معرفی بیوتکنولوژی دریایی

[Mohammad Aref 120452]

علیرغم وجود مزایای نسبی در زمینة بیوتکنولوژی در کشور، برخی از حوزه های مهم این تکنولوژی، مانند بیوتکنولوژی دریایی، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مطلب، تعاریف و کاربردهای "بیوتکنولوژی دریایی " ارایه شده اند.

 

علیرغم وجود مزایای نسبی در زمینة بیوتکنولوژی در کشور، برخی از حوزه های مهم این تکنولوژی، مانند بیوتکنولوژی دریایی، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مطلب، تعاریف و کاربردهای "بیوتکنولوژی دریایی " ارایه شده اند.

 

اهمیت بیوتکنولوژی دریایی

دریا بستر بسیار مناسبی جهت تحقیق و توسعه است؛ اما تاکنون همة پتانسیل آن شناخته نشده است. در حقیقت، بخش اعظمی از موجودات دریایی (به خصوص میکروارگانیزم های اولیه) هنوز ناشناخته باقی مانده اند که به تدریج در حال شناسایی هستند. حتی در مورد موجودات زندة شناخته شده نیز دانش کافی جهت مدیریت کارا و بهره برداری بهینه از آنها وجود ندارد. این همه، اهیمت بیوتکنولوژی دریایی را روشن می سازند.

 

توجه به موجودات زنده دریایی به دو دلیل مهم است:

 

۱) موجودات زنده دریایی، بخش اعظمی از ذخایر زیستی کره زمین را تشکیل می دهند. از آنجاکه حیات از دریاها و اقیانوس ها سرچشمه گرفته است، لذا بخش اعظمی از موجودات نخستین و منحصر به فرد در دریاها زندگی می کنند. بنابراین، دریاها منبع عظیم ذخایر ژنتیکی به شمار می روند.

 

۲) اغلب موجودات دریایی، ساختارها، مسیرهای متابولیکی، سیستم های تکثیر (تولید مثل) و مکانیزم های احساسی و دفاعی منحصر به فردی دارند که بشر می تواند از آنها استفاده نماید. علت بروز این ویژگی های منحصر به فرد، زندگی در طیف وسیعی از شرایط محیطی است (از آب های سرد قطبی که دمای آنها تا ۲۰ سانتی گراد می رسد، تا اعماق اقیانوس ها که میزان فشار در آنجا بسیار زیاد است(.

 

تنوع بیولوژیکی و انواع مختلف مواد شیمیایی موجود در دریاها، از زمان های گذشته تاکنون منبع تولید ترکیبات شیمیایی صنعتی مختلفی بوده اند که از آن جمله می توان مواد دارویی، مواد آرایشی، افزودنی های غذایی، کاوشگرهای مولکولی، آنزیم ها، مواد شیمیایی خاص و مواد شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی را نام برد. تاکنون هزاران فرآورده با استفاده از منابع دریایی تولید شده اند که فقط به بخش کوچکی از تنوع بیولوژیکی و شیمیایی دریاها مربوط می شوند. برخی از این فرآورده ها هم اکنون وارد بازار مصرف شده اند و بازاری چند میلیارد دلاری را به خود اختصاص داده اند.

 

عواید حاصل از بیوتکنولوژی دریایی

بیوتکنولوژی دریایی یکی از حوزه های در حال رشد است که با کمک آن، از موجوداتی مانند ماهی، جلبک و یا باکتری ها به طور مستقیم و غیرمستقیم استفاده می شود. مهمترین فواید بیوتکنولوژی دریایی به شرح زیر است:

 

۱) تولید فرآورده های جدید و اصلاح شده

 

۲) فراهم آوردن تکنیک های جدید جهت ردیابی، ارزیابی، ذخیره، حفاظت و مدیریت اکوسیستم های دریایی

 

۳) شیلات و پرورش آبزیان (Aquaculture) به صورت پایدار و مطمئن

 

در ذیل هر یک از این موارد با تفصیل مورد بررسی می گیرند:

 

