فهرست مطالب
بیوتکنولوژی صنعتی چیست؟
بیوتکنولوژی صنعتی یکی دیگر از گرایش‌های تخصصی بیوتکنولوژی است که به سرعت در حال رشد بوده و دارای پتانسیل برای ایجاد یک انقلاب در بسیاری از صنایع از جمله کشاورزی ، انرژی و مراقبت‌های بهداشتی را دارد.
بیوتکنولوژی صنعتی از موجودات زنده و فرایند‌های تخصصی گوناگون برای تولید و ارائه طیف گسترده‌ای از محصولات و خدمات استفاده می‌کند. استفاده از بیوتکنولوژی در صنعت مزایای زیادی را به همراه دارد اما در زیر به چند مورد از آنها اشاره می‌کنیم:
- نیاز به فرآیندهای پایدار و سازگار با محیط زیست؛
- تمایل به کاهش هزینه در عین حال، افزایش کارایی و بازدهی و عدم افت کیفیت.
کاربرد بیوتکنولوژی صنعتی
- تولید سوخت زیستی
یکی از امیدوار کننده‌ترین حوزه‌های بیوتکنولوژی صنعتی، تولید سوخت‌های زیستی است.
همانطور که می‌دانیم تولید سوخت‌ها به صورت سنتی معایب فراوانی داشته و ضررهای جبران ناپذیری را به طبیعت وارد می‌کند. همچنین منابع این سوخت‌ها محدود بوده و ممکن است در آینده نه چندان دور برای تامین سوخت کل جهان کافی نباشند.
سوخت‌های زیستی منابع تجدید پذیر هستند که از مواد زیستی مانند گیاهان یا جلبک‌ها بوجود می‌آیند و قابلیت جایگزینی با سوخت‌های فسیلی را دارند.
در تولید سوخت‌های زیستی از میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و یا مخمرها برای تبدیل زیست توده به سوخت استفاده می‌شود؛ این فرآیند به نام تخمیر شناخته شده و می‌توان از آن برای تولید سوخت‌های مانند اتانول، بیودیزل و سایر سوخت‌های زیستی استفاده کرد.
- تولید آنزیم
یکی دیگر از بخش‌های بیوتکنولوژی صنعتی که رشد قابل توجهی داشته است، به تولید آنزیم‌ها اختصاص دارد.
آنزیم‌ها پروتئین‌هایی هستند که واکنش‌های شیمیایی بی شماری را را کاتالیز می‌کنند و در طیف وسیعی از فرآیندهای صنعتی از جمله تولید مواد غذایی، نساجی و داروسازی استفاده می‌شوند.
هر آنزیم واکنش خاصی را کاتالیز می‌کند و به مقدار مشخصی در بدن موجودات زنده تولید می‌شوند. با استفاده از بیوتکنولوژی صنعتی، می‌توان میکروارگانیسم‌های اصلاح شده ژنتیکی را تولید و از آنها برای تولید مقادیر زیادی آنزیم خاص مهندسی شده استفاده کرد.
این فرآیند‌ها منجر به توسعه آنزیم‌های جدیدی شده است که در عین کارآمدتر بودن، مقرون به صرفه‌تر از آنزیم‌های سنتی هستند.
- توسعه محصولات کشاورزی
همانطور که گفتیم، از بیوتکنولوژی صنعتی می‌توان در توسعه و تولید محصولات کشاورزی استفاده کرد.
با استفاده از این دانش و فناوری‌های متخص به آن می‌توان محصولات اصلاح شده ژنتیکی را طوری دستکاری و تولید کرد تا در برابر آفات و بیماری‌ها مقاومت بیشتری داشته باشند که این مورد می‌تواند نیاز به آفت کش‌ها و علف کش‌ها را کاهش دهد.
همچنین می‌توان محصولات زراعی را طوری مهندسی کرد که در برابر خشکسالی مقاوم‌تر باشند.
از بیوتکنولوژی صنعتی می‌توان برای توسعه گونه‌های گیاهی جدید استفاده کرد دارای صفات مطلوب‌تری بوده یا مغذی‌تر هستند.
در نهایت، این حوزه می‌تواند منجر به کشاورزی پایدارتر و سازگارتر با محیط زیست شود.
- توسعه محصولات مرتبط با حوزه سلامت
در صنعت مراقبت‌های بهداشتی، بیوتکنولوژی صنعتی برای توسعه داروها و درمان‌های جدید استفاده می‌شود.
