شیمی دبیرستان

 انجمن بيوتكنولوژي صنعتي يا IBA نيز به طور ساده بيوتكنولوژي را استفاده از ارگانيسم‌هاي زنده براي ساخت فراورده‌هاي تجاري معرفي مي‌كند. تاريخچه بيوتكنولوژي به دوران‌هاي بسيار قديم كه شراب‌سازي، پنيرسازي و پخت نان توسط بابلي‌ها و مصري‌ها كشف شده، برمي‌گردد. اما بيوتكنولوژي به معناي امروزي آن علم جديدي است كه از سال 1953 با كشف ساختار DNA آغاز شد و همچنين پلي بين علوم پايه و كاربرد آنها در صنعت كشاورزي و پزشكي قرار گرفت.

اين علم با آنكه در ابتداي تكامل راه خود است، اما اثرات برجسته‌اي بر جنبه‌هاي تئوري و عملي زندگي بشر بر جاي نهاده، به طوري كه هيچ يك از انواع ديگر پژوهش‌هاي علمي را نمي‌توان يافت كه در مدت  زماني بدين كوتاهي چنين رشد قابل توجهي داشته و پيشرفت‌هاي قابل توجهي در عرصه‌هاي اكولوژي، ميكروب‌شناسي، زيست‌شناسي مولكولي و تكنولوژي كشت سلول‌هاي گياهي و جانوري ايجاد كرده باشد و در ضمن داراي ويژگي‌هاي صرفه‌جويي در منابع تجديد ناپذير، حداقل تأثير منفي بر محيط زيست و تضمين‌كننده‌ي هماهنگي بين رفاه بشر و اقتصاد باشد.

بيوتكنولوژي جديد به فنوني مربوط مي‌شود كه مي‌توان به طور خلاصه در مورد آنها چنين گفت:

الف- توانايي برش و اتصال مولكولي DNA كه با استفاده از آنزيم‌هاي خاص DNA را به قطعات كوچكي در حد ژن مي‌نمايد. و آنها را به مولكول‌هاي وراثتي باكتري‌ها متصل مي‌كند. حال اين باكتري هاي جديد را كه حاصل صفات تازه‌اي مي‌باشند، تكثير كرده و از آنها براي تهيه تركيبات خاصي چون پروتئين‌ها، ويتامين‌ها و غيره استفاده مي‌كنند.

ب- قابليت اصلاح پروتئين‌ها توسط فرآيندي كه آن را مهندسي ژنتيك مي‌نامندو به ياري آن ويژگي‌هاي يك تركيب پروتئيني را تغيير مي‌دهند. مثلاً در اين باره مي‌توان از آنزيم‌هايي نام برد كه در پودرهاي لباس‌شويي جديد به كار رفته و داراي قدرت پاك‌كنندگي منحصر به فردي هستند.

در واقع اساس و پايه‌ي بيوتكنولوژي جديد را مي‌توان انتقال ژن‌هاي يك موجود  به موجود ديگر و فعال ساختن آنها در موجود جديد است. فن‌آوري رو به گسترشي كه امروزه به سرعت در صنايع دارويي، غذايي، پزشكي، شيميايي و كشاورزي وارد شده است. براي مثال ممكن است اين ژن‌ها وارد يك باكتري مي‌شوند و پس از فعال شدن، تركيبات كم‌مقدار ولي با ارزشي چون هورمون رشد با انسولين ايجاد كنند يا ممكن است اين ژن‌ها به گياهان منتقل شده و گونه‌هايي  را ايجاد كنند كه در مقابل آفت‌كش‌ها مقاوم هستند. در حاليكه بازدهي بالايي دارند. به اين ترتيب استفاده از انسولين براي بيماران ديابتي محدوديت خاصي نخواهد داشت. همچنين كشاورزان مي‌توانند در پرورش گياهاني چون سويا، از سموم و آفت‌كش‌هاي كمتري استفاده كنند و با استفاده از نژادهاي جديد با همان سرمايه‌گذاري قبلي محصولي تا چند برابر بدست آورند.

