ایرانیان راکتور زیستی ساختند
ایران، پنجمینکشور سازنده رآکتورهای زیستی در جهان
همزمان با گسترش و کاربرد بیوتکنولوژی، تغییرات قابل توجهی در برنامهها و طرحهای پیشبینیشده برای بهبود وضعیت زندگی انسانها به وجود آمده و روشها و فنون جدید بتدریج جایگزین روشهای سنتی شدهاند؛ به طوری که در جهتگیریهای اخیر دانشمندان زیستفناوری از طراحی تجهیزات بزرگنمایی و مدلسازی شرایط طبیعی، قدم فراتر نهاده و بستر مناسبی را برای شکوفایی دستاوردهای پژوهشگران در زمینههای زیستشناسی سلولی مولکولی، تولید فرآوردههای جدید از میکروارگانیسمهای تراریخته، ساخت داروهای نوترکیب، تهیه واکنشهای ژلی و نسل جدید آنتیبیوتیکها فراهم کرده است. با توجه به این موضوع، میتوان به این نتیجه رسید که سرمایهگذاری در این حوزه و در نظر گرفتن زیستفناوری به عنوان محور اساسی جهت دستیابی به توسعه پایدار در زمینههای مختلف که به عنوان زیرمجموعهای از فناوریهای زیستی شناخته شدهاند، از اهمیت بسزایی برخوردار است.
با نگاهی به وضعیت فرآوردهها و محصولات به دست آمده از فناوریهای زیستی در سطح جهان، متوجه خواهیم شد بیوتکنولوژی ابعاد وسیعی از زندگی را تحت تاثیر قرار داده و در مقایسه با دیگر رشتههای علمی و فناوریهای نوین از عملکرد مناسبتری برخوردار بوده است.
براساس پیشبینیها، رشد جمعیت با سرعت قابل توجهی ادامه دارد و برآورد میشود تا 20 سال آینده، جمعیت دنیا به بیش از 8 میلیارد نفر برسد. با توجه به افزایش تعداد ساکنان این کره خاکی باید به دنبال راهی برای تامین نیازهای آنها باشیم. بررسی مقایسهای رشتههای مختلف علوم زیستی نشان میدهد بیوتکنولوژی یا زیستفناوری میتواند تامین امنیت زندگی انسانها از نظر مواد غذایی، فرآوردههای دارویی و... را تضمین کند. امروزه پیشرفتهای به دست آمده در زمینه بیوتکنولوژی صنعتی و طراحی و ساخت رآکتورهای زیستی و همچنین بهرهگیری از میکروارگانیسمهای مناسب به تولید فرآوردههایی بسیار مهم و استراتژیک منجر شده است که میتواند پاسخگوی نیاز انسانها در زمینههای مختلف مانند تامین مواد غذایی، بهداشت و همچنین حفاظت از محیط زیست باشد.
محیطی مجازی برای واکنشهای طبیعی
به طور کلی رآکتور یا واکنشگاهها ابزاری مجازی برای انجام واکنشهای شیمیایی هستند که براساس یک واکنش شیمیایی تعریفشده، مواد و ترکیبات اولیه را به محصول نهایی تبدیل میکنند. معادله واکنش تعریفشده در این سیستم تعیینکننده چگونگی تبدیل مواد واکنشدهنده به محصول نهایی است و در نظر گرفتن شرایط جانبی برای انجام واکنش میتواند تضمینکننده تولید مولکولهایی باشد که تنها در شرایط آزمایشگاهی و براساس قوانین در نظر گرفتهشده برای ترکیب مواد، تولید آنها امکانپذیر خواهد بود. بیورآکتورها یا رآکتورهای زیستی نیز دستگاهها یا سیستمهایی هستند که میتوانند محیطی را که از نظر