style="text-align: justify;">دار المعارف - منال سليم
style="text-align: justify;">التقدم التكنولوجي والعلمي أسهم بشكل كبير في التطبيق على الدراسات العلمية في مجال التكنولوجيا الحيوية والتي تقوم على دراسة للكيمياء البيولوجية التي تجري داخل خلايا الكائنات الحية وبذلك فتحت آفاقا جديدة لتطبيقات التكنولوجية الحديثة في المجال الطبي العلاجى، وتقول الدكتورة سيدة صالح محمد، شعبة الصناعات الصيدلية والدوائية قسم كيمياء المنتجات الطبيعية والميكروبية إن التقدم الذي طرأ في علمي الوراثة والكيمياء الحيوية خلال العقود الأخيرة ساهم في ظهور ما يعرف «بالتكنولوجيا الحيوية»، التي قدَّمت تطبيقات واسعة ومبتكرة في عدد من المجالات العلمية المختلفة وتعرّف «التكنولوجيا الحيوية» بأنها علم تطبيقي يقوم على دراسة العمليات الكيميائية والبيولوجية التي تجري داخل خلايا الكائنات الحية، ثم الاستفادة من تلك العمليات في مجالات متعددة ، كالطب والزراعة والصناعة والبيئة، وتتم تلك الاستفادة بواسطة تقنيات هندسية حديثة ترتبط بالهندسة الوراثية التي فتحت آفاقاً جديدة وتطبيقات أوسع، يعتمد علم التكنولوجيا الحيوية بشكل أساسي على علوم الأحياء المجهرية، وبيولوجيا الخلايا، والكيمياء الحيوية، إلى جانب توظيف علوم أخرى مثل الكيمياء التحليلية والهندسة الكيميائية والحيوية وتقنية المعلومات والروبوت، تقتصر معرفة الكثير منا بالدور الذي تلعبه الكائنات الدقيقة في حياتنا على الجانب الضار، ممثلاً في قدرة بعض الأنواع من الفطريات والبكتيريا والفيروسات و أحياناً الطحالب على تلويث طعامنا بالسموم أو إصابة أجسادنا بالعدوى. وقد تمتد معرفة البعض إلى جزء ضئيل من الجانب المفيد مثل المضادات الحيوية والخمائر، بينما لا يعرف الكثير أن الجانب الضار هو جزء محدود من طيف واسع من القدرات الميكروبية والتي يتم استخدام الكثير منها، والعمل على تطويرها من أجل تطبيقات مفيدة للإنسان. ففي السطور القادمة نمر مرورا ً سريعا ً على العديد من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية الميكروبية في مجالات مختلفة.
style="text-align: justify;">● إنتاج الأطعمة:
style="text-align: justify;">1. إحداث تغيير في كيمياء الطعام عن طريق إضافة أنواع معينة من الميكروبات أو مواد معينة تنتجها الميكروبات إليه. ويشمل ذلك استخدام الخميرة لإنتاج المشروبات الكحولية، واستخدام أنواع معينة من الفطريات أو الإنزيمات التي تنتجها لإنتاج الأجبان المختلفة ، وإنتاج الخل عن طريق التخمر الكحولي .
style="text-align: justify;">2. استخدام الكتلة الحيوية التي تتكون من الكائنات الدقيقة أحادية الخلية أو المواد التي تنتجها كطعام، مثل إنتاج البروتين فيما يُعرف باسم البروتين أحادي الخلية single cell protein or SCP ، و مثال على ذلك البروتينات و بعض أنواع الفيتامينات التي يمكن إنتاجها باستخدام بعض أنواع الخمائر و الطحالب.
2. و جدير بالذكر أن البروتينات أحادية الخلية قد تم استخدامها كمصدر لطعام الجنود في الحرب العالمية الأولى لمواجهة النقص الحاد في الغذاء.
style="text-align: justify;">● المجال الطبي والعلاجي
style="text-align: justify;">تشمل المواد ذات أصل ميكروبي، التي تدخل في تطبيقات للعناية بالصحة: المضادات الحيوية، والفيتامينات، والهرمونات، واللقاحات. وقد كان اكتشاف البنسلين من أحد أنواع فطر البنسليوم لأول مرة سنة 1928 كمادة قادرة على تثبيط نمو البكتيريا هو الذي فتح الباب وشجع العلماء على استكشاف قدرات أخرى لأنواع أخرى من الفطريات والبكتيريا.