۱) تولید فرآورده های جدید و اصلاح شده

با توجه به پتانسیل بالای موجود در دریا و تنوع موجودات آبزی، تاکنون محصولات فراوانی از آنها استحصال شده است. مانند مواد دارویی، آنزیم ها، مواد مولکولی بیولوژیک، کیت های تشخیصی، آفت کش های زیستی، تولید بیوماس جهت تولید انرژی و غیره.اکثر این فرآورده ها، مانند ترکیبات هالوژنه (ترکیبات برم وید) هستند و نمی توان مشابه آن را از موجودات خشکی زی به دست آورد. علاوه بر این، میکروارگانیزم های دریایی، منبع غنی از ژن های جدیدی هستند که می توان از آنها برای تولید داروها و فرآورده های بیولوژیک جدید و دسترسی به اهداف دیگر مانند مانیتورینگ استفاده کرد. در ذیل، برخی از این فرآورده ها مورد بررسی قرار گرفته اند:

 

۱-۱) مواد دارویی و آرایشی

برخی از مواد دارویی و آرایشی که از موجودات دریایی همچون باکتری ها، بی مهرگان و جلبک ها استخراج می شوند عبارتند از: داروهای ضدحساسیت (سودوپتروسین ها، تاپسنتین ها، سایتونمین، مانوآلید)، داروهای ضدسرطان (برایوستانین ها، دیسکودرمولاید، الیوتروبین و سارکودیکتین)، آنتی بیوتیک ها (مارینون) و ملانین ها که طیفی از رنگ ها هستند که در ساخت صفحات خورشیدی و لنزهای چشمی به کار می روند.علاوه بر این ، فرآورده های دیگری نیز از موجودات دریایی به دست می آیند: مثلاً قارچ کش ها و آنتی بیوتیک هایی که به مرور در بدن آزاد می شوند؛ افزودنی های غذایی مانند پپتیدهای آنتی اکسیدان که از ماهیچه میگو جداسازی شده اند؛ پیش مادة اسیدآمینه میکوسپورین (MAA) و دزوکسی گادوسول که از جلبک های دریایی استخراج می شوند. از این مواد به عنوان افزودنی های غذایی و همچنین برای ساخت مواد آرایشی استفاده می شود. همچنین، از نوعی خرچنگ (Horseshoe Crab)، ماده ای را استخراج کرده اند که با لیپوپلی ساکاریدهای (LPS) باکتری های گرم منفی، واکنش می دهد و می تواند در تشخیص عفونت های اولیه در انسان و به عنوان ردیاب LPS (پیروژن ها)، در فرآورده های بیوتکنولوژیک عمل کند.

 

۱-۲) مواد مرکب، پلیمرهای زیستی و آنزیم های صنعتی

اغلب این مواد از جلبک ها و باکتری های دریایی استخراج می شوند که به تفکیک مورد بررسی قرار می گیرند:

 

۱-۲-۱) جلبک ها

بیش از دو هزار سال است که از جلبک های دریایی، هم به عنوان غذای جانبی بشر و هم در پزشکی، استفاده می شود. این جلبک ها که در اعماق دریاها (تا عمق ۲۵۰ متری) رشد می کنند، به ۱۲ گروه و ۳۰ کلاس مختلف طبقه بندی می شوند.جلبک ها از رنگدانه های فتوسنتزی مختلفی استفاده می کنند که بر این اساس، به سه گروه قهوه ای، سبز و قرمز تقسیم می شوند. البته جلبک های سبز آبی نیز وجود دارند که در حال حاضر تحت عنوان باکتری های سبز آبی شناخته می شوند و در واقع مرز بین جلبک و باکتری به شمار می روند. تنوع بیولوژیکی موجود در جلبک ها، امکان تولید طیف وسیعی از فرآورد ه های بیولوژیک را فراهم می آورد که برخی از آنها در حال حاضر در مقیاس وسیع تولید می شوند. به عنوان مثال، پلی ساکاریدهای حاصل از جلبک های قرمز (کاراجینن ها و آگارها) و جلبک های قهوه ای (الجین ها)، در حال حاضر به عنوان عوامل ژلی کننده و قوام دهنده در صنایع غذایی، در تهیه لوازم آرایشی و حتی مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند. مثال های زیر مواردی از کاربرد جلبک ها را نشان می دهد.

 

الف) استفاده از جلبک های دریایی به عنوان غذای جایگزین در آبزی پروری برای تغذیة توتیای دریایی، آبالون (نوعی صدف دریایی) و ماهی: این جلبک ها حاوی کمی پروتئین، تمامی اسید آمینه ضروری، ویتامین ها، مواد معدنی، اسیدهای چرب غیراشباع با چند پیوند دوگانه (PUFAs) مانند آراشیدونیک اسید(AA)، ایکوساپنتئنویک اسید (EPA) و دوکوسوهگزائینویک اسید(DHA) هستند و به عنوان غذای مکمل در رژیم غذایی در آبزی پروری مورد استفاده قرار می گیرند.

