خبرهای حوزه بیوتکنولوژی علاقه خاصی به اصطلاح «فناوری میکروبی» دارند؛ شاید تا حدی به این دلیل که این عبارت بسیار گرانتر و پیچیدهتر از چیزی به نظر میرسد که در اصل به معنای استفاده از باکتریها برای انجام یک کار است.
مفهوم آن چندان پیچیده نیست: از میکروارگانیسمهای زنده برای ساخت محصولات و انجام فرایندهای تولید در مقیاسی استفاده کنیم که کارخانههای شیمیایی سنتی تنها میتوانند آرزوی آن را داشته باشند. این حوزه، از فرایندهای تخمیری سادهای که هزاران سال است مورد استفاده قرار میگیرند تا پلتفرمهای سلولی مهندسیشده مدرنی را در بر میگیرد که برای تولید دارو، سوخت سبز هوانوردی و پروتئینهای تولیدشده در آزمایشگاه طراحی شدهاند.
کنوانسیون سازمان ملل متحد درباره تنوع زیستی، بیوتکنولوژی را هر فرایندی تعریف میکند که در آن از سامانههای زنده یا مشتقات آنها برای ایجاد یا تغییر محصولات استفاده شود. بیوتکنولوژی میکروبی شاخهای تخصصیتر از همین تعریف است که بهجای گیاهان و جانوران چندسلولی، انجام بخش اصلی کار را به میکروبها میسپارد.
چرا فناوری میکروبی دائماً در اخبار بیوتکنولوژی ظاهر میشود؟
رشد سریع، هزینه پایین کشت، امکان دستکاری نسبتاً آسان ژنتیکی و انعطافپذیری عملیاتی، میکروبها را به یکی از اجزای جداییناپذیر بیوتکنولوژی مدرن تبدیل کرده است. ترکیب همین ویژگیهاست که فناوری میکروبی را در مرکز بسیاری از اخبار امروز این صنعت قرار میدهد.
تخمیر در مقیاس صنعتی، یکی از پایههای اصلی تولید زیستی است و محصولاتی از داروهای ضروری و آنزیمها گرفته تا اسیدهای آلی و مواد پایدار را تأمین میکند. در همین حال، پلتفرمهای زیستشناسی مصنوعی از فناوریهایی مانند CRISPR استفاده میکنند تا متابولیسم میکروبها را به سمت تولید محصولات جدید هدایت کنند؛ محصولاتی مانند مواد اولیه پلاستیکهای زیستی، مولکولهای معطر و پروتئینهای تولیدشده در آزمایشگاه.
کاربردهای میکروبی در سلامت انسان و تحقیقات مربوط به میکروبیوم روده نیز یکی دیگر از حوزههای مهم این فناوری است. پروبیوتیکهای هدفمند و درمانهای مبتنی بر میکروبیوم به ترکیبهای بسیار مشخصی از میکروبها نیاز دارند و همین موضوع باعث میشود نتایج آزمایشهای بالینی و مراحل دریافت مجوزهای قانونی آنها مرتباً به خبر تبدیل شود.
در حوزه فناوری سبز نیز از همین فعالیتهای میکروسکوپی برای بهبود سوختهای زیستی، تبدیل پسماندهای کشاورزی به مواد اولیه ارزشمند صنعتی، پاکسازی خاکهای آلوده و کاهش ردپای کربنی کارخانهها استفاده میشود. در صنایع غذایی نیز تخمیر دقیق (Precision Fermentation) از میکروبها برای تولید پروتئینها، چربیها و مواد اولیه مورد نیاز برای جایگزینهای لبنی و گوشتهای جایگزین استفاده میکند.
تمام این حوزهها مستقیماً با سرمایهگذاریهای جدید، دریافت مجوزهای قانونی و عرضه محصولات تجاری ارتباط دارند. از طرف دیگر، آنها بخش مهمی از روایتهای خبری مربوط به تغییرات اقلیمی و امنیت غذایی را نیز شکل میدهند. به همین دلیل، فناوری میکروبی در بخش قابل توجهی از اخبار روزمره بیوتکنولوژی حضور دارد؛ حتی زمانی که نام آن بهعنوان فناوری زیربنایی بهطور مستقیم ذکر نمیشود.
اصطلاحات مهم در فناوری میکروبی
چند اصطلاح اساسی در این حوزه آنقدر در گزارشهای بیوتکنولوژی تکرار میشوند که شناخت آنها میتواند برای درک این اخبار مفید باشد.
تخمیر صنعتی عمدتاً در دو شکل اصلی انجام میشود: تخمیر غوطهور یا مایع و تخمیر حالت جامد. انتخاب یکی از این دو روش میتواند بر میزان تولید محصول، هزینه فرایند و ویژگی کلی خروجی تأثیر بگذارد. خود میکروبها نیز میتوانند از سویههای طبیعی و وحشی گرفته تا جهشیافتههای انتخابشده در آزمایشگاه و سویههای اصلاحشده ژنتیکی ــ که در بسیاری از موارد با فناوری CRISPR ویرایش شدهاند ــ متفاوت باشند؛ انتخابی که به کاربرد موردنظر و الزامات قانونی مرتبط بستگی دارد.
