زیست‌شناسی مصنوعی با مهندسی موجودات زنده دریچه‌ای نوین به سوی فناوری!

به گزارش مجله خبری نگار/ایمنا، زیست‌شناسی مصنوعی یکی از شاخه‌های نوین و پیشرو در علوم زیستی است که در تقاطع با مهندسی و علوم کامپیوتر قرار دارد. این علم به دنبال طراحی و ساخت سیستم‌ها و موجودات بیولوژیکی با ویژگی‌های جدید یا بهینه‌سازی موجودات زنده موجود برای اهداف خاص است.

برخلاف رویکرد‌های سنتی زیست‌شناسی که بیشتر به درک و توصیف موجودات زنده می‌پردازند، زیست‌شناسی مصنوعی فعالانه در پی ایجاد و مهندسی موجودات زنده است.

به واسطه پیشرفت‌های اخیر در ویرایش ژن و استفاده از فناوری‌های مدرن مانند CRISPR-Cas۹، امکان اصلاح دقیق‌تر ژنوم‌ها و ایجاد موجودات جدید فراهم شده است.

زیست‌شناسی مصنوعی به وسیله ترکیب مهندسی ژنتیکی، بیوشیمی و اصول مهندسی سیستم‌ها، تلاش می‌کند تا سیستم‌های زیستی را به نحوی طراحی کند که بتوانند وظایف مشخص و از پیش تعیین‌شده‌ای را انجام دهند.

یکی از ویژگی‌های برجسته این رشته، استانداردسازی قطعات بیولوژیکی است، در این روش، واحد‌های ژنتیکی به صورت ماژول‌های استاندارد تعریف می‌شوند که می‌توان به سادگی آنها را ترکیب و تغییر داد.

این امر به دانشمندان اجازه می‌دهد که موجودات زنده یا سلول‌هایی بسازند که بتوانند به صورت پیش‌بینی‌پذیر عمل کنند. هدف این روش‌ها ایجاد سیستم‌های زیستی با کارایی بالا، کم‌هزینه و قابل‌اطمینان است.

کاربرد‌های زیست‌شناسی مصنوعی بسیار متنوع و گسترده است، یکی از مهم‌ترین زمینه‌های کاربردی این علم در صنعت داروسازی است.

با استفاده از زیست‌شناسی مصنوعی، دانشمندان می‌توانند میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها یا مخمر‌ها را به گونه‌ای مهندسی کنند که مولکول‌های دارویی پیچیده‌ای تولید کنند.

به عنوان نمونه، تولید انسولین انسانی از طریق باکتری‌ها یکی از موفقیت‌های بزرگ این علم است که به میلیون‌ها بیمار دیابتی در سراسر جهان کمک کرده است.

همچنین دارویی به نام آرتِمیسینین که برای درمان مالاریا استفاده می‌شود، از طریق مهندسی زیستی در مخمر‌ها تولید شده است و نقش حیاتی در مبارزه با این بیماری کشنده ایفا می‌کند.

زیست‌شناسی مصنوعی همچنین به تولید سوخت‌های زیستی کمک می‌کند. در این حوزه، دانشمندان میکروارگانیسم‌هایی را مهندسی کرده‌اند که می‌توانند سوخت‌های زیستی مانند بیواتانول تولید کنند.

این سوخت‌ها جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی به شمار می‌آیند و می‌توانند به کاهش اثرات منفی زیست‌محیطی کمک کنند.

این باکتری‌ها طوری مهندسی شده‌اند که می‌توانند هیدروکربن‌ها یا روغن‌های زیستی تولید کنند که به راحتی به سوخت‌های تجاری تبدیل می‌شوند. چنین دستاورد‌هایی می‌تواند آینده‌ای پایدارتر را برای صنعت انرژی به همراه داشته باشد.

یکی دیگر از کاربرد‌های کلیدی زیست‌شناسی مصنوعی در زمینه پاکسازی زیستی است. میکروارگانیسم‌های مهندسی شده می‌توانند برای پاکسازی آلودگی‌های زیست‌محیطی استفاده شوند.

