نهال و بذر در اواخر دهه ی 60 هجری شمسی ، با انجام فعالیت های محدود در زمینة کشت بافت گیاهان آغاز به کارکرد و به تدریج فعالیت های خود را در این زمینه گسترش داد . این بخش در سال 1379 به یک موسسة مستقل تحقیقاتی با نام ((موسسة تحقیقات بیوتکنولوژی کشاورزی  )) تبدیل شد که موسسان آن ، انسجام بخشیدن به پروژه های بیوتکنولوژی گیاهی و گسترش این گونه تحقیقات در زیر مجموعة وزارت کشاورزی را به عنوان هدف خود مطرح کردند .

اولین رشتة رسمی دانشگاهی کشور در زمینة آموزش بیوتکنولوژی ، در سال 1369 به طور هم زمان در سه دانشگاه کشور راه اندازی شد . بخش های زیست شناسی مولکولی و زیست فناوری انستیتو پاستور در سال های 1370 و 1372 تاسیس شدند که در زمینة زیست فناوری نوین ، از قبیل DNA نو ترکیب و پزشکی مولکولی فعالیت می کنند . لازم به ذکر است که اولین گیاه ترا ریختة ایران ، با همکاری پژوهشگران روسی در بخش زیست شناسی مولکولی این موسسه تولید شد .

آزمایشگاه های کشت بافت و نشانگر های مولکولی در موسسة تحقیقات برنج کشور ، به ترتیب در سال های 1374 و 1375 فعالیت های خود را در زمینة بیوتکنولوژی برنج آغاز کردند . کمیسیون بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران در اواخر سال 1375 ، با هدف ساماندهی و اتخاذ سیاست های لازم در زمینة تحقیقات بیوتکنولوژی کشور در شورای پژوهش های علمی کشور تشکیل شد . انجمن بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران متشکل از متخصصان این رشته ، به عنوان یک انجمن علمی غیر دولتی در سال 1367 آغاز به کار کرد . در راستای انسجام بخشیدن به فعالیت های بیوتکنولوژی کشور ، شورای عالی زیست فناوری ، بنا به دستور رئیس جمهور وقت ، در اردیبهشت سال 1383 زیر نظر وزارت علوم ، تحقیقات و فناوری تشکیل شد .

به هر حال ، اگر چه نزدیک به دو دهه از آغاز فعالیت های بیوتکنولوژی نوین در کشور می گذرد ، ولی می توان گفت که از حدود هشت سال پیش شاهد گسترش بیش تر این فعالیت ها بوده ایم . در واقع از اواسط دهة 70 شمسی ، شاهد گرایش بیش تر به فعالیتهای بیوتکنولوژی در موسسه های پژوهشی کشور ، از قبیل رازی ، انستیتو پاستور ، پژوهشگاه تحقیقات مهندسی ژنتیک و فناوری زیستی ، موسسة تحقیقات اصلاح و تهیة نهال و بذر ، موسسة تحقیقات جنگل ها و مراتع و دانشکده های فنی ، علوم ، کشاورزی و پزشکی هستیم و در سال های اخیر ، تمایل فراوانی برای تاسیس واحدهای آموزشی و پرورشی بیوتکنولوژی در سازمان ها و دانشگاه های کشور پدید آمده است .

وضعیت آموزش بیوتکنولوژی در کشور

آموزش نیروی انسانی متخصص بیوتکنولوژی ، از نیمة دوم دهة شمسی ، با اعزام چند نفر به خارج از کشور ، برای تحصیل در مقاطع دکترا آغاز شد . اولین قدم آموزش بیوتکنولوژی در داخل کشور با تاسیس هم زمان سه دورة کارشناسی ارشد مهندسی شیمی با گرایش بیوتکنولوژی در سال 1369 در دانشگاه های تربیت مدرس ، صنعتی شریف و امیرکبیر شروع شد . در همین سال اولین دورة دکترای فرآورده های بیولوژیک به صورت مشترک توسط انستیتو پاستور ، مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک ، سازمان پژوهش های علمی ، صنعتی ، موسسة تحقیقات واکسن و سرم سازی رازی و دانشگاه علوم پزشکی تهران برگزار شد . این دوره از سال 1378 به طور مستقل توسط انستیتو پاستور اجرا می شود . در زمینة کشاورزی نیز از سال 1367 به تدریج پایان نامه های دانشجویی کارشناسی ارشد در رشته های اصلاح نباتات و باغبانی ، به سمت بیوتکنولوژی ( کشت بافت و نشانگرهای مولکولی ) سوق پیدا کردند . دکترای رشتة اصلاح نباتات با گرایش مهندسی ژنتیک و ژنتیک مولکولی در دانشکدة کشاورزی دانشگاه تهران به عنوان اولین دورة رسمی مرتبط با بیوتکنولوژی گیاهی در سال 1373 تاسیس شد . اولین دورة کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی پزشکی در سال 1378 در دانشکدة تربیت مدرس آغاز گردید . اجرای دورة دکترای مستقیم در دانشگاه تهران ، در سال 1378 تصویب رسید .

به طور کلی ، تاکنون 14 دورة کارشناسی ارشد و 9 دورة دکتری در زمینه بیوتکنولوژی در کشور راه اندازی شده است. همچنین ، دوره های آموزشی کوتاه مدت بسیاری توسط مراکز پژوهشی و آموزشی مرتبط با بیوتکنولوژی برگزار شده اند که برخی از آنها نیز به صورت مشترک با مراکز و موسسات خارجی و بین المللی انجام شده اند و این روند در سال های اخیر به طور چشمگیری افزایش یافته است .