 

ب) مصارف انسانی: به دلیل غنی بودن جلبک ها از مواد معدنی و ویتامین ها، این موجودات قرن ها به عنوان غذایی سالم در رژیم غذایی انسان و یا برای مصارف دارویی مورد استفاده قرار گرفته اند. برای مثال، در دهة گذشته مشخص شد که ترکیباتی همچون لامینارین (Laminarin) و فوکوایدان ها (Fucoidan) می توانند به عنوان داروی ضد تومور، محافظ بدن در برابر تشعشعات خطرناک، کاهش سطح کلسترول خون، کمک به بهبود زخم ها، ضد حساسیت، تعدیل کننده سیستم ایمنی، افزایش مقاومت در برابر باکتری ها و ویروس ها و عفونت های پارازیتی (مثلاً جلوگیری از عفونت های پس از جراحی) و جلوگیری از عفونت های فرصت طلب در افراد مبتلا به ایدز عمل نمایند. همچنین، متابولیت های ثانویه استخراج شده از جلبک ها (مانند ترکیبات هالوژنه)، مواد امیدبخشی جهت مبارزه با باکتری ها و ویروس ها هستند.

 

از موارد کاربرد مواد استخراج شده از جلبک ها می توان به عصاره های برگرفته از برخی جلبک های قرمز اشاره کرد که در درمان عوارض ناشی از جایگزینی استخوان و کاهش cellulite (تشکیل غده چربی در زیر پوست که از رشد تعداد زیادی سلول چربی بوجود می آید و به شکل یک پنیر مشبک است و باعث جدا شدن پوست از لایه های زیرین می شود) به کار می روند.همچنین محققان ژاپنی، روش های خاصی را برای تغییر یک جلبک دریایی به منظور تولید مقادیر بیشتر آنزیم سوپراکسید دیسموتاز ابداع کرده اند. این آنزیم کاربرد زیادی در پزشکی، تولید مواد آرایشی و غذایی دارد.

 

ج) مصارف صنعتی: هالوپرواکسیدازها از ترکیبات مهمی هستند که از جلبک های دریایی به دست می آیند و واکنش هالوژنه شدن متابولیت ها را کاتالیز می کنند. از آنجایی که هالوژنه شدن، فرآیند مهمی در صنایع شیمیایی محسوب می شود، این ترکیبات، فرآورده های با ارزشی به شمار می آیند.

 

سایر مصارف بیوتکنولوژیک جلبک های دریایی عبارتند از: صنایع غذایی، پزشکی و بهداشت، داروسازی، بهداشت دندان، سیستم های درک، سنسورهای زیستی، بیوانرژی و پاکسازی زیستی.

 

۱-۲-۲) باکتری ها

علاوه بر جلبک ها، باکتری های دریایی نیز منبع با ارزشی برای تولید مواد شیمیایی و آنزیم های مختلف محسوب می شوند. از جمله فرآورده های حاصل از این باکتری ها، آنزیم های صنعتی هستند. آنزیم هایی که از این باکتری ها، به دست می آیند، به دلیل دارا بودن خصوصیات ویژه بسیار مهم و با ارزش هستند. به عنوان مثال، برخی از این آنزیم ها در برابر غلظت بالای نمک مقاوم هستند و می توانند در فرآیندهای صنعتی خاصی مورد استفاده قرار گیرند. پروتئازهای خاصی از این باکتری ها استحصال می شوند که در شوینده ها و پاک کننده های صنعتی و غیره کاربرد دارند. از جمله باکتری های تولیدکننده این پروتئازهای خارج سلولی، می توان به گونه های جنس Vibrio اشاره کرد؛ به عنوان نمونه، ویبریو آلژینولیتیکوس (Vibrio alginolyticus) شش پروتئاز تولید می کند که یکی از آن ها با نام اگزوپروتئاز سرین آلکالین نسبت به شوینده ها مقاوم است. همچنین این باکتری دریایی، آنزیم کلاژناز نیز تولید می کند که مصارف صنعتی و تجاری مختلفی دارد که از آن جمله می توان به جداسازی سلول ها از یکدیگر، در مطالعات کشت بافت اشاره کرد. گروه دیگری از میکروارگانیزم های دریایی خاص که از آنها در جهت تولید آنزیم های خاص استفاده شده است، آرکئو باکتری های هایپرترموفیلیک (باکتری های باستانی) هستند. این باکتری ها می توانند در درجه حرارت های بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد رشد کنند، بنابراین باید دارای سیستم های آنزیمی خاصی باشند که در این درجه حرارت بالا، فعال باقی بمانند. محیط زندگی این باکتری ها، چشمه های آب گرم، دستگاه گوارش حیوانات، لوله های هیدروترمال، محیط های شور مانند دریاچه های نمک و غیره است. برخی از فرآورده های آنزیمی استخراج شده از باکتری های مقاوم به درجه حرارت که در حال حاضر نیز به صورت تجاری درآمده اند، عبارتند از: پلیمرهای مقاوم به گرما، لیگازها و آندونوکلئازهای برشی.اولین محصول آنزیمی حاصل از آرکئو باکتری ها، DNA پلیمراز مقاوم به حرارت بود که از باکتری Thermus aquaticus و از چشمه های آب گرم پارک ملی Yellow Stone در آمریکا استخراج شد. این آنزیم، نقشی اصلی را در واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) بازی می کند. این DNA پلیمراز، در سال ۱۹۸۹ از سوی مجله ساینس (Science) به عنوان مولکول سال، انتخاب گردید.