شرکت‌های بیوتکنولوژی از مهندسی ژنتیک برای تولید پروتئین‌ها و مولکول‌هایی استفاده می‌کنند که می‌تواند برای درمان بیماری‌هایی مانند سرطان و دیابت استفاده شود.
علاوه بر این، می‌توان از بیوتکنولوژی برای توسعه ابزارهای تشخیصی جدید استفاده کرد که می‌تواند بیماری‌ها را زودتر و دقیق‌تر تشخیص دهد.
بازار کار رشته بیوتکنولوژی صنعتی
همانطور که گفتیم بیوتکنولوژی صمعتی یکی از زمینه‌های به سرعت در حال رشد است که از موجودات زنده و فرآیندهای مختلف برای تولید و توسعه محصولات در حوزه‌های گوناگون استفاده می‌کند.
بیوتکنولوژیست‌های صنعتی با استفاده از دانش و مهارت‌های خود در زیست شناسی، شیمی، مهندسی و علوم کامپیوتر در طراحی و بهینه سازی فرآیندهای زیستی که نیازهای صنعت و جامعه را برآورده می‌کنند، نقشی کلیدی در این زمینه ایفا می‌کنند.
در جهت تولید ارگانیسم‌های دستکاری شده ژنتیکی با اهداف مختلف، یک بیوتکنولوژیست صنعتی با تسلط بر مهندسی ژنتیک و تکنیک‌های تخصصی مورد نیاز در آن می‌تواند در این حوزه فعالیت کند.
یکی از دیگر از حوزه‌های مهم بیوتکنولوژی صنعتی که به آن اشاره شد تولید سوخت‌های زیستی بود. در این تولید این سوخت‌های زیستی از فرآیند تخمیر استفاده می‌شود.
تخمیر نیازمند کنترل دقیق عوامل محیطی مانند دما، pH و در دسترس بودن مواد مغذی و همچنین نظارت بر فعالیت متابولیک میکروارگانیسم‌ها است که این کنترل توسط یک بیوتکنولوژیست صنعتی انجام می‌شود.
بیوتکنولوژیست‌ها همچنین باید فرآیند تخمیر را برای دستیابی به بازده بالا و خلوص محصول مورد نظر بهینه کنند.
علاوه بر مهندسی ژنتیک و تخمیر، بیوتکنولوژیست‌های صنعتی از تکنیک‌های دیگری مانند طراحی بیوراکتور و بیوانفورماتیک استفاده می‌کنند.
طراحی بیوراکتور شامل طراحی و بهینه سازی تجهیزات مورد استفاده برای رشد و نگهداری سلول‌ها یا میکروارگانیسم‌ها در یک محیط کنترل شده است.
بیوانفورماتیک شامل استفاده از ابزارهای محاسباتی و پایگاه‌های داده برای تجزیه و تحلیل داده‌های بیولوژیکی و طراحی فرآیندهای زیستی جدید است.
بیوتکنولوژیست‌های صنعتی در بخش‌های مختلفی از جمله آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در بخش تحقیق و توسعه، تأسیسات کارخانه آزمایشی و کارخانه‌های تولیدی کار می‌کنند.
آنها ممکن است در شرکت‌های بیوتکنولوژی، شرکت‌های داروسازی، شرکت‌های مواد غذایی و آشامیدنی یا سازمان‌های دولتی کار کنند.
البته بیوتکنولوژیست های صنعتی همانند خیلی از مشاغل دیگر در همکاری با متخصصین دیگر در محیط کار خود هستند تا به نتیجه مورد نظر برسند.
شرکت‌های پیشگام و خلاق در حوزه بیوتکنولوژی صنعتی
این شرکت که در سال 200 تاسیس شده و در آمستردام قرار دارد در در حال توسعه مواد تجدیدپذیر از قندهای گیاهی است. یکی از مهم ترین کاربردهای آن، توسعه پلاستیک‌های زیستی 100٪ قابل تجدید و زیست تخریب پذیر است.
این شرکت در حال همکاری با شرکت‌های متعددی از جمله کوکاکولا برای تولید بطری و تولید ظرف برای نگه داری لبنیات برای Danone است.
این شرکت از محصولات جانبی جنگلداری و کشاورزی به عنوان منبع قند استفاده می‌کند؛ این مساله به این دلیل است که برای تولید مواد مورد نیاز خود از محصولاتی که برای تولید مواد غذایی در نظر گرفته شده‌اند استفاده نشود .
این شرکت در سال 2008 تاسیس شد و در فرانسه واقع است. این شرکت فرانسوی از ضایعات کشاورزی و جنگلداری برای تولید ایزوبوتن از طریق تخمیر میکروبی استفاده می‌کند.
