بهره برداری تجاری از میکرو ارگانیسم‌ها

بیوتکنولوژی، پیشرفت نو ظهور و جدیدی نیست. سابقه استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تولید مواد خوراکی نظیر آبجو، سرکه، ماست و پنیر به بیش از ۸ هزار سال قبل می­رسد.
به جز تقطیر، بیوتکنولوژی از دوران پیش از مسیحیت تا اوایل سده بیستم تغییر اندکی داشت، همانند پیشرفت سایر علوم، انگیزه پیشرفت این علم نیز با جنگ فراهم شد .در آغاز جنگ جهانی اول، نیروی دریایی انگلستان با مسدودکردن راه­های دریایی آلمان از واردات روغن‌های گیاهی به آن کشور که برای تولید گلیسرول و ساخت مواد منفجره ضروری بود، جلوگیری کرد. در نتیجه آلمان‌ها به تولید میکروبی گلیسرول از مخمر مبادرت ورزیدند و به زودی توانستند تا بیش از هزار تن در ماه تولید داشته باشند. آلمان نیز به نوبه خود توانست عملیات جنگی انگلستان را با قطع صادرات استون و بوتانول به آن کشور دچار وقفه نماید، استون برای تهیه جنگ‌افزار و بوتانول برای تولید لاستیک مصنوعی لازم و ضروری بود، در نتیجه انگلستان ناگزیر به توسعه تولید استون– بوتانول از طریق تخمیر با استفاده از کلستریدیوم استوبوتیلیکوم مبادرت کرد.
استفاده از میکرو ارگانیسم: انسان میکروارگانیسم‌ها را به طرق متعدد و متفاوتی مورد استفاده قرار می‌دهد. اهم این موارد عبارتند از: تولید موادی که از نظر صنعتی حایز اهمیت هستند مانند مواد دارویی و مواد شیمیایی، ساخت پروتئین‌های تک سلولی از مواد گوناگون، از بین بردن مواد زائد یا بازیافت آنها و مقابله با آنچه که بحران انرژی نامیده می­شود. اخیراً اکثر این فرایندها تحت تأثیر پیشرفت‌های سریعی واقع شده­اند که نتیجه مستقیم ارائه روش‌های تولید DNA نوترکیب است.
روند کلی در کلون­سازی ژن عبارت است از:
۱) وارد کردن قطعه­ای از DNA ی حاوی ژن مورد کلون­سازی به داخل یک مولکول دیگر از DNA که معمولاً حلقوی است و ناقل کلون‌سازی نامیده می‌شود و ایجاد یک مولکول DNA ی نوترکیب.
۲) وارد نمودن مولکول DNA ی نوترکیب توسط عمل وراریختی[۱] به درون یک سلول میزبان که معمولاً یک باکتری مثل کلی باسیل است.
۳) تکثیر ناقل در داخل سلول میزبان و در نتیجه تکثیر مولکول DNA نوترکیب.
۴) در نتیجه تقسیم سلول میزبان نسخه‌هایی از مولکول DNA نوترکیب به داخل سلول‌های دختری رفته و تکثیر تصاعدی ناقل را باعث می‌شود.
۵) تقسیم متوالی سلول میزبان باعث ایجاد یک کلون می­شود. یک کلون دارای تعدادی زیادی سلول یکسان می‌باشد که هر کدام دارای چندین نسخه از مولکول DNAی نوترکیب هستند.
اهمیت کلون‌سازی ژن در زیست شناسی به آن دلیل است که می‌تواند باعث خالص­سازی یک ژن شود. اگر مخلوطی از قطعات مختلف یک ژنوم در نظر گرفته شود به طوری که هر قطعه حاوی یک ژن متفاوت یا قسمت‌هایی از ژن‌ها باشد، در طی­انجام عمل وراریختی، هر سلول میزبان یک مولکول واحد ازDNA ی نوترکیب را می‌پذیرد. اگر چه کلون‌های تولید شده حاوی مولکول DNA ی نوترکیب متفاوتی می‌باشند ولی هر یک از کلون­ها دارای چندین نسخه از یک مولکول ‌DNA ی نوترکیب خواهند بود. با شناسایی کلون حاوی ژن مورد نظر، مولکول DNA ی نوترکیب آن را می­توان خالص کرد و ژن مورد نظر را بدست آورد.
