کانون آموزش زیست شناسی گرگان

بیو تکنولوژی در اوائل قرن بیستم وارد عرصه جهانی شد لیکن مهندسی بیوفرایند بعد از جنگ جهانی دوم و با تولید صنعتی پنی سیلین به روش تخمیر وارد معادلات علمی تجاری و اقتصادی جهان گردید. بیو تکنولوژی یک مفهوم کلی و یک موضوع بین رشته ای می باشد که دامنه و سیعی از علم (مهندسی، پزشکی، کشاورزی، صنایع غذایی ...) را شامل می شود. شاید یکی از تعاریف ساده و نزدیک به ذهن در بیوتکنولوژی انواع دسته بند یهای محصولات حاصل از تخمیر باشد که به چهار دسته مهم تقسیم می شود

مولکولهای کوچک((Small Molecules

ماکرو مولکولها (مانند آنزیمها و پروتئین ها)

مواد ساده سلولی (مانند مخمر نان)

محصولات کمپلکس (مانند غذاهای تخمیری و محصولات کشاورزی)

ماکرومولکولها که از مهمترین این محصولات می باشند بخش بسیار وسیعی از فرایندهای بالا دستی و پایین دستی بیو تکنولوژی را به خود اختصاص داده و بیو تکنولوژی نیز بیشترین پیشرفت و توسعه را به این دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهمیت و گستره این محصولات لقب نسل اول مواد و یا محصولات بیو تکنولوژیکی ( First Generation ) را می توان به آنها اطلاق نمود.

اما در سالهای اخیر علاقه مندی بشر به نسل دیگری از محصولات بیو تکنولوژیکی روز بروز افزون شده و تا جایی که تکنیکهای بالا دستی و پایین دستی را کاملا تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نیاز فراوانی برای تولید، بازیافت و خالص سازی نانو بیو مواد (محصولات) نظیر پلاسمید DNA و ویروس ها برای ژن درمانی، اسمبلی ماکرومولکولها (مانند پروتئین نانو ساختارها) بعنوان حامل دارو و ذرات ویروس مانند (Virus-like particle) برای استفاده در واکسن ها ( Vaccine components ) وجود دارد و محققین خود را مواجه با مشکلات و معضلات جدیدی در این خصوص می بینند. نانو بیو مواد بواسطه اندازه ویژه شان (با قطر10-300 نانو متر) ، شیمی سطح پیچیده و ارگانیزمهای درونی شان تکنیکهای بلا دستی و پایین دستی گسترش یافته برای نسل اول مواد بیولوژیکی را به مخاطره انداخته و روش های جدیدی را برای تولید و بازیافت طلب می نمایند. به همین منظوربا یک دسته بندی منطقی میتوان این دست از محصولات بیو تکنولوژیکی را نسل دوم ( Second Generation ) محصولات نامیده و راه کارهای جدید را در مواجهه با آنها جستجو نمود.

نانوتکنولوژی مجموعه‌ی است از فناوری‌هایی که بصورت انفرادی یا با هم جهت در به کارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرا رمی‌گیرند. بعضی از این فناوری‌ها هم‌اکنون در دسترس‌اند و بعضی نیز در حال توسعه و پیشرفت می‌باشند که ممکن است در طی سالها و یا دهه‌های بعد مورد استفاده واقع شوند. بیوتکنولوژی جزء فناوری‌های در حال توسعه می‌باشد که با به کارگیری مفهوم نانو به پیشرفتهای بیشتری دست خواهد یافت. یک تعریف کلاسیک از تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی بصورت زیر بیان می گردد:

" بیوتکنولوژی به نانوتکنولوژی مدل ارئه می دهد در حالی که نانوتکنولوژی با در اختیار گذاشتن ابزار برای بیوتکنولوژی آنرا برای رسیدن به اهدافش یاری می رساند."

پر واضح است که تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی ویا به تعبیری نانوبیوتکنولوژی بسیار فراتر از این می باشد. شاید بتوان گفت نانوبیوتکنولوژی استفاده از قابلیت های نانو در کاربردهای زیستی است و این شاخه از فناوری به ما اجازه می دهد تا اجزا و ترکیبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و یا با استفاده از روش های جدید خو آرایی و مکان آرایی در موج اول نانوبیوتکنولوژی نانو بیو مواد را ساخته و با تکنیکهای پیشرفته به خالص سازی و بازیافت آنها بپردازیم. بی گمان زمینه ها و فازهای بعدی این فناوری جدید به تولید وسایل نانو بیو ( موج دوم ) و در نهایت به ارائه ماشین های هوشمند و روباط ها منجر خواهد شد ( موج سوم ) که کاربردهای فراوانی در حوزه های مهم بیوتکنولوژی مانند پزشکی، کشاورزی و صنایع غذایی خواهند داشت.

سوالی که به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان به علوم بیوتکنولوژی ونانو بیوتکنولوژی را متوجه آن کرده است این است که مرز بیوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی در کجاست ؟

اگرچه این دوفناوری هم پوشانیهای زیادی دارند و به تعبیری دارای مرزهای نامشخص ( ( Fuzzy می باشند اما شاید دسته بندی محصولات بیوتکنولوژیکی به نسل اول و نسل دوم کمک قابل توجه ای به این موضوع بنماید .حوزه ای از فناوری که با تولید، باز یافت و بکارگیری نسل دوم مواد و محصولات بیوتکنولوژیکی سروکار دارد ، همان نانوبیو موادی که تولید و بازیافت و خالص سازیشان خصوصا" در ابعاد صنعتی به شدت تکنیک های موجود را به مخاطره انداخته و روشهای نوین را می طلبد، می تواند محدوده کاری نانوبیوتکنولوژی و یا بیونانوتکنولوژی باشد .