به هر حال ، کشور از نظر کمیت و کیفیت آموزش و تامین نیروی انسانی مورد نیاز ، دچار ضعف های عمده ای است .

بنابراین ، لزوم توجه جدی به ارتقای کمی و کیفی آموزش بیوتکنولوژی در کشور احساس می شود .

نیروی انسانی و پروژه های تحقیقاتی بیوتکنولوژی

توجه به پژوهش به عنوان زیر بنای توسعة هر فناوری و تربیت نیروی انسانی کار آمد به عنوان زیر بنای پژوهش ، راهگشای مشکل توسعه نیافتگی است . در حالی که بیوتکنولوژی بر خلاف سایر صنایع ، بیش تر به نیروی تفکر دانشمندان متکی است ، در ایران هنوز از نظر تامین نیروی انسانی مورد نیاز فناوری زیستی به نقطة امید بخشی نرسیده ایم .

بر اساس گزارش کمیسیون بیوتکنولوژی در سال 1378 ، حدود 339 عضو هیأت علمی در زمینة بیوتکنولوژی وجود داشته اند ، اما تا کنون آمار دقیقی از تعداد نیروی انسانی وجود ندارد . برخی از گزارشات غیر رسمی حاکی از آن است که در حال حاضر ، حدود 500 نفر عضو هیأت علمی و حدود چهار هزار شاغل در زمینة بیوتکنولوژی وجود دارند .

تا کنون پژوهش های علمی بسیاری در زمینة بیوتکنولوژی انجام شده اند و این امر در طول چند سال اخیر ، روند افزایشی قابل توجهی داشته است . بر اساس گزارش کمیسیون بیوتکنولوژی ، تعداد کل پروژه ها و طرح های پژوهشی اجرا شده و در دست اجرا تا سال 1378 ، 294 مورد بوده است . این آمار امروزه به 400 پروژه و طرح پژوهشی رسیده است.

فراورده های بیوتکنولوژی در ایران

در حالی که تا اواخر دهة 70 میلادی ، هیچ گونه فراوردة حاصل از بیوتکنولوژی نوین به تولید نرسید ، هم اکنون بیش از 325 میلیون نفر در سراسر جهان ، زیر پوشش بیش از 130 نوع واکسن و فراوردة دارویی بیوتکنولوژی هستند که حدود 70 درصد آنها در طول 6 سال اخیر مجوز فروش دریافت کرده اند . بیش از 250 فراورده نیز برای مبارزه با حدود 200 بیماری ، در مراحل پایانی آزمون های کلینیکی و  بالینی قرار دارند . همچنین ، صدها فراوردة تشخیص پزشکی تولید شده اند .

امروزه صنایع مبتنی بر بیوتکنولوژی توانسته اند ، سهم عمده ای در اقتصاد برخی کشورهای جهان داشته باشند . اما در ایران با گذشت بیش از یک دهه از آغاز تلاش متخصصان بیوتکنولوژی نوین در مراکز و موسسات دولتی ،که با مشکلات و فراز و نشیب های فراوان هم رو به رو بوده ، هنوز تجاری سازی و توسعة صنعتی آن مورد توجه جدی قرار نگرفته است .

اما به هر حال ، تلاش ها ی محققان در بخش دولتی ، به تولید چند فراورده دارویی نو ترکیب در سطح صنعتی و آزمایشگاهی ، کیت تشخیص ایدز و ثبت چند ژن منجر شده است . همچنین ، واکسن هپاتیت (( ب )) و هورمون رشد انسانی قرار است در آیندة نزدیک ، به مرحلة تولید انبوه تجاری برسند . البته پروژة انتقال دانش فنی تولید واکسن هپاتیت (( ب )) که با همکاری کوبا انجام خواهد شد ،آمادة بهره برداری است . در بخش صنعت و تولید انبوه فراورده های بیوتکنولوژی سنتی نیز می توان به تولید واکسن های دامی و انسانی ، برخی مواد اولیة دارویی و آنتی بیوتیک ها ، هورمون گاوی LHRH ، کیت های تشخیصی و از جمله سل ، آنتیبادی های منوکلونال و پلی کلونال ، مخمر نان ،  الکل صنعتی و پروتئین تک یاخته اشاره کرد .

در زمینه تولید تجهیزات و مواد مصرفی مورد نیاز بیوتکنولوژی نیز بخش خصوصی توانسته است ، توفیقات مناسبی کسب کند . هم اکنون بیش از 25 شرکت خصوصی در زمینة تولید فراورده های بیوتکنولوژی و تجهیزات مورد نیاز این فناوری فعال هستند .

