بیوتکنولوژی؛ انواع، کاربردها و چالش‌های رشته زیست فناوری

وقتی به فروشگاه می‌روید و می‌خواهید پنیر، شیر یا ماست بخرید، در حال خرید محصولی هستید که از زیست فناوری برای تولید آن استفاده شده است. هنگام تزریق واکسن کرونا نیز یکی از دستاوردهای زیست فناوری را به بدن خود وارد کردید. هزاران سال است که ما از بیوتکنولوژی برای تولید محصولات یا پرورش دام و گیاهان موردنیاز خود بهره می‌بریم، اما این واژه به‌معنای مدرن خود تنها چند دهه قدمت دارد. البته در همین چند دهه زندگی ما را به کلی دگرگون کرده است. اگر می‌خواهید با این رشته جذاب و کاربردی آشنا شوید، حتما تا پایان مقاله با ما همراه باشید. در بخش پایانی نیز درباره بازار کار این رشته در ایران و جهان صحبت می‌کنیم.

بیوتکنولوژی چیست؟

بیوتکنولوژی یا زیست فناوری به‌معنای استفاده از علم زیست‌شناسی برای تولید محصولات، روش‌ها و موجودات زنده با ویژگی‌های جدید یا بهبودیافته است. هدف از این کارها، افزایش سلامت و رفاه جامعه انسانی است. بنابراین می‌توان بیوتکنولوژی یا بیوتک را کاربرد عملی علم زیست‌شناسی دانست. قدمت زیست فناوری به هزاران سال پیش بازمی‌گردد، اما با پیشرفت علم و فناوری از قرن ۱۹ میلادی به‌بعد این حوزه توسعه زیادی پیدا کرده است.

تاریخچه بیوتکنولوژی

زیست فناوری دست‌کم ۶هزار سال قبل و هم‌زمان با انقلاب کشاورزی آغاز شد. نیاکان ما آموختند که چگونه از فرایند‌های زیستی به نفع خود استفاده کنند. مثلا تخمیر برای تولید نان، الکل و پنیر به کار رفت. در حوزه کشاورزی و دامداری نیز با پرورش انتخابی، ژن گیاهان و جانوران اهلی‌شده را دستکاری کردیم تا از ویژگی‌های بهبودیافته آنها بهره‌مند شویم.

پرورش انتخابی یعنی انسان‌ها یک گونه گیاهی یا جانوری را انتخاب می‌کنند و آن را پرورش می‌دهند. بدین ترتیب این گونه با رشد و تولید مثل، ویژگی‌های دلخواه ما را به نسل بعدی منتقل می‌کند. یکی از معروف‌ترین این نمونه‌ها سگ‌ها هستند. انسان‌ها از هزاران سال پیش گرگ‌های مطیع‌تر (نیای سگ‌های امروزی) را انتخاب و از آنها استفاده می‌کردند. به‌تدریج نسل‌های بعدی این گرگ‌‌ها مطیع‌تر شدند تا گونه سگ به وجود آمد که امروزه دوست باوفای انسان نامیده می‌شود.

پرورش انتخابی و تخمیر قرن‌ها نمادهای بیوتکنولوژی بودند و محدودیت علم و فناوری اجازه سیطره بشر بر طبیعت را نمی‌داد تا اینکه در قرن نوزدهم میلادی، با شروع پیشرفت‌های علمی و انقلاب صنعتی، اوضاع دگرگون شد. ابتدا گِرِگور مِندل، زیست‌شناس اتریشی، اصول اولیه ژنتیک و وراثت موجودات زنده را بنیان گذاشت. هم‌زمان، لویی پاستور و ژوزف لیستر دریافتند که تخمیر در واقع فرایندی میکروبی است. این کشف آغازگر استفاده از باکتری‌های گوناگون برای تولید محصولات جدید در صنایع غذایی بود. با پیشرفت هرچه بیشتر علم زیست‌شناسی و ساخت ابزارها و ابداع روش‌های جدید برای بررسی سلول‌ها، باکتری‌ها و ژن‌ها، بیوتکنولوژی به‌عنوان رشته‌ای دانشگاهی در قرن بیستم متولد شد.

