از اعماق دریا تا آینده پزشکی

چکیده

بیوتکنولوژی دریا (Marine Biotechnology) به‌عنوان یکی از حوزه‌های نوین علمی شناخته می‌شود. اکوسیستم دریایی هنوز مخزنی دست‌نخورده از ترکیبات فعال بیولوژیکی است که پتانسیل قابل‌توجهی برای تأمین مواد غذایی جهت توسعه صنعت غذا، نقش مؤثر موجودات دریایی در تولید دارو‌های نوین، آنزیم‌های صنعتی، سوخت‌های زیستی و صنعت آرایشی و بهداشتی دارد. یافته‌ها نشان می‌دهد که ترکیباتی مانند آلژینات‌ها، کاروتنوئیدها و آنتی‌بیوتیک‌های دریایی در صنایع داروسازی و غذایی کاربرد گسترده‌ای دارند؛ این مواد زیستی طیف وسیعی از کاربردها را در بخش پزشکی از جمله دارورسانی کنترل‌شده، مهندسی بافت و دستگاه‌های تشخیصی و غیره دارند. همچنین جلبک‌ها سرشار از پروتئین‌ها، اسیدهای آمینه، کربوهیدرات‌ها، ویتامین‌ها (A، B و C) و عناصر الیگو مانند مس، آهن و روی هستند. همه این اصول فعال در آبرسانی، لاغری، درخشندگی و محافظت از پوست نقش دارند. در نتیجه، بیوتکنولوژی دریا با توجه به تنوع زیستی بالا و پتانسیل اقتصادی، می‌تواند نقشی کلیدی در توسعه پایدار و حل چالش‌های جهانی ایفا کند.

مقدمه

زیست‌پزشکی

زیست‌پزشکی یکی از شاخه‌های علم پزشکی است که به مطالعه اصول زیست‌شناسی و کاربرد آن در پزشکی می‌پردازد. این حوزه شامل تحقیقات پایه و بالینی برای درک مکانیسم‌های بیماری‌ها، توسعه روش‌های تشخیصی پیشگیری و درمان است. محور‌های اصلی زیست پزشکی شامل موارد زیر است:

1. مطالعه بیماری‌ها در سطح مولکولی مانند سرطان و بیماری‌های ژنتیکی
2. توسعه داروها و واکسن‌ها
3. فناوری‌های نوین CRISPR و نانوبیوتکنولوژی
4. تشخیص سریع بیماری‌ها با ابزارهای مولکولی و تصویربرداری پیشرفته

بیوتکنولوژی دریایی

بیوتکنولوژی دریایی یا بیوتکنولوژی آبی يکی از شاخه‌های رو به رشد زیست‌فناوری است که از موجودات زنده دریایی و فرآیند زیستی آن‌ها به‌منظور توسعه محصولات و فناوری‌های جدید بهره می‌برد.

از آن‌جایی که بیش از ۷۰ درصد سطح زمین از آب پوشیده شده‌است، می‌توان آن را منبع عظیمی از تنوع زیستی به‌شمار آورد. تنوع موجودات در محیط‌های آبی از نظر شکل، ساختار و فیزیولوژی هیچ معادلی با زمین ندارد. بیشتر از ۸۰ درصد موجودات زنده نیز تنها در اکوسیستم‌های آبی یافت می‌شوند.

بیوتکنولوژی دریایی که مربوط به اکوسیستم‌ها و ارگانیسم‌های دریایی است، تا حد زیادی ناشناخته و کم‌استفاده است. بیوتکنولوژی دریایی یک فرآیند تولید و تبدیل دانش است که با تلاش در این زمینه و استفاده از مواد دریایی احتمالا می‌توان به کاربردهای کاملاً جدیدی در این عرصه دست یافت.

ارتباط زیست‌پزشکی و بیوتکنولوژی ‌دریایی

زیست‌‌پزشکی و بیوتکنولوژی دریایی دو حوزه علمی ظاهراً جدا هستند که در سال‌های اخیر ارتباط تنگاتنگی پیدا کرده‌اند. این ارتباط منجر به کشف ترکیبات دارویی نوین و توسعه روش‌های درمانی نوین شده‌است.

ارگانیسم‌های دریایی به‌دلیل زندگی در شرایط محیطی خاص، ترکیبات زیستی منحصر‌به‌فردی تولید می‌کنند که پتانسیل بالایی در کاربرد‌های پزشکی دارند‌.