● استفاده از سلول‌های کامل
در برخی موارد سلول‌های میکروبی ، خود به عنوان فرآورده مطرح و مورد نظرند. اغلب آنها کار بردهای نسبتاً تخصصی دارند مثل تولید هاگ‌های" پنی‌سیلیوم رو که فورتی‌ای"[۲].
استفاده وسیع از مواد شیمیایی در کشاورزی به بشر این امکان را داده است که بتواند به طور بی­سابقه‌ای آفات گیاهی را کنترل کند و در نتیجه بازدهی زمین‌های کشاورزی را بالا ببرد. بازتاب این موضوع در حقیقت موجب گردید که اروپا برای نخستین‌بار به صورت صادرکننده مواد غذایی درآید و دارای ذخایر بزرگی از غلات و دیگر فرآورده­ها شود. اما اثرات بالقوه سمی این مواد روی انسان و محیط و ایجاد سریع مقاومت در آفات مورد هدف، باعث بازنگری و تجدید نظر در ارزش واقعی این حشره­کش‌های شیمیایی شده است. در نتیجه نظرات به سوی برخی میکروارگانیسم‌هایی که حشره‌کش‌های طبیعی هستند جلب گردید. گرچه تاکنون بیش از یک صد باکتری، قارچ و ویروسی را که قادر به آلوده‌کردن حشرات هستند شناسایی کرده­اند اما فقط معدودی از آنها در حال تولید صنعتی و انبوه هستند معمول‌ترین میکروارگانیسم مورد استفاده باسیلوس تورینینجینسیس نام دارد که با تولید بلور‌های پروتئینی درون سلولی باعث مسمومیت حشرات می­شوند. پس از این که باکتری توسط حشره مستعد هضم شد بلورهای توکسین در محیط قلیایی روده میانی حل شده و باعث جلوگیری از انتقال یون، توقف تغذیه و مرگ حشره می­گردد. پیرامون مکانسیم مسمومیت هنوز نکات بسیاری وجود دارند که مستلزم آموختن و فراگیری هستند. برای مثال ماهیت و توان بلورهای توکسین بین سروتایپ‌های باکتری­ها با یکدیگر متفاوت است و برای کنترل آفات مختلف باید از گونه­های متفاوتی استفاده کرد. با فراهم شدن اطلاعات بیشتری پیرامون اصول بیولوژیک مسمومیت این امکان وجود دارد که با استفاده از مهندسی پروتئین‌ها گونه­ای از باکتری تکامل می­یابد که برای تعداد زیادی از حشرات بیماری‌زا باشد اخیراً از روش‌های تولید DNA ی نوترکیب استفاده کرده­اند و اطلاعات ژنتیکی تولید سم را به گونه پسودوموناس که عموماً همراه ریشه گیاه ذرت به سر می­برد منتقل کرده­اند. هدف از این کار کنترل آفات ریشه­ای در مزارع وسیع ذرت به اصطلاح کمربند ذرت در امریکا بوده است.
● خطرات ناشی از استفاده از میکروارگانیسم­ها
ارگانیسم‌های حاصل از مهندسی ژنتیک می­توانند از نقطه نظر تجاری تا ­آنجا سودمند واقع شوند که حتی در موقع لزوم آنها را در مقیاس بسیار بزرگ در طبیعت رها می­سازند. به عبارت دیگر رهایش تعمدی و دانسته آنها نیز صورت می­پذیرد. چنین کاربردهایی عبارتند از: کنترل آلودگی، بازیابی سوم روغن[۳]، از همه جنجال برانگیزتر باکتری‌هایی هستند که مانع هسته‌سازی یخ شده[۴] و در کنترل آسیب و صدمات جنگل‌ها به کار برده می‌شوند. بیشترین نگرانی‌ها مربوط به این است که میکروارگانیسم‌ها ممکن است در محیط تکثیر یافته و زیاد شوند. در واقع تکثیر و ازدیاد (خارج از کنترل) اغلب به هنگام کاربرد پیش می‌آید. اگر پس از رهایش به برخی از عوارض زیانبار پیش‌بینی نشده پی ببریم هیچ راهی برای نابودی تمامی میکروب‌های مهاجم در اختیار نداریم.