ومن جهة أخرى عمل البعض على زيادة قدرات الميكروبات المستكشفة عن طريق توفير الظروف المثلى للنمو أو عن طريق المعالجة الوراثية. و من أهم الأمثلة في ذلك المجال، هو زيادة إنتاجية فطر البنسليوم للمضاد الحيوي البنسلين من 5 مليجرامات/لتر إلى 60000 ملجرام/لتر، وكذلك إنتاج هرمون الإنسلوين البشري بكميات كبيرة عن طريق استخدام تكنولوجيا الحمض النووي مُعاد الاتحاد DNA recombinant technology لإدخال الجين البشري المسئول عن إنتاج الهرمون إلى بكتيريا E. coli، و من ثم توفير الظروف المُثلي لنمو البكتيريا بداخل مفاعلات حيوية عملاقة.
style="text-align: justify;">● مجال صناعة البترول
style="text-align: justify;">كشفت الدراسات عن كائنات دقيقة قادرة على تطوير وإنتاج موادها الحيوية، تحسِّن إنتاج النفط في الآبار وخطوط الأنابيب، ومصافي التكرير، وتقوم بعمليات كيميائية ضرورية كإزالة كل من الكبريت والنيتروجين والمعادن من النفط، إضافة الى تقليل اللزوجة. فقد بات من الممكن استخلاص الإنزيمات والمواد الحيوية من خلايا تلك الكائنات، وإنتاجها بكميات كبيرة من خلال زراعة جيناتها في ميكروبات تتكاثر بسرعة عالية، لتنتج هذه المواد بوفرة تجعل توظيفها في مصافي التكرير وخطوط إنتاج البترول أمراً ممكناً.وكما هو معروف، فإن النفط هو خليط معقَّد من الهيدروكربونات، كما أن الغاز الطبيعي أيضًا هو خليط من غاز الميثان وغازات أخرى، وكلاهما يشّكلان مواد قيمة لعدد من الكائنات الحية الدقيقة. وهذه الحقيقة كانت بوابة لآفاق واسعة من التطبيقات المتعلقة بالصناعة النفطية.ففي البداية تم تطويع هذه الكائنات الدقيقة للمعالجة البيولوجية وإزالة التلوث عن المواقع الملوَّثة بالنفط، وبعد دراسة الدورات والمسارات الكيموحيوية (الأيض) لعدد من الميكروبات في أنظمة بيئية مختلفة، ظهر للباحثين أن هناك فرصاً ممكنة لاستخدام قدرة تلك الكائنات الدقيقة في التحويل الحيوي للمركبات التي تتغذى عليها، وتوظيف هذه التفاعلات – في خدمة العمليات البترولية، ومن ثم، فإن تنفيذ العمليات البيولوجية في صناعة النفط كما أشرنا سابقاً تمثل أساس التقنية الحيوية النفطية.
style="text-align: justify;">● مجال إنتاج البلاستيك:
style="text-align: justify;">برزت في الآونة الأخيرة الجهود البحثية التي يقوم بها علماء كيمياء البوليمرات للحصول على البلاستيك الحيوي القابل للتحلل بحيث لا يضر في البيئة عند تحلله، ومن تلك الجهود البحثية ما توصل إليه علماء كيمياء البوليمرات في جامعة ولاية كولورادو في الولايات المتحدة، حيث حققوا خطوة جديدة في إنتاج بلاستيك عالي الكفاءة وقابل للتجدد والتحلل الحيوي. جاء ذلك في الدراسة التي نشرتها المجلة العلمية المرموقة Nature Communication . تتحدث الدراسة عن إنتاج بوليمر يسمى بولي 3 هيدروكسيبيورات البكتيري Bacterial Poly 3-hydroxy butyrate (P3HB)، وهو عبارة عن مادة حيوية تنتجها البكتيريا والفطريات والكائنات الدقيقة الأخرى، وهو في المقام الأول نتاج امتصاص الكربون من (الجلوكوز أو النشا). كما أنه ينتمي إلى البوليميرات التي نالت اهتمام الباحثين في الحصول على البلاستيك الحيوي. كما ذكر الباحثون في بحثهم أنهم قاموا باستخدام مادة أولية تسمى ساكسينات (Succinate -) وهي صورة من حمض الساكسينيك Succinic Acid الذي ينتج عن تخمر الجلوكوز و يمكن أن يحل هذا الحمض محل المواد الكيميائية المستخلصة من الوقود الاحفوري. كما يمكن تحضير حمض السكسينيك بأساليب طبيعية بإجراء عملية تخمير من الكتلة الحيوية وبذلك يمكن الحصول على البلاستيك الحيوي القادر على التجدد والتطوير.