كاربردهای فناوری نانو در محیط زیست و انرژی های نو

اگر چه سابقهٔ فعالیت در عرصهٔ بیوتكنولوژی نوین در كشور به بیش از دو دهه می رسد و در این مدت اقداماتی نیز برای بهره گیری از این فناوری انجام شده است, اما باید بررسی شود كه این اقدامات تا چه میزان بر مبنای نیازها و مزیت های نسبی كشور بوده اند

اگر چه سابقهٔ فعالیت در عرصهٔ بیوتكنولوژی نوین در كشور به بیش از دو دهه می‌رسد و در این مدت اقداماتی نیز برای بهره‌گیری از این فناوری انجام شده است، اما باید بررسی شود كه این اقدامات تا چه میزان بر مبنای نیازها و مزیت‌های نسبی كشور بوده‌اند.

چنین می‌نماید كه روند حركت بیوتكنولوژی در كشور مطابق با سیاست‌های تعدادی از كشورهای پیشرفته بوده و سیاست بومی و ملی در این خصوص وجود نداشته است. ایجاد یك سری از موج‌های مقطعی در كشور همچون تهیهٔ نهال خرما، تولید واكسن هپاتیت، تولید اینترفرون، تولید هورمون رشد و غیره نشانهٔ این تأثیرپذیری و دنباله‌روی مطلق از جریانات بین‌المللی است. متأسفانه در این روند، برخی از حوزه‌های كاربردی بیوتكنولوژی كه متناسب با شرایط كشور بوده و از بازار بزرگی نیز در سطح ملی و بین‌المللی برخوردار هستند، مورد كم توجهی قرار گرفتند.

لازم به ذكر است كه اغلب این موارد از سطح دانش و تكنولوژی نسبتاً ساده‌ای برخوردار هستند و كشور نیز در این زمینه‌ها از مزیت نسبی مناسبی برخوردار است. البته از آنجایی كه بیوتكنولوژی یك فناوری است تا علم، بنابراین تأكید مطلب حاضر بر توان تولید و صنعتی كردن حوزه‌های ذكر شده است تا انجام تحقیقات بنیادی و تولید علم، چرا كه در برخی از مواردی كه با نام حوزه‌های كمتر توجه شده در ذیل معرفی شده‌اند، سابقهٔ تحقیقات حتی به اوایل دههٔ پنجاه شمسی برمی‌گردد. اما نشانی از آنها در صنعت و بازار یافت نمی‌شود:

●مقدمه

طبق آمارهای رسمی، سهم بخش كشاورزی كشور از تولید ناخالص ملی حدود ۲۵ درصد است كه از این میزان، ۴۵ درصد مربوط به دامپروری است.

با این تفسیر، حدود ۱۱ درصد از تولید ناخالص ملی از دامپروری تأمین می‌شود؛ ضمن این‌كه، صنعت دامپروری به دلیل گستردگی، از اشتغال‌زایی بسیار بالایی نیز برخوردار است. از لحاظ تعداد دام نیز، حدود ۷ تا ۸ میلیون رأس گاو و ۷۰ تا ۸۰ میلیون رأس گوسفند و بز در كشور وجود دارد. علاوه براین، سالانه حدود ۸۰۰ میلیون تا یك میلیارد قطعه مرغ در كشور تولید می‌شود. سهم تولیدات این میزان دام و طیور در كشور با احتساب فرآورده‌های آن‌ها در حدود ۷ تا ۸ میلیارد دلار می‌باشدكه رقم قابل توجهی را در مقایسه با درآمدهای نفتی تشكیل می‌دهد.

بنابراین، حوزهٔ دامپروری، بدون شك یكی از مهم‌ترین بخش‌های اقتصادی و قابل توجه در كشور می‌باشد. البته چنانچه به نقش این حوزه، در تأمین بخش عمده‌ای از نیازهای غذایی و پروتئینی كشور نیز اشاره شود، اهمیت استراتژیك آن در حفظ استقلال ملی نیز روشن خواهد شد.

بنابراین، اگر به كمك بیوتكنولوژی و روش‌های به نژادی، بتوان بازده و بهره‌وری این صنعت را افزایش داد، سود كلانی نصیب تولیدكنندگان، مصرف‌كنندگان و اقتصاد ملی خواهد شد.