اهمیت بیوتکنولوژی دریایی

بیوتکنولوژی دریایی یکی از شاخه‌های جذاب و آینده‌دار علوم زیستی است، در ادامه به چند مورد از اهمیت‌های‌ این حوزه می‌پردازیم:

۱. منبع غنی و تنوع زیستی: اکوسیستم‌های آبی ذخیره عظیمی از تنوع ژنتیکی را در خود جای داده‌اند.

۲. شرایط محیطی متنوع: موجودات دریایی با شرایطی مانند دمای بسیار پایین، فشار بالا، شوری زیاد و کمبود نور سازگار شده‌اند که منجر به توسعه مکانیسم‌های متابولیک منحصربه‌فردی در آن‌ها شده‌است. ( 3 )

۳. کاربرد گسترده در عرصه‌های مختلف: از موجودات دریایی در تولید داروهای زیستی، آنزیم‌های صنعتی، مکمل‌های غذایی و سوخت‌های زیستی استفاده می‌شود. ( 1 )

کاربرد گنجینه‌های پنهان اعماق اقیانوس‌ها

دریاها خانه میلیون‌ها میکروارگانیسم (باکتری‌ها، آرکی‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها) هستند که به‌دلیل زندگی در شرایط سخت (فشار بالا، شوری، دمای پایین یا بالا)، ترکیبات منحصربه‌فردی تولید می‌کنند. در ادامه به کاربرد بیوتکنولوژی دریایی در عرصه‌های مختلف می‌پردازیم:

۱. تولید محصولات دارویی و پزشکی

• ترکیبات ضدسرطان از میکروب‌های دریایی:

از میکروارگانیسم‌های دریایی سیتوتوکسیک (سلول‌کش) هستند و در شیمی‌درمانی استفاده می‌شوند از این رو از نوعی سیانوباکتری‌های دریایی (پلینورونید) در آزمایشات برای درمان لوسمی استفاده می‌شود. ( 6 )

• آنزیم‌های دریایی در پزشکی و تشخیص:

آنزیم‌های استخراج‌شده از میکروب‌های دریایی در تشخیص بیماری‌ها و تولید دارو کاربرد دارند.

برای مثال، آنزیم‌ لوسیفراز استخراج‌شده از باکتری‌های دریایی، در تولید کیت‌های تشخیصی (مانند تست‌های سریع عفونت) به‌کار می‌رود. (3)

• تولید آنتی‌بیوتیک‌های جدید:

مطالعات نشان داده‌است که استرپتومیست‌های دریایی توانایی تولید متابولیت‌های ثانویه با خواص ضدمیکروبی قوی را دارند؛ به‌عنوان مثال در پژوهشی که بر روی استرپتومیست‌های جداشده از دریای مازنداران انجام شد، مشخص گردید که برخی از این سویه‌ها فعالیت ضدمیکروبی قابل‌توجهی علیه پاتوژن‌های مقاوم به دارو نشان دادند که از این امر می‌توان در راه مقابله با مشکل مقاومت آنتی‌بیوتیکی بهره برد. ( 6)

• ریزجلبک‌ها و مکمل‌های دارویی:

اسپیرولینا و کلرلا (جلبک‌های دریایی) سرشار از پروتئین، آنتی‌اکسیدان و امگا-۳ هستند و در درمان سوءتغذیه و تقویت سیستم ایمنی استفاده می‌شوند. ( 1- 5 )

۲. صنایع غذایی و کشاورزی

جلبک‌های دریایی به‌عنوان منبعی غنی از مواد معدنی، ویتامین‌ها و اسید‌های چرب غیر اشباع در تغذیه انسان و آبزیان استفاده می‌شوند.

۳. صنایع آرایشی و بهداشتی

صنعت بیوتکنولوژی دریایی به‌دلیل وجود ترکیباتی منحصر‌به‌فرد ازجمله خاصیت ضدپیری، آنتی‌اکسیدانی و مرطوب‌کنندگی جایگزین استفاده از مواد شیمیایی شده‌است. جلبک‌ها (مانند کلرلا، اسپیرولینا، و فوکوس) به‌دلیل غنی بودن از ویتامین‌ها، مواد معدنی، و پپتیدهای زیست‌فعال در فرمولاسیون محصولات آرایشی استفاده می‌شوند. برای مثال، در کرم‌های ضدآفتاب، ترکیبات جاذب UV مانند فیکوبیلی‌ پروتئین‌ها از جلبک‌ها استخراج می‌شوند و جایگزین مواد شیمیایی مضر مانند اوکسی بنزون می‌شوند. فوكويدان (از جلبک‌های قهوه‌ای) خاصیت ضدالتهابی دارد و در محصولات مخصوص پوست‌های حساس (مثل اگزما) استفاده می‌شود.