مركز ملي تحقيقات مهندسي ژنتيك و تكنولوژي زيستي نيز در برنامه‌ي تفصيلي طراحي و  برنامه‌ريزي رشته‌ي بيوتكنولوژي در معرفي قلمروهاي عمده‌ي اين علم آورده است كه قلمروهاي عمده‌ي بيوتكنولوژي را مي‌توان به طور گسترده در زمينه‌هاي زير فهرست كرد:

1-   صنايع تخميري و غذايي (دارويي) براي توليد انواع اسيدهاي آمينه، پپتيدها، آنزيم‌ها (طبي و صنعتي)، مواد تشخيص طبي، انواع پروتئين‌ها، آنتي بيوتيك‌ها، انواع واكسن‌ها، هورمون‌ها، آنتي بادي‌هاي متوكلونال، ويتامين‌ها و … . همچنين توليد مواد غذايي و مواد لبني فاقد لاكتوز و استفاده از رآكتورهاي زيستي براي افزايش بهره‌وري فراورش مواد غذايي.

2-     پزشكي. ژن درماني، انواع تشخيص طبي، مبارزه‌ي بيولوژيكي عليه حشرات ناقل بيماري‌ها.

3-   محيط زيست. در اين زمينه بيوتكنولوژي داراي كاربردهاي بيشماري است كه از بازيابي زباله و فاضلاب‌ها تا عمل‌آوري و انهدام آلاينده‌هاي خطرناك و پاك‌سازي دريا را شامل مي‌شود. بيوتكنولوژي در اين زمينه مي‌تواند به حذف كلي CO₂ و حرارت در جو و كاهش آلودگي زمين و آب، ياري برساند.

4-     معادن. بازيابي بيوتكنولوژي فلزات سنگين و افزايش بهره‌وري معادن نفت و گوگرد زدايي آن و غيره.

5-   كشاورزي و امور دامي. در اين زمينه كاربرد بيوتكنولوژي در موارد بسيار متنوعي گزارش شده است، كه به شرح زير خلاصه مي‌شود:

-     تهيه‌ي نقشه‌ي ژنتيكي، كشت سلول و بافت، براي كوتاه كردن فرآيند اصلاح نباتات و توليد نباتات مقاوم در برابر شرايط محيط و حشرات و آفات و غيره.

-     استفاده از پادتن‌هاي منو و كلونال و اسيدهاي نوكلوئيك‌ در اصلاح نژاد و فعاليت قرنطينه و تبادل مواد ژنتيكي، تشخيص بيماري‌ها، تشخيص ميزان سموم در مواد غذايي، شناسايي ميزان مقاومت حشرات و آفات به سموم.

-      توليد واكسن‌هاي دامي به شيوه‌هاي جديد كه به حفاظت كمتري در برابر شرايط محيط نياز دارند و نيز كشت جنين، تشخيص بيماري‌هاي دامي و تدوين نقشه‌ي ژنتيكي.

-      بهبود شرايط خاك براي جذب رطوبت، جذب و تثبيت ازت و فسفر و ساير مواد غذايي مورد نياز گياه در خاك.

6-   انرژي. استفاده از ميكروارگانيسم‌ها براي توليد انواع سوخت‌هاي مايع و گازي از ضايعات و دورريختني‌هاي سلولزي و نيمه سلولزي و نشاسته‌اي.

معرفي رشته‌ي بيوتكنولوژي

همان طور كه دانش بيوتكنولوژي با علوم مختلف اعم از بيولوژي مولكولي، مهندسي فرآيندها، شيمي، مكانيك، كامپيوتر و علم پزشكي در ارتباط است، رشته‌ي بيوتكنولوژي نيز يك رشته‌ي كاربردي و ميان‌رشته‌اي مهندسي علوم است كه قلمرو   آن حداقل 33 حوزه تخصصي علوم را در بر مي‌گيرد. اين رشته در كشور ما از سال 1378 در دانشكده علوم دانشگاه تهران در مقطع دكتراي پيوسته ارائه مي‌شود. دكتر غفاري رئيس دانشكده علوم دانشگاه تهران در معرفي اين رشته مي‌گويد:

