به نام خداوند مهربان
* دستاورد های عملی مهندسی ژنتیک در بیوتکنولوژی 1) پروتئین های پستانداران
برخی پروتئین های پستانداران دارای اهمیت تجارتی و پزشکی هستند . تولید تجارتی پروتئین های انسانی به وسیله ی استخراج مستقیم از مایعات یا بافت های بدن ، کاری پیچیده و گران و یا غیر ممکن می باشد ، اما با کلون کردن ژن می توان آن ها را از باکتری ها تولید کرد .
* انسولین انسانی
یکی از جالب ترین مثال های اهمیت مهندسی ژنتیک ، تولید انسولین انسانی می باشد . انسولین انسانی که از طریق مهندسی ژنتیک تهیه شده است ، اولین داروی بیوتکنولوژیک است که وارد بازار شده است . انسولین پروتئینی است که در پانکراس تولید می شود و برای تنظیم متابولیسم کربوهیدرات بدن حیاتی می باشد . دیابت که بیماری وجود آمده در اثر کمبود انسولین است ، میلیون ها انسان را رنج می دهد . درمان قطعی دیابت ، تزریق پیاپی یا تجویز خوراکی انسولین است و از آنجایی که انسولین بیش تر پستانداران از نظر ساختمان مشابه می باشد ، درمان دیابت انسانی با استفاده از انسولین استخراج شده از پانکراس گاو و خوک امکان پذیر است ، اما انسولین غیر انسانی به اندازه ی انسولین انسانی موثر نیست و فرآیند استخراج آن گران و پیچیده می باشد . امروزه ژن تولید انسولین انسانی در باکتری ها کلون می شود .
* میکروارگانیسم ها در خدمت پزشکی و دارو سازی
تولید سالانه ی جهانی آنتی بیوتیک ها ودرراس همه پنی سیلین ها ، سنالوسپورین ها تترا سایلکین ها به بیش از صد هزار تن میرسد . این داروها متابولیت های ثانویه یا مشتقات آنهایند که در مرحله ی رکود دوران رشد باکتری ها یا قارچ ها تولید می شوند . میکروب ها تولید کننده ی آنتی بیوتیک معمولا به مدت چند روز در ظرف های بزرگ و در کشت بسته ای که هوا دهی می شوند رشد می کنند . حجم بعضی از ظرف ها از صد هزار لیتر هم تجاوز می کند
دخالت میکروب ها در تولید بعضی از هورمون های استروتیدی نیز اهمیت دارد مثلا در سنتز شیمیایی کرتی زون – ماده ای که عامل ضد التهاب است – سی و هفت واکنش دخالت دارند ، اما هنگامی که از میکروب ها هم کمک گرفته شود این واکنش ها به پانزده واکنش تقلیل می یابد . از این رو بر خود واجب دانستیم تا از کاربرد میکروارگانیسم ها در صنعت پزشکی و دارو سازی نیز در این تحقیق به طور مختصر استفاده کنیم .
* کاربرد میکروارگانیسم ها در پزشکی و داروسازی
الف) سنجش حیاتی به وسیله ی میکروب ها
سنجش حیاتی عبارت است ازاستفاده از یک ارگانیسم ( یا سیستم زنده ) برای مقاصد سنجش از میکروارگانیسم ها برای اندازه گیری تراکم های اندک بعضی ویتامین ها ، اسید های آمینه و … می توان استفاده کرد . این امر از جنبه ی دارو سازی و کنترل صنایع دارویی نیز می توانند مهم باشند .
ب) استفاده از میکروب ها در مبارزه ی غیر مستقیم با سرطان
از باکتری ها می توان برای شناسایی مواد سرطان زا و درجه ی سرطان زایی آن ها استفاده کرد . به عبارت دیگر از این ارگانیسم ها می توان به طور غیر مستقیم در مبارزه ی با سرطان بهره گیری کرد .
قریب به 90% مواد سرطان زا موتاسیون زا هم هستند . با ویژگی مذکور سرطان زایی یک ماده را با ارزیابی ویژگی موتاسیون زایی آن می توان حدس زد . باکتری ها سیستم هایی حساس ، سریع و ارزان هستند که برای شناسایی ویژگی موتاسیون زایی یک ماده به شمار می روند . در آزمایشگاه ها با قرار دادن باکتری در معرض مواد مشکوک به سرطان زایی و متعاقباً بررسی درجه ی موتاسیون زایی آن ها نسبت به یک صفت اختصاصی می توان به آسانی و ظرف مدت نسبتاً کوتاهی به عمل سرطان زایی احتمالی صدها ماده پی برد . در این روش بررسی ، از باکتریهای موتاسیون یافته ای که برای رشد در محیط حداقل به افزایش یک ماده خاص غذایی نیاز دارند استفاده می شود .