دامپزشكی و بهداشت دام نیز از دیگر حوزه‌های مهم بیوتكنولوژی دام، طیور و آبزیان محسوب می‌شود. طبق آمارهای موجود جهانی، در سال ۲۰۰۳ سهم بیوتكنولوژی از محصولات و خدمات بهداشت و درمان دام معادل ۸/۲ میلیارد دلار از مجموع ۱۸ میلیارد دلار كل هزینه‌های این بخش بوده است. پیش‌بینی می‌شود این رقم در سال ۲۰۰۵ به ۱/۵ میلیارد دلار از مجموع ۲۳ میلیارد دلار برسد كه نشان‌دهندهٔ افزایش سهم بیوتكنولوژی از كل بازار مذكور است. به طور كلی، مهم‌ترین موارد كاربردی بیوتكنولوژی در حوزهٔ دام، طیور و آبزیان عبارتند از:

-تولید واكسن‌ها و داروهای حیوانی

-تولید كیت‌های تشخیصی ( برای تشخیص بیماری‌ها، خصوصیات مهم جانوری، تشخیص پیش از تولد و غیره)

-انتخاب براساس ماركر

-به‌نژادی به كمك بیوتكنولوژی

-ایجاد بانك‌های ژن جانوری

-تولید حیوانات تراریخته

-كلونینگ

به نظر می‌رسد سه مورد نخست از موارد فوق با توجه به نیروهای انسانی، مؤسسات تحقیقاتی و تولیدی موجود كشور از امكان‌پذیری بیشتری برخوردار بوده و لذا می‌توان توجه بیشتری به این حوزه‌ها معطوف داشت.

به عنوان مثال، با استفاده از تكنیك انتخاب براساس ماركر می‌توان در بدو تولد تشخیص داد كه یك دام دوقلوزا هست یا خیر. در صورت اطلاع از این موضوع، می‌توان از دام‌های دوقلوزا در ازدیاد نسل و از سایر دام‌ها در تولید فرآورده‌ای دیگر استفاده كرد. در این صورت، به جای تحمل ۵۰ میلیون گوسفند به مراتع كشور كه در نهایت منجر به تولید ۳۰ میلیون بره شوند، می‌توان با ۲۰ میلیون گوسفند به این بازدهی دست یافت و فشار بر مراتع را تا حد زیادی كاهش داد. تأثیر بیوتكنولوژی بر مراتع كشور نیز در بندهای بعدی بررسی می‌شود.

۱ـ استفاده از بیوتكنولوژی در صنعت دامپروری

امروزه از روش‌های مهندسی ژنتیك و بیوتكنولوژی، در صنایع پرورش دام، طیور و آبزیان به منظور اصلاح نژاد، افزایش كمی و كیفی محصول و مقابله با بیماری‌ها به طور گسترده‌ای بهره‌گیری می‌شود.

ایران نیز به لحاظ دامپروری و تولید فرآورده‌های دامی دارای مزایای نسبی فراوانی است؛ به طوری كه تقریباً تمام دام‌های ارزشمند، در ایران قابل پرورش و نگهداری هستند. این مزیت، صنعت تولید دام و فرآورده‌های آن را در كشور در زمرهٔ صنایع پردرآمد و مهم قرار داده است. در این بین، بیوتكنولوژی با توجه به كاربردهای وسیع آن، می‌تواند در توسعه و ارتقای صنعت مذكور نقش به سزایی ایفا نماید.

۲ـ فرآورده‌ها و محصولات میكروبی

برخی از فرآورده‌های میكروبی كه كاربردهای وسیعی در صنایع مختلف دارند، از این جهت دارای اهمیت هستند كه معمولاً از سطح دانش و فناوری پایین‌تری برخوردار بوده و سابقهٔ بهره‌گیری از آن به سال‌های دور باز می‌گردد. در این خصوص، غالباً میكروب‌هایی از طبیعت استخراج می‌شوند و پس از مراحل غربال‌گری، بهترین آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. ضمن این كه برای ارتقای عملكرد این میكروب‌ها می‌توان از روش‌های اصلاحی نظیر جهش‌زایی، مهندسی ژنتیك، نوتركیبی وغیره استفاده كرد.