 

۱-۳) مواد مولکولی بیولوژیک

تحقیقات جدید نشان داده اند که فرآیندهای بیوشیمیایی دریایی می توانند جهت تولید مواد زیستی جدید مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال، شرکتی در شیکاگو، گروه خاصی از پلیمرهایی را که به طور طبیعی قابل تجزیه هستند و مشکلات زیست محیطی کمتری به همراه دارند، به بازار عرضه کرده است. این مواد در ماتریس های آلی پوسته نرم تنان (حلزون) یافت می شوند.همچنین مواد زیستی دریایی جهت رفع گندیدگی های زیستی که مسئله ای بغرنج و پرهزینه است، به کار می روند؛ تشکیل کلونی های باکتریایی و میکروبی همراه با لارو بی مهرگان و اسپور جلبک ها بر سطوح، منجر به تشکیل یک لایة لجنی سخت می شود که اغلب باعث اختلال در خطوط لوله انتقال، خوردگی سطوح فلزات و غیره می شوند و برای رفع آن نیاز به صرف هزینه زیادی است. از مواد زیستی دریایی برای زدودن این لایه می توان استفاده کرد.

 

همچنین مکانیزم های مورد استفاده توسط دیاتومه های دریایی، کوکولیتوفوریدها، نرم تنان و دیگر بی مهرگان دریایی، جهت ایجاد ساختارهای معدنی پیچیده در مقیاس نانو، مورد توجه قرار گرفته اند. لازم به ذکر است که ساختارهای نانو، دارای خصوصیات ویژه ای نسبت به ساختارهای بزرگتر هستند. نتایج تحقیقات در زمینة ساخت و طراحی بیوسرامیک هایی که با درک مکانیزم های بکاررفته توسط موجودات فوق، حاصل شده است، امیدهای زیادی را در زمینة ساخت اجزای کاشتنی در پزشکی، اجزای حرکتی خودکار، وسایل الکترونیکی، پوشش های حفاظتی و دیگر فرآورده های نوین به وجود آورده است.

 