 انتشارات و اطلاع رسانی بیوتکنولوژی در کشور

1.  بولتن ماهانة بیوتکنولوژی ، مرکز مطالعات بیوتکنولوژی دفتر همکاری های فناوری ریاست جمهوری ( از سال 1374 ) ؛

2.    نشریه کمیسیون بیوتکنولوژی ( فصل نامه )، شورای پژوهش های علمی کشور ( از سال 1376 ) ؛

3. مجله ژنتیک ( فصل نامة علمی و ترویجی به دو زبان فارسی و انگلیسی ) ، انجمن ژنتیک ایران ؛

4. Iran Journal of Biotechnology ( فصل نلمة علمی ـ پژوهشی به زبان انگلیسی )، مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و تکنولوژی زیستی ؛

5.   مجلة پیام ژنتیک ، انجمن ژنتیک ایران ؛

موانع و راهکارهای توسعة بیوتکنولوژی در کشور

اگر چه نمی توان دربارة موانع و راهکارهای توسعة بیوتکنولوژی کشور در این مقاله به طور کامل بحث کرد ، اما به نظر می رسد ،بیان خلاصه ای از آنها نیز در این قسمت مفید واقع شود :

1.     موانع کمبود نیروی انسانی به خصوص در برخی از زمینه های تخصصی

2.    ضعف ارتباط بین پژوهشگرن و انجام کارهای گروهی

3. ضعف ارتباط بین مراکز دانشگاهی و پژوهشی با متولیان امور تولید و صنعت کشور

4. تمایل نداشتن بخش خصوصی به مشارکت در سرمایه گذاری ، به علت نیاز به سرمایه گذاری تحقیقاتی نسبتاً زیاد و ریسک بالای تحقیقات در آن

5.  فقدان نظام اطلاع رسانی جامع و دقیق .

راهکارها

1.  طراحی نظام جامع توسعة بیوتکنولوژی کشور با ایجاد ساختارهای تشکیلاتی مناسب برای مطالعه و پیش بینی ، سیاستگذاری ، برنامه ریزی و نظارت در زمینة فعالیت های آموزشی ، پژوهشی و صنعتی بیوتکنولوژی . شورای عالی زیست فناوری که در سال 1384 تأسیس شده است ، وظیفة سیاستگذاری ، برنامه ریزی و نظارت برتمام فعالیت های زیست فناوری کشور را به عهده دارد .

2.  تدوین راهبرد ملی و طراحی هدفمند سیاست ها وبرنامه های کلان بیوتکنولوژی و نظارت بر حسن اجرای آن . این کار با تدوین سند ملی زیست فناوری در سال 1383 انجام شده است .

3. شناخت بیوتکنولوژی به عنوان یک اولویت مهم ملی در عمل و سرمایه گذاری کافی دولت در تحقق و توسعة پروژه های پژوهشی و تولیدی و هدایت آن ها در جهت انجام پروژه هایی که نیازهای اجتماعی ، فرهنگی ، اقتصادی و زیست محیطی کشور سازگار باشد .

4. مشخص کردن درصدی از تولید ناخالص ملی به عنوان سهم اعتبارات توسعة بیوتکنولوژی و یا لحاظ کردن اعتبارات ویژة قابل توجه در چند سال اولیه ( مثلاً از محل صندوق ذخیرة ارزی ) برای جبران ضعف های موجود و

ایجاد زیر ساخت های لازم برای توسعة این فناوری .

5. ارتقای کمی و کیفی آموزش و تربیت نیروی انسانی  بیوتکنولوژی ، متناسب با نیازها و قابلیت های کشور و فراهم کردن تسهیلات لازم برای بهره گیری از توانمندی های نیروهای متخصص خارجی ( اعم از ایرانی و غیر ایرانی ) در امور آموزش و پرورش .

6. تقویت و ایجاد مراکز و موسسات آموزشی و پژوهشی منطقه ای و به عبارت دیگر ، ایجاد قطب های علمی منطقه ای ( شامل مراکز آموزشی ، پژوهشی و تولیدی در مناطق ). تجربیات سایر کشورها در این زمینه موفقیت آمیز بوده است .در سال های اخیر ، تمایل فراوانی برای تاسیس واحدهای آموزشی و پژوهشی در سازمان ها ، مراکز و دانشگاههای کشور پدید آمده است . با توجه به گران بودن سرمایه گذاری اولیه مورد نیاز و همچنین ماهیت خاص فناوری زیستی ، این امر باید با برنامه ریزی و اعمال سیاست های خاص ، به صورت هدفمند در آید و از پراکنده شده و هدر رفتن امکانات کشور جلوگیری شود .

7. تقویت ارتباط بین دانشگاهها و موسسات پژوهشی با صنعت و ایجاد قطب های صنعتی در مناطقی که به عنوان قطب علمی در این رشته معرفی می شوند . این کار با ایجاد و گسترش پارک های فناوری در کشور ممکن خواهد شد .

8. هدایت سرمایه های خصوصی به سوی ایجاد شرکت های کوچک .

9.  فرهنگ سازی بین تصمیم سازان کشور و ایجاد فرهنگ مناسب اجتماعی بین مردم . این کار با فراهم کردن زمینة آشنایی با دستاورد ها و توانمندی های  بیوتکنولوژی  . افزایش آگاهی عمومی ، موجبات رشد  بیوتکنولوژی  را فراهم می کند .

10. تدوین قوانین حمایتی مناسب شامل اعطای تسهیلات مالی و مشوق های مالیاتی برای ایجاد شرکت های کوچک خصوصی .

11.  تمهیدات لازم به منظور بازاریابی ملی و بین المللی برای فراورده های تولیدی  بیوتکنولوژی .

