نظرة عامة على التكنولوجيا الحيوية

بالتأكيد، إليك ملخص شامل ومفصل للدراسة بناءً على النص المقدم:

نظرة عامة على التكنولوجيا الحيوية

• يشمل ذلك تعريفات للتكنولوجيا الحيوية، وجدول زمني لتطورها، والتقنيات المستخدمة فيها، والشخصيات البارزة في هذا المجال.

كيفية استخدام التكنولوجيا الحيوية

• تشمل تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الطب والأدوية المتاحة حاليًا، وفي الزراعة، بما في ذلك الأطعمة والحيوانات المعدلة وراثيًا.
• تشمل تطبيقاتها أيضًا في تحليل الحمض النووي (DNA) وعلم الأدلة الجنائية، والعلاج الجيني والحيوانات المعدلة، ودراسة الخلايا الجذعية الجنينية البشرية والاستنساخ.

القضايا المجتمعية التي تثيرها التكنولوجيا الحيوية

• تشمل هذه القضايا الأخلاقيات الحيوية، والمواقف العامة تجاه التكنولوجيا الحيوية من حيث السلامة والوعي، والاستخدامات العلاجية للجينات والأنسجة البشرية.

ما هي التكنولوجيا الحيوية؟

• تعريف التكنولوجيا الحيوية: مشتقة من كلمتي "bios" (حياة) و "logos" (دراسة أو جوهر)، وتعني حرفيًا "دراسة الأدوات من الكائنات الحية".
• تشمل أي تقنية تستخدم الكائنات الحية أو المواد المستمدة منها لإنتاج أو تعديل المنتجات، تحسين النباتات أو الحيوانات، أو تطوير الكائنات الدقيقة لاستخدامات محددة.
• التكنولوجيا الحيوية الكلاسيكية: استُخدم مصطلح "التكنولوجيا الحيوية" لأول مرة عام 1917 لوصف العمليات التي تستخدم الكائنات الحية لإنتاج أو تشغيل عمليات مثل التخمير الصناعي.
• التكنولوجيا الحيوية الحديثة: تهتم بالهندسة الوراثية وتكنولوجيا الحمض النووي لإنتاج منتجات وعمليات علاجية وطبية وتشخيصية.
• تشمل استخدام الهندسة الوراثية والتلاعب بالكائنات على المستوى الجزيئي.

المجالات المعنية بالتكنولوجيا الحيوية:

• تشمل علم الأحياء الخلوي والجزيئي، وعلم الأحياء الدقيقة، وعلم الوراثة، وعلم وظائف الأعضاء، والكيمياء الحيوية، وعلم المناعة، وعلم الفيروسات.
• كما تشمل تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف، والهندسة، وعلوم الكمبيوتر.

مراحل تطور التكنولوجيا الحيوية:

• تشمل التكنولوجيا الحيوية القديمة والكلاسيكية والحديثة.

نبذة عن التكنولوجيا الحيوية القديمة:

• استخدام الأطعمة والمشروبات المخمرة كان شائعًا منذ القدم (9000 قبل الميلاد).
• تشمل الأمثلة الخبز، والزبادي، والجبن، والنبيذ، والبيرة.
• في عام 1866، اكتشف لويس باستور العلاقة المباشرة بين الخميرة والسكريات، مما يؤدي إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون والإيثانول في عملية لا هوائية.
• بدأ إنتاج خميرة الخباز في عام 1915 باستخدام Saccharomyces cerevisiae.

التكنولوجيا الحيوية الكلاسيكية:

• تعتمد على عمليات التخمير لإنتاج كميات كبيرة من المنتجات.
• تشمل المنتجات المختلفة أنواع البيرة والخل والجليسرول والأسيتون والبيوتانول وحمض اللاكتيك وحمض الستريك.
• يشمل ذلك إنتاج المضادات الحيوية على نطاق واسع، مثل البنسلين من تخمير البنسيليوم.
• تستخدم العمليات الكيميائية الحيوية لإنتاج منتجات علاجية، حيث يحول الإنزيم الميكروبي الركيزة إلى منتج.
• مثال على ذلك تحويل الكوليسترول إلى ستيرويدات (مثل الكورتيزون، الإستروجين، والبروجستيرون) عن طريق إضافة مجموعة الهيدروكسيل (-OH) في عملية الهيدروكسيل.
• تستخدم لتخليق مركبات ذات قيمة تجارية أخرى؛ تشمل الأحماض الأمينية (لتحسين طعم الغذاء، جودته، أو حفظه)، والإنزيمات، والفيتامينات، والأصباغ.