۱-۴) ردیاب های زیستی

موجودات دریایی، مدل های مناسبی را جهت توسعة حسگرهای زیستی، ردیا ب های زیستی، کیت های تشخیص طبی، آبزی پروری و ردیابی محیطی به وجود آورده اند. نوعی از این حسگرهای زیستی، آنزیم های درگیر در بیولومینسانس هستند. ژن های lux که کدکنندة این آنزیم ها هستند، از باکتری های دریایی همچون ویبریو فیشری (Vibiro fischeri ) جدا شده و به طیفی از گیاهان و باکتری های دیگر انتقال داده شده اند. ژن های lux در یک توالی ژنی یا اپرون درج می شوند و تنها زمانی عمل می کنند که در یک شرایط محیطی تعریف شده قرار گیرند. مثلاً اگر این ژن در اپرون درگیر در تجزیة تولوئن درج شود، هنگامی که این باکتری های مهندسی شده، در محیط حاوی تولوئن قرار می گیرند، به صورت زرد سبز (Yellow Green) دیده می شوند و این بدان مفهوم است که باکتری، در حال تجزیه کردن تولوئن است. از این خاصیت می توان جهت ردیابی این مواد استفاده کرد.نوع دیگری از ردیاب های زیستی که امید زیادی را در محققین به وجود آورده است، ژن کاوشگر است که می تواند جهت شناسایی موجودات مفید و یا مضر به کار رود. به عنوان مثال، برای شناسایی پاتوژن های انسانی موجود در غذاهای دریایی، آب های بازیافت شده، شناسایی پاتوژن های ماهی درسیستم های آبزی پروری، تشخیص میکروارگانیزم هایی که قادر به تغییر مواد شیمیایی به شکل مناسبی هستند (تجزیه مواد شیمیایی سمی، آسیمیلاسیون CO۲ ، احیاء فلزات)، ردیابی گروه های خاصی از ماهی در زمان مهاجرت از مکانی به مکان دیگر و مطالعات دیگر، از ژن های کاوشگر استفاده می شود. از جمله ژن های کاوشگر، ژن GFP (نوعی پروتئین فلوروسنس) است که برای اولین بار در چتر دریایی (Aequorea Victoria) شناسایی شد. در حال حاضر، این ژن به طور گسترده و به عنوان یک مولکول فلوروسنت حساس (TAG)، جهت شناسایی و تعیین محل پروتئین های خاص در یک سلول، در دسته ای از سلول ها و در یک بافت خاص برای بررسی بیان ژن در سیستم های مختلف به کار می رود.

 

۱-۵) آفت کش های زیستی

فرآورده های طبیعی دریایی، پتانسیل جایگزینی با آفت کش های شیمیایی و دیگر نهاده های مورد استفاده در کشاورزی را دارند. Padad TM نمونه ای از آفت کش های زیستی دریایی است که از سم یک کرم که به عنوان طعمه در ماهی گیری استفاده می شود، ساخته شده است. بررسی ها نشان داده این آفت کش طبیعی در مبارزه با لارو ساقه خوار برنج، پروانه برگخوار مرکبات و چند آفت دیگر، به خوبی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. اخیراً نیز محققین در مونتانا، ترکیبات جدیدی را از میکروارگانیزم های همزیست با جلبک ها و اسفنج های دریایی جداسازی کرده اند. این ترکیبات محرک رشد هستند؛ جوانه زنی را تحریک می کنند و باعث افزایش طول ریشه و کلئوپتیل در گیاهان می شوند. گونه هایی از اسفنج ها، ترپن ها را تولید می کنند که از ترکیبات آروماتیک مورد استفاده در حلال ها و عطرها محسوب می شوند. عصاره های برگرفته از همین اسفنج ها، دارای خاصیت حشره کشی برعلیه دو گونه حشره هستند.

 

۱-۶) تولید انرژی با استفاده از بیوماس دریایی

تقریباً ۴۰درصد از کل انرژی اولیه یا فتوسنتز، در دریاها ایجاد می شود. در این فرآیند، موجودات فتوسنتزکننده (فیتوپلانکتون ها، جلبک ها و گیاهان دریایی) دی اکسیدکربن را جذب و با استفاده از انرژی نورانی خورشید به کربن آلی (قندهای اولیه) و اکسیژن تبدیل می کنند. میزان دی اکسیدکربن اقیانوس ها ۵۰ برابر میزان دی اکسیدکربن موجود در اتمسفر است و برآورد شده که سالانه حدود ۳۵ گیگاتن کربن به بیوماس دریایی تبدیل می شود. اما تاکنون از این منبع عظیم سوخت به صورت تجاری برای تأمین انرژی، استفاده نشده است. علت اصلی این موضوع، مقرون به صرفه نبودن آن در مقایسه با سایر فرآورده های خشکی است. البته می توان با بهره گیری از روش های مبتنی بر بیوتکنولوژی، نسبت به تولید بیشتر بیوماس و همچنین استفاده ارزان تر از آن اقدام نمود. این عمل می تواند از طرق زیر صورت گیرد:

 

 

• تغییر ساختار مولکولی آنزیم Rubisco (این آنزیم در تثبیت CO۲ و تبدیل آن به قندها نقش مهمی دارد)
  
• اصلاح ترکیب شیمیایی بیوماس به منظور بهره برداری بهتر و استفاده از بیوماس جهت کاربردهای نوین. به عنوان مثال، مهندسی میکروجلبک های دریایی جهت تولید لیپید بیشتر، با هدف فراهم آوردن منبعی از سوخت های جایگزین که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه تر از منابع سنتی باشد.
  