بیولوژیکی فعال است در شرایط آزمایشگاهی به وجود آورند. به عبارت دیگر میتوان گفت بیورآکتور مخزنی است شامل موجودات زنده میکروسکوپی یا مواد شیمیایی فعال مشتقشده از این موجودات که در آن مجموعهای از واکنشهای شیمیایی انجام میشود. این واکنشها در شرایط بیهوازی یا هوازی قابل انجام شدن هستند. معمولا بیورآکتورهای شیمیایی، استوانهای چرا شکل هستند که حجم آنها از چند لیتر تا چند مترمکعب متغیر است. از بیورآکتورها میتوان به عنوان سیستمهایی برای رشد سلول یا بافت در شرایط آزمایشگاهی استفاده کرد که از کاربردهای آن در زمینه مهندسی بافت است. موجودات زنده میکروسکوپی یا میکروارگانیسمهایی که در بیورآکتورها رشد میکنند، میتوانند در این مجموعه معلق یا ساکن باشند. طراحی بیورآکتورها مستلزم انجام بررسیهایی است که بتواند عملکرد آنها را از نظر فنی تضمین کند. در شرایط بهینه، میکروارگانیسمها میتوانند با بازده 100درصد اعمال حیاتی خود را انجام دهند. به همین دلیل لازم است شرایط درونی رآکتور مانند سرعت حرکت گازها، دما، میزان اسیدیته و سطح اکسیژن محلول و همچنین سرعت حرکت میکروارگانیسمها در این مجموعه به دقت تحت کنترل قرار گیرد. بنابراین معمولا برای طراحی و ساخت بیورآکتورها، مجموعهای از مخازن، حسگرها و سیستمهای نظارتی به عنوان شبکهای به هم پیوسته در نظر گرفته میشود. رسوب مواد در بیورآکتورها مانع از عملکرد دقیق دستگاه شده و بازده عملکرد آن را کاهش میدهد. به همین علت شستشو و رسوبزدایی مخازن حائز اهمیت خواهد بود. میزان رشد سلولها در محیط کشت فراهم شده در مخزن بیورآکتورها نیز از طریق غلظت مواد غذایی محدودکننده رشد سلولی کنترل میشود. بیورآکتورها اغلب به عنوان واکنشگاههای زیستی شناخته میشوند که در آنها فرآیندهای شیمیایی مرتبط با ارگانیسمها و یا ترکیبات موجود زنده در شرایط بهینه و از پیش تعیینشده انجام شده و یا مواد بیوشیمیایی فعال به دست آمده از ارگانیسمها در آن نگهداری میشوند. مهمترین و بیشترین کاربرد بیورآکتورها در زمینه بیوتکنولوژی و زیستفناوری است. امروزه گستردگی و تنوع کاربرد علم بیوتکنولوژی سبب شده در تعریف و توصیف آن با مجموعهای متنوع از کاربردهای این شاخه علمی در زندگی روزمره مواجه شویم. بسیاری از محققان، بیوتکنولوژی را به عنوان میکروبیولوژی صنعتی و کاربرد میکروارگانیسمها در عرصه فناوری مطرح میکنند، در حالی که گروهی دیگر بر این باورند که بیوتکنولوژی، دربردارنده مفاهیم جدیدی از مهندسی ژنتیک است.
زمینهای مناسب برای تولید علم
به گفته دکتر قاسم عمرعابدینی، رئیس پارک علم و فناوری دانشگاه تهران و مجری این طرح تحقیقاتی، پژوهشگران کشور موفق شدهاند به دانش فنی طراحی و ساخت میلی بیورآکتورها دست یابند و با تولید آن، نام کشور ایران را به عنوان پنجمین کشور دنیا در دانش بیورآکتور به ثبت برسانند.