با تقسیم بندی اولویت های تحقیقاتی نانوبیوتکنولوژی به سه موج نانو بیو مواد، نانو وسایل و نانو ماشین ها (همانگونه که در متن بالا به آن اشاره شد) ، لزوم تمایز بیو تکنولوژی و نانو بیو تکنولوژی بطور وضوح در محدوده کاری موج اول نانو بیو تکنولوژی خود را نمایان می سازند چون بی تردید موج های دوم و سوم این فناوری هم پوشانی بسیار ناچیزی با بیوتکنولوژی به معنای عام خواهند داشت.

اما موضوع بعدی که ضرورت شفاف سازی و بیان وا ژه ها در آن مهم می باشد تشابه و تمایز نانوبیوتکنولوژی و بیونانوتکنولوژی می باشد. به بیان دیگر اصولا فرقی بین این دو واژه وجود دارد و اگر چنین است این تمایزات چیست؟

برای ساخت تمام نانو مواد ها (ذرات ها) همواره دو روش در نانو تکنولوژی مد نظر می باشد، ابتدا روشهای بالا به پایین Top down) ) وسپس روش های پایین به بالا ( (Bottom up . نانو بیو ذرات نیز از این قاعده مثتثنی نبوده و بوسیله یکی از این دو روش تولید می شوند. اگر یک نانو بیو محصول از روش های بالا به پایین تولید شود، به بیان دیگر با تکیه بر اصول و مبانی اصلی بیو تکنولوژی، و در ادامه با روش های اصلاح شده خالص سازی و بازیافت که با کمک تکنیکهای جدید توسعه یافته و برای محصولات نسل دوم (نانو بیو مواد ها) بکار گرفته می شود به محصول نهایی ( (End product تبدیل شود، به این مجموعه از فناوریها بیونانو تکنولوژی اطاق می شود. به عنوان مثال بیوراکتوری را در نظر بگیرید که یک سلول حیوانی خاص در آن کشت داده شده و در شرایط ویژه رشد نماید. محصول مورد نظر یک ویروس درون سلولی می باشد که برای استفاده در ژن درمانی با درجه خلوصی ویژه مورد نیاز می باشد. بدین ترتیب نانو بیو محصول مورد نظر در درون سلول تولید شده و سپس بازیافت می شود (از بالا به پایین). از طرفی دیگر اگر با بهره وری مستقیم از فناوری نانو یک نانو بیو محصول از پایین به بالا ساخته شود می توان این حوزه از فناوری نانو را نانوبیو تکنولوژی دانست. مثال واضح آن تولید تمام نانو بیو ذرات از طریق خود آرایی و مکان آرایی می باشد که بادر کنارهم قرارگرفتن اجزا تشکیل دهنده، محصول مطلوب تولید می شود. اسمبلی ماکرومولکولها و بطور خاص پروتئین نانو ساختارها از مثال های جالب تولید از پایین به بالای نانو بیو مواد می باشد که می توانند بعنوان حاملهای دارو استفاده شوند. بکارگیری این روش در ابعاد آزمایشگاهی خوشبختانه در داخل کشور آغاز شده و در حال گسترش وتکامل می باشد.

بطور کل بنظر می رسد که دنیا در ساخت مواد از بالا به پایین تا حدودی زیادی موفق بوده است و از ساخت توده ای مواد وبازیافشان (بیونانو تکنولوژی) و رسیدن به بیوذرات در اندازه نانو بهره ها برده و ما نیز باید با برنامه ریزی مدون در داخل این مهم را گسترش داده و تقویت نماییم ( البته در اندازه های آزمایشگاهی موفق بوده ایم و باید در فاز بعدی به سمت تولید انبوه و صنعتی برویم ). ساخت از پایین به بالای بیوذرات در دستور کار مراکز تحقیقاتی جهان قرار دارد و پیش بینی ها حاکی از آن است که دنیا بتواند به تولیدات قابل توجه ای در این خصوص تا سال 2015 میلادی دست یابد.

بمانند مبحث قبلی (مرزهای بیو تکنولوژی و نانوبیو تکنولوژی) با عبور از موج اول تحقیقات و تولیدات، اهمیت شفاف سازی واژه ها بین بیونانو تکنولوژی ونانو بیو تکنولوژی نیز کم رنگ شده ونانو بیو تکنولوژی تا حد زیادی موج های دوم و سوم تحقیقات و فعالیتها را در انحصار خود قرار می دهد.

محققان همواره برای رسیدن به اهداف ریز و درشت علمی تحقیقاتی خود نیازمند به دسته بندی ها و اولویت بندیها می باشند. با توفیقات نسبتا" خوبی که در زمینه های تحقیقاتی بیونانو تکنولوژی در فرایندهای بالا دستی بوجود آمده است، لزوم توجه بیشتر به فرایندهای پایین دستی بیونانو تکنولوژی بیش از پیش نمایان می شود. البته نیاز پژوهش گران به بهینه سازی تولید نانو بیو مواد در ابعاد صنعتی همچنان از دغدغه های جدی در سالهای آینده می باشد.

در کنار بیونانو تکنولوژی که به تعبیری مقدم بر نانو بیوتکنولوژی می باشد، باید با جدیت به نانو بیوتکنولوژی و سه موج مهم آن پرداخت و بر اساس اولویتهای مطرح شده برای رسیدن به اهداف کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت برنام ریزی نمود تا بتوان همگام با دیگران در جهان شعار تعلق قرن بیست و یکم به نانو تکنولوژی را منصه ظهور رساند.