التكنولوجيا الحيوية الحديثة

• علم الأحياء الجزيئي: الأحماض النووية:
  • اكتشف بيدل وتاتوم العلاقة بين الجينات والإنزيمات، حيث توصلوا إلى فرضية "جين واحد، إنزيم واحد".
  • في عام 1952، أثبت هيرشي وتشيس أن الحمض النووي (DNA) وليس البروتين هو المادة التي تنقل المعلومات الوراثية.
  • تجارب الوسم الإشعاعي أظهرت أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يلعب دور الوسيط بين الحمض النووي والبروتينات.
  • في عام 1956، ربطت الأبحاث بين فقر الدم المنجلي والأمراض الوراثية بالتركيب البروتيني، وتم تحديد الرابط بين الأحماض الأمينية والحمض النووي.
  • حصل مارشال نيرنبرغ وهاينريش ماثاي وغوبيند خورانا على جائزة نوبل في عام 1968 لاكتشافهم الشفرة الوراثية لجميع الأحماض الأمينية العشرين، حيث تتكون كل شفرة من تسلسل ثلاثي القواعد (كودون).
• يمثل علم الأحياء الجزيئي الحمض النووي (DNA) الذي يتحول إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) عبر النسخ ثم إلى البروتين عبر الترجمة.

مجالات التكنولوجيا الحيوية:

• التكنولوجيا الحيوية القائمة على الكائنات الحية (الكلاسيكية): تستخدم الكائنات الحية بشكلها الكامل ولا تغير المادة الوراثية.
• التكنولوجيا الحيوية الجزيئية (الحديثة): تعدل التركيب الوراثي لتحقيق أهداف محددة.
  • مثال: الكائنات المعدلة وراثيًا التي تحتوي على مادة وراثية معدلة صناعيًا على مستوى الخلية الجرثومية.

الجدول الزمني للتكنولوجيا الحيوية:

• 1750 قبل الميلاد: السومريون يصنعون البيرة.
• 1855: اكتشاف بكتيريا الإشريكية القولونية (Eschirium coli).
• 1902: والتر ساتون يبتكر مصطلح "الجين" ويقترح أن الكروموسومات تحمل الجينات.
• 1928: ألكسندر فليمنغ يكتشف الخصائص المضادة للميكروبات لفطريات معينة.
• 1941: جورج بيدل وإدوارد تاتوم يقترحان أن كل جين يصنع بروتينًا واحدًا.
• 1949: إثبات أن فقر الدم المنجلي مرض جزيئي.
• 1952: الكشف عن تركيب الحلزون المزدوج للحمض النووي (DNA).
• 1967: فك الشفرة الوراثية.
• 1973: بداية تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف.
• 1975: انعقاد المؤتمر الدولي الأول حول تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف، واكتشاف تقنية تحديد تتابع الحمض النووي.
• 1976: تقديم تكنولوجيا الأجسام المضادة وحيدة النسيلة.
• 1978: استخدام Genentech للهندسة الوراثية لإنتاج الأنسولين البشري في الإشريكية القولونية.
• 1978: كاري موليس يكتشف تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR).
• 1989: بدء مشروع الجينوم البشري.
• 1990: أول استخدام للعلاج الجيني.
• 2001: اكتمال مشروع الجينوم البشري.

أنواع التكنولوجيا الحيوية:

• تشمل التكنولوجيا الحيوية الميكروبية، والحيوانية، والمائية، والزراعية، والطبية، والشرعية، والمعالجة الحيوية، والتنظيمية.