* میکروارگانیسم ها در خدمت کشاورزی
خاک ها مجموعه ای مرکب از ترکیبات آلی و غیر آلی اند . ترکیبات غیر آلی از لایه های کانی سخت که منشاء آن ها زیرزمینی است تشکیل شده اند . با بالا آمدن لایه ی کانی به سطح و مخلوط شدن با ماده ی آلی حاصل از تجزیه ی گیاهان ، منطقه ی بارخیز خاک سطحی تشکیل می شود . ماده آلی که هوموس نامیده می شود علاوه بر اینکه خاک را نرم می کند موجب افزایش خلل خاک و در نتیجه بهتر نگه داشته شدن آب و رسیدن آن به ریشه ی گیاه نیز می شود . از این گذشته منبع مواد لازم غذایی برای گروه های متعددی از میکروارگانیسم ها که کمک به برقراری چرخه ی رشد زمین می کند نیز هست . یک گرم خاک زراعتی با مواد آلی فراوان ممکن است بیش از دو بیلیون باکتری داشته باشد . این میکروب ها همواره با قارچ های کودرست در تجزیه ی ارگانیسم های مرده و آزاد ساختن اجزای مولکولی آنها برای استفاده ی گیاهان زنده دخالت می کنند و خاک را حاصل خیز می سازند .
* کاربرد میکروارگانیسم ها در کشاورزی
الف) حشره کش های باکتریایی اکثر باکتری های حشره کش متعلق به خانواده های پسودوموناداسه ها ، میکروکوکاسه ها و باسیلاسه ها هستند . با وجود آنکه تاکنون 100 باکتری حشره کش گذارش شده اند ، اما فقط چهار تای آن ها ، یعنی باسیلوس تورجینسیس ، باسیلوس پاپیلیه ، باسیلوس لنتی موربوس و باسیلوس اسفریکوس مورد استفاده قرار دارند . از این چهار باکتری تنها باسیلوس تورجینسیس به تولید انبوه رسیده و جنبه ی تجارتی و عرضه به بازارهای جهانی پیدا کرده است . از این باکتری در کشت کارهای غلات ، درختان ، گیاهان زینتی ، سبزیهای خوراکی و اخیراً در انبارهای محصولات غذایی انبار شده ( اساساً غلات و فرآورده های آنها ) برای کنترل لارو پروانه ها استفاده می شود .
ب) حشره کش های قارچی
قارچ های عفونت زای حشره ای نقش مهمی در کنترل جمعیت های طبیعی حشرات آفت زا دارند . نخستین بار باسی [1][2] قارچ بیماری زایی به نام بوویریا [2][3] را از کرم ابریشم جدا کرد . متجاوز از 500 گونه ی قارچی توانایی عفونت زایی در حشرات را دارند . از آنجا که اکثر عفونت های قارچی حشرات به وسیله ی خوردن قارچ روی نمی دهد ، مبارزه با حشرات به وسیله ی قارچ را پیش از رسیدن هر نوع خسارتی باید شروع کرد .
* میکروارگانیسم ها در خدمت تصفیه ی فاضلاب ها و محیط زیست
یکی از عمده ترین فواید میکروارگانیسم ها انهدام مواد خطرناک و نامطلوب آب ها به ویژه آب هایی که مصرف خانگی دارند می باشد . در فاضلاب ها مواد زاید سطح زمین ، مدفوعات انسان و سایر مواد زاید خانگی و صنعتی وجود دارند . مواد غیر محلول و جامد و ترکیبات آلی محلول این منابع موجب بوی نامطبوع فاضلاب می شود . خطر بالقوه ی فاضلاب در راه یافتن به آب های جاری اصولاً مربوط به پاتوژن هایی است که با مدفوع انسان به فاضلاب می رسند . توسعه ی تکنولوژی که مانع استفاده ی انسان از آشامیدن آب های پاتوژن دار است ، موجب رشد و پیشرفت اقتصاد و صنعت در جوامع پیشرفته شده است . در کشورهای در حال توسعه که آب های آشامیدنی و فاضلاب ها معمولاً خارج از کنترل اند ، مخاطرات عمده ای را در پی دارند . بنابر گزارش سازمان بهداشت جهانی در سال 1980 میلادی روزانه دست کم سی هزار نفر از مردم این ممالک بر اثر رعایت نکردن موارد بهداشتی در مصرف آبهای آشامیدنی تلف شده اند .