این ماده شیمیایی جزء اصلی صنعت پتروشیمی است که در سوخت‌ها، گاز طبیعی، لاستیک، پلاستیک، روان‌کننده‌ها و لوازم آرایشی و بهداشتی استفاده می‌شود.
در حال حاظر، علاوه بر تولیدات دیگر، Global Bioenergies در حال همکاری با آئودی برای تولید بنزین پایدار است.
این شرکت فرانسوی که در سال 2011 تاسیس شده است به دنبال آن است که PETرا که یکی از متداول ترین پلاستیک‌های مورد استفاده است، را به طور کامل بازیافت کند.
این شرکت یک فناوری آنزیمی را توسعه داده است که می تواند 97 درصد زباله‌های PET را تجزیه کند. سپس اجزای باقی مانده از این واکنش را می‌توان برای ساخت بطری‌های پلاستیکی استفده کرد که 100٪ بازیافتی هستند.
AMSilk یک شرکت آلمانی است که در سال 2008 تاسیس شده است. این شرکت از مواد با کارایی بالا استفاده می‌کند که از پروتئین ابریشم عنکبوت ساخته شده و توسط باکتری‌های مهندسی شده تولید می‌شود.
دامنه حوزه کاری این شرکت نامحدود به نظر می‌رسد اما در حال حاضر این شرکت با آدیداس روی یک کفش زیست تخریب پذیر و با ایرباس روی مواد سبک وزن برای ساخت هواپیما کار می‌کند.
این شرکت، یک شزکت آلمانی اسرائیلی است که در سال 2016 تاسیس شده است. بناینگذار این شرکت قبلا در صنعت مد فعالیت می‌کرده و به همین دلیل از تاثیرات زیست محیطی عظیم این صنعت اگاه شده بوده است.
از این رو، این شرکت از جلبک‌ها برای تولید الیاف استفاده می‌کند که برای تولید لباس و همچنین رنگ‌های نساجی استفاده می‌شود؛ هدف از این کار کاهش مصرف آب و کاهش نیاز به مواد شیمیایی سمی است.
- PILI
PILI یک استارتاپ بیوتکنولوژی فرانسوی است که در سال 2015 تاسیس شده است. این شرکت از تخمیر میکروبی برای تولید رنگ استفاده می‌کند.
این امر می‌تواند مصرف آب را تا 5 برابر، انتشار دی اکسید کربن را تا 10 برابر و استفاده از نفت و مواد شیمیایی سمی در مقایسه با فرآیندهای پتروشیمی مورد استفاده در صنعت رنگرزی کاهش دهد.
این شرکت که در انگلستان واقع شده است، در سال 2013 با داستان جالبی تاسیس شد. اندرو میرنز اسپراگ، بنیانگذار Jellagen، ، با الهام از عروس دریایی در سواحل اسکاتلند، تصمیم گرفت از این حیوان برای تامین کلاژن استفاده کند.
همانطور که می‌دانید، فراوان ترین پروتئین در بدن کلاژن است که اغلب در صنایع پزشکی و آرایشی استفاده می‌شود.
دریافت کلاژن از عروس دریایی به جای گاو یا خوک، محصول را ایمن‌تر کرده، زیرا در این شرایط احتمال ابتلا به بیماری‌های پستانداران کمتر است.
Aquaporinکه یک شرکت دانمارکی است، در سال 2005 شده است. این شرکت قصد دارد تصفیه آب را سریعتر و کارآمدتر روش‌های سنتی انجام دهد.
این شرکت از غشاهایی استفاده می‌کند که با مولکول‌هایی به نام آکواپورین پوشانده شده‌اند و مولکول‌های آب را از طریق غشا منتقل می‌کنند اما به هر گونه آلودگی اجاهز عبور نمی‌دهند.
یکی از کاربردهای جالب این فناوری بازیافت آب در فضا است که آکواپورین با مشارکت شرکت هوافضای دانمارکی در حال آزمایش آن است.
Biomimetx که در سال 2013 در پرتغال تاسیس شده است، یک افزودنی ضد رسوب تولید می‌کند که از چسبیدن و رشد میکروارگانیسم‌ها به قایق‌ها جلوگیری می‌کند.
این شرکت از باکتری‌ها برای تولید یک ماده جایگزین سازگار با محیط زیست و زیست تخریب پذیر برای رنگ ضد رسوب سمی فعلی استفاده می‌کند.
