فهرست مطالب
بیوتکنولوژی میکروبی
میکروب‌ها (یا میکروارگانیسم‌ها) موجوداتی بسیار کوچک هستند که با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شوند. آنها شامل باکتری‌ها، قارچ‌ها، تک یاخته‌ها، ریزجلبک‌ها و ویروس‌ها هستند.
میکروب‌ها در محیط‌های متفاوت مانند خاک، آب، غذا و روده‌های حیوانات و همچنین در مکان‌های خاص‌تر مانند سنگ‌ها، یخچال‌های طبیعی، چشمه‌های آب گرم و کف اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند.
تنوع گسترده زیستگاه های میکروبی نشان دهنده تنوع عظیمی از صفات بیوشیمیایی و متابولیک است که از تنوع ژنتیکی و انتخاب طبیعی در جمعیت های میکروبی ناشی شده است.
بیش از 6000 سال است که از فرآیندهای بیولوژیکی میکروارگانیسم‌ها برای ساخت و نگهداری محصولات غذایی مفید استفاده می‌شود. بیوتکنولوژی میکروبی یا میکروبیولوژی صنعتی استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای به دست آوردن یک محصول یا فعالیت با ارزش اقتصادی در مقیاس تجاری یا بزرگ است.
بر اساس کنوانسیون سازمان ملل متحد در مورد تنوع زیستی، بیوتکنولوژی میکروبی را می‌توان به عنوان هر کاربرد تکنولوژیکی که از سیستم‌های میکروبیولوژیکی، ارگانیسم‌های میکروبی یا مشتقات آنها برای ساخت یا اصلاح محصولات یا فرآیندها برای استفاده خاص استفاده می‌کند، در نظر گرفت.
میکروارگانیسم‌های مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی، سویه‌های جهش یافته طبیعی، منتخب آزمایشگاهی یا مهندسی ژنتیکی هستند. محصولات با ارزش اقتصادی مانند الکل‌ها، حلال‌ها، اسیدهای آلی، اسیدهای آمینه، آنزیم ها، لبنیات تخمیر شده، افزودنی‌های غذایی، ویتامین‌ها، آنتی بیوتیک‌ها، پروتئین‌ها و هورمون‌های نوترکیب، پلیمرهای زیستی، کودها و آفت کش‌ها توسط میکروارگانیسم‌هایی تولید می‌شوند که در مواد شیمیایی، غذایی، دارویی و کشاورزی استفاده می‌شوند.
همچنین، تجزیه زیستی و تبدیل زیستی ترکیبات پیچیده، تصفیه فاضلاب خانگی و صنعتی، استخراج زیستی و افزایش بازیافت نفت نمونه‌هایی از فعالیت‌های ارزشمند میکروبی هستند.
بیوتکنولوژی میکروبی، که توسط مطالعات ژنوم پیشرفت بزرگی را متحمل شده است، به پیشرفت‌هایی مانند واکسن‌های بهبود یافته و ابزارهای تشخیص بهتر بیماری، بهبود عوامل میکروبی برای کنترل بیولوژیکی آفات گیاهی و حیوانی، اصلاح پاتوژن‌های گیاهی و حیوانی برای کاهش بیماری زایی، توسعه کاتالیزورهای صنعتی جدید منجر خواهد شد.
تحقیقات ژنومیک میکروبی و بیوتکنولوژی میکروبی برای پیشرفت در ایمنی مواد غذایی، امنیت غذایی، بیوتکنولوژی، محصولات با ارزش افزوده، تغذیه انسان و غذاهای کاربردی، حفاظت از گیاهان و حیوانات، و پیشبرد تحقیقات بنیادی در علوم کشاورزی حیاتی است.
اگرچه بسیاری از زمینه‌های زیست فناوری میکروبی باهم هم‌پوشانی دارند؛ اما محققین آن را به شش حوزه اصلی تقسیم کرده‌اند:
بیوتکنولوژی میکروبی مواد‌غذایی
بیوتکنولوژی میکروبی کشاورزی
بیوتکنولوژی میکروبی شیمیایی و سوخت
بیوتکنولوژی میکروبی محیط‌زیست
بیوتکنولوژی میکروبی پزشکی
بیوتکنولوژی میکروبی مواد
رشته بیوتکنولوژی میکروبی
دانشجويان رشته بيوتکنولوژي ميکروبي در زمينه بيوتکنولوژي غذايي و دارويي، توليد آنزيم‌ها، پروتئين‌ها، پلي ساکاريدها، قارچ‌ها و مخمرها اطلاعات لازم را به دست مي‌آورند. دروسی که دانشجویان بیوتکنولوژی میکروبی فرا می‌گیرند به شرح زیر است:
- ساختار و عملکرد ماکرومولکول های زیستی
- ژنتیک پروکاریوت ها
- ژنتیک یوکاریوت ها
- مهندسی پر.تئین
- بیوانفورماتیک
- بیوتکنولوژی فرایند های تخمیر
همچنین دروس اختیاری به شرح زیر است:
- آنزیم شناسی
- زیست شناسی مولکولی پیشرفته
- پروتئومیکس و ژنومیکس
- مهندسی بیوشیمی
- بیوتکنولوژی محیط زیست
- بیوتکنولوژی غذایی
- بیوتکنولوژی دارویی
- بیوتکنولوژی سوخت و معدن
- مباحث نوین در بیوتکنولوژی
بازار کار رشته بیوتکنولوژی میکروبی
بازار کار بیوتکنولوژی میکروبی مشاغل مختلفی را در بر می‌گیرد. از نمونه این شغل‌ها می‌توان به کارشناس آزمایشگاه غذا، دارو و بهداشتی، کارشناس آزمایشگاه واکسن و سرم، کارشناس مواد خوراکی،آشامیدنی، آرایشی و بهداشتی اشاره کرد.