• تبدیل بیوماس به اتانول و دیگر اشکال جایگزین انرژی و استوک های غذایی شیمیایی
  

 

۲) ردیابی، ارزیابی، ذخیره، حفاظت و مدیریت اکوسیستم های دریایی

یکی از مهمترین کارها در زمینة ثبت تنوع میکروبی موجود، ارزیابی دقیق گونه ای و بررسی تغییرپذیری موجودات حاضر در هر محیط ویژه است. برآوردها نشان می دهد که کمتر از یک دهم درصد از میکروارگانیزم های دریایی را می توان از طریق روش های استاندارد تکنیک کشت بافت، بازیافت کرد. این مهم (بازیافت میکروارگانیزم های دریایی) می تواند با به کارگیری آنالیزهای فیلوژنتیکی مولکولی تقویت شود. ژن های نشانگر را می توان با استفاده از ابزارهای مولکولی، از جمعیت های میکروبی جداسازی کرد و از آنها برای شناسایی سویه های مختلف بهره برد.پاکسازی زیستی (Bioremediation) با استفاده از میکروب ها، امید زیادی را برای حل مسایل مرتبط با آلودگی محیط های دریایی و همچنین آبزی پروری به وجود آورده است. از جمله این آلودگی ها، وجود لکه های نفتی در بندرها و خطوط کشتی رانی و سکوهای نفتی است. تاکنون تعداد زیادی از میکروارگانیزم های دریایی شناسایی شده اند که می توانند در پاکسازی زیستی مورد استفاده قرار گیرند.میکروارگانیزم های دریایی علاوه بر استفاده در پاکسازی زیستی، اغلب مواد مفیدی را تولید می کنند که با محیط زیست سازگار هستند. پلیمرهای زیستی و سورفاکتانت های زیستی غیرسمی که در مدیریت و تصفیة زباله ها و فاضلاب ها از آنها استفاده می شود، نمونه هایی از این مواد هستند. از این میکروب ها در حذف تعفن ناشی از فاضلاب ها نیز استفاده می شود. شناخت بیشتر از برهم کنش میکروب های دریایی با فلزات سنگین و یا Radionuclide می تواند به افزایش استفاده از آنها در جذب زیستی (Biosorption)، رسوب دهی زیستی (Bioprecipitation)، کریستاله سازی زیستی (Biocrystalisation) و حل مسایل و مشکلات آب های آلوده منجر شود. فرآیندهایی چون فرآوری زیستی (Bioproccessing) نیز از دیگر موارد بهره گیری از میکروارگانیزم های دریایی است؛ زمینة نوظهور مهندسی فرآوری زیستی، در واقع استفاده از بیوتکنولوژی در صنعت است که برای تولید فرآورده هایی همچون مواد دارویی و عوامل فعال زیستی به کار می رود. مهندسی فرآوری زیستی نیازمند درک کامل از سیستم بیولوژیکی موجود زندة مورد استفاده (مثلاً یک موجود دریایی)، جداسازی و تخلیص یک فرآورده و تبدیل آن به یک شکل پایدار، مؤثر و مناسب است. در این زمینه، برخی از باکتری ها و قارچ های دریایی، پتانسیل ویژه ای برای تولید مواد شیمیایی نامعمول اما مفید دارند که نمی توان آنها را در موجودات خشکی زی یافت.

 

