مهندسان در آزمایشگاه زیست شناسی

بسیاری از مردم میان سیستم زیستی و زیست سنتزی تفاوتی قائل نمی شوند و این امر دلیلی ندارد جز فقدان تعاریفی دقیق در مورد هر یک از این دو مورد و این تفاوت از زمان شیوع روش جدید DNA نوترکیب خود را به طور چشمگیری نشان داد. اگر بخواهیم ساختمان عملکرد سیستم های درون سلولی را بهتر درک کنیم باید با واژه تخصصی فیزیولوژی آشنا شویم. این واژه عملکرد سیستم ها را در زیست شناسی توصیف می کند.
در سال ۱۹۶۰ بشر شاهد پیشرفت های فراوانی در زمینه سنتز و گسترش تکنولوژی های مرتبط با آن بود و در ۱۰ سال آینده نیز شاهد تاثیر بسزای روش DNA نوترکیب روی فرآورده های سنتزی انسان خواهیم بود. از زمان های بسیار دور تا به حال، انسان از زیست شناسی به عنوان وسیله یی برای تغییر در محصولات خود و سنتز فرآورده های جدید بهره مند بوده است و در حال توسعه روش هایی جدید است ولی چنین پیشرفت هایی در سال ۱۹۷۰ به اوج خود رسید.
از آن زمان تاکنون، انسان می تواند به راحتی از داروخانه یی واقع در یکی از کشورهای توسعه یافته جهان، یک شیشه انسولین انسانی حاصل از سنتز در محیطی باکتریایی خریداری کند. اصطلاح زیست سنتزی یعنی تلاش برای طراحی سیستم های زیستی که قادر باشد با به رمز درآوردن دستورات برای نوعی رفتار خاص سلولی، پروتئین های حیاتی مربوط به ژن های انتقال یافته را تولید کند و این علم شاخه یی از مهندسی به شمار می رود تا علم تجربی.
‌● تعاریف نادرست و روش های ناکافی
اصطلاح سیستم زیستی از گذشته ها وجود داشته است. اگرچه اخیراً بسیار رواج یافته ولی از سال ۱۹۳۰ نظریه های ویور، مفهوم آن را تا حدی تغییر داده است. طبق نظریه ویور، برای شناخت حیات باید مولکول های تشکیل دهنده آن را شناخت.
در سال ۱۹۹۰ و در راستای پروژه های ژنومی، فعالیت های متفاوتی در زمینه جمع آوری داده هایی در مورد ذرات مولکولی (توالی رمزها، MRNAها، زمان و سنتز RNA و پروتئین ها، عملکرد ساده بیوشیمایی و ارتباط بین آنها)، صورت گرفت.آناتومی، اجزا و روابط میانشان را شرح می دهد و فیزیولوژی، نحوه کارکرد اجزا برای اجرای یک دستورالعمل را توصیف می کند. برای درک رفتار مجموعه های حیاتی باید کل مجموعه را مورد بررسی قرار داد. اصطلاح سیستم زیست شناسی، سیستم عصب شناسی را به یاد انسان می آورد.
این سیستم با عصب شناسی مولکولی فرق می کند. از سال ۱۹۸۰ با گسترش روش DNA نوترکیب، حوزه زیست شناسی عصب نیز تحت تاثیر قرار گرفت. برای مطالعه مغز و شناختن آن باید نخست اجزای آن را شناخت (مولکول ها و سلول های تشکیل دهنده)، سپس نحوه عملکرد این اجزا را در اجرای یک دستورالعمل خاص بررسی کرد. بررسی کلی اجزا برای مطالعه اعصاب و ارگان حسی توسط «وون هلمهولتز» پایه گذاری شد.
طرفداران سیستم های زیستی در مورد زیست شناسی مولکولی، سلولی و تکوینی بر این عقیده اند که اگر به جای بررسی جزئیات در مورد مولکول های حیاتی، به بررسی کلی بپردازیم، امکان طبقه بندی و تجزیه و تحلیل کل داده ها بیشتر فراهم می شود ولی برای این کار باید آزمایش های هدفمندی را پیش گرفت. در قسمت هایی که سلول ها از بین می روند و می بایست دوباره ساخته شوند ژنوم ها و فعال کننده های رونویس مارپیچ DNA مشغول به کار می شوند و همچنین برای انتقال رفتار ژنی و رونویس آنها، فعال کننده هایی وارد عمل می شوند؛ چنین روندی را سیستم زیستی می نامیم.