نگاهی به دستاوردهای زیست فناوری مدرن

در یکصد سال اخیر زیست فناوری با استفاده از پیشرفت‌های علمی در حوزه‌های زیست‌شناسی، زیست‌شناسی سلولی، شیمی، نانوفناوری، مهندسی ژنتیک و فناوری اطلاعات انبوهی از دستاوردها را در پی داشته است که برخی از مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از:

• سال ۱۹۱۹ کارل اِرِکی، دانشمند مجارستانی، نخستین بار واژه بیوتکنولوژی را به کار برد.
• سال ۱۹۲۸، فلمینگ اولین آنتی‌بیوتیک جهان را در آزمایشگاهش کشف کرد.
• سال ۱۹۴۳، اوسوالد آوری کشف کرد که رشته دی‌ان‌ای (DNA) حامل داده‌های ژنتیکی است.
• سال ۱۹۵۳، جیمز واتسون و فرانسیس کریک ساختار مارپیچی رشته دی‌ان‌ای را کشف کردند.
• در دهه ۶۰، اولین داروی انسولین و واکسن‌های سرخچه، سرخک و اوریون در آزمایشگاه ساخته شدند.
• سال ۱۹۶۹، اولین آنزیم در محیطی آزمایشگاهی یعنی بیرون از بدن موجود زنده تولید شد.
• سال ۱۹۷۳، هربرت بویِر و استنلی کوهن پایه‌گذار مهندسی ژنتیک شدند. آنها یک رشته دی‌ان‌ای را از یک باکتری به باکتری دیگر منتقل کردند.
• سال ۱۹۹۳، اولین محصولات تراریخته وارد حوزه کشاورزی و دامداری شدند. اولین هورمون‌های افزاینده شیر گاوها در این سال در آمریکا استفاده شد.
• سال ۲۰۲۰، اولین واکسن ساخته‌شده با فناوری mRNA به جهان عرضه شد.

اینها تنها بخشی از دستاوردهای بیوتکنولوژی به شمار می‌روند. همان طور که در مثال‌ها دیدید، این دستاوردها بخش‌های مختلف و وسیعی از زندگی ما را دگرگون کرده‌اند.

انواع زیست فناوری

بیوتکنولوژی رشته‌ای بین‌رشته‌ای حسوب می‌شود، یعنی متخصصان این رشته از حوزه‌ها و رشته‌های مختلف برای پیشبرد پروژه‌های خود استفاده می‌کنند. بر همین اساس، زیست فناوری با دسته‌بندی رنگی به ۸ بخش تقسیم می‌شود که در ادامه هریک را بررسی می‌کنیم.

۱. قرمز

بیوتکنولوژی پزشکی است که در آن از ارگانیسم‌های زنده برای تولید دارو استفاده می‌شود. یکی از کاربردهای جالب‌توجه این بخش استفاده از سلول‌های بنیادی برای ساخت اندام‌ها و ارگان‌های مختلف بدن است.

۲. سفید یا خاکستری

شامل حوزه صنعت است، مثل تولید مواد شیمیایی جدید مانند سوخت‌های گیاهی.

۳. سبز

این بخش مربوط به حوزه کشاورزی و دامپروری است، مثل تولید محصولات کشاورزی مقاوم در برابر آفات، واکسینه‌کردن حیوانات در برابر بیماری‌ها و در کل آن دسته از فعالیت‌های این دو حوزه که سازگار با محیط‌زیست هستند.

۴. طلایی

این بخش مشهور به بیوانفورماتیک و حاصل ترکیب دو رشته زیست فناوری و فناوری اطلاعات است. در این حوزه، روش‌هایی برای جمع‌آوری، ذخیره‌سازی و تحلیل داده‌های سلامت و درمان ابداع می‌شوند.