بيوتكنولوژي و حفاضت از گياهان :

مقدمه :

بیوتکنولوژی گیاهی ، دورة جدیدی را برای محققان علوم گیاهی به وجود آورده است تا در زمینه های : حفظ و نگهداری گیاهان سالم ، بهینه سازی میزان محصول ، و کم کردن میزان استفاده از آفت کش ها ، فعالیت کنند . یکی از هدف های اصلی بیوتکنولوژی در زمینة کشاورزی ، تأمین غذای جمعیت روز افزون دنیاست . اخیراً اقتصاددانان در تحقیقات خود نشان دادند ، جمعیت دنیا در 40 سال اخیر با نرخی معادل 90 درصد افزایش یافته ، در حالی که محصولات غذایی ، به ازای هر نفر تنها 25 درصد افزوده شده است . با احتساب 5/1 میلیارد دهان اضافی که باید تا سال 2020 تغذیه شوند ، کشاورزان دنیا مجبورند ،39 درصد غلة بیش تری تهیه کنند .

نتایج بررسی ها به طور شایسته ای نمایانگر دو موضوع است ؛ یکی چالش های فراوری تولید محصولات غذایی که اجتماعات جهانی کشاورزان و مصرف کنندگان در هزارة جدید با آنها رو به رو هستند ، و دیگری جنبه های متفاوت بحث دربارة خطرها و فایده های گسترش محصولات مهندسی ژنتیک ، برای بر طرف ساختن نیاز روز افزون به مواد غذایی ؛ در حالی که این محصولات حافظ محیط زیست نیز باشند .

مهندسی ژنتیک این پتانسیل را دارد که خصوصیات سودمندی را برای گیاه فراهم کند ؛ مخصوصاً در زمینة مقاوم کردن گیاهان در برابر عوامل بیماری زا و شیوه های جدید برای کنترل این عوامل .

افزایش مقاومت گیاه از طریق ژن های فرمانروی گیاهان

گیاهان برای مقابله با پاتوژن ها ، راه های دفاعی مختص خود را دارند که شامل مجموعة گسترده ای از پروتئین ها و دیگر مولکول های آلی است که یا قبل از آلودگی و یا طی حملة پاتوژن تولید می شوند . هر نوع پاتوژنی قادر به آلوده کردن هر نوع گیاهی نیست . همچنین ، یک گیاه در مقابل آلودگی توسط همة عوامل بیماریزای گیاهی مانند قارچ ها ، ویروس ها ، باکتری ها و نماتودها آسیب پذیر نیست .

فناوری (( DNA نوترکیب )) از دو طریق باعث افزایش عکس العمل ذاتی گیاه در مقابل پاتوژن ها می شود : یا از طریق ژن های مقاومت که در گیاه به طور طبیعی حضور ندارند ، و یا از طریق انتخاب ژن هایی که باعث بیان ساز و کارهای دفاعی موجود می شوند ، یا این ساز و کارها را تشدید می کنند .

پاسخ های ذاتی و درون زاد گیاهان ک می توانند مهندسی شوند تا مقاومت گسترده و با دوام تری به دست آورند ، شامل (( پاسخ فوق العاده حساس )) ( HR ) و (( مقاومت به دست آمدة سیستمیک )) ( SAR )( عمومی و فراگیر ) است . اگر چه این پدیده ها پیچیده هستند . دانش ما دربارة آنها ناقص است ، اما این موضوع عرصة پر امیدی در حفاظت از گیاهان است . ایده آل آن است که یک گیاه طوری مهندسی شود که پاسخی ناسازگار با پاتوژن حمله کننده نشان دهد تا از طریق HR ، به مرگ موضعی سلول منجر شود ( مرگ موضعی سلول باعث خنثی شدن حملة پاتوژن می شود ) . این کار با عوض کردن یک ژن با ژن مقاومت مناسب تحقق می یابد . علاوه بر این ، همان گیاه ممکن است طوری مهندسی شود که SAR ، حتی در صورت فقدان پاتوژن هم بیان شود .

برای مثال ، بیان شده زیاد نسخة تنظیم کننده در Npr1 در آرابید و پسیس تالیانای تراژن ، مقاومت گیاه را در مقابل مجموعة گوناگونی از پاتوژن ها افزایش می دهد . گیاهان به طور بالقوه قادرند مهندسی شوند تا سازگاری پیشین خود را با پاتوژن ( بیماری ) ، با یک ناسازگاری یا HR ( عدم بیماری ، مرگ موضعی سلول ) عوض کنند . این شیوه ، گیاهان را برای اولین مرحلة کنترل پاتوژن آماده می کند . در مرحلة دوم ، کنترل آلودگی ، از طریق مقاومت به دست آمدة سیستمیک  ( SAR ) که قبل از حضور فیزیکی پاتوژن عمل می کند ، صورت می پذیرد . اگر چه ما هنوز نیاز داری ، این شیوة پیچیده و پیشرفته را برای تقویت شبکه های مقاومتی گیاهان به کار ببریم ، اما هر یک از اجزای جداگانة این سیستم ، با درجات متفاوتی از موفقیت مورد آزمایش قرار گرفته هان .

به طور خلاصه ، ژنی که مقاومتی را نسبت به یک پاتوژن خاص نشان می دهد ، درگیاه A شناسایی و کلون می شود و سپس وارد گیاه B می شود . گونة گیاهی B ، یعنی ژنوتیپ گیرنده ، به وسیلة مزیتی که از ژن های جدید وارد شده در خود به دست می آورد ف به همان پاتوژنی که گیاه A به صورت درون زاد و ذاتی نسبت به آن مقاوم بود ، مقاوم شود . متأسفانه در بعضی موارد ، ژنی که از منشأ ژنتیکی خود جدا شده است ، قادر نیست مقاومت را به گیاه جدید اعطا کند . به عبارت دیگر ، مسیری که باعث می شود ژن های مقاومت ، به طور کامل در گونة گیاهی A کار کنند ،ممکن است در گونة گیاهی B ، کامل یا کارکردی نباشد . البته معمولاً راهی برای مهندسی پاسخ هایی که توسط آنها ، ژن ها در قسمت های بعدی ایجاد می شوند ، وجود دارد .