* کاربرد میکروارگانیسم ها در صنعت تصفیه ی فاضلاب ها
الف) نقش قارچ ها در تصفیه ی فاضلاب
توانایی قارچ ها در تجزیه ی ترکیبات آلی فاضلاب می تواند به اندازه ی توانایی باکتری ها باشد ، اما اگر به صورت جمعیت های غالب میکروبی فاضلاب در آیند نامطلوب است . دیواره ی خارجی قارچ ها بر خلاف دیواره ی باکتری ها سست است و به سادگی پاره و از هم گسیخته می شود . این نقص می تواند موجب انسداد صافی ها شود و شرایط بی هوازی را برقرار سازد . PH فاضلاب در کنترل مقدار و انواع قارچ های موجود اهمیت فراوان دارد . مثلاً غالبیت ژئوتریکوم کاندیدوم ممکن است معادل PH پنج یا کمتر باشد .
ب) نقش جلبک ها در فاضلاب
هر چند جلبک ها را می توان به صورت پوششی در لایه های فوقانی صافی مشاهده کرد ، اما نقش آنها در فرآیند تصفیه اندک بوده و حتی ممکن است کارایی صافی را نیز کاهش دهند . در حوضچه های کوچک که مدت نگهداری فاضلاب در آنها حدوداً به یک هفته می رسد ، جلبک ها با فرآیند فتوسنتز ، اکسیژن کافی در اختیار باکتری ها قرار می دهند و در مقابل از باکتری ها دی اکسید کربن و ترکیبات آلی و غیر آلی را در یافت می کنند . در این جاPH نیز عامل مهمی است . برای مثال می توان به جلبک غالب سلناستروم در فاضلاب حاصل از کارخانه ی لبنیات سازی که با داشتن گونه های استرپتوکوکوس لاکتیس دلاکتر باسیلوس تا حدودی اسیدی است ( PH=5/8 ) اشاره کرد .
پ) تولید متان و تصفیه فاضلاب
تولید متان در دمای بالا به وسیله ی کشت های مخلوط نامعین ، یکی از مشخصات هضم بی هوازی لجن باقی مانده درسیستم تصفیه فاضلاب شهری می باشد . ارزش متان به عنوان سوختی که می تواند در وسایل موجود استفاده شود و یا ذخیره شده و سپس منتقل شود ، باعث انجام تحقیقات قابل ملاحظه ای شده است . برای مثال تولید متان از میگزوباکترآوتوتروفیکوس استفاده می کنند .
* کاربرد میکروارگانیسم ها در پاک سازی محیط زیست
الف) نقش میکروب ها در تامین اکسیژن جوّ کنونی زمین
بخشی از اکسیژن را که روزانه در فرآیند تنفس موجودات زنده متنوع به مصرف می رسد ، گیاهان آلی با عمل فتوسنتز خود جبران می کنند و تامین بخش دیگر آن به عهده ی میکروب ها می باشد .
ب) استفاده از باکتری ها در استخراج معادن و پاکسازی محیط
شرکت های بهره برداری از معادن از باکتری ها برای تخلیص کردن عنصر مورد نظر از سنگ معدن هایی که عیار پایین دارند ، استفاده می کنند . این سنگ معدن ها که مقدار کمی از عنصر مورد نظر را در خود جای داده اند حاوی گوگردند . باکتری های شیمیواتوتروف می توانند گوگرد را به ترکیبات محلول تبدیل کنند . سنگ معدن را با آب شستشو می دهند . آب ، ترکیبات محلول گوگردی را می شوید و از سنگ معدن جدا می کند . آن چه باقی می ماند ، عنصر مورد نظر است . از این روش برای استخراج مس و اورانیوم نیز استفاده می شود .
بعضی از باکتریها می توانند مواد آلی مختلفی را متابولیزه ( تجزیه ی نفت ) کنند . از این باکتری ها برای پاکسازی آلودگی های نفتی و شیمیایی استفاده می کنند . برای پاکسازی لکه های نفتی ، از پودرهایی که حاوی باکتری های متابولیزه کننده ی نفت اند استفاده می شود .
* میکروارگانیسم های مورد استفاده در صنعت نفت و سوخت
به طور کلی میکروارگانیسم های نفت را از چندین جهت مورد بررسی قرار می دهند . یکی از لحاظ منافع و دیگری از لحاظ ضررهای آن . رشد میکروارگانیسم های نفت هم می تواند مفید واقع شود و هم مضر . از این میکروارگانیسم ها برای به دست آوردن محصولات نفتی استفاده می شود و از طرف دیگر گاهی فعالیت آن ها باعث گرفتگی و خوردگی مخازن می شود . به طور کلی از میکروارگانیسم های نفت در چند مورد استفاده می شود :
1) استفاده از آن ها برای از بین بردن آلودگی نفتی .
2) پی بردن به چاه های نفت با توجه به مطالعه ی پیرامون میکروارگانیسم های تجزیه کننده ی نفت در خاک
3) تهیه ی محصولات نفتی .
4) تهیه ی پروتئین از نفت .