۵. آبی

ترکیب علوم دریایی با زیست فناوری است. در این بخش تلاش می‌شود از حیات گیاهی و جانوری دریا محصولات بهداشتی و آرایشی و درمانی تولید شود.

۶. زرد

هدف این بخش تولید و بهبود کیفیت غذاست. فعالان این حوزه می‌کوشند که با کشف روش‌های جدید محصولات نو تولید کنند یا میزان تولید محصولات غذایی را افزایش دهند. مشهورترین دستاورد این حوزه به‌کارگیری انواع فرایندهای تخمیر است. مثلا ماست و پنیر پروبیوتیک یا غنی‌شده با ویتامین D3 نمونه‌هایی از این محصولات هستند.

۷. بنفش

این بخش با کمک رشته حقوق تضمین می‌کند که دستاوردهای مختلف بیوتکنولوژی در راستای قوانین و قواعد جامعه باشند. متخصصان این حوزه وکلایی هستند که در زیست فناوری نیز سررشته دارند.

۸. سیاه

استفاده از زیست فناوری برای تولید سلاح‌های بیولوژیک در این دسته جای می‌گیرد.

کاربردهای زیست فناوری

کاربردهای بیوتکنولوژی در ۴ حوزه اصلی گسترش یافته‌اند که در ادامه هریک را بررسی می‌کنیم.

۱. محیط‌زیست

هدف بیوتکنولوژی کشف و ابداع روش‌های پایدار و سازگار با محیط‌زیست است تا از این طریق آلودگی کاهش یابد. گیاه‌پالایی مثالی جالب از کاربرد این رشته برای حفاظت از محیط‌زیست است. در این روش، از برخی گیاهان خاص و دستکاری‌شده برای پاکسازی خاک‌های آلوده به فلزات سنگین و سایر آلاینده‌ها استفاده می‌شود.

۲. پزشکی

هدف زیست فناوری در حوزه پزشکی تولید داروهای جدید و ایجاد روش‌های نوین برای مبارزه با بیماری‌ها و افزایش سطح بهداشت و درمان جامعه است. امروزه شرکت‌های داروسازی جهان در کنار تولید دارو، پژوهشگاه‌هایی برای تحقیق درباره داروهای جدید دارند. از تولید آنتی‌بیوتیک و واکسن گرفته تا تولید محصولات جدید آرایشی و بهداشتی همگی مدیون فعالیت‌های پژوهشی در حوزه بیوتکنولوژی پزشکی هستند.

۳. صنعت

استفاده از میکروارگانیسم‌ها (موجودات زنده میکروبی) برای تولید محصولات غذایی و غیرغذایی مهم‌ترین هدف زیست فناوری در صنایع است. مثلا بسیاری از محصولات لبنی که این روزها مصرف می‌کنیم، حاصل به‌کارگیری روش‌های زیست فناوری هستند.

حوزه دیگری از کاربرد زیست فناوری در صنعت که این سال‌ها رو به رشد بوده است و با محیط‌زیست نیز همراه می‌شود، تولید سوخت‌های گیاهی یا بیومس است. در این روش از گیاهانی مانند ذرت برای تولید سوخت گیاهی استفاده می‌شود.

۴. کشاورزی

هدف زیست فناوری در کشاورزی تولید محصولات گیاهی و دامی بیشتر و سالم‌تر است. هدف نهایی این است که با استفاده از بیوتکنولوژی، امنیت غذایی تأمین شود. این اهداف از طریق روش‌هایی مانند تولید آفت‌کش‌های سازگار با محیط‌زیست، اصلاح ژنتیکی بذر گیاهان، تولید گوشت مصنوعی در آزمایشگاه، افزودن مواد مغذی مانند ویتامین‌ها به محصولات گیاهی و دامی محقق می‌شوند.

