مقدمات و أساسيات و تطبيقات علم التكنولوجيا الحيوية (2)Biotechnology

الهندسة الوراثية و السلامة الإحيائية (الأمان الحيوي)

Genetic Engineering and Biosafety

الجزء الثاني و الثالث

سلسلة من المقالات القيمة يمكن الاستدلال بها عند محاولة شرح مجال التكنولوجيا الحيوية و العلوم المتعلقة به للمتخصصين و غير المتخصصين.

تمت كتابتها بواسطة عبدالحكيم محمود، إعلامي علمي من دولة اليمن ونشرت على موقع منظمة المجتمع العلمي العربي.

  التحوير الوراثي و المحاصيل  المعدّلة وراثياً

 Genetic Manipulation and Genetically engineered crops

ان التعرف على الخلية و مكوناتها مثل طبيعة و وظيفة الصبيغات أو الكروموزومات، و هي مكونة من أشرطة تصطف عليها مواد مسجل عليها صفات الكائن و هي ما تعرف بالجينات و التي تحمل بداخلها مادة تسمى D.N.A 

لقد جاءت الهندسة الوراثية كمحصلة لثورتين علميتين و هما ثورة اكتشاف أسرار المادة الوراثية DNA و اكتشاف تركيبها في العام 1953، بالإضافة إلى ثورة  اكتشاف انزيمات القطع التي تقوم بقص الحمض النووي، و كانت هذه التحولات قد فتحت آفاقاً جديدة لتطبيقات الهندسة الوراثية و إجراء عملياتها و تعدد فروع علوم و أبحاث الهندسة الوراثيةإبتداء من عمليات التحوير الوراثي وصولاً إلى ثورة الجينوم و الخلايا الجذعية.

   التحوير الوراثي Genetic Manipulation 

ينطلق التحوير الوراثي من مفهوم التكنولوجيا الحيوية الحديثة أو الهندسة الوراثية التي يقصد بها التقنية التي يتم من خلالها عزل جين من كائن و التعرف عليه و تحديد وظيفته و استنساخه و إعادة دمجه مع جينات لكائنات أخرى، و تتم هذه العملية بعدة خطوات نوجزها في الآتي :

 1-  عزل المادة الوراثية من الكائن الحي المراد الحصول على الجين منه عن طريق قطع المادة الوراثية المعزولة بمقصات خاصة، و هي عبارة عن انزيمات تستخرج من كائنات حية (بكتيريا)،

 2-  استخدام نواقل حيوية لنقل المادة الوراثية إلى داخل خلايا الكائن الحي،

 3-   التأكد من أن الخلية المستهدفة بالهندسة الوراثية قد تم فعلاً نقل المورِّث (الجين) إليها و ذلك بالكشف عن جين مرافق  للجين المستهدف.

أما بالنسبة للكائنات المحوّرة وراثياً، فهي حسب تعريف بروتوكول قرطاجنة فهي الكائنات التي تم  نقل جينات إليها من أنواع  لا تمت بصلة لها أو من أنواع  قريبة أخرى بطريقة الهندسة الوراثية.

ولا يدخل ضمن الكائنات المحورة وراثياً الكائنات التي تم إحداث تغييراً وراثياً فيها بالطرق التقليدية من تهجين بين الأنواع  القريبة.

ان الكائنات المعدّلة وراثياً تحتوي على نوع من التلاعب بالحمض النووي للكائن الحي سواء كان حيوانياً أو نباتياً، و بالتالي فإنّ تطبيقات هذه التقنية قد شمل الكائنات الحيوانية و النباتية و إن كانت مجالات الاستفادة منها تعددت في الجانب الزراعي و الحيواني و الانتاج الغذائي و لاسيما المحاصيل المعدّلة وراثياً  و التي أصبحت تشكل فيما يُعرف بالثورة الجينية الخضراء.

 المحاصيل المعدلة وراثياً Genetically engineered crops 

يعود أول تطبيق و إنجاز للتحوير الوراثي إلى العام 1986 عندما تمكن العلماء من خنزير معدل وراثيا باستخدام هرمون النمو البشري، و في العام 1988 تم انتاج و تسويق أول كائن معدل وراثياً.

و لكن يبدأ  مشوار إنتاج المحاصيل المعدلة وراثياً في العام 1987 عندما قام  قيصر البحث الزراعي العالم الأمريكي بيشي بزراعة الطماطم، و التي ثم إطلاقها في العام  1994، و تم تسويقها في العام 1996 كأول  محصول معدل وراثياً. و بعد ذلك  و في العام 2003 زرعت المحاصيل المحوّرة في حوالي 67.7 هكتار من قبل 7 مليون مزارع في 18بلداً.

و في سنة 2004  ازدادت عمليات زراعة المحاصيل المعدّلة وراثياً فاحتلت هذه المحاصيل 81 مليون هكتار بواسطة8.25 مليون مزارع في 17 بلداً. و كان العام 2006 قد شهد زيادة هائلة في المساحات المزروعة بالمحاصيل المعدلة وراثياً من قبل 10.2 مزارع في 22 دولة منها 11 دولة نامية و11دولة صناعية.