تفصيل أنواع التكنولوجيا الحيوية:

• التكنولوجيا الحيوية الميكروبية:
  • تستخدم التلاعب بالكائنات الدقيقة مثل الخميرة والبكتيريا.
  • تستخدم لإنتاج إنزيمات محسنة وعمليات تطهير أكثر كفاءة للمخلفات الصناعية.
  • تستخدم لاستنساخ وإنتاج كميات كبيرة من البروتينات المستخدمة في الطب البشري.
• التكنولوجيا الحيوية الحيوانية:
  • تستخدم الحيوانات كمصدر للبروتينات ذات القيمة الطبية.
  • تشمل إنتاج الأجسام المضادة والحيوانات المعدلة وراثيًا.
  • تستخدم الحيوانات كنماذج مهمة في البحوث الأساسية، مثل تجارب "إسكات الجينات" (Gene knockout).
  • تستخدم في تصميم واختبار الأدوية والعلاجات الجينية.
  • تشمل استنساخ الحيوانات واستخدامها كمصدر للأعضاء المزروعة.
• التكنولوجيا الحيوية المائية:
  • تستخدم في تربية الأحياء المائية، مثل تربية الأسماك والمحار في ظروف محكمة كمصادر غذائية.
  • تشمل الهندسة الوراثية لإنتاج سمك السلمون المعدل وراثيًا الذي ينتج هرمون النمو بكميات كبيرة.
  • تستخدم في التنقيب الحيوي، حيث يتم البحث عن مصادر جديدة للجينات والبروتينات والعمليات الأيضية ذات التطبيقات الهامة في صحة الإنسان.
  • تشمل اكتشاف أن العوالق البحرية والحلزونات غنية بالجزيئات المضادة للأورام والسرطان.
• التكنولوجيا الحيوية الزراعية:
  • تهدف إلى إنتاج نباتات صديقة للبيئة تعطي إنتاجية أعلى للفدان عبر الهندسة الوراثية.
    • مقاومة الأمراض والحشرات.
    • إنتاج أغذية ذات محتوى أعلى من البروتين أو الفيتامينات.
    • تطوير أدوية يتم إنتاجها وزراعتها كنباتات.
    • تقليل تكاليف الإنتاج للمساعدة في توفير الغذاء للنمو السكاني العالمي.
• التكنولوجيا الحيوية الطبية:
  • تشمل الوقاية من الأمراض وتشخيصها وعلاجها.
  • تستفيد من المعلومات الجديدة من مشروع الجينوم البشري.
  • تشمل العلاج الجيني وتقنيات الخلايا الجذعية.
• التكنولوجيا الحيوية الشرعية:
  • تستخدم في تحليل الحمض النووي (DNA) لتحديد هوية الأفراد.
  • تشمل تحديد أو استبعاد الأشخاص المشتبه بهم، وتحديد الأبوة، والتعرف على الرفات البشرية.
  • تستخدم أيضًا في تتبع وتأكيد انتشار الأمراض وتحديد الأنواع المهددة بالانقراض.
• المعالجة الحيوية:
  • تستخدم التكنولوجيا الحيوية لمعالجة وتقليل مجموعة متنوعة من المواد الطبيعية والصناعية التي تساهم في التلوث البيئي.
  • مثال؛ تحفيز نمو البكتيريا التي تحلل مكونات الزيت الخام عن طريق إضافة مواد مغذية لتحفيز نمو البكتيريا لتنظيف بقع الزيت.
• التكنولوجيا الحيوية التنظيمية:
  • تضمن الجودة من خلال التأكيد على جميع الأنشطة التي تنظم الجودة النهائية للمنتج.
  • مراقبة العمليات والتطبيقات لضمان معايير المنتج المتسقة.
• تضمن مراقبة الجودة أن تلبي المنتجات معايير صارمة للنقاء والأداء، وأن تكون مُدارة ضمن نظام إدارة الجودة.

** التحديات البيولوجية في القرن الحادي والعشرين**:

• كيف ستغير التكنولوجيا الحيوية حياتنا مستقبلًا؟
• مشروع الجينوم والبروتيوم البشري:
  • البحث عن وظائف الجينات البشرية والعوامل المتحكمة فيها، بالإضافة إلى دراسة البروتينات المسؤولة عن النشاط في الخلية البشرية.

