د. زهير الخويلدي | تونس
التكنولوجيا الحيوية هي استخدام علم الأحياء لتطوير منتجات وطرق وكائنات جديدة تهدف إلى تحسين صحة الإنسان والمجتمع. التكنولوجيا الحيوية، التي يشار إليها غالبًا باسم التكنولوجيا الحيوية، كانت موجودة منذ بداية الحضارة مع تدجين النباتات والحيوانات واكتشاف التخمير. أدت التطبيقات المبكرة للتكنولوجيا الحيوية إلى تطوير منتجات مثل الخبز واللقاحات. ومع ذلك، فقد تطور الانضباط بشكل كبير خلال القرن الماضي بطرق تتلاعب بالهياكل الجينية والعمليات الجزيئية الحيوية للكائنات الحية. تنبثق الممارسة الحديثة للتكنولوجيا الحيوية من مختلف تخصصات العلوم والتكنولوجيا، بما في ذلك ما يلي: البيولوجيا الجزيئية، الكيمياء ، الكترونيات، الهندسة الوراثية، علم الجينوم، تكنولوجيا النانو، والمعلوماتية، ولقد نتج عن هذا النهج ابتكارات واختراقات في المجالات التالية: الأدوية والعلاجات التي تمنع الأمراض وتعالجها. علاوة على ذلك ظهر التشخيص الطبي مثل اختبارات الحمل؛ الوقود الحيوي المستدام، والحد من النفايات والتلوث؛ والكائنات المعدلة وراثيًا التي تؤدي إلى زراعة أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة. كما تعمل التطبيقات الحديثة للتكنولوجيا الحيوية في أغلب الأحيان من خلال الهندسة الوراثية، والتي تُعرف أيضًا باسم تقنية الحمض النووي المؤتلف. تعمل الهندسة الوراثية عن طريق تعديل هياكل الخلايا الجينية أو التفاعل معها. تحتوي كل خلية في حيوان أو نبات على جينات تنتج البروتينات. إنها تلك البروتينات التي تحدد خصائص الكائن الحي. من خلال تعديل الجينات أو التفاعل معها، يمكن للعلماء تقوية خصائص الكائن الحي أو إنشاء كائن حي جديد تمامًا. قد تكون هذه الكائنات المعدلة والجديدة مفيدة للبشر ، مثل المحاصيل ذات الغلة العالية أو المقاومة المتزايدة للجفاف. تمكنت الهندسة الوراثية أيضًا من التعديل الجيني واستنساخ الحيوانات، وهما تطوران مثيران للجدل.
أما تاريخ التكنولوجيا الحيوية فقد بدأ منذ 6000 عام على الأقل مع الثورة الزراعية. تميزت هذه الحقبة المبكرة باستغلال الكائنات الحية في أشكالها الطبيعية أو تعديل تركيبها الجيني من خلال التربية الانتقائية.
في نفس الوقت تقريبًا، تعلم البشر تسخير العملية البيولوجية للتخمير لإنتاج الخبز والكحول والجبن. بدأ الناس أيضًا في تغيير التركيب الجيني للنباتات والحيوانات المستأنسة من خلال التربية الانتقائية. كما تعمل التربية الانتقائية عن طريق تربية الوالدين بخصائص مرغوبة للتعبير عن بعض الخصائص الجينية في نسلها أو القضاء عليها. بمرور الوقت، تتطورت الأنواع التي يتم تربيتها بشكل انتقائي لتكون مختلفة عن أسلافها البرية. على سبيل المثال، خلال الثورة الزراعية، تم تربية القمح بشكل انتقائي للبقاء على ساقه عند حصاده بدلاً من السقوط على الأرض مثل القمح البري. تم تربية الكلاب بشكل انتقائي لتكون أكثر طواعية من أسلافها الذئاب. ومع ذلك، فإن طرق التكنولوجيا الحيوية مثل التربية الانتقائية يمكن أن تستغرق وقتًا طويلاً لإظهار التغييرات في الأنواع. ظلت التكنولوجيا الحيوية مقتصرة على هذه الأساليب الزراعية البطيئة حتى القرن التاسع عشر عندما اكتشف عالم الأحياء جريجور مندل المبادئ الأساسية للوراثة وعلم الوراثة. أيضًا ، خلال تلك الحقبة، اكتشف العالمان لويس باستير وجوزيف ليستر العمليات الميكروبية للتخمير. وضع هذا الأساس لصناعات التكنولوجيا الحيوية حيث يتفاعل العلماء بشكل مباشر أكثر مع العمليات الجزيئية والجينية للكائنات الحية. بناءً على عمل هؤلاء العلماء، تم تطوير الهندسة الوراثية في عام 1973. هذه الطريقة هي الأساس لممارسات التكنولوجيا الحيوية الحديثة والتطورات الحديثة. لقد أتاح أول معالجة مباشرة للجينومات النباتية والحيوانية، وهي المجموعة الكاملة من الجينات الموجودة في الخلية. على مدار المائة عام الماضية أو نحو ذلك، ظهرت التكنولوجيا الحيوية مع الاكتشافات والتطورات التالية:
1919. استخدم العالم الهنغاري كارل إريكي مصطلح التكنولوجيا الحيوية.