به عنوان مثال، باکتری‌هایی طراحی شده‌اند که توانایی تجزیه نفت خام را دارند و می‌توانند در صورت وقوع نشت نفت به دریا‌ها و رودخانه‌ها، به بازیابی محیط زیست کمک کنند. همچنین، دانشمندان باکتری‌هایی را ساخته‌اند که قادر به جذب فلزات سنگین مانند جیوه از آب‌های آلوده هستند. این رویکرد‌ها می‌تواند به طور چشمگیری در بهبود وضعیت زیست‌محیطی جهان نقش داشته باشد.

در حوزه کشاورزی نیز زیست‌شناسی مصنوعی پتانسیل‌های زیادی دارد. از طریق طراحی و مهندسی گیاهان یا میکروارگانیسم‌ها، می‌توان محصولات کشاورزی را به گونه‌ای تقویت کرد که در برابر آفات و خشکی مقاوم‌تر باشند.

این دستاورد‌ها می‌تواند به افزایش تولید غذا در مناطق دچار کمبود منابع آبی کمک کند. علاوه بر این، میکروارگانیسم‌های خاصی مهندسی شده‌اند که می‌توانند نیتروژن را به خاک منتقل کنند و به این ترتیب نیاز به استفاده از کود‌های شیمیایی کاهش می‌یابد که این امر از آلودگی زیست‌محیطی جلوگیری می‌کند.

زیست‌شناسی مصنوعی همچنین این امکان را فراهم می‌کند که ساختار‌های بیولوژیکی جدید و نوآورانه‌ای ایجاد شوند.

دانشمندان موفق به ساخت پروتئین‌هایی شده‌اند که در طبیعت وجود ندارند. این پروتئین‌ها می‌توانند برای کاربرد‌های مختلف از جمله داروسازی و صنایع زیستی به کار گرفته شوند.

این نوآوری‌هایی پتانسیل ایجاد تحول در بسیاری از صنایع را دارند و می‌توانند راه‌حل‌های جدیدی برای مشکلات پیچیده فراهم کنند.

با وجود تمامی این پیشرفت‌ها، زیست‌شناسی مصنوعی با چالش‌ها و موانع مختلفی نیز روبرو است. یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها، خطرات زیست‌محیطی و امنیتی مرتبط با رهاسازی موجودات زنده مهندسی شده به محیط زیست است.

این موجودات می‌توانند تغییرات غیرقابل پیش‌بینی در اکوسیستم‌ها ایجاد کنند. علاوه بر این، مسائل اخلاقی مرتبط با مهندسی ژنتیکی نیز باید مورد توجه قرار گیرد. دستکاری ژنتیکی موجودات زنده، از جمله انسان، پرسش‌های زیادی درباره حقوق اخلاقی آنها و مسئولیت‌های مرتبط با این تغییرات مطرح می‌کند.

پیچیدگی سیستم‌های زیستی به گونه‌ای است که پیش‌بینی دقیق رفتار آنها در شرایط مختلف همیشه ممکن نیست و نیاز به مدل‌سازی‌های پیشرفته و آزمایش‌های گسترده وجود دارد.

زیست‌شناسی مصنوعی به عنوان یک علم نوظهور، پتانسیل‌های فوق‌العاده‌ای برای تغییر شیوه زندگی انسان‌ها دارد، این علم می‌تواند راه‌حل‌هایی برای مشکلات عمده‌ای از جمله تولید دارو‌های جدید، تأمین انرژی پایدار و حفظ محیط زیست ارائه دهد.

برای رسیدن به تمامی این اهداف، نیاز به تحقیقات بیشتر و توسعه قوانین و مقرراتی وجود دارد که بتوانند خطرات احتمالی را کاهش دهند و اخلاقیات مرتبط با این حوزه را مورد توجه قرار دهند.

زیست‌شناسی مصنوعی نه تنها به ما اجازه می‌دهد تا موجودات زنده را بهبود بخشیم، بلکه ممکن است در آینده‌ای نه چندان دور بتوانیم موجودات کاملاً جدیدی ایجاد کنیم که به طور مستقیم در خدمت اهداف بشری قرار گیرند.