گیاه پزشکان از این موانع ( به عبارت دیگر ، فقدان یک مسیر تنظیمی کامل که به ژن خارجی اجازه دهد ، در گیاه تراژن فعالیت کند ) استفاده می کنند و برتلاش خود می افزایند تا بینش وسیعتری نسبت به چگونگی تعامل گیاه ـ پاتوژن که در سطح ملکولی رخ می دهد ، به دست آورند . دانش دقیق تری از تعامل گیاه ـ پاتوژن مورد نیاز است تا بتوان ، راهبردهای مهندسی محکم تر ، دقیق تر و موفق تری اتخاذ کرد . 

مهندسی ژنتیک

مهندسی ژنتیک ابزاری نوظهور و قدرتمند برای مبارزه با بیماری های ویروسی گیاهان است . بیماری های ویروسی گیاهی مانع سخت و دشواری در راه تولیدات گسترده ای از محصولات اقتصادی مهم ، در سطح جهان ایجاد می کنند . مدیریت بیماری های گیاهی با منشأ ویروسی مشکل است و راه های کنترل آن ، عمدتاً شامل استفاده از حشره کش ها برای از بین بردن ناقلان حشره ، استفاده از ابزار و مواد بدون ویروس در تکثیر گیاهان ، و انتخاب گیاهانی با ژن های مقاوم مناسب است . پایه های بدون ویروس ، به وسیلة حذف ویروس ها از طریق گرما درمانی یا کشت بافت مریستم ، به دست می آیند . اما این شیوه ها برای بیماری های ویروسی که از طریق ناقل ها منتقل می شوند ، موثر نیستند . اگر چه ناقل ها با حشره کش قابل کنترلند ، اما معمولاً ویروس ها قبل از این که حشرات ناقل کشته شوند ،منتقل شده اند . استفاده از اقلام مقاوم ، موثرترین وسیله برای کنترل به شمار می رود ؛ اگر چه ژن های مقاوم به ویروس های گیاهی ، اغلب د دسترس نیستند و نحوة تداخل ژنهای آنها ( ورود ژن های یک گونه به مجموعه ژن های گونة دیگر ) در بعضی از گیاهان ساده و قابل فهم نیست .

مهندسی ژنتیک امیدهای تازه ای زا برای کنترل بیماری های ویروسی گیاهی به ارمغان می آورد . (( مقاومت به دست آمده از طریق پاتوژن ها )) ، تحقیقاتی را در زمینة گرفتن مقاومت ویروس ، از طریق مهندسی ژنتیک ، برانگیخت . مقاومت به دست آمده از پاتوژن از دو طریق حاصل می شود : یا با استفاده از پروتئینی که بوسیلة ترانس ژن به رمز در

می آید ، و یا به وسیلة نسخة RNA ای که توسط ترانس ژن تولید شود . در سال 1986 ، پاول آبل و همکارانش نشان دادند ، تنباکوی تراژنی که ژن پوشش پروتئینی ویروس موزاییک تنباکو را دارد ، نسبت به ویروس موزاییک تنباکو مقاوم است .

تحقیقات اخیر نیز نشان می دهد که مقاومت به دست آمده از طریق پاتوژن علیه ویروس ، در اکثر موارد با ساز و کار خاموشی ژن ، بعد از نسخه برداری ، بر مبنای RNA بوده است . این سیستم دفاعی گیاه ، باعث تجزیة mRNA  تولید توسط تراژن و ویروس می شود ( هم mRNA تراژن و هم mRNA ویروس ). بهطور کلی ، مقاومت پدید آمده از پروتئین ، حفاظت ملایمی را علیه طیف وسیعی از ویروس های مربوطه ایجاد می کند ، در حالی که مقاومت پدید آمده از RNA ، حفاظت بالایی را فقط در مقابل گونه های خیلی نزدیک به آن ویروس به وجود می آورد .

ژن های مربوط به پوشش پروتئینی ، در جلوگیری و یا کاهش آلودگی به وجود آمده توسط ویروس های مشابه و یا خیلی نزدیک نیز موثر بوده اند . حفاظت بر اساس پوشش پروتئینی در مواردی چون ویروس موزاییک تنباکو ، ویروس موزاییک گوجه فرنگی ، ویروس موزاییک خیار و ... گزارش شده اند .

علاوه بر ژن های پوشش پروتئینی ، توالی های مربوط به ژن های رپلیکاز ویروسی ، ژن های ناقص پروتئین های مربوط به حرکت ویروس ، DNA ماهواره ای ویروسی ، ریبوزم ها و DNA ضد حساسیت ویروس ها نیز در گیاهان ، برای به دست آوردن مقاومت علیه ویروس ها مهندسی شده اند. مهندسی ژنتیک ثابت می کند که این روش برای کنترل بیماری های ویروسی طیف گسترده ای از محصولات که در سرتاسر دنیا پرورش داده می شوند ، بسیار موثر است . البته در مقایسه با تکثیر و پرورش متداول و مرسوم برای مقاومت علیه ویروس ها ، مهندسی ژنتیک فناوری سریع تر و دقیق تری را برای به دست آوردن گیاهان مقاوم به ویروس ، فراهم می کند .