1928. اكتشف الكسندر فليمنغ البنسلين ، أول مضاد حيوي حقيقي.
1943. أوزوالد أفيري يثبت أن الحمض النووي يحمل معلومات وراثية.
1953. اكتشف جيمس واتسون وفرانسيس كريك البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي.
الستينيات. يتم تصنيع الأنسولين لمحاربة مرض السكري ، ويتم تطوير لقاحات الحصبة والنكاف والحصبة الألمانية.
1969. تم إجراء أول تخليق للإنزيم في المختبر أو خارج الجسم.
1973. طور هربرت بوير وستانلي كوهين الهندسة الوراثية مع الإدخال الأول للحمض النووي من بكتيريا إلى أخرى.
الثمانينيات. تم تطوير أول عقاقير تقنية حيوية لعلاج السرطان.
1990. حكمت المحكمة العليا في الولايات المتحدة بأن “كائن حي دقيق من صنع الإنسان هو موضوع مؤهل للحصول على براءة اختراع” ، أي أن الكائنات المعدلة وراثيًا يمكن أن تكون ملكية فكرية.
1982. شكل من أشكال الأنسولين تم تطويره بالتكنولوجيا الحيوية يصبح أول منتج معدل وراثيًا معتمدًا من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية .
1983. إدخال أول نبتة معدلة وراثيا.
1993. تم إدخال الكائنات المعدلة وراثيًا في الزراعة بموافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على هرمونات النمو التي تنتج المزيد من الحليب في الأبقار.
1997. أول حيوان ثديي مستنسخ.
1998. تم وضع المسودة الأولى لمشروع الجينوم البشري، مما يتيح للعلماء الوصول إلى أكثر من 30000 جين بشري ويسهل البحث في علاج أمراض مثل السرطان ومرض الزهايمر.
2010. تم إنشاء أول خلية اصطناعية.
2013. تم إنشاء أول عين الكترونية.
2020. تم استخدام لقاح كتكنولوجيا الأجسام المضادة وحيدة النسيلة لعلاج فيروس السارس- كوفيد2
أنواع التكنولوجيا الحيوية
ينقسم علم التكنولوجيا الحيوية إلى تخصصات فرعية مشفرة بالألوان بناءً على الاستخدامات والتطبيقات الشائعة. كما تتضمن التكنولوجيا الحيوية الحمراء عمليات طبية، مثل استخدام الكائنات الحية لإنتاج أدوية جديدة وخلايا جذعية لتجديد الأنسجة البشرية التالفة وتنمو وإعادة نمو الأعضاء بأكملها. كما يشير اللون الأبيض أو الرمادي إلى العمليات الصناعية، مثل تطوير مواد كيميائية جديدة أو وقود حيوي جديد للمركبات. كما يغطي اللون الأخضر العمليات الزراعية، مثل إنتاج المحاصيل المقاومة للآفات والحيوانات المقاومة للأمراض والممارسات الزراعية الصديقة للبيئة. أما الذهب، المعروف أيضًا باسم المعلوماتية الحيوية، فهو تقاطع بين العمليات البيولوجية والمعلوماتية. يشير إلى الطرق التي يستخدمها العاملون في الرعاية الصحية لجمع البيانات البيولوجية وتخزينها وتحليلها لعلاج المرضى. كما يشمل اللون الأزرق العمليات في البيئات البحرية والمائية، مثل تحويل الكتلة الحيوية المائية إلى وقود ومستحضرات صيدلانية. أضف الى ذلك يشير اللون الأصفر إلى العمليات التي تساعد في إنتاج الغذاء، والتطبيق الأكثر شيوعًا هو تخمير الكحول والجبن. كما تضمن امتثال ممارسة التكنولوجيا الحيوية للقوانين والمعايير الأخلاقية التي تحكم كل مجال. اما الظلام فهو استخدام التكنولوجيا الحيوية للأسلحة أو للحرب.