نكتهٔ قابل تأمل در این مورد، دستیابی به جوامع متنوع میكروبی است كه خوشبختانه از این حیث، كشور از مزیت نسبی خوبی برخوردار است؛ جداسازی باكتری‌های پربازده هضم‌كنندهٔ مواد نفتی از خلیج فارس و در آخرین مورد، تولید كود بیولوژیك بارور ۲ از میكروارگانیسم‌های بومی كشور و ده‌ها مورد مشابه از مصادیق بارز این ادعا هستند. متأسفانه علیرغم كاربردها و مزایای بسیار، تاكنون از قابلیت‌های كشور در این زمینه كمتر استفاده شده است. در ذیل به برخی از این فرآورده‌ها، موارد كاربرد و اهمیت آن‌ها اشاره شده است:

۲ـ۱ـ بیومس میكروبی

یكی از منابع اصلی تولید محصولات بیوتكنولوژی، بیومس (Bomass) میكروبی است. بیومس، در واقع به توده‌ای از سلول‌های میكروبی اطلاق می‌گردد كه برای كاربردهای مختلف تكثیر می‌شوند. از جمله كاربردهای بارز بیومس میكروبی، می‌توان به استفاده از آن‌ها به عنوان مخمرهای نانوایی، خوراك دام و طیور و مكمل‌های آن، افزودنی‌های غذایی، آفت‌كش‌ها و كودهای بیولوژیك اشاره نمود.

●اهمیت اقتصادی

براساس پیش‌بینی مؤسسه Royal Dutch Shell در نیمه اول قرن بیست و یكم، بیش از ۳۰ درصد نیاز جهانی به سوخت‌ها و تركیبات بیولوژیك گوناگون با ارزش حدود ۱۵۰ میلیارد دلار، به كمك بیومس میكروبی تولید خواهد شد. برای مثال، پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۰۵ میلادی بیش از ۱۰ درصد كل آفت‌كش‌های جهان با ارزشی معادل ۴ میلیارد دلار توسط صنایع بیوتكنولوژی تولید شود.

یكی از مهم‌ترین انواع آفت‌كش‌های بیولوژیك جهان، بیومس حاصل از نوعی باكتری موسوم به باسیلوس تورنژینسیس (Bacillus thuringiensis) است.

یكی از عمده‌ترین موارد كاربرد بیومس میكروبی، استفاده از آن‌ها به عنوان غذا و افزودنی‌های غذایی است. ارزش بازار جهانی طعم دهنده‌های غذایی در سال ۲۰۰۰ حدود ۱/۱ میلیارد دلار بوده است. اهمیت اقتصادی بیومس میكروبی تا به حدی است كه محققان كشور كوبا با استفاده از ضایعات نیشكر و تكنولوژی تخمیر، اقدام به تهیه و تولید پروتئین‌های تك یاخته (SCP) نموده‌اند تا كشور را از واردات خوراك دام و سویا بی‌نیاز نمایند.

لازم به ذكر است كه در حال حاضر، واردات خوارك دام و طیور و مكمل‌های آن به كشور بیش از یك میلیارد دلار در سال است؛ از طرفی تولید پروتئین تك یاخته یكی از راهكارهای بیوتكنولوژی برای رفع این مشكل در كشور است، ضمن اینكه مواد خام اصلی برای تولید SCP، ضایعات كشاورزی، متانول،‌ نفت و گاز است كه در همهٔ این موارد، كشور از مزیت بسیار مناسبی برخوردار است . متأسفانه تولید SCP در كشور تاكنون از مرحلهٔ تحقیقات فراتر نرفته است، علیرغم این كه سابقهٔ شروع تحقیقات در این زمینه به پیش از انقلاب و دههٔ ۱۳۵۰ برمی‌گردد.

۲ـ۲ـ صنایع تخمیری بیوتكنولوژی

صنایع تخمیری كه طیف وسیعی از حوزه‌های مرتبط با میكروارگانیسم‌ها و بیوتكنولوژی را دربرمی‌گیرند از قدیمی‌ترین شاخه‌های فناوری زیستی به شمار می‌آیند. الكل‌ها، آنتی‌بیوتیك‌ها، اسیدهای آلی، آنزیم‌ها و بسیاری از تركیبات مورد استفاده در صنایع غذایی، دارویی و غیره بخشی از محصولات با ارزش تولید شده در این صنعت را تشكیل می‌دهند. آنزیم‌هایی نظیر پروتئازها، آمیلازها، لیپازها، سلولازها و غیره كه مصرف بسیار زیادی در صنایع مختلف دارند از جمله مهم‌ترین تولیدات بیوتكنولوژی صنعتی به شمار می‌روند.