اگر چه اکثر گیاهان تراژن مقاوم به ویروس ، هنوز در سطح آزمایشگاهها در حال ایجاد و گسترش هستند ، اما مثال موفقیت آمیزی از تجاری کردن گیاهان تراژی ، مربوط به پاپایا ( خربزة درختی ، بومی آمریکای استوایی که میوة خربزه مانند دارد  )را می توان ارائه کرد .

نوعی ویروس ، خسارت های شدیدی را به صنعت پاپایا در تعداد زیادی از کشورهای تولید کنندة این محصول زد . در هاوایی ، پاپایا از نظر اهمیت حائز رتبة دوم است . در نتیجة عملکرد این ویروس ، تولید پاپایا در جزیرة اواهو در سال 1950 متوقف شد . این موضوع باعث تغییر مکان این صنعت به ناحیة پونا در جزایر هاوایی در سال 1960 شد . این ویروس در سال 1992 در پونا کشف شد و تا اواخر سال 1994 در سر تا سر این ناحیه گسترش یافت . سرانجام با تلاش و همکاری گستردة مراکز تحقیقاتی ، تولید واریته های تراژن مقاوم به این ویروس پاپایا ، در سال 1998 در هاوایی به صورت تجاری در آمد .

استفاده از اقلام پاپایای تراژن ، صنعت پاپایا را از خسارت شدید ناشی از این ویروس حفظ کرد . از طریق این فناوری ، واریته های تراژن پاپایا که نسبت به نژادهای مختلفی از این ویروس مقاوم بودند ، تولید و پرورش یافتند تا نیاز دیگر پرورش دهندگان این محصول در جهان را که دیگر گونه های این ویروس در آنجا رایج هستند ، بر آورده سازند . گیاهان پاپایای تراژن در مزرعه های برزیل نیز مورد بررسی قرار گرفتند . استفاده از گیاهان تراژن اثر مثبتی در امرار معاش کشاورزان این نواحی داشته است ( شکل 1 ) .

البته هنوز سئوالات  بی جوابی راجع به استفاده از این فناوری باقی مانده اند ؛ ازجمله سوالاتی راجع به خروج ژن ها از گیاهان تراژن به هم خانواده های وحشی آن ها که سبب پیدایش سوپرویدها می شود .همچنین باز ترکیبی بین ویروسهای مهاجم و ترانس ژن ها که به ظهور ویروس های جدید با طیف جدیدی از میزبان های تازه و قدرت بیماری زایی قوی ترمی انجامد . گرچه به روشنی به اثبات رسیده است که انتقال ژن ها و باز ترکیبی  ویروس ها در طبیعت نیز اتفاق می افتد و فقط محدود به گیاهان تراژن نیست . سوال این جا ست که آیا انتقال ژن ها و باز ترکیبی ویروس ها ، اثری منفی روی محیط زیست و یا محصولات کشاورزی دارد یا نه ؟ بنا براین ضروری است ، استفاده از مهندسی ژنتیک در کشاورزی ، به خوبی زیر نظر گرفته و کنترل شود . راهبردهای اتخاذ شده برای کمینه کردن احتمال خروج ژن ها و باز ترکیبی ، شامل استفاده از تکه ژن های کوتاه غیر عملکردی و نسخه های ترجمه نشدة ژن های ویروسی است .

استفاده از پروتئین های ضد میکروبی برای افزایش مقاومت گیاهان

گیاهان هر دو جنبة ساختاری و بیوشیمیایی راهبردهای دفاعی را علیه پاتوژن ها دارند . در عوض ، پاتوژن های گیاهی نیز راهبردهای متقابلی را دارند تا یک آلودگی موفقیت آمیز را تضمین کنند . بیماری گیاهی در نتیجة تعامل بین گیاه و پاتوژن به وجود می آید و به رشد غیر طبیعی محصول زراعی منجر می شود .گیاهانی که به منظور تامین غذا ، فیبر ، علوفه و یا جنبه های تزئینی آنها پرورش داده می شوند . ممکن است به وسیلة بیماری هایی که توسط پاتوژن ها پدید می آیند ، به شدت خسارت ببینند .

برای مثال ، سیب یکی از میوه هایی است که به صورت وسیعی کشت می شود و کشاورزان مصرف کنندگان واریته های خاصی از آن را ترجیح می دهند ( به علت کیفیت میوه و خصوصیات باغی آن ) . اغلب واریته های سیب مورد قبول کشاورزان و مصرف کنندگان ، در مقابل آلودگی توسط بیماری ها مستعد هستند و کنترل بیماری های آنها وابسته به آفت کش هاست . پرورش معمول و متداول گیاه چند ساله ای مانند سیب ، برای ایجاد یک صفت مقاومت در برابر بیماری ، معمولاً به خاطر خود ناسازگاری و هتروزیگوسی عملی نمی شود .

درختان حاصل از نژادهای مقاوم ( فرزندان و نتایج آنها ) معمولاً فاقد کیفیت های فهرست شدة والدین هستند و توسط مصرف کنندگان قابل قبول نیستند . پیشرفت های اخیر در مهندسی ژنتیک ، یافتن راه های دیگری را برای انتقال ژن های مقاومت به نژادهای مطلوب ، در ازای تغییر ندادن خصوصیات مطلوب آن ها ، نوید می دهند .