استخدامات وتطبيقات التكنولوجيا الحيوية
غالبًا ما يقع استخدام وتسويق التكنولوجيا الحيوية الحديثة في أربعة مجالات رئيسية: البيئة والطب والصناعة والزراعة.
البيئة
تهدف التكنولوجيا الحيوية البيئية إلى تطوير ممارسات بيئية مستدامة تقلل من التلوث والنفايات. فيما يلي أمثلة على التكنولوجيا الحيوية البيئية: تستخدم المعالجة النباتية الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيًا لتنقية التربة من المعادن الثقيلة والملوثات الأخرى. كما تدخل المعالجة الحيوية الكائنات الحية الدقيقة في مواقع النفايات من أجل تفكيك النفايات غير القابلة لإعادة التدوير عضوياً. كما تكسر البكتيريا الآكلة للبلاستيك النفايات مثل البلاستيك في التربة والمياه. علاوة على ذلك تظل الأطعمة المعدلة وراثيًا طازجة لفترة أطول وتقلل من هدر الطعام. ثم تحاول الاستعادة الجينية استعادة الأنواع المهددة بالانقراض مثل شجرة الكستناء الأمريكية. كما تُستخدم محاصيل الغطاء مثل الذرة كوقود حيوي ، لتحل محل مصادر الوقود التقليدية التي تنتج انبعاثات غازات الاحتباس الحراري عند استخراجها واستخدامها.
الطب:
تهدف التكنولوجيا الحيوية الطبية، المعروفة أيضًا باسم الأدوية الحيوية ، إلى مكافحة الأمراض والوقاية منها وتحسين الرعاية الصحية. تعد التكنولوجيا الحيوية والبحوث الطبية الحيوية أساس صناعة الأدوية الحديثة. تشمل الاستخدامات ما يلي: أبحاث الخلايا الجذعية التي تساعد في استبدال أو إصلاح الخلايا الميتة أو التالفة ؛ تطوير المضادات الحيوية والعلاجات الجينية لأمراض مثل اللوكيميا. علاوة على البحث في مسببات الأمراض الخطيرة والأجسام المضادة التي تقاومها ؛ ثم الطباعة ثلاثية الأبعاد أو زراعة الأعضاء والعظام في المختبرات ؛ ولقاحات وعلاجات الأجسام المضادة وحيدة النسيلة والأبحاث الخاصة بـكوفيد 19.
الصناعة:
تتضمن التكنولوجيا الحيوية الصناعية استخدام الكائنات الدقيقة لإنتاج السلع الصناعية. تشمل الأمثلة ما يلي: التخمير واستخدام الإنزيمات والميكروبات لتبسيط التصنيع الكيميائي وتقليل تكاليف التشغيل والانبعاثات الكيميائية ؛ ثم الوقود الحيوي الذي يستخدم المحاصيل المتجددة مثل الذرة لإنتاج وقود قابل للاحتراق بدلاً من موارد الوقود الأحفوري الطبيعية غير المتجددة ، مثل البترول والزيت ؛ والملابس والمنسوجات القابلة للتحلل الحيوي المصنوعة من بروتينات الكائنات الحية ، مثل بروتينات الحرير للعناكب.