چه مشکلات و چالش‌هایی پیش روی بیوتکنولوژی هستند؟

زیست فناوری نیز مانند هر رشته دیگری به‌دلیل سوءاستفاده برخی انسان‌ها و گروه‌ها یا نادانی، با چالش‌هایی پیش روست یا باعث بروز مشکلاتی شده است. برخی از این مسائل عبارت‌اند از:

1. تولید سلاح؛ استفاده از دانش زیست فناوری برای تولید سلاح‌های بیولوژیک در قالب دستکاری ویروس‌ها یا باکتری‌های بیماری‌زا.
2. کاهش تنوع زیستی؛ وقتی با روش‌هایی مانند پرورش انتخابی یا اصلاح ژنتیکی تنها یک یا چند گونه محدود را کشت می‌کنیم، امکان رشد و بقای گونه‌های دیگر را کاهش می‌دهیم. مثلا امروزه از خانواده گیاه موز فقط گونه مشهور به موز کاوندیش (موز زردرنگ) در جهان کشت می‌شود. این باعث شده است که ذخیره ژنتیکی گونه موز کاهش یابد و موز کاوندیش نیز در برابر آفات و بیماری‌ها مقاومت کمتری داشته باشد. این مسئله باعث شده است که کارشناسان درباره خطر انقراض موز هشدار دهند.
3. کاهش حاصلخیزی خاک؛ گیاهان اصلاح‌شده ژنتیکی برای رشد به مواد مغذی بیشتری نیاز دارند. ممکن است این مسئله در بلندمدت حاصلخیزی خاک را کاهش دهد و نیاز به استفاده از کود‌های شیمیایی برای تقویت خاک را بیشتر کند.
4. افزایش هزینه‌ها؛ استفاده از زیست فناوری در حوزه‌های مختلف به‌معنای افزایش قیمت تمام‌شده محصول در مقایسه با نمونه مشابه طبیعی است. این مسئله باعث افزایش کلی قیمت‌ها در بازار محصولی خاص می‌شود.
5. مسائل اخلاقی؛ تغییر و دستکاری ژن‌ها پرسش‌هایی اخلاقی ایجاد کرده‌اند. آیا ما حق داریم گونه‌های دیگر را به نفع خود دستکاری کنیم؟ از سوی دیگر، اصلاح ژنتیکی انسان نیز از موضوعات جنجالی در این حوزه است. این نگرانی‌ها و پرسش‌ها باعث شده است تا جوامع گوناگون محدودیت‌هایی برای این رشته قائل شوند. مثلا یکی از این محدودیت‌ها ممنوعیت تلاش برای کپی‌کردن انسان (تولید یک انسان در آزمایشگاه) است. به فرض اینکه از نظر فناوری بتوانیم چنین کاری کنیم، در حال حاضر تقریبا قوانین تمام جوامع چنین اجازه‌ای را نمی‌دهند.

بیوتکنولوژی در ایران و جهان

سابقه استفاده از زیست فناوری در کشور ما برای تولید محصولات پزشکی به تأسیس انستیتو پاستور در سال ۱۲۹۹ و مؤسسه «تحقیقات واکسن و سرم‌سازی رازی» در سال ۱۳۰۴ برمی‌گردد. اما رشته بیوتکنولوژی از اواخر دهه ۶۰ و اوایل دهه ۷۰ خورشیدی با راه‌اندازی این رشته و چند مؤسسه تخصصی در این حوزه دایر شد.

امروزه این رشته در مقطع کارشناسی در ۱۲ دانشگاه در نقاط مختلف کشور ارائه می‌شود. در کارشناسی ارشد، ۶ گرایش با نام‌های محیطی و دریایی، میکروبی، مولکولی، پزشکی، فراورش زیستی و کشاورزی وجود دارد. در حال حاضر دکترای تخصصی پیوسته این رشته تنها در دانشگاه تهران ارائه می‌شود، اما امکان گذراندن دکترای غیرپیوسته در دانشگاه‌های دیگر وجود دارد.