کوشش‌هایی در جهت وارد کردن ژن‌های انتحار(خودکشی)[۵] به درون باکتری‌ها به عمل آمده است اما همواره برای آن دسته از جهش یافته­های نادری که ژن خودکشی را از دست داده­اند انتخاب وجود دارد. ضمناً از آنجایی که نمی‌توانیم باکتری‌ها را مستقیماً ببینیم کنترل پراکندگی و گسترش آنها بر اساس کشت یا دورگ­گیری است. واکنش زنجیری پلیمراز این نظر وسیله­ای بسیار مناسب و مؤثر به شمار می‌آید زیرا اندازه‌گیری حتی یک ارگانیسم در هر گرم از خاک را امکان‌پذیر می‌سازد.
یکی از جنبه‌های رهایش سنجیده که ظاهراً به فراموشی سپرده شد این است که میکروب‌شناسان به مدتی بیش از ۵۰ سال کشت‌های میکروارگانیسم‌ها (مواد تلقیحی یا مایه)[۶]را به محیط پیرامون افزوده‌اند، به این امید که تغییر سودمندی از آن به دست آید مانند گره‌زایی[۷] ریشه در گیاهان تیره حبوبات، از بین بردن ضایعات نفتی و شیمیایی، تجزیه بقایای گیاهی و نابودی آفات گیاهی. از سوی دیگر هیچ دلیلی وجود ندارد تا فکر کنیم که باکتری یا قارچی که به محیط آسیبی وارد نمی‌کند پس از دریافت چند ژن خارجی کاملاً شناخته شده برای محیط زیست مسئله‌آفرین شود. گرچه میکروب‌های حاصل از مهندسی ژنتیک ممکن است اطلاعات ژنتیکی خود را با ارگانیسم‌های بومی خاک مبادله کنند اما نباید چندان نگران آن بود. میکروب‌ها از روز ازل به همان ترتیبی که یک متخصص ژنتیک عمل می‌کند مثل جهش‌زایی ژن‌های جهنده[۸]، ترارسانی (وارسانی) و انتقال به واسطه فاژ[۹] و انتقال بی­واسطه[۱۰] و تبادل پلاسمید به وسیله اتصال دو باکتری به یکدیگر(همیوغی) ژن‌هایشان را مبادله کرده و دوباره ­آنها را تشکیل داده­اند. عوامل بیماری‌زای (پاتوژن) گیاهی متعددی وجود دارند که به طور طبیعی قادرند با اشرشیاکولی تبادل ژن نمایند ولیکن تا کنون فقط یک اشرشیاکولی بیماری‌زای گیاهی جدا شده است.
● نتیجه‌گیری
در بررسی کاربرد این علم نظرات متعددی وجود دارد. برخی بر این باورند که ارزیابی خطرات احتمالی محیط زیست توسط کمیته‌های علمی ایمنی زیستی انجام می‌گیرد و انسان حق تغییر و ایجاد خطر برای طبیعت و مأمن خود و سایر جانداران را ندارد. بنا به نظر این گروه، مهندسی ژنتیک و تکنیک‌های این علم احتمال خطرات جدیدی را در بر دارد و به همین خاطر فرآورده‌هایی که از این طریق به دست آیند باید تحت قوانین کنترلی جدیدی در آیند

نام نویسنده :
مرجان حاجی مرادی، کارشناس ارشد بیولوژی
[۱] - Transformation
[۲]- penicillium roqueforitii
[۳]- tertiary oil recovery
[۴]- ice nucleation-defective
[۵]- suicide gene
[۶]- inoculants
[۷]- nodulation bacteria
[۸]- transposon mutagenesis
[۹]- transduction
[۱۰]- transformation

منبع : فصلنامه پزشکی اجتماعی هوم