۳) شیلات و پروش آبزیان به صورت پایدار و مطمئن

استفاده از منابع شیلاتی به صورت مطمئن و پایدار، یکی از ملزومات صید ماهی از دریاها است. صید بی رویه باعث صدمه یافتن اکوسیستم های دریایی شده و حتی به از بین رفتن برخی گونه ها می انجامد به همین دلیل و با افزایش رشد جمعیت و نیاز به منابع دریایی، رویکرد به آبزی پروری نیز فزونی یافته است. از طرفی چون در این سیستم ها از گونه های خاصی از ماهی استفاده می شود، این افزایش مصنوعی یک نوع جمعیت، نتایج منفی نیز به دنبال دارد و تعادل اکوسیستم را برهم می زند. برای اجتناب از این مشکلات، به کارگیری تکنیک های مولکولی و تحقیق بیشتر در خصوص ایجاد و حفاظت از منابع ژنتیکی، می تواند راه گشا و مفید باشد. نظر به اینکه آبزی پروری می تواند غذایی با کیفیت بالا و در فرمی پایدار در اختیار انسان قرار دهد، لذا باید زمینه های خاص را در اکوواکالچر مدنظر قرار داد که عبارتند از: تثبیت تنوع گونه ها، تغذیه بهینه، بهداشت و سلامت جمعیت های کشت شده، مقاومت به بیماری ها و کاهش اثرات سوء محیطی.تکنیک های مؤثری در این زمینه ها ایجاد شده اند که عبارتند از: انتخاب به کمک مارکر، برنامه های انتخاب فامیلی و توده ای، شناسایی مارکرهای مولکولی جدید به منظور استفاده در آنالیزهای والدی و شجره ای، استفاده از تریپلوئیدها در ازدیاد نسل و تجدید نسل و استفاده از میکروارگانیزم های دریایی همچون پروبیوتیک ها در اکوواکالچر که باعث حفظ سلامت و افزایش تولید ماهی می شوند. بهره گیری از تکنیک های بیولوژی مولکولی همراه با روش های سنتی اصلاح، می تواند باعث بهترشدن فرآیند بازیافت موجودات دریایی شود.استفاده از روش های بیوتکنولوژی، امیدهای زیادی را برای تولیدکنندگان و مصرف کنندگان فرآورده های حاصل از اکوواکالچر به وجود آورده است. تکنولوژی مهندسی ژنتیک و تولید موجودات دریایی اصلاح شدة ژنتیکی (GMO) با دارا بودن ویژگی های مفیدی همچون رشد سریع، مقاومت در برابر پاتوژن و مقاومت در برابر درجه حرارت پایین، می تواند بازده قابل ملاحظه ای را در آبزی پروری نصیب سرمایه گذاران این صنعت کند. استفاده از موجودات مهندسی شده برتر، کارایی تولید را به واسطة افزایش میزان رشد، ضریب تبدیل مواد غذایی، مقاومت به بیماری و کیفیت و ترکیب فرآورده ها بهبود می بخشد. استفاده از بیوتکنولوژی در آبزی پروری، می تواند ما را در حفظ گونه های وحشی و منابع ژنتیکی و فراهم آوردن مدل ها و روش های بی نظیر، جهت تحقیقات بیومدیکال، یاری بخشد.علاوه بر موارد فوق، کشت همزمان چند گونه و ایجاد یک سیستم ادغامی که در آن مواد زاید حاصل از یک گونه می تواند غذای گونة دیگر را فراهم آورد، فیلتراسیون آب، جداسازی مواد آلی و تولید موازی دیگر فرآورده های مفید همچون دوکفه ای ها، جلبک های دریایی و فیتوپلانکتون های غنی از پروتئین نیز می تواند افزایش تولید و راندمان آبزی پروری را به دنبال داشته باشد.مباحثی که در آبزی پروری مطرح می شود عبارتند از:

 

۳-۱) تکثیر زیاد و نمو سریع

بیوتکنولوژی می تواند جهت تکثیر زیاد و نمو سریع موجوداتی که در آبزی پروری مورد استفاده قرار می گیرند، به کار رود. از جمله منافع حاصل از به کارگیری بیوتکنولوژی در آبزی پروری می توان به تولید گامت ها و تخم های گونه های با ارزش اقتصادی در تمام طول سال و ایجاد بازارهای جدید برای بچه ماهی های اصلاح شده ژنتیکی، اشاره کرد. همچنین، بیوتکنولوژی ابزارهایی را به منظور بهبود تکثیر و بقای گونه های در معرض خطر فراهم می آورد که در نتیجه می توان به حفاظت تنوع حیات روی کره زمین کمک کرد.