دوره‌ها و کارگاه‌های آموزشی مختلف علاوه بر دانشگاه‌ها، در مراکز و مؤسسات پژوهشی مانند پاستور و رویان نیز برگزار می‌شوند که دانشجویان فارغ‌التحصیل برای افزایش مهارت‌های خود و شبکه‌سازی می‌توانند در آنها شرکت کنند.

بازار کار بیوتکنولوژی در ایران

در سال‌های گذشته موقعیت‌های شغلی در رشته زیست فناوری بیشتر به حوزه پژوهش و تدریس محدود بوده است، اما با پرشدن ظرفیت این حوزه‌ها، اکنون بیشتر فارغ‌التحصیلان تشویق می‌شوند که در مؤسسات دانش‌بنیان به ایده‌یابی و تولید محصولات جدید مشغول شوند. فارغ‌التحصیلان این رشته می‌توانند بسته به گرایش و مهارت‌های خود، در صنایع غذایی، شرکت‌های دارویی، دامداری و کشاورزی مشغول به کار شوند.

در کل بازار کار هر رشته‌ای به شرایط اقتصادی بستگی دارد. از این رو نمی‌توان تصور کرد در شرایط رکود و تحریم فرصت‌های شغلی افزایش یابند.

بازار کار بیوتکنولوژی در خارج از کشور

این رشته به‌دلیل فراگیری‌اش بازار کار گسترده‌ای در جهان دارد. محصلان زیست فناوری مجبورند حتما به زبان انگلیسی مسلط باشند چراکه منابع درسی این رشته اغلب به زبان انگلیسی هستند و حتی کتب ترجمه‌شده نیز پر از واژگان خارجی‌اند. از این رو فارغ‌التحصیلان این رشته می‌توانند پس از اخذ نمره لازم در امتحانات آیلتس یا تافل یا هر مدرک معتبر و موردنیاز دیگری، مهاجرت کاری یا تحصیلی کنند. در حال حاضر کشورهایی مانند آلمان و آمریکا شرایط مناسبی برای مهاجرت نخبگان این رشته ایجاد کرده‌اند. صنایع گسترده و مؤسسات پژوهشی فراوان در این دو کشور به متخصصان زیست فناوری در گرایش‌های مختلف نیاز دارند.

پرسش‌های رایج

۱. بیوتکنولوژی چیست؟

بیوتکنولوژی یا زیست فناوری از ترکیب رشته زیست‌شناسی با فناوری حاصل می‌شود. این علم بین‌رشته‌ای است به این معنا که انواع علوم و فناوری‌ها از شیمی گرفته تا علوم رایانه و نانوفناوری در آن به کار می‌روند.

۲. هدف زیست فناوری چیست؟

هدف کلی این رشته استفاده از دانش زیستی برای تولید محصولات جدید یا بهبود فرایند‌های صنعتی و کشاورزی در حوزه‌های مختلف است، مثلا تولید واکسن و داروهای جدید، بهبود بذر گیاهان، افزایش تولید شیر دام و پاکسازی محیط‌زیست با کمک گیاهان.

۳. بیوتکنولوژی در چه حوزه‌هایی کاربرد دارد؟

کاربردهای زیست فناوری را می‌توان در ۴ حوزه کشاورزی، صنعت، پزشکی و محیط زیست مشاهده کرد.

شما بگویید

آیا از محصلان یا فارغ‌التحصیلان این رشته هستید؟ چه تجربه‌ای از کار در این حوزه در ایران و جهان دارید؟ آینده این رشته را چگونه می‌بینید؟ نظرات خود را با ما و سایر مخاطبان در میان بگذارید.

شبکه‌سازی هوشمندانه و تأثیرگذار در محیط کار را از اساتید هاروارد بیاموزید
و مسیر شغلی خود را هموار کنید.