** تطبيقات لتحسين حياتنا**:

• تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs):
  • تغييرات في النوكليوتيدات الفردية في تسلسلات الحمض النووي تختلف من فرد لآخر، وتسبب بعض الأمراض الوراثية مثل فقر الدم المنجلي.
  • تساعد SNPs على تحديد الجينات المتورطة في الحالات الطبية المختلفة، وتؤدي إلى تطوير علاجات موجهة بشكل أفضل للأفراد الذين لديهم طفرات جينية محددة.
• كيفية اختبار الحمض النووي لشخص ما للتحقق من تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة (SNPs)؟
• الرقاقة الحيوية (Microarray (Gene Chip):
  • عزل الحمض النووي من المريض وتطبيق عينة على الرقاقة الحيوية التي تحتوي على العديد من تسلسلات الحمض النووي.
  • مقارنة أنماط ارتباط الحمض النووي بين الحمض النووي للمريض والحمض النووي على الرقاقة الحيوية للكشف عن أنماط SNP للمريض.
• الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA):
  • تقنية ناشئة لإسكات الجينات المشاركة في تطور الأمراض.
• تكنولوجيا العلاج الجيني:
• استبدال أو تعزيز الجينات المعيبة بنسخ طبيعية من الجين. - العقبات تشمل: كيف يمكن إيصال الجينات الطبيعية إلى جميع خلايا الجسم؟ ما هي الآثار الطويلة الأجل لإدخال جينات إضافية في البشر؟
• تكنولوجيا الخلايا الجذعية*: - الخلايا الجذعية هي خلايا غير ناضجة تنمو وتنقسم لإنتاج أنواع مختلفة من الخلايا.
  • معظم الخلايا الجذعية تأتي من الأجنة وتسمى الخلايا الجذعية الجنينية (ESCs).
  • بعض الخلايا الجذعية تأتي من الخلايا البالغة (ASCs).
  • يمكن تحفيز أي نوع من الخلايا الجذعية للنمو إلى خلايا متخصصة لاستبدال الأنسجة المتضررة أو الأعضاء الفاشلة (الكبد والبنكرياس وشبكية العين).

تطبيقات إضافية في التكنولوجيا الحيوية:

• علم الصيدلة الجينومي (Pharmacogenomics): تصميم العلاج بالعقاقير واستراتيجيات العلاج بناءً على الملف الجيني للمريض، ويشمل تحليل الرقاقة الحيوية لتصميم الأدوية.
• علم الأيض (Metabolomics): لمحة سريعة عن الجزيئات الصغيرة المنتجة خلال الأيض الخلوي.
• تكنولوجيا النانو (Nanotechnology): تطبيقات تستخدم أجهزة صغيرة جدًا لتوصيل الأدوية إلى الخلايا.

القوى العاملة في مجال التكنولوجيا الحيوية:

• التكنولوجيا الحيوية صناعة عالمية تولد أكثر من 63 مليار دولار من الإيرادات في جميع أنحاء العالم.
• تحقق 40 مليار دولار من مبيعات الأدوية البيولوجية في الولايات المتحدة.

الفروق بين شركة التكنولوجيا الحيوية وشركة الأدوية:

• شركة التكنولوجيا الحيوية: تشارك في تطوير الأدوية باستخدام الكائنات الحية، وتقوم أيضًا بإنشاء منتجات ليست أدوية.
• شركة الأدوية: تشارك في تطوير الأدوية عن طريق التركيب الكيميائي أو تنقية المركبات ولا تستخدم الكائنات الحية لإنتاج المنتجات.

أكبر خمس شركات للتكنولوجيا الحيوية والأدوية من حيث الإيرادات:

• شركات التكنولوجيا الحيوية: Amgen, Genentech (جزء من Roche), Genzyme, UCB, Gilead.
• شركات الأدوية: Johnson & Johnson, Pfizer, Roche, GlaxoSmithKline, Novartis.

أفضل طريقة للحصول على وظيفة جيدة في شركة التكنولوجيا الحيوية:

  - الحصول على درجة علمية في علم الأحياء الجزيئي، أو الكيمياء الحيوية، أو المعلوماتية الحيوية.
  - الحصول على شهادة فرعية في تكنولوجيا المعلومات.
– الحصول على العديد من الدورات التدريبية في الرياضيات.
– امتلاك مهارات عظيمة في التواصل الشفوي والكتابي.
     - أن تكون أحد الأعضاء المتعاونين في الفريق.
 - هذا المجال جيد ويستحق المجازفة، فهو مجدي وذو مردود.

أتمنى أن يساعدك هذا الملخص المفصل والشامل في دراستك!