دو گروه اصلی از متابولیتها نیز نقش مهمی در ارزش تجاری این میکروبها دارند. متابولیتهای اولیه مانند اسیدهای آمینه، اسیدهای آلی و ویتامینها برای ادامه حیات میکروب ضروری هستند و در عین حال میتوانند مواد اولیه مفیدی برای کاربردهای انسانی فراهم کنند. در مقابل، متابولیتهای ثانویه مانند آنتیبیوتیکها و ترکیبات ضدتومور، نقشی اساسی در بقای معمول میکروب ندارند، اما در بسیاری از موارد میتوانند ارزشمندترین محصول نهایی آن باشند.
برای توسعه و بهینهسازی این موجودات، پژوهشگران از ابزارهای موسوم به اُمیکس (Omics) استفاده میکنند. این رویکردها حوزههایی مانند ژنومیک، ترنسکریپتومیک و مدلسازی متابولیک را با یکدیگر ترکیب میکنند تا بتوان سویههای میکروبی را با دقت بیشتری بررسی، طراحی و مهندسی کرد.
این فناوری واقعاً کجا استفاده میشود؟
سامانههای میکروبی در صنعت داروسازی بخش قابل توجهی از کار را بر عهده دارند و برای تولید آنتیبیوتیکها، پروتئینهای نوترکیب و مواد مهم مورد استفاده در تولید واکسنها به کار میروند. بهینهسازی مداوم میزان تولید این محصولات نیز باعث میشود این حوزه همچنان موضوعی جذاب برای رسانههای تخصصی صنعت باشد. در بخش مواد شیمیایی نیز محصولات قدیمیتری مانند آنزیمهای غذایی، اتانول و اسیدهای آلی، اکنون در کنار گزینههای جدیدتری مانند پلاستیکها و حلالهای زیستپایه قرار گرفتهاند. همین جایگزینی ساده مواد اولیه نفتی با گزینههای زیستپایه، معمولاً یکی از مهمترین نقاط فروش شرکتهای نوپای بیوتکنولوژی هنگام جذب سرمایهگذاری خطرپذیر است.
در کشاورزی از کودهای زیستی میکروبی و زیستآفتکشها برای افزایش نیتروژن، آزادسازی فسفات موجود در خاک و مقابله با بیماریهای گیاهی استفاده میشود؛ رویکردی که میتواند وابستگی به نهادههای شیمیایی سنتی را کاهش دهد. در کاربردهای زیستمحیطی نیز از میکروبها برای تجزیه آلایندهها، تصفیه فاضلاب و احیای زیستگاههای آسیبدیده استفاده میشود و پژوهشهای جدیدتر به سراغ پسماندهای مصنوعی و پیچیدهتر رفتهاند.
در بخشهایی که بیشتر به آیندهنگری شباهت دارند، پیشرفت در زمینه ترانزیستورهای باکتریایی و مدارهای زیستی نشان داده است که میتوان میکروبها را برای انجام وظایف حسگری و حتی اجرای منطق محاسباتی ساده برنامهریزی کرد؛ موضوعی که در همین فرایند، برخی از عجیبترین و جذابترین خبرها را برای رسانههای فناوری فراهم میکند.
چرا این روزها اصطلاح فناوری میکروبی همهجا دیده میشود؟
دو عامل اصلی باعث افزایش توجه به این حوزه شدهاند.
عامل نخست، بلوغ فناوری است. ارزانتر شدن توالییابی ژنتیکی، دقیقتر شدن ابزارهای مهندسی ژنتیک و پیشرفت روشهای پیچیده زیستفرایندی باعث شدهاند سامانههای میکروبی به کارخانههایی قابل اعتماد برای تولید محصول تبدیل شوند؛ محصولاتی که در گذشته وابسته به سنتز شیمیایی یا استخراج مستقیم از منابع طبیعی بودند.
عامل دوم، سیاستگذاری و تقاضای بازار است. اهداف مربوط به کاهش انتشار کربن و آسیبپذیری زنجیرههای تأمین، سرمایهها را به سمت جایگزینهای زیستپایه و مبتنی بر میکروبها سوق دادهاند. به همین دلیل، فناوری میکروبی دیگر صرفاً در مقالات دانشگاهی باقی نمیماند و بهطور مداوم در خبرهای مربوط به جذب سرمایه، توسعه محصولات و عرضه تجاری شرکتها دیده میشود.
بنابراین، دفعه بعد که در یک خبر با شرکتی روبهرو شدید که باکتریها را برای تولید یک ماده پایدار مهندسی کرده است، یا استارتاپی را دیدید که قصد دارد با استفاده از تخمیر، یک ماده اولیه با منشأ حیوانی را جایگزین کند، احتمال زیادی وجود دارد که فناوری زیربنایی آن نوعی از همین فناوری میکروبی باشد.
کاربردها دائماً تغییر میکنند، اما هسته اصلی ماجرا ثابت است: استفاده از میکروارگانیسمهای زنده بهعنوان سامانههای تولیدی قابل برنامهریزی؛ روشی که سالهاست در پشت صحنه بسیاری از خبرهای مهم دنیای بیوتکنولوژی حضور دارد.