همانطور که اشاره شد این افزودنی زیست تخریب پذیر است و به همین دلیل در عرض یک ماه پس از شسته شدن در آب تجزیه می‌شود.
Deinove که دیگر از شرکت‌های فرانسوی موجود در لیست است در سال 2006 تاسیس شده است. این شرکت میکروارگانیسم‌های کمیاب را برای یافتن مولکول‌های مفید غربال و آزمایش می‌کند.
این فرآیند‌ها منجر به توسعه یک ماده آرایشی ضد پیری شده است که توسط باکتری Deinococcus geothermalis تولید می‌شود که در چشمه‌های آب گرم آتشفشانی جزیره Reunion در اقیانوس هند زنده می‌ماند.
این شرکت چندین لوازم آرایشی دیگر و همچنین انواع جدیدی از آنتی بیوتیک‌ها و افزودنی‌های خوراک را در دست توسعه دارد.
- Agrosafe
Agrosavfe در سال 2013 در بلژیک تاسیس شده است. این شرکت از آنتی بادی‌های حیواناتی مانند لاما و شتر برای تولید قارچ کش‌ها استفاده می‌کند.
این مولکول‌ها به طور خاص برای یک آفت خاص مورد هدف قرار می‌گیرند و از آسیب به سایر حشرات مانند گرده افشان‌ها جلوگیری می‌کنند.
همچنین ثابت شده است که قارچ‌کش‌های زیستی این شرکت برای مصرف‌کنندگان و محیط‌زیست بی‌خطر هستند و در مقایسه با آفت‌کش‌های معمولی ۷۰ درصد از دست دادن مواد غذایی و باقی‌مانده‌های شیمیایی را تا ۴۰ درصد کاهش می‌دهند.
- Micropep Technologies
این شرکت در سال 2016 در فرانسه تاسیس شد و بر روی محرک‌های زیستی و علف‌کش‌های گیاهی طبیعی به عنوان جایگزینی برای محصولات شیمیایی کار می‌کند.
این شرکت میکروپپتیدها را توسعه می دهد؛میکروپپتیدها مولکول هایی هستند که بیان ژن را بدون تغییر در DNA گیاه تنظیم می‌کنند. آنها می‌توانند به طور خاص برای تحریک جوانه زنی، گلدهی یا رشد یک محصول یا برای کنترل علف های هرز بدون تأثیر بر گیاهان یا حشرات دیگر استفاده شوند.
این شرکت در سال 2002 در انگلستان زیر نظر دانشگاه آکسفورد تاسیس شد و از مهندسی ژنتیک برای کنترل حشرات استفاده می‌کند.
این شرکت با معرفی ژنی که فرزندان ماده پشه‌ها را از بین میبرد، توانسته است جمعیت محلی پشه‌های ناقل بیماری را در برزیل، هند و پاناما از جمله جاهای دیگر کاهش دهد.
همچنین از این فناوری برای کنترل آفاتی استفاده می‌کند که به محصولات غذایی حمله می‌کنند، مانند برخی از گونه‌های کاترپیلار یا پروانه.
این شرکت که از سال 2016 در دانمارک مستقر شده است، در هدف جایگزینی حشره‌کش‌ها با یک جایگزین طبیعی است، یعنی فرومون‌ها.
استفاده از فرمون‌ها در محصولات می‌تواند فرمون‌هایی را که حشرات ماده برای جذب نرها استفاده می‌کنند بپوشاند و جفت‌گیری را کاهش دهد.
علاوه بر این، فرمون‌ها برای انسان سمی نیستند و با گذشت زمان تبخیر می‌شوند و هیچ بقایای شیمیایی سمی باقی نمی‌گذارند. این شرکت روشی را برای تولید این مولکول‌ها از طریق تخمیر مخمر ایجاد کرده است که تولید صنعتی آنها را مقرون به صرفه‌تر می‌کند.
با وجود مزایای فراوان بیوتکنولوژی صنعتی، نگرانی هایی در مورد خطرات احتمالی آن نیز وجود دارد. به عنوان مثال، ارگانیسم‌های اصلاح شده ژنتیکی می‌توانند به طور بالقوه در محیط زیست قرار بگیرند و باعث آسیب ناخواسته شوند.
علاوه بر این، نگرانی‌هایی در مورد اثرات طولانی مدت مصرف غذاهای اصلاح شده ژنتیکی وجود دارد. این نگرانی‌ها منجر به درخواست‌ها برای مقررات و نظارت بیشتر بر تحقیق و توسعه بیوتکنولوژی شده است.
تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی ایران
نویسنده: زهرا جهان‌بخش