●اهمیت اقتصادی

آنزیم‌ها كه در واقع كاتالیست‌های زیستی به دست آمده از باكتری‌ها و قارچ‌های گوناگون هستند، سالانه به میزان زیادی تولید شده و بازار بسیار بزرگی از محصولات بیوتكنولوژیك را به خود اختصاص می‌دهند.

در چند سال اخیر، ارزش بازار جهانی آنزیم‌های صنعتی میكروبی كه بخش عمدهٔ آن ( بیش از ۵۰ درصد) توسط شركت دانماركی Novo Nordisk A/S تولید و عرضه می‌شود،‌ سالیانه به بیش از ۸/۱ میلیارد دلار رسیده است.

پیش‌بینی می‌شود میزان فروش آنزیم‌های صنعتی تا سال ۲۰۰۸ به ۳ میلیارد دلار بالاغ گردد. هم‌چنین ارزش بازار جهانی آنزیم‌های دارویی، سالانه به بیش از ۳/۲ میلیارد دلار بالغ می‌شود. جدول۱- ارزش بازار جهانی آنزیم‌های صنعتی در سال‌های ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۲ ( میلیون دلار)

تولید ویتامین‌ها، اسیدهای آمینه، اسیدهای آلی و بیوپلیمرها از دیگر عرصه‌های سودآور بیوتكنولوژی صنعتی است. آمارها نشان می‌دهد در سال ۱۹۹۶ ارزش اسیدهای آمینه، ویتامین‌ها و بیوپلیمرهای تولیدی دنیا به ترتیب ۴/۲، ۲ و ۵/۰ میلیارد دلار بوده است.

تولید اغلب آنتی بیوتیك‌ها نیز با استفاده از روش‌های تخمیری و بیوتكنولوژیك صورت می‌گیرد كه به سبب كاربرد بسیار گسترده در درمان عفونت‌ها، از اهمیت و ارزش اقتصادی بالایی برخوردار هستند.

در حال حاضر بیش از ۱۶۰ آنتی‌بیوتیك مختلف توسط صنایع تخمیری بیوتكنولوژی در جهان ساخته می‌شوند كه ارزش كل بازار جهانی آن‌ها بیش از ۲۳ میلیارد دلار تخمین زده شده است.

خاطر نشان می‌شود كه تولید اغلب این آنتی‌بیوتیك‌ها نیاز به دانش فنی پیچیده‌ای همچون تولید واكسن‌ها و داروهای نوتركیب ندارد و سال‌هاست كه در اقصی‌نقاط جهان تولید می‌شوند.

در سال ۲۰۰۲ درآمد آمریكا از تولید و فروش آنتی بیوتیك‌ها به بیش از ۹۷/۷ میلیارد دلار رسیده است كه در میان محصولات حاصل از بیوتكنولوژی جایگاه مهمی را به خود اختصاص می‌دهد.

۳ـ بیوتكنولوژی غذایی

به لحاظ تعریف، بیوتكنولوژی غذایی عبارت است از: استفاده از سلول‌های زنده یا بخشی از آن‌ها، به منظور تولید یا اصلاح محصولات غذایی یا مواد افزودنی مورد استفاده در صنایع غذایی. برای مثال، به‌كارگیری مستقیم تودهٔ سلولی میكروارگانیسم‌ها به عنوان پروتئین تك یاخته، استفاده از میكروب‌ها در تولید محصولات غذایی تخمیری نظیر ماست و پنیر و محصولات گوشتی تخمیر شده، پرورش قارچ‌های خوراكی، تولید سس‌های متنوع، طعم‌دهنده‌ها، شیرین‌كننده‌ها و افزودنی‌های خواركی، آنزیم‌های مورد استفاده در صنایع غذایی، ویتامین‌ها و اسیدهای آمینه و آلی تنها گوشه‌ای از كاربردهای بسیار متنوع بیوتكنولوژی در صنایع غذایی هستند. استفاده از باكتری‌های مفید ( پروبیوتیك) كه به منظور درمان یا مقابله با بیماری‌های روده‌ای، اصلاح جمعیت میكروبی بدن و تولید ویتامین‌ها، به برخی از مواد غذایی مانند ماست و دیگر فرآورده‌های لبنی افزوده می‌شوند، نیز از حوزه‌های بسیار جذاب بیوتكنولوژی مواد غذایی محسوب می‌شوند.