برای درک مسائل مرتبط با سلول، ارگانیسم و راه های عبوری که تاکنون شناخته نشده است، اطلاعات و داده ها به تنهایی کافی نیست، چنین داده هایی زمانی سودمند است که در مورد چگونگی عملکرد اجزا از قبل اطلاعاتی داشته باشیم. در سال های اخیر روی انواع سلول های سرطانی و عکس العمل شان به درمان های متفاوت تحقیقاتی به عمل آمده است، طی تحقیقات گسترده یی مشخص شد که در طول رشد فیبروپلاست هنگام ترمیم جراحات، ژن ها تحریک می شوند.
● سیستم های مولد
در سال ۱۹۹۴ «بن کوپر»، محقق کامپیوتر چنین تعریفی را ارائه داد؛ منظور از سیستم، زیرمجموعه هایی از کل جهان است که با بخش های دیگر جهان بتواند به طور معقول و قابل توصیفی تعامل داشته باشد. مثلاً مجموعه یی از اجزای یک پاندول ساعت ساده (وزنه، دسته، لولا) یک سیستم به شمار می رود. در این سیستم شاهد ویژگی های منحصر به فردی هستیم. اول اینکه محقق می تواند اطراف سیستم را مرزکشی کند تا اثر متغیرهایی را که خارج از این مرز است، خنثی کند.
این مرز ذهنی است و محقق می تواند در موقع لزوم آن را گسترش داده یا محدود کند. دوم اینکه محقق می تواند داخل این مرز تغییراتی را ایجاد کند که به تغییر رفتار سیستم بینجامد (مثلاً دسته پاندول را بلندتر کند). مورد سوم اینکه محقق می تواند با استفاده از استدلال رفتارهای جدید سیستم را تشریح کند.
چهارم اینکه هرچه دانش محقق از عملکرد سیستم بیشتر شود، مزیت های ناشناخته سیستم خود را بیشتر نمایان می کند و در مورد آخر آنکه هرچه محقق در مورد سیستم آگاهی بیشتری داشته باشد، رفتارهای ناشی از تغییرات مذکور را بهتر پیش بینی خواهد کرد.
تحقیق در مورد تحولات داخل مرزهای اطراف سیستم و بررسی عملکرد آن از زمان های قدیم آغاز شده است (از زمان «ویلیام هاروی» و نظریه او در مورد دستگاه گردش خون و همچنین «تی اچ مورگان» و فعالیت هایش در زمینه بیولوژی مولکولی و به همین صورت ژاکوپ و مونود و تحقیقاتشان در مورد مزایای متابولیسم لاکتوز و لیزوژنی به عنوان سیستم های آزمایشگاهی). در بیولوژی برخی از زیرمجموعه هایی که می خواهیم بیشتر با آن آشنا شویم، از محدوده دسترسی مان خارج است، فرض کنید که می توانستیم طی زمان تکوین از وضعیتMRNA ها و پروتئین های یک ارگانیسم فهرستی تهیه کنیم ولی به عقیده کوپر نمی توان این فهرست را یک سیستم نامید چون تشریح جزئیات آن برایمان مقدور نیست و از دسترس مان خارج است.
● فصل مشترک و پیامدها
مسلماً پیشرفت به سوی یکی از این دو شاخه به پیشبرد شاخه یی دیگر منجر می شود. برای مهندسین یا زیست شناسان سنتتیک اشتراک با زیست شناسی نتایج مثبتی به همراه دارد. مثلاً اینکه معمولاً زیست شناسان در مورد چگونگی کار کردن با سیستم های زیستی از اطلاعات گسترده تری برخوردارند. یک مهندس می تواند برای طراحی خود از راهکارهای پیشنهادی و اطلاعات یک دانشمند یا یک زیست شناس بهره مند شود. امروزه مهندسی به دنبال پیدا کردن راه هایی برای مرتبط ساختن فعالیت های خود با زیست شناسی است.
این فصل مشترک حتی از نظر اقتصادی هم بسیار حائز اهمیت واقع شده است. سیستم های زیستی و زیست سنتزی دو بخش مجزا و مکمل یکدیگرند. ادغام این دو با هم صرفاً به درمان های پیشرفته و پیچیده تر و همچنین به مهندسی فرآورده های کشاورزی معطوف نمی شود و کاربردهای فراوانی خواهد داشت.
مهندسی زیست شناسی که مبنی بر طراحی است به پیشرفت های شیمی چشمگیری که تا به حال رخ نداده است، می انجامد. همچنین این فصل مشترک به پیشرفت در سایر زمینه ها از جمله انرژی، تجهیزات، جاده، مسکن، پوشاک و محصولات پیچیده تری از جمله وسایل نقلیه و انواع کامپیوترها خواهد انجامید.

هانیه فراهانی فرد