و من أهم المحاصيل المنتجة بالتكنولوجيا الحيوية هي فول الصويا و التي تزرع في حوالي 58.6 مليون هكتار في العالم، و محصول الذرة التي تبلغ مساحة زراعتها 25.2 مليون هكتار، و كذا محصول القطن المحور وراثياً و الذي تبلغ مساحة زراعته في العالم نحو 13.4 مليون هكتار، بالإضافة إلى مساحات زراعية  صغيرة أخرى تزرع  فيها أشتال البطاطا و الباميا. كما نجح العلماء في انتاج الأرز  لكن لا يوجد حتى الآن أرز  معدل جينياً متوفراً للأغراض التجارية.

و تعتبر الولايات المتحدة في مقدمة بلدان العالم في إنتاج المحاصيل المعدلة وراثياً إذ تبلغ مساحة الأراضي التي تزرع فيها هذه المحاصيل نحو 54.6 مليون هكتار أي ما يعادل 60 في المئة من أراضيها الزراعية، تليها الأرجنتين بنحو 18مليون هكتار. أما البلدان النامية فإن نسبة الأراضي التي تتم فيها زراعة المحاصيل المعدّلة وراثياً لايتجاوز ال 38بالمائة.

إن تسارع اهتمام بلدان العالم الصناعية و النامية منها على حد سواء في إنتاج المحاصيل المعدلة وراثياً قد أصبح يشكّل علامات تبين مدى انتشار ثورة خضراء جديدة في عالمنا المعاصر، و التي يطلق عليها الثورة الجينية التي يؤمَل منها أن تساعد في الحد من مستوى الفقر و الجوع.

|تطبيقات و إنجازات الهندسة الوراثية

  لقد أصبحت الهندسة الوراثية ثورة علمية و سمة بارزة من سمات القرن الحادي و العشرين، فتعددت و تنوعت إنجازاتها و مجالات الإستفادة منها و من تطبيقاتها في الطب و الغذاء و البيئة و التكنولوجيا و غيرها من المجالات العلمية و الحيوية، و حققت بذلك العديد من الفوائد و الإنجازات منها ما يتعلق بعلاج الأمراض الوراثية و إنتاج الأدوية  و في جوانب تحسين البيئة و تطوير و تحسين المنتجات الغذائية.

 |في المجال الطبي

  ان تطبيقات الهندسة الوراثية قد أحدثت تقدماً كبيراً في مجال الرعاية الصحية من حيث التشخيص الدقيق للأمراض و كذا في الجانب العلاجي و إنتاج  المنتجات الصيدلانية، حيث بلغت المنتجات الصناعية أكثر  من 195 مركب، كما لا يزال حتى اليوم أكثر  من 370 منتج من منتجات التكنولوجيا الحيوية الدوائية تحت التجارب السريرية، و هي أدوية و لقاحات لأكثر من 200 مرض من أمراض السرطان و الخرف الوراثي و أمراض  القلب و السكر و الايدز و غيرها.

  في عام 1973 تمكّن العلماء من عزل أول  جين و هو الجين المسئول عن إنتاج الأنسولين. و في العام 1978 تم إنتاج أول أنسولين بشري من البكتيريا. و في العام 1982 أُنشئ في انجلترا  أول مصنع لإنتاج الأنسولين بطرق الهندسة الوراثية. و في نفس العام  ظهر أول منتج يتم تسويقه من الهندسة الوراثية و هو لقاح حيواني ضد الإسهال.

   و توالت بعد ذلك الإنجازات و التطبيقات الدوائية و العلاجية للهندسة الوراثية في مجال الطب فتم إنتاج مركب لخفض مستوى الكولسترول، و أيضاً إنتاج  لقاحات مضادة للأمراض الناشئة عن الفيروسات و البكتيريا و الطفيليات مثل  الملاريا و داء الكلب و الالتهاب الكبدي.

  كما تم إنتاج عدد من الهرمونات لعلاج بعض الأمراض مثل مرض القزم الوراثي الناتج عن نقص الهرمونات بالإضافة إلى إنتاج هرمونات لزيادة إدرار اللبن و غيرها من العلاجات و المستحضرات الطبية و الدوائية.

  كما أن  التطبيقات للهندسة الوراثية في الطب قد أدّت إلى نشوء ما يعرف بالصيدلية الحيوية و التي تتخذ من النباتات كمصانع للمركبات المفيدة للصحة و الإنتاج الدوائي، حيث أنتج  أيضاً لقاحات صالحة للأكل تُنتج في النباتات المهندسة جينياً، حيث تجرى الدراسات و التطبيقات لتطوير بعض الخضروات و الفواكه كالموز و الطماطم  و تحويلها إلى لقاحات.