«رشته‌ي بيوتكنولوژي از سه مرحله كارشناسي، كارشناسي ارشد و دكترا تشكيل شده است كه دانشجويان در مرحله‌ي كارشناسي پس از گذراندن موفقيت آميز 133 واحد دروس مشترك معرفتي‌ـنظري، علوم پايه، پزشكي، مهندسي و مباني بيوتكنولوژي به اضافه آموختن زبان انگليسي در حد 550 نمره تافل و آشنايي كامل با يك زبان برنامه‌نويسي كامپيوتر. در صورتيكه معدل آنها در هر نيمسال تحصيلي 15 باشد، مي‌توانند وارد مرحله‌ي دوم يعني مقطع كارشناسي‌ارشد شوند كه در اين مقطع يكي از 6 گرايش بيوتكنولوژي ميكروبي، بيوتكنولوژي پزشكي، بيوتكنولوژي محيطي و دريايي، بيوتكنولوژي مولكولي، فرآورش زيستي و بيوتكنولوژي كشاورزي (گياهي) را انتخاب كرده و بعد از گذراندن 48 واحد در يكي از گرايش‌هاي تخصصي و انجام معادل 6 واحد پژوهش‌هاي انفرادي و ارائه‌ي 2 واحد سمينار از مقطع كارشناسي‌ارشد فارغ‌التحصيل مي‌شوند. در اين مرحله در صورتي كه ميانگين نمرات دروس مقطع كارشناسي‌ارشد آنها حداقل 16 باشد، مي‌توانند در امتحانات جامع شركت كنند و در صورت موفقيت  در اين امتحان، وارد مرحله‌ي دكتراي تخصصي (p.h.d) خواهند شد و رسماً براي ثبت پايان‌نامه‌ دكترا اقدام مي‌كنند.

به عبارت ديگر دانشجويان اين رشته نيز براي ورود به مقطع كارشناسي‌ارشد و دكترا بايد شرايط لازم را داشته باشند. يعني بايد ميانگين معدل بالايي داشته و در آزمون جامع موفق شوند. اما در يك آزمون رقابتي شركت نمي‌كنند.»

توانمندي‌ها و ويژگي‌هاي لازم براي موفقيت در رشته بيوتكنولوژي

رشته‌ي بيوتكنولوژي از بين داوطلبان گروه آزمايشي رياضي و علوم تجربي دانشجو مي‌پذيرد. چرا كه بعضي از گرايش‌هاي اين رشته به علوم پزشكي و بعضي ديگر از گرايش‌ها به رشته‌هاي مهندسي مربوط مي‌شود.

دكتر غفاري در اين زمينه مي‌گويد: «علي‌رغم اينكه پذيرش دانشجو از دو گروه آزمايشي در رشته‌ي بيوتكنولوژي تا حدودي مشكل اجرايي ايجاد مي‌كند- زيرا دانشجويان از لحاظ اطلاعات و علايق متفاوت هستند- اما چون گرايش‌هاي تخصصي  اين رشته در مرحله كارشناسي‌ارشد به هر دو زمينه نياز دارد، يعني در بعضي از گرايش‌ها جنبه‌ي رياضي و فيزيك قوي است و در بعضي ديگر، زيست‌شناسي اهميت بيشتري دارد. ما از هر دو گروه آزمايشي رياضي و فيزيك و علوم تجربي دانشجو مي‌پذيريم. براي مثال در مبحث بيوتكنولوژي مولكولي ديدگاه‌هاي تئوري بخصوص فيزيك مولكولي اهميت بسياري دارد. اما بيوتكنولوژي پزشكي جنبه‌ي زيست‌شناسي قوي‌تري دارد. البته در همين مدت كوتاهي كه اين رشته ايجاد شده است به تجربه ديده‌ايم كه در فاصله كوتاهي، دانشجوياني كه از رشته رياضي آمده‌اند اطلاعات لازم را در زمينه‌ي زيست‌شناسي بدست‌ مي‌آورند و دانشجوياني كه از علوم تجربي آمده‌اند نيز در زمينه‌ي رياضي و فيزيك پايه‌هاي لازم را پيدا مي‌كنند.»

نيمي از ظرفيت پذيرش اين رشته به داوطلباني اختصاص دارد كه در مرحله‌ي ماقبل نهايي المپيادهاي دانش‌آموزي رياضي، فيزيك، شيمي، كامپيوتر و زيست‌شناسي پذيرفته شده باشند و نيمي ديگر نيز به داوطلباني كه از طريق آزمون سراسري وارد شده‌ و نمره‌ي كل آزمون سراسري آنها از 10000 كمتر نباشد. براي مثال در اولين سال ارائه‌ي اين رشته آخرين رتبه‌ي قبولي 150 بود. در ضمن از پذيرفته شدگان اين رشته مصاحبه‌ي علمي به عمل مي‌آيد.

درس‌هاي مهم براي قبولي در اين رشته

درس‌هاي تخصصي رشته‌ي بيوتكنولوژي براي داوطلبان گروه علوم تجربي

درس‌هاي تخصصي رشته‌ي بيوتكنولوژي براي داوطلبان گروه رياضي و فني