الزراعة:
تعمل التكنولوجيا الحيوية الزراعية على هندسة النباتات والحيوانات وراثيًا لإنتاج زراعة أكثر كفاءة وزيادة القيمة الغذائية وتقليل انعدام الأمن الغذائي. فيما يلي بعض الأمثلة على التكنولوجيا الحيوية الزراعية: المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب المنتجة بيولوجيًا والتي تكون أقل ضررًا للإنسان من المبيدات الكيميائية ؛ محاصيل مقاومة للجفاف؛ الحد الأدنى من المحاصيل المقاومة للفضاء ؛اللحوم المزروعة في المعامل أو باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد ؛ الحبوب الخالية من الغلوتين صديقة لمن يعانون من الاضطرابات الهضمية ؛ والتربية الانتقائية التي تنتج ماشية ومحاصيل أكثر صحة وأكبر؛ والمكملات الغذائية التي تغذي الطعام بالعناصر الغذائية المضافة لتحسين النظم الغذائية والعلاجات الطبية.
ما هي مزايا التكنولوجيا الحيوية؟
يقدم إنتاج التكنولوجيا الحيوية مجموعة متنوعة من المزايا والحلول للمشاكل الحرجة. أهمها ما يلي:
الحد من التلوث والنفايات لعكس اتجاه تغير المناخ الكارثي والأضرار البيئية ؛ إنتاج منتجات غذائية أكثر صحة وقوة واستدامة تعزز التغذية وتكافح انعدام الأمن الغذائي ؛ علاج الأمراض عند الأطفال قبل ولادتهم عن طريق تغيير جينوماتهم ؛ تصميم الأدوية لتعزيز صحة وطول عمر البشر والحيوانات والنباتات ؛ وخفض تكاليف الإمدادات الزراعية مثل مبيدات الآفات، مع زيادة غلات المحاصيل والأرباح.
ما هي عيوب التكنولوجيا الحيوية؟
تأتي التكنولوجيا الحيوية أيضًا مع عيوبها وسوء استخدامها. تشمل العيوب الرئيسية ما يلي: الحرب البيولوجية. توجد إمكانية لتطوير مسببات الأمراض والأوبئة التي يمكن استخدامها في منطقة الصراع لإصابة السكان. انخفاض في التنوع البيولوجي. يمكن للزراعة الأحادية أو زراعة عدد صغير فقط من المحاصيل المعدلة وراثيًا أن تقلص مجموعة الجينات الطبيعية للأنواع وتجعلها أقل مرونة وقدرة على التكيف مع التغيرات البيئية المفاجئة. فقدان خصوبة التربة. تتطلب النباتات المحسنة بيولوجيًا المزيد من العناصر الغذائية من التربة وتنتج المزيد من المحاصيل. هذا يمكن أن يستنزف التربة من المغذيات الخصبة ، ويدمر الأراضي الزراعية ويتطلب استخدام الأسمدة الضارة بيئيًا لتعويض النقص في المغذيات. ارتفاع التكاليف. غالبًا ما تكلف منتجات التكنولوجيا الحيوية أكثر من المنتجات التقليدية ولديها القدرة على رفع هياكل التسعير في مختلف الصناعات. الاعتبارات الاخلاقية. يثير التلاعب الجيني مجموعة من القضايا الأخلاقية ، مثل الهندسة الوراثية للإنسان. أسئلة الأمان. أثارت مجموعات مختلفة مخاوف تتعلق بالسلامة بشأن المخاطر الصحية للكائنات المعدلة وراثيًا والتطورات الطبية المتعلقة بالتكنولوجيا الحيوية ، مثل اللقاحات. لقد أدت المخاوف بشأن عيوب التكنولوجيا الحيوية إلى بذل جهود لسن تشريعات تقيد أو تحظر عمليات أو برامج معينة، مثل الاستنساخ البشري، والكائنات المعدلة وراثيًا، وأبحاث الخلايا الجذعية الجنينية. ان التكنولوجيا الحيوية أمر بالغ الأهمية للتقدم السليم بيئيا في الزراعة. تعرف على المزيد حول كيفية قيام التكنولوجيا مثل الذكاء الاصطناعي بتحسين صناعة الأغذية. فكيف يمكن تنمية المزايا وتقليص العيوب؟