  و من التطبيقات الطبية استخدام الهندسة الوراثية في فحص الأمراض الوراثية و التغييرات غير المرغوبة فيها و علاجها بالجينات، و كذا تحليل الحمض النووي حيث تم إنتاج الكواشف الجينية التي تستخدم في تشخيص الأمراض التي تصيب الفرد،  و منها تلك الكواشف التي تستخدم  في الكشف عن الكائنات الدقيقة المسببة للايدز  و هي تقنية أكثر فعالية للكشف عن المرض قبل ظهور أعراضه، و كذا للكشف عن السرطان في وقت مبكر.

 |في المجال الزراعي و البيئي

  لقد حققت الهندسة الوراثية عدد من الإنجازات الهامّة التي فتحت آفاق جديدة و متعددة في الزراعة و مكافحة الأمراض و تحسين نوعية المحاصيل و في الإنتاج الغذائي.وتأتي تطبيقات الهندسة الوراثية في مجال الزراعة و البيئة و الإنتاج الغذائي في المرتبة الثانية تقريباً بعد  التطبيقات في المجال الطبي و الإنتاج الدوائي.

  و تعود تطبيقات الهندسة الوراثية في المجال الزراعي إلى العام 1982 عندما تم تخليق أول نبات مهجن، و بعد ذلك الوقت أسهمت الهندسة الوراثية بشكل كبير في إيجاد آليات و تقنيات جديدة لحماية البيئة و تدهور أنظمتها  وصونها،  فقد أصبح من الممكن إدخال الصفات المرغوبة في نباتات المحاصيل مثل مقاومة الأمراض و الحشرات و مقاومة الحرارة و الملوحة و تحسين القيمة الغذائية و زيادة إنتاجيتها. فقد تم الحصول على منتجات زراعية أنتجت باستخدام عمليات التحوير الوراثي و هي ما تعرف بالأغذية المعدّلة وراثياً و التي سنتناولها لاحقاً بمشيئة الله.

  و يأتي في مقدمة التطبيقات و الفوائد للهندسة الوراثية في البيئة الزراعية، تطوير المحاصيل الزراعية و إنتاج نباتات مقاومة للأمراض الفيروسية و كذا إنتاج نباتات مقاومة  للحشرات ونباتات مقاومة لمبيدات الحشائش، كما عمل الباحثين على تحسين نوعية و إنتاج المحاصيل الزراعية بالإضافة إلى إنتاج نباتات ذات خصائص وقيمة غذائية فائقة. 

  و أدّت كل هذه التطبيقات إلى عدد من الإنجازات في مجال التصنيع الزراعي، فتم إنتاج عدد من المبيدات  الحيوية المقاومة للحشرات و كذا إنتاج الهرمونات و الإنزيمات لتحويل النشا إلى سكر و إنتاج عصير ذرة سكري إضافة إلى إنتاج الصبغات الطبيعية و مكسبات النكهة و الطعم و الرائحة و غيرها من الإنجازات في مجال التصنيع الزراعي.

  لقد عكست هذه التطبيقات والإنجازات نفسها في مجال الإنتاج الحيواني فتمكن الباحثون من إنتاج حيوانات معدّلة وراثياً ذات قدرة على مقاومة الأمراض خاصة الفيروسية، و أيضاً إنتاج أغنام ذات صوف عالي الجودة، هذا بالإضافة إلى إنتاج السماد العضوي و استخدام الحيوانات و النباتات و البكتريا كمصانع حيوية لتصنيع الدواء.

  لقد أحدثت الهندسة الوراثية انقلاباً و ثورة في المجال الزراعي فبرزت إلى الوجود ما يعرف بالزراعة العضوية و الزراعة المستديمة كإحدى أهم و أبرز نتاج ثورة الهندسة الوراثية في القطاع الزراعي.

  و على صعيد حماية البيئة  فقد أسهمت الهندسة الوراثية في تقليل و تخفيض التلوث البيئي من خلال اسخدام تقنيات التحوير الوراثي لإنتاج  كائنات حية مجهرية لتنظيف البيئة من التلوث. على سبيل المثال،  أنواع من البكتيريا تعمل على إلتهام الملوثات النفطية في مياه البحار و كذا إلتهام الملوثات السامة الأخرى من البيئة كالزرنيخ و الكالسيوم. و في هذا الجانب أيضاً أنتجت نباتات تعمل على تنقية المياه الملوثة بالمخلفات و العناصر المشعّة، كما توصل الباحثون إلى إنتاج بكتيريا محلّلة لفضلات مياه المجاري.

المراجع

1- التحوير الوراثي ماهيته و آفاقه  - د عبدالسلام طيب – كلية الزراعة – جامعة صنعاء.

2- التقنيات الحيوية : انجازات علمية لتحسين حياة البشرية، د. تمجد خليل، جامعة الملك فهد للمعادن والبترول- السعودية.

3- استخدام الهندسة الوراثية في التحقيق الجنائي  ا.د.وجدي عبدالفتاح سواحل

4- بذر ثورة جينية – مجلة العلوم الامريكية (الترجمة العربية )- العدد 5 مايو 2008    

5- تحديد أولويات اليمن في مجال التكنولوجيا الحيوية - د. عارف سعيد الحمادي - ورشة العمل حول التوعية بالإطار الوطني للسلامة الإحيائية.

6- استخدام الهندسة الوراثية في التحقيق الجنائي  ا.د.وجدي عبدالفتاح سواحل.

المصدر:

 الرابط الأول

الرابط الثاني