۴. انرژی‌های زیستی

تولید دیزل‌های زیستی از میکروجلبک‌ها به‌دلیل کارایی فتوسنتزی بالا و سرعت رشد زیاد، یک فناوری نوظهور محسوب می‌شود.

فناوری‌های نوین در بهره‌برداری از منابع دریایی

مهندسی ژنتیک

با استفاده از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی، می‌توان نسبت به تولید محصولات صنعتی، پزشکی، کشاورزی و غیره با کیفیت و کمیت بهتر و قیمت ارزان‌تر اقدام کرد. ( 3 )

متاژنومیکس

مطالعه مستقیم مواد ژنتیکی به‌دست‌آمده از نمونه‌های محیطی، امکان شناسایی ژن‌ها و مسیرهای متابولیکی جدید را فراهم می‌کند. این روش به‌ویژه در مطالعه میکروارگانیسم‌های دریایی که قابل کشت در آزمایشگاه نیستند کاربرد دارد. ( 3 )

آینده ارتباط زیست پزشکی و بیوتکنولوژی دریایی

با توجه به افزایش مقاومت آنتی‌بیوتیکی و نیاز به داروهای جدید، بیوتکنولوژی دریایی به‌عنوان یکی از امیدبخش ترین حوزه‌ها برای کشف ترکیبات دارویی جدید است. پیشرفت‌های اخیر در تکنیک‌های متاژنومیکس و زیست‌شناسی مصنوعی، امکان شناسایی و تولید ترکیبات ارزشمند دریایی را افزایش داده‌اند. ( 6 )

چالش‌های اخلاقی و محیط زیستی

این صنعت به‌دلیل پتانسیل بالایی که دارد، با چالش‌هایی جدی روبه‌رو است و به یک مدیریت پایدار نیاز دارد، که در ادامه به چند مورد از مهم‌ترین چالش‌های این صنعت می‌پردازیم:

۱. تخریب اکوسیستم‌های دریایی: برداشت بی‌رویه از موجودات دریایی (مانند اسفنج‌ها، مرجان‌ها و جلبک‌ها) می‌تواند منجر به انقراض گونه‌ها و اختلال در زنجیره غذایی شود.

۲. آلودگی و تغییرات ژنتیکی ناخواسته:  رهاسازی میکروارگانیسم‌های دستکاری‌شده در دریا می‌تواند تعادل طبیعی را برهم بزند.

۳. نابرابری در دسترسی به فناوری‌های دریایی: کشورهای توسعه‌یافته با فناوری پیشرفته، بیشترین سود را از منابع دریایی می‌برند؛ در حالی که کشورهای در حال توسعه (با منابع غنی دریایی) اغلب سهم کمتری دارند. ( 3 )

نتیجه‌گیری

میکروارگانیسم‌های دریایی به‌دلیل تنوع متابولیکی بالا و توانایی تولید ترکیبات فعال زیستی با ساختارهای منحصر‌به‌فرد، منبع ارزشمندی برای توسعه داروهای جدید محسوب می‌شوند. با توجه به بحران مقاومت آنتی‌بیوتیکی و نیاز به درمان‌های نوین برای بیماری‌های صعب‌العلاج، سرمایه‌گذاری در تحقیقات بیوتکنولوژی دریایی می‌تواند راه‌حل‌های امیدبخشی را برای چالش‌های پزشکی معاصر ارائه دهد.

منابع

1. Marine biotechnology advances towards applications in new functional foods

2. Potential of sponges and microalgae for marine biotechnology

3. Applications for Marine Resources in Cosmetics

4. Marine Biotechnology in Brazil: Recent Developments and Its Potential for Innovation

5. Marine Biotechnology for Production of Food Ingredients

6. Marine Biomaterials in Therapeutics and Diagnostic

دانلود PDF مقاله