5) افزایش استخراج نفت
تجزیه ی بیولوژیکی نفت
کاربرد میکرو ارگانیسم ها درتهیه ی آنتی بیوتیک ها
* تعریف آنتی بیوتیک ها
آنتی بیوتیک نوعی ماده ی آلی ( شیمیایی ) است که به وسیله ی یک نوع میکرو ارگانیسم تولید می گردد که به طور اختصاصی حتی با غلظت کم هم باعث مرگ نوع دیگری از میکرو ارگانیسم ها می گردد . حتی اغلب دانشمندان عقیده دارند که می توان این نام را به مواد ضد میکروبی که به وسیله ی گیاهان عالی تولید می گردد نیز تعمیم داد .
البته خود میکرو ارگانیسم ها به مرور زمان پادزهری تولید نموده و در مقابل آنتی بیوتیک ها مقاوم می شوند ، از این رو در مصرف و کاربرد آنتی بیوتیک ها باید دقت زیادی نمود . آنتی بیوتیک در اصل به هر فرآورده ی میکروبی که در غلظت های اندک قادر به جلوگیری از رشد یا انهدام سایر میکرو ارگانیسم ها باشد اطلاق می شود . مفهوم مترتب بر این واژه که در دهه ی 1940 میلادی به وسیله ی واکسمن وضع شد به سهولت مرز مشخص دارویی تازه تلخیص یافته ی پنی سیلین و سولفونامید های سنتتیک با قدمت ده ساله را تعیین می کرد .
* نحوه ی استفاده از آنتی بیوتیک ها
آنتی بیوتیک ها را به صورت پماد ، قطره ی چشمی و یا از راه های خوراکی ، تزریق زیر پوستی ، داخل عضلانی و داخل وریدی به کار می برند .
آنتی بیوتیک ها هنگامی که به جا استفاده شوند بی نهایت مفیدند و داروهای مهمی به شمار می آیند . آن ها با عفونت ها وبیماری های ناشی از باکتری ها مبارزه می کنند .
آنتی بیوتیک های مختلف به طرق متفاوت به عفونت های خاص اثرمی کنند . مصرف تمام آنتی بیوتیک ها خطراتی را به همراه دارد ولی برخی از آن ها از دیگران خطرناک ترند . در انتخاب و مصرف آنتی بیوتیک ها باید دقت بسیار زیادی به عمل آورد .
* راهنمایی هایی برای استفاده از همه ی آنتی بیوتیک ها :
1) اگر دقیقاً نمی دانید که چه طور از یک آنتی بیوتیک استفاده کنید و برای چه عفونت هایی می توان آن را به کار برد بهتر است از آنها استفاده نکنید .
2) فقط از آنتی بیوتیکی استفاده کنید که برای عفونتی که می خواهید درمانش کنید توصیه شده است .
3) از آنتی بیوتیک ها فقط به مقدار توصیه شده استفاده کنید .
4) خطرات استفاده از آنتی بیوتیک ها را بشناسید و تمام احتیاط های لازم را به کار گیرید .
5) به مصرف آنتی بیوتیک آنقدر ادامه دهید تا بیماری کاملاً بهبود یابد .
* خطرات ناشی از مصرف بی جا و بی مطالعه ی آنتی بیوتیک ها
آنتی بیوتیک ها هر قدرهم که موثر باشند ولی باید با حداکثر دقت و احتیاط تجویز گردند . به همین دلیل پزشکان این دارو را برای موارد کاملاً ضروری ذخیره می نمایند و وظیفه دارند که دراین راه در برابر تقاضای بیماران مبنی بر استفاده از آنتی بیوتیک مقاومت به خرج دهند . خطرات ناشی از مصرف بی جای آنتی بیوتیک ها به شرح زیر می باشد :
1) ایجاد حساسیت و بروز شوک آنافیلاکسی ، کهیر ، تب ، عوارض خونی و …
2) تغییرات فلور طبیعی میکروبی
3) سر پوش گذاشتن بر روی عفونت های جدی ، بدون این که این قبیل عفونت ها حذف شوند .
4) مسمومیت ، به ویژه بر اثر مصرف متمادی برخی از آنتی بیوتیک ها
مثال مهم :
عوارض اعصاب شنوایی ، بر اثر مصرف کانامایسین
5) ایجاد مقاومت در اجتماعات میکروبی ، به ویژه بر اثر حذف میکرو ارگانیسم ها ی حساس در محیط های اشباع از آنتی بیوتیک ( نظیر محیط های بیمارستانی ) جانشینی میکرو ارگانیسم های مقاوم را به وفور ملاحظه می کنیم .
6) اگر آنتی بیوتیک سبب بروز خارش ، اشکال در تنفس و یا واکنش های شدید دیگر شود بیمار باید از مصرف آن خود داری کرده ، هیچ گاه دوباره از آن استفاده نکند .
با تشکر از اینکه توجه نمودید
The end