تاريخ التكنولوجيا الحيوية

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

كانت صناعة الجعة مثالاً مبكراً على التكنولوجيا الحيوية

التكنولوجيا الحيوية هي تطبيق المبادئ العلمية والهندسية على معالجة المواد بواسطة عوامل بيولوجية بهدف توفير السلع والخدمات. [ 1 ] ومنذ نشأتها، حافظت التكنولوجيا الحيوية على علاقة وثيقة بالمجتمع. ورغم أنها ترتبط اليوم في الغالب بتطوير الأدوية ، إلا أنها ارتبطت تاريخيًا بشكل أساسي بالغذاء، لمعالجة قضايا مثل سوء التغذية والمجاعة . يبدأ تاريخ التكنولوجيا الحيوية بتقنية التخمير الصناعي [ 2 ] ، التي بدأت بالتركيز على تقنيات تخمير البيرة. ومع ذلك، بحلول الحرب العالمية الأولى، توسعت تقنية التخمير الصناعي لمعالجة قضايا صناعية أكبر، وأدى استغلال إمكانات التخمير الصناعي إلى ظهور التكنولوجيا الحيوية. إلا أن مشروعي البروتين أحادي الخلية والغازولين لم يتقدما بسبب عوامل مختلفة، منها المقاومة الشعبية، وتغير المشهد الاقتصادي، وتحولات السلطة السياسية.

ومع ذلك، سرعان ما أدى ظهور مجال جديد، هو الهندسة الوراثية ، إلى وضع التكنولوجيا الحيوية في صدارة العلوم في المجتمع، ونشأت علاقة وثيقة بين المجتمع العلمي والجمهور والحكومة. وقد برزت هذه النقاشات في مؤتمر أسيلومار عام 1975 ، حيث كان جوشوا ليدربيرغ من أشد المؤيدين لهذا المجال الناشئ في التكنولوجيا الحيوية. وبحلول عام 1978، مع تطوير الأنسولين البشري الاصطناعي، أثبتت مزاعم ليدربيرغ صحتها، ونمت صناعة التكنولوجيا الحيوية بسرعة. وأصبح كل تقدم علمي جديد حدثًا إعلاميًا مصممًا لكسب تأييد الجمهور، وبحلول ثمانينيات القرن العشرين، نمت التكنولوجيا الحيوية لتصبح صناعة حقيقية واعدة. في عام 1988، لم تكن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية قد وافقت إلا على خمسة بروتينات من خلايا معدلة وراثيًا كأدوية ، لكن هذا العدد ارتفع بشكل كبير إلى أكثر من 125 بحلول نهاية تسعينيات القرن العشرين.

لا يزال مجال الهندسة الوراثية موضوعًا ساخنًا للنقاش في مجتمعنا اليوم، مع ظهور العلاج الجيني ، وأبحاث الخلايا الجذعية ، والاستنساخ ، والأغذية المعدلة وراثيًا . وبينما يبدو من الطبيعي اليوم ربط الأدوية الصيدلانية كحلول للمشاكل الصحية والاجتماعية، فإن هذه العلاقة بين التكنولوجيا الحيوية وخدمة الاحتياجات الاجتماعية بدأت منذ قرون.

أصول التكنولوجيا الحيوية

نشأت التقنية الحيوية من مجال علم التخمير، الذي بدأ كبحث عن فهم أفضل للتخمير الصناعي، وخاصةً تخمير البيرة. كانت البيرة سلعة صناعية هامة، وليست سلعة اجتماعية فحسب. ففي أواخر القرن التاسع عشر في ألمانيا، ساهمت صناعة البيرة في الناتج القومي الإجمالي بقدر ما ساهمت صناعة الصلب، وأثبتت الضرائب المفروضة على الكحول أنها مصدر دخل هام للحكومة. [ 3 ] في ستينيات القرن التاسع عشر، تم تخصيص معاهد وشركات استشارية متخصصة في تكنولوجيا صناعة البيرة. وكان أشهرها معهد كارلسبيرغ الخاص، الذي تأسس عام 1875، والذي عمل فيه إميل كريستيان هانسن، رائد عملية الخميرة النقية لإنتاج بيرة متجانسة وموثوقة. أما الشركات الاستشارية الخاصة التي قدمت المشورة لصناعة البيرة فكانت أقل شهرة. ومن بينها معهد زيموتكنيك، الذي أسسه الكيميائي جون إيوالد سيبل، المولود في ألمانيا، في شيكاغو.

بلغت تقنية التخمير ذروتها وتوسعت بشكل كبير خلال الحرب العالمية الأولى استجابةً للاحتياجات الصناعية لدعم المجهود الحربي. قام ماكس ديلبروك بتنمية الخميرة على نطاق واسع خلال الحرب لتلبية 60% من احتياجات ألمانيا من علف الحيوانات. [