دكتر علی بدرفه مشاور معاون اداری ،برنامه ریزی و مدیر پایگاه اطلاع رسانی سازمان شیلات ایران

مآخذ

۱ـ آمارنامه كشاورزی، جلد اول: محصولات زراعی و باغی سال زراعی ۸۱-۱۳۸۰، وزارت جهاد كشاورزی، معاونت برنامه‌ریزی و اقتصادی، دفتر آمار و فناوری اطلاعات، مهرماه ۱۳۸۲.

۲ـ آهنگرزاده رضایی، محمد، توجه به پتانسیل‌های اقتصادی بیوتكنولوژی به عنوان یك فناوری استراتژیك، مجموعه مقالات دومین همایش علم و فناوری، آینده و راهبردها ( اولویت‌های فناوری ایران)، مركز تحقیقات استراتژیك، صفحات ۱۸۱-۱۷۵، ۳۰-۲۹ بهمن ماه ۱۳۸۲.

۳ـ آهنگرزاده رضایی، محمد، بیوتكنولوژی‌، اولویتی برای كشورهای در حال توسعه، مجموعه مقالات دومین همایش علم و فناوری، آینده و راهبردها ( اولویت‌های فناوری ایران)، مركز تحقیقات استراتژیك، صفحات ۱۱۹۰-۱۸۳، ۳۰-۲۹ بهمن ماه ۱۳۸۲.

۴ـ رهایی، مهدی، نگاهی به پتانسیل اقتصادی بیوتكنولوژی دریایی، شبكهٔ تحلیلگران تكنولوژی ایران، تیرماه ۱۳۸۳، www. Itanetwork.org

۵ـ نادری شهاب، محبت علی، تحقیقات بیوتكنولوی در راستای افزایش بازده جنگلها و مراتع، فصلنامه رهیافت، شماره ۱۹، پاییز ۱۳۷۶.

۶ـ عباسیان، زینب، تولید داروی ضد سرطان تاكسول به روش سمی سنتزی، پرسشنامه طرح تحقیقاتی، هسته بیوتكنیك گیاهی، شهرك علمی- تحقیقاتی اصفهان، ۱۳۸۲.

۷ـ عبدی، حمیدرضا، توانمندی‌ها و كاربردهای بیوتكنولوژی دام در كشور ( دیدگاه دكتر نجاتی)، شبكهٔ تحلیلگران تكنولوژی ایران، تیرماه ۱۳۸۲، www. Itanetwork.org

۸ـ میر، محمد، اهمیت بیوتكنولوژی گیاهی و حوزه‌های مختلف كاربرد آن، شبكهٔ تحلیلگران تكنولوژی ایران، شهریور ۱۳۸۱، www. Itanetwork.org

۹- Rachmilewitz, D. et al. Toll-like receptor ۹ signaling mediates the anti- inflammatory effects of probiotics in murine experimental cilitis. Gastroenterology, Vol. ۱۲۶: ۵۲۰-۵۲۸ (۲۰۰۴).

۱۰- Anonymous, Industrial Enzymes: worldwide market forecast, available in the iternet: www,utc.fr/ecole-doctorale/pedagogie.

۱۱- Anonymous, Technological and Biological changes and the Future of Pest Management, Chapter ۴, pp. ۱۴۴-۲۰۹, In: The future role of Pesticides in U.S. Agriculture, The National Academy of Sciences, National Academy Press, Washington, D.C., ۲۰۰۰.

Online available in the internet:

www.nap.edu.books/۰۳۰۹۰۶۵۲۶۷/html/۱۴۵.html#pagetop.

۱۲- Anonymous, Biotechnology in the food chain, Resarch and Markets, available in the I=nternet: www.foodqualitynews.com.

۱۳- Rajan, M., Plant- Derived Drugs: Products, Technologies, Applications, Business Communications Company, Inc., ۲۰۰۳, available in the internet: www.bccresearch.com.

۱۴- Anonymous, Probiotics, In: Annual Report ۲۰۰۳, VRI BioMedical limited, page ۳, available in the internet:

www.vribiomedical.com.au/VRI/annual-reps/annualrep۰۳.pdf.

---