 

۳-۲) بهبود سطح بهداشت و سلامتی

بیوتکنولوژی راهکارهای خاصی را جهت افزایش سلامت و بهداشت موجودات مورد استفاده در آبزی پروری ارایه می دهد؛ بیماری های مختلفی در کشت ماهی ها و نرم تنان صدف دار وجود دارند که درنتیجة این بیماری ها، هر ساله میلیون ها دلار به صنعت شیلات و آبزی پروری خسارت وارد می شود. در این زمینه، بیوتکنولوژی ضمن افزایش بقا، رشد و بهداشت این موجودات، می تواند انتقال این بیماری ها را بین استوک های وحشی و اهلی کاهش دهد. ابزارهای مولکولی می توانند شناخت ما را راجع به ایمنی، مقاومت و حساسیت میزبان به بیماری ها و پاتوژن های مربوطه افزایش دهند. این روند از طریق اطلاعات پیشرفته حاصل از چرخه های حیاتی و مکانیزم های بیماری زایی، مقاومت به آنتی بیوتیک و انتقال بیماری صورت می گیرد. فرآورده های بالقوه حاصل از این تحقیقات، شامل تکنیک های ژن درمانی، استوک های عاری از پاتوژن، عوامل مؤثر پیشگیری و ایمنی مانند تعدیل کننده های ایمنی، آنتی ژن ها و واکسن ها، عوامل دارویی مؤثر و ایمن و غیره هستند.

 

۳-۳) افزایش ارزش و کیفیت محصولات

بیوتکنولوژی می تواند جهت ارزیابی و افزایش ایمنی، تازگی، رنگ، طعم، مزه، خصوصیات تغذیه ای و افزایش مدت زمان مصرف فرآورده های غذایی حاصل از آبزی پروری مورد استفاده قرار گیرد.علاوه بر این، تکنولوژی های حاضر می توانند جهت تشخیص و ارزیابی سموم و آلودگی ها و بررسی میزان بقای آنها در غذاهای دریایی و کاهش یا حذف آنها به کار روند. همچنین می توان از بیوتکنولوژی در بهبود فرآوری غذاهای دریایی استفاده کرد.

 

۳-۴) حفاظت از منابع ژنتیکی

حفاظت و غنی سازی تنوع زیستی در سیستم های طبیعی، یکی از اولویت های کشورهای مختلف است. بیوتکنولوژی با دو روش می تواند جهت حفاظت از منابع ژنتیکی گونه های آبی مورد استفاده قرار گیرد: اولاً از ابزارهای بیوتکنولوژی می توان در شناسایی و تشخیص ژرم پلاسم دریایی از جمله گونه های در معرض انقراض استفاده کرد. ثانیاً بیوتکنولوژی می تواند فهم ما را راجع به اساس مولکولی تنظیم و بیان ژن و به همان اندازه تعیین جنسیت موجودات دریایی افزایش دهد و بنابراین باعث بهبود و توسعة روش های شناسایی گونه ها، استوک ها و جمعیت ها شود. به عنوان نمونه، راهکارهایی را همچون انتخاب به کمک نشانگر، تکنیک های دقیق و مؤثر انتقال ژن و تکنولوژی های پیشرفته جهت حفاظت از گامت ها و جنین ها در سرما می توان نام برد.

 

۳-۵) ایجاد مدل های بیومدیکال برتر

هدف از آبزی پروری فقط تولید غذا نیست. با توجه به اینکه موجودات دریایی با شرایط سخت موجود در دریا سازگار شده اند، مدل های مناسبی جهت تحقیقات بیوتکنولوژی و فرآیندهای آن به شمار می روند. تحقیق در مورد جنبه های نموی، سلولی و مولکولی موجودات دریایی به عنوان سیستم های مدل، می تواند دیدگاه ما را راجع به مکانیزم های ایجاد بیماری در انسان بهبود بخشد.

 

۴) کاربرد ژنتیک مولکولی در شیلات

موارد زیر نمونه هایی از کاربردهای ژنتیک مولکولی در شیلات همراه با مثال های عملی آن را بیان می کنند:

 

۴-۱) شناسایی جمعیت ها تحت واحدهای مدیریتی: به عنوان مثال، شناسایی ماهی آزاد اقیانوس آرام و اطلس، قزل آلای قهوه ای در اروپا، ماهی سرخ در اطلس شمالی

 

۴-۲) آنالیز استوک های مخلوط: به عنوان مثال تفکیک ماهی روغن (کادمرو) در خلیج سنت لورنس و ماهی آزاد بالتیک

 

۴-۳) برهم کنش بین جمعیت های پرورشی رها شده و وحشی: به عنوان مثال، شناسایی برهم کنش ماهی های آزاد اقیانوس اطلس که به صورت وحشی وجود داشتند با آن دسته از ماهی های آزادی که به صورت مصنوعی رها شده بودند.

 

۴-۴) تخمین کارایی استوک سازی با استفاده از آنالیز والدی شجره ای

 

منبع: bio.itan.ir