استفاده از ژن هایی که در قارچ ها ، حشرات و حیوانات پیدا می شوند ، شیوه ای برای افزایش قدرت دفاعی گیاه در مقابل یک پاتوژن خاص است . پروتئین های ضد میکروبی ، پپتیدها و لیزوزوم ها که به صورت طبیعی در حشرات ، گیاهان ، حیوانات و انسان ها یافت می شوند ، هم اکنون منبع بالقوه ای برای مقاومت گیاهان هستند . تولید گونه های فعال اکسیژن ، مانند آنیون های سوپر اکسید ، رادیکال های هیدروکسی و آب اکسیژنه ، در بسیاری از تعاملات گیاه ـ پاتوژن مشاهده شده اند و می دانیم که نقش مهمی را در دفاع گیاهان بازی می کند . گیاهان مهندسی می شوند تا مرتباً گونه های فعال اکسیژن تولید کنند . در سیب زمینی های تراژن که دارای ژن گلولز اکسید از تولید کنندة آب

اکسیژنه بودند و این ژن را از قارچ آسپرژیلوس نیگرا گرفته بودند ، وجود این ژن باعث انباشت یون های پراکساید شد

که نتیجة آن افزایش مقاومت گیاه در مقابل بعضی عوامل بیماریزا بود .

پپتیدهای لیتیکی ، پروتئین های کوچکی مهندسی ژنتیک امید های تازه ای را برای کنترل بیماری های ویروسی گیاهی به ارمغان می آورد . (( مقاومت به دست آمده از طریق پاتوژن ها )) ، تحقیقاتی را در زمینة گرفتن مقاومت ویروس ، از طریق مهندسی ژنتیک انداخت .            

با ساختار آلفا هلیکالی هستند که در غشاها ایجاد سوراخ هایی می کنند که باعث تخریب می شوند ( برای مثال ، در غشای سلول باکتریایی ) . سکروپتن ها نمونه ای از این پپتیده ها هستند .

پپتیده های لیتیک مشابه مصنوعی Shiva-1 و SB-37 که از ترانس ژن ها تولید شده اند ، در گیاهان سیب زمینی نوعی آلودگی باکتریهایی را کاهش دادند . (( فایر بلایت )) بیماری باکتریایی سیب است که توسط نوعی باکتری ایجاد می شود  . با توجه به دلایلی همچون تاثیر بخشی محدود اسپری آنتی بیوتیک ، توسعه و افزایش جمعیت باکتری ها مقاوم به آنتی بیوتیک در باغستان ها ، و فقدان واریته های مقاوم به فایر بلایت ، این بیماری به سختی قابل کنترل است . سیب های تراژنی بازار پسندند که پپتدهای لیتیک مشابه SB-37  را نشان می دادند و مقاومت افزایش یافته ای را نسبت به عامل مولد فایر بلایت در آزمایشات نشان دادند .

(( آتاکین ها )) دسته ای دیگر از پروتئین های ضد میکروبی هستند . ساز و کار فعالیت ضد باکتریایی این پروتئین ، مهار کردن سنتز پروتئین بخش خارجی غشای باکتری های گرم منفی است . آتاکین بیان شده در سیب زمینی های تراژن باعث افزایش مقاومت آن ها به نوعی عفونت باکتریایی شد .

لیزوزیم آنزیم هایی هستند که لایة پپتید و گلیکان دیوارة سلولی باکتریایی را هیدرولیز می کنند . لیزوزیم های سفیدة تخم مرغ ، لیزوزیم های T4 ، و ژن های لیزوزیم انسانی ، کلون شدند و به گیاهان منتقل شدند تا مقاومت گیاهان را در مقابل عوامل قارچی و باکتریایی افزلایش دهند . این ژن های لیزوزیم در تنباکوهای تراژن نیز استفاده شدند تا در آنها علیه باکتری های بیماریزای گیاهی مقاومت ایجاد کنند . ترانس ژن های لیزوزیم انسانی ، از طریق جلوگیری از رشد باکتریایی و قارچی ، باعث مقاومت در برابر بیماری تنباکو شدند که این مورد نشان می دهد ، استفاده از ژن لیزوزیم انسانی برای کنترل بیماری های گیاهی ممکن است .

از آنجا که اکثر گیاهان کشت شده ، یا به صورت تازه یا به صورت عمل آوری شده ، مورد مصرف انسان و حیوانات قرار می گیرند ، این امر مسلم است که گیاهان تراژنی دارای ژن های غیر گیاهی ، باید از ژن هایی استفاده کنند که پروتئین های آن ها غیر آلرژیک و غیر رسمی باشند . ( هم برای کسانی که آنها را مصرف می کنند و هم برای دیگر موجودات ) .

پلنتی بادها :

پلنتی بادها عبارتند از راهبرد وارد شده از سلسلة جانوری به گیاهی ، برای غلبه بر پاتوژن های گیاهان یکی از قابل توجه ترین جنبه های فناوری DNA نوترکیب وقتی است که بتوان از یک پروتئین مربوط به جانوران ، به طور موفقیت آمیزی در گیاهان برای کمک به آنها در مبارزه علیه پاتوژن هایی که کنترل آنها مشکل است ، استفاده کرد ( مثل ظهور آنتی بادی های مختص ویروس یا نماتد در گیاهان ) . بنابراین ، پلنتی بادی ، راهی پرامید برای کنترل پاتوژن های گیاهی است . این روش غیر معمول کنترل پاتوژن ها ، متکی به کلون کردن قسمت های گوناگون سبک و سنگین زنجیره های ملکول آنتی بادی است که پپتید حمل کننده متصل است . بیان پلنتی بادی ها در گیاهان تراژن ، سبب انباشته شدن آن ها در سیتوپلاسم سلول های گیاهی می شود . این پلنتی بادی ها به شکل خاصی با هدف مورد نظر واکنش نشان می دهند و فعالیت بیولوژیکی هدف مورد نظر را غیر فعال می کنند . از این روش ، برای کنترل بیماری ویروسی پژمردگی لکه ای گوجه فرنگی و نوعی بیماری مربوط به نماتدها استفاده کرده اند . این دو مثال از پلنتی بادی ها در دست مطالعه و گسترش هستند ، اما تا وقتی که سیمای واضح تری از فعل و انفعالات ملکولی درگیر در این پاتو سیستم ها ، آشکار نشود ، کاربردهای عملی آنها در مزرعه دور از دسترس هستند .        