با توجه به گسترش کاربرد فناوری نانو و بیوتکنولوژی، امکان همافزایی فناوریها در مقیاسهای بسیار کوچک میتواند فرصت جدیدی برای محققان مهندسی علوم زیستی در حوزه بیوتکنولوژی به وجود آورد تا با استفاده از آن بتوانند به فناوریهای جدیدی در این زمینه دست یابند. به طور کلی تولید علم در سطح جهان به 2 بعد نرمافزاری و سختافزاری وابسته است که حوزه بیوتکنولوژی با دستیابی به فناوریهای جدید در حوزه علوم زیستی نیز از این قاعده مستثنا نخواهد بود. در زمینه بیوتکنولوژی پژوهشهای زیادی در بخش نرمافزاری انجام شده که از آن جمله میتوان به ساخت داروهای نوترکیب اشاره کرد، اما متاسفانه تاکنون به علت محدودیتهای موجود در زمینه فنی و تخصصی در بخش سختافزاری که به ساخت تجهیزات و امکانات آزمایشگاهی مربوط میشود تلاشهای زیادی انجام نشده بود و دانش تخصصی آن تنها در انحصار 4 کشور دنیا بود. با توجه به تحریمهای در نظر گرفته شده علیه کشور، به نظر میرسد عدم دسترسی به این امکانات مشکل بسیار بزرگی در زمینه تولید علم در بخش سختافزاری زیستفناوری است که موفقیت محققان در دستیابی به دانش فنی ساخت بیورآکتور میتواند نقش مهمی در از میان برداشتن موانع و مشکلات ایجادشده در این زمینه داشته باشد. بیورآکتورها از مهمترین تجهیزات آزمایشگاهی در حوزه زیستفناوری هستند که به دلیل کاراییهای بسیار زیادی که دارند، در کشورهای توسعهیافته در زمینههای از جمله انجام تحقیقات در حوزه بیوتکنولوژی مورد استفاده قرار میگیرند. با توجه به این موضوع و همچنین نیاز کشور به این فناوری، به نظر میرسد ساخت بیورآکتورها بدون نیاز به کشورهای دیگر نقش مهمی در گسترش تحقیقات و توسعه در این زمینه دارد.
علاوه بر این با دستیابی به دانش فنی تولید دستگاه میلی بیورآکتور کشور ما نیز توانسته است در زمره 5 کشور دارنده این فناوری قرار گیرد. یکی از مهمترین مزایای ساخت این بیورآکتورها در کشور همگرایی حسگرهای مورد استفاده و کاهش 80 درصدی هزینههای تحقیق و توسعه است که در آیندهای نهچندان دور با بهرهبرداری از این فناوری تحقق خواهد یافت. کاربرد این سیستم در زمینه تولید آنزیمها، تولید دارو، مهندسی بافت و مهندسی کشت، زمینه مناسبی را برای استفاده از آن در مراکز پژوهشی و تحقیقاتی کشور به وجود میآورد و نقش مهمی در تولید علم در حوزه بیوتکنولوژی خواهد داشت.
رآکتورهایی برای ترمیم تارهای صوتی
نتایج تحقیقات انجامشده از سوی محققان حاکی است که به کمک بیورآکتورها یا رآکتورهای زیستی میتوان مجموعهای از تحقیقات در زمینه توسعه مواد زیستی هوشمند را نیز مورد بررسی قرار داد که بر مبنای تقلید از ساختارهای مولکولی، پاسخدهی مکانیکی و سازماندهی مواد طبیعی در بدن در مقیاس نانو عمل میکنند. این مواد زیستی جدید که با علایم زیستفیزیکی و عوامل زیستی ترکیب شدهاند، برای ترمیم اساسی بافت به کار میروند. ایجاد یک بافت عامل برای ترمیم تارهای صوتی به کمک ترکیبی از سلولهای بافت پیوندی تارهای صوتی، محیط مصنوعی خارج سلولی و علایم زیستی و تحریکات مکانیکی که میتواند از ویژگیهای زیستی و مکانیکی اعضا و اندامهای طبیعی بدن برخوردار باشد، نمونهای از تحقیقات انجام شده در این زمینه است که گروهی از محققان دانشگاهی ایالات متحده آمریکا به عهده داشتهاند. از آنجا که برای رشد یک بافت لازم است سلولهایی از محیط فیزیکی و زیستی شبیه به بافتهای طبیعی بدن وجود داشته باشند، برای شبیهسازی این فرآیند در شرایط آزمایشگاهی از رآکتورهای زیستی استفاده میشود که میتوانند فشارهای کششی و ارتعاشی معینی را به وجود آورند. ترکیب بافت پیوندی تار صورتی، محیط مصنوعی قابل ارتجاع و فعال خارج سلولی و زیسترآکتور مذکور فرصت جدیدی را برای مهندسی بافت تارهای صوتی ایجاد خواهد کرد.
فرانک فراهانی جم
تازه ها
گوناگون
پیشنهاد سردبیر
در تپش این هفته، ماجرای فریب و تعرض در پوشش عرفانهای دروغین و رمالی را بررسی کردیم
پشت پرده اتاقهای دود و طلسـم