هر بیوتکنولوژیست میکروبی در بازار کار بیوتکنولوژی میکروبی نیازمند توانایی‌های خاص است که در زیر به چند نمونه از آنها اشاره می‌کنیم:
- مهارت انجام آزمايشات فيزيكي، ميكروبي
- مهارت شناسايي و اندازه گيري تركيبات و مواد
- مهارت به كاربردن روش‌هاي دقيق آزمايشگاهي
- مهارت تدوين دستورالعمل هاي استاندارد
- مهارت نگهداري و كاليبراسيون تجهيزات آزمايشگاهي
- مهارت استريليزاسيون مواد و وسايل آزمايشگاهي
- مهارت كار با نرم افزارهاي تخصصي آزمايشگاهي
- مهارت اعمال روش‌هاي كنترل كيفي در آزمايشگاه‌هاي باليني
- مهارت گزارش‌دهي آزمايش
کاربرد بیوتکنولوژی میکروبی
بیوتکنولوژی میکروبی در انرژی
بحران شدیدی در تامین سوخت‌های فسیلی در بسیاری از نقاط جهان وجود دارد. جایگزین‌های مهم برای سوخت‌های فسیلی عبارتند از باد یا موج، خورشید، در برخی کشورها انرژی هسته‌ای و سوخت‌های زیستی می‌باشند.
بدیهی است که انرژی موج فقط برای کشورهایی با طول خط ساحلی قابل توجه هستند، قابل قبول است؛ و انرژی خورشیدی فقط در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر به خوبی کار می‌کند، بنابراین شرایط جغرافیایی تا حدودی گزینه‌های موجود را تعیین می‌کند.
با این حال، همه کشورها زباله تولید می‌کنند و امکاناتی برای محصولات انرژی زا دارند و بنابراین می‌توانند گاز متان که یک سوخت مهم است را با تخمیر تولید کنند. کشورهایی که در عرض‌های جغرافیایی بالاتر قرار دارند، ممکن است شرایط خوبی برای تولید انرژی خورشیدی نداشته باشند، اما معمولاً شرایط خوبی برای رشد چوب‌های نرم و غیره دارند که می‌توان از آنها برای تولید سوخت‌های زیستی با فرآیندهای میکروبیولوژیکی استفاده کرد.
تعدادی از برنامه‌ها برای تولید سوخت زیستی از زیست توده و پسماندهای جامد شهری در چندین کشور (عمدتا برزیل، ایالات متحده و اتحادیه اروپا) با هدف نه تنها افزایش عرضه سوخت و کاهش واردات سوخت‌های فسیلی، بلکه همچنین کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در دستور کار قرار گرفته است.
فرآیندهای میکروبی کنونی برای تولید سوخت‌های زیستی و برق ممکن است همیشه از نظر اقتصادی با سوخت‌های فسیلی در شرایط عادی اخیر رقابتی نباشد، اما در حال حاضر می‌بینیم که شرایط غیرعادی می‌تواند به‌طور چشمگیری اقتصاد و سیاست را نحت تاثیر قرار دهد.
بیوتکنولوژی میکروبی در غذا
کاربرد بیوتکنولوژی میکروبی در صنایع غذایی، تولید گوشت را نیز در بر می‌گیرد که یکی از دغدغه‌های بسیار مهم در جهان است زیرا منبع اصلی تامین پروتئین غذایی ضروری برای بسیاری از ما است، اما باید این را هم در نظر گرفت که با ردپای کربن بالا همراه است.
تحقیقات میکروبیوم کنونی نشان می‌دهد که ممکن است افزایش بازده گوشت و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای به ازای هر حیوان امکان پذیر باشد، بنابراین سرمایه گذاری در این امر ممکن است منجر به کاهش قابل توجه ردپای کربن و تامین گوشت مورد نیاز شود.