فناوري نانو سدي در مقابل بيماري ها

فناوري نانو طي سالعاي گذشته رشد قابل توجهي مخصوصا در عرصه پزشكي داشته است است. اين مسئله اين اواخر با عرضه داروها و روشهاي جديد مبتني بر فناوري نانو براي درمان انواع بيماري هاي صعب العلاج به نحو چشمگيري مورد توجه قرار گرفته است. براين اساس گذري خواهيم داشت بر مهمترين داروها و روشهاي مبتني بر فناوري نانو و جديدترين پيشرفت هايي كه در درمان بيماري هايي چون سرطان با استفاده از اين فناوري صورت گرفته است.

انتقال هدفمند داروها

رشد چشمگيري فناوري نانوطي 30 سال گذشته باعث عرضه ابداعات قابل توجهي در زمينه داروشناسي شدهاست كه به نوبه خود تحولات گسترده اي در زمينه انتقال تركيبات فعال زيستي به وجود آورده است. مهمترين فناوري نانو در زمينه داروشناسي امكان انتقال دقيق داروها به هدفشان است. به طور كلي حامل هاي نانو ممكن است يك دارو را از طريق تسهيل توزيع آن از غشاي روده افزايش دهند يا باعث تعديل اثر بدن به دارو شده توزيع بافتي را تغيير دهند. اصولا درمان بيماري هايي چون سرطان بيماري هاي عفوني (ايدز،لشمانيوز، مالاريا و عفونت هاي بيمارستاني) نيازمند استفاده از تركيبات بسيار سمي براي بافت هاي سالم است و استفاده از آنها به طور كلي تحت تاثير عوارض جانبي اين مواد در اثر استفاده از فرمولاسيون هاي قديمي محدود شدهاست بر اين اساس از اين فناوري نانو بهعنوان يك روش جايگزين براي برطرف كردن مشكلات مربوط به تجويز پپتيدها پروتئينها و ساير داروي ها جديدي كه كشف مي شوند نيز استفاده مي شود.

سرطان

در صورتي كه مولكول هاي جديدي جهت درمان سرطان كشف شوند كارايي باليني اين دارروها تحت تاثير عواملي چون مقاومت دارويي تومور به خاطر موانع فيزيولوژيك مقاومت دارويي دارويي در سطوح سلولي در سطح سلولي و توزيع متابوليسم و دفع داروي ضد سرطان در بدن كاهش مي يابد.

به همين منظورتوسعه فناوري هاي نانو براي انتقال مواددارويي در سطح سلولي يابافتي لازم تا عوارض جانبي دارو كاهش مي يابد. بعد از جذب ذرات و ورود آنها به خون به سرعت از سوي سازو كارهاي كبدي جذب مي شوند لذا كبد در اين گونه مواقع هچون مخزني براي نانو ذرات و ليپوزوم عمل مي كند از اين روش مي توان براي شيمي درماني تومورهاي متمركز با منشا گوارشي تناسلي و تنفسي استفاده كرد از سوي ديگر تاكنون كوشش هاي زيادي جهتانتقال فعال و هدفمند داروها به سلول هاي سرطاني صورت گرفته كه بيشترشان برقرار دادن مولكول هاي فعال مانند آنتي باديها جهت اتصال به سلول هاي سرطاني متمركز بوده است كه بر همين اساس نانو ذره شكل جديدي از يك اسيد فوليك چند ظرفيتي ارائه كرده است كه قادر است به گيرنده هاي سلول هاي سرطاني محكم تر متصل شود. در تصوير برداري MRI نيز نسل سوم ذرات فوق مغناطيسي اكسيد آهن با ساخت نانوذرات بسيار ريزي كه قابليت ابصال به مولكول هاي هدف را دارند معرفي شده اند كه در اين روش افزايش معرفي تصوير برداري از تومورهاي حيوانات گزارش شده است.

درمان بيماري هاي عفوني

از آنجايي كه موضوع اصلي در درمان اين بيماري ها هدف قرار دادن سلول هاي بيگانه خوار براي درمان عفونت هاست روشهاي رايج در فناوري نانو ،‌ بدون نياز به تغييرات آنچناني دارو آنرا به سلول هاي بيگانه خوار منتقل مي كنند. واقعيت آن است كه فرمولاسيون هاي دارويي كه قادرند مدت زيادي در جريان عمومي خون بمانند مانند نانو ذرات و ليپوزوم هاي روكش شده يا پلي اتيلن گليكول در مقايسه با داروهاي رايج اثرات به مراتب بهتري را در درمان بيماري هاي عفوني نشان داده اند.

نوشته شده توسط مهدی زالی تروجنی در 9:58 |  لینک ثابت   •