در نهایت، با پیشرفت در بیوتکنولوژی میکروبی می‌توان بدون افزایش استفاده از مواد شیمیایی آلاینده کشاورزی، بازده مواد غذایی را افزایش داد؛ بنابراین فناوری‌های میکروبی برای به حداکثر رساندن بازده مواد غذایی حیاتی هستند.
میکروب‌ها علاوه بر تقویت رشد گیاه با تأمین نیتروژن ثابت و دسترسی به فسفر، می‌توانند نقش عمده‌ای در حفاظت از گیاهان و مواد غذایی حیوانات در برابر آفات و بیماری‌ها ایفا کنند.
بیوتکنولوژی میکروبی در زباله و بازیافت
زباله به طور سنتی به عنوان چیزی برای دفع تلقی می‌شود. بسیاری از مواد به زنجیره عرضه-دفع جهانی با عواقب غیر قابل پیش بینی هدایت می‌شوند. با این وجود، میکروب‌ها می‌توانند عامل مهم و تاثیر گذار در بازیافت و استفاده بهینه از این زباله‌ها باشند.
بیوتکنولوژی میکروبی در داروسازی
میکروب‌ها نقش حیاتی در صنعت داروسازی دارند و در تولید آنتی‌بیوتیک‌ها، پروبیوتیک‌ها، واکسن‌ها و آزمایش‌های کیفی برای جلوگیری از آلودگی میکروبی دارو استفاده می‌شوند.
علیرغم سنتز بیولوژیکی و شیمیایی که امروزه برای تولید داروهای ضد باکتری استفاده می‌شود، تولید برخی از انواع آنتی بیوتیک‌ها مانند آمینوگلیکوزیدها هنوز به موجودات زنده نیاز دارد.
بیوتکنولوژی میکروبی در کشاورزی
اقدامات نادرست کشاورزی منجر به فرآیندهای تخریبی مانند کاهش مواد مغذی، کاهش حاصلخیزی خاک و مواد آلی خاک می‌شود. این فرآیندها به کاهش جدی بهره‌وری خاک منجر می‌شوند.
خاک‌های تخریب شده را می‌توان با روش‌های کشاورزی جایگزین مانند استفاده از تلقیح های میکروبی بالقوه احیا کرد تا محیطی مطلوب برای تولید و حفاظت محصول بهینه فراهم کند. استفاده از تلقیح زیستی یکی از مؤلفه‌های مهم مدیریت یکپارچه مواد مغذی است زیرا آنها یک منبع تجدیدپذیر مقرون به صرفه از مواد مغذی گیاهی را تسهیل می‌کنند که مکمل کودهای شیمیایی است که به کشاورزی پایدار کمک می‌کند.
در حال حاضر چندین میکروارگانیسم به عنوان کودهای زیستی برای گیاهان زراعی به صورت تجاری به بازار عرضه می‌شوند. متأسفانه، این میکروارگانیسم‌ها همیشه به اندازه آزمایش‌های آزمایشگاهی یا گلخانه‌ای در مزرعه کارآمد نیستند.
استفاده از بیوتکنولوژی میکروبی باعث دستکاری میکروارگانیسم‌ها در سطح ژنتیکی آنها شده که منجر به افزایش بقا و کارایی آنها در خاک می‌شود. استفاده از این میکروارگانیسم‌های اصلاح شده ژنتیکی می‌تواند به عنوان تلقیح زیستی قوی در کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد، اما اثرات نامطلوب و پیامدهای اخلاقی آنها همچنان یک مشکل بزرگ باقی می‌ماند.
وجود ژن مقاومت آنتی‌بیوتیکی، انتقال افقی ژن‌ها و غیره در میکروارگانیسم‌های اصلاح‌شده، آنها را برای کاربردهای محیطی نامناسب می‌سازد، زیرا این ویژگی‌ها می‌توانند به میکروارگانیسم‌های بومی منتقل شوند که منجر به جهش می‌شوند.
بیوتکنولوژی میکروبی در صنایع آرایشی بهداشتی
با وجود وجود تنوع میکروب‌ها در طبیعت، تعداد بسیار کمی از میکروب‌ها به صورت تجاری در صنایع آرایشی و بهداشتی مورد استفاده قرار می‌گیرند
مطالعه ترکیبات فعال بیولوژیکی جدا شده از میکروب‌ها، در سال‌های اخیر شتاب فوق العاده‌ای داشته است. در درجه اول، تقاضای فزاینده برای مولکول‌های زیستی به دلیل اثربخشی آنها در لوازم آرایشی، داروها و محصولات مراقبت شخصی است.
میکروارگانیسم‌ها منابع مطلوبی برای تولید متابولیت‌ها هستند و می‌توان در مقادیر زیاد با هزینه معقول به آن دست یافت. علاوه بر این، میکروب‌ها توانایی سازگاری و زنده ماندن در شرایط متفاوتی را دارند و ترکیبات زیست فعال منحصر به فردی را که در موجودات دیگر یافت نمی‌شود، انباشته می‌کنند.
میکروب‌ها سرشار از اسیدهای چرب، آنزیم‌ها، پپتیدها، ویتامین‌ها، لیپوپلی ساکاریدها و رنگدانه‌ها با خواص مفید برای کاربردهای آرایشی هستند. علاوه بر این، ترکیبات منحصر به فردی مانند سرامیدها، اسیدهای آمینه مانند مایکوسپورین، کاروتنوئیدها، و اسیدهای چرب مانند امگا 3، 6 و 9، از میکروب‌هایی به دست می آیند که کاربرد زیادی در صنایع آرایشی و بهداشتی دارند.
در اخر، افزایش تقاضای مصرف‌کنندگان برای مواد بیولوژیکی و محصولات آرایشی و بهداشتی، صنعت آرایشی و بهداشتی را مجبور به کشف منابع میکروبی کرده است.
نگاهی به چند شرکت برتر در بیوتکنولوژی میکروبی
T3 Pharma
برای مدت طولانی، محققان سرطان معتقد بودند که عقیم هستند. در حال حاضر، به خوبی شناخته شده است که تومورها میزبان انبوهی از باکتری‌ها هستند، درست مانند هر مکان دیگری در بدن انسان. این به طور کامل نقش باکتری‌ها را در مبارزه ما با سرطان تغییر داده است.
این واقعیت که باکتری‌ها می توانند پروتئین‌ها را به سلول‌های انسان از جمله سلول‌های تومور تزریق کنند، آنها را به یک کاندید جذاب برای درمان سرطان تبدیل می‌کند.
T3 Pharma، استارت آپی از دانشگاه بازل، سوئیس، از باکتری‌های مهندسی شده برای درمان سرطان استفاده می‌کند. آنها باکتری‌ها را به صورت یک حامل مهندسی کرده‌اند که پروتئین‌های درمانی را تحویل می‌دهند.
Hyasynth
کلمه کانابینوئید به هر ماده شیمیایی اطلاق می‌شود، صرف نظر از ساختار یا منشأ، که به گیرنده‌های کانابینوئیدی بدن و مغز متصل شده و اثراتی مشابه با مواد تولید شده توسط گیاه کانابیس ساتیوا دارد.
استفاده پزشکی از کانابینوئیدها در سال‌های اخیر در بسیاری از کشورها مورد توجه و حمایت سیاسی قرار گرفته است. بر اساس تحقیقات انجام شده تا به امروز، کانابینوئیدها درد ، اضطراب و عوارض جانبی شیمی درمانی را کاهش می‌دهند.
بسیاری از کاربردهای دیگر به غیر از کاربردهای پزشکی در حال توسعه هستند.
با این حال، رشد گیاهان برای استخراج کانابینوئیدها زمان زیادی را می‌طلبد و مقادیر بسیار کمی را تولید می‌کند. استارت آپ کانادایی Hyasynth از مخمر مهندسی شده برای تولید کانابینوئیدها در مقیاس بزرگ استفاده می‌کند.
آنها می‌توانند هر ترکیبی از کانابینوئیدها و سایر محصولات را در هر فرمول دلخواه بسازند. از آنجایی که آنها را با استفاده از میکروب‌ها سریع تر رشد می‌دهند، می‌توانند کانابینوئیدهای جدید را سریعتر از پرورش دهندگان سنتی آزمایش کنند.
Novome Biotechnologies
باکتری‌هایی که در بدن ما به ویژه در روده زندگی می‌کنند، شخصیت، میل غذایی و جنبه‌های متعدد سلامتی ما را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
در سال‌های اخیر، بسیاری از بیماری‌ها مانند زخم معده و سندرم روده تحریک پذیر که ناشی از تغییرات در تنوع میکروبی روده مشخص شده است. به عنوان یک راه درمانی، تغییر تنوع میکروب روده به عنوان مکانیزمی برای درمان این بیماری‌ها مورد توجه قرار گرفته است.
Novome Biotechnologies، یک استارت آپ مستقر در ایالات متحده، از سلول درمانی برای تغییر ترکیب روده استفاده می‌کند. باکتری‌های مهندسی شده آنها با کمک و کنترل دوزهای روزانه پری بیوتیک، در روده مستقر شده و مولکول‌های درمانی تولید می‌کنند. با گذشت زمان، این امر منجر به کلونیزاسیون دائمی روده و درمان بیماری‌های مزمن می‌شود.
نویسنده: زهرا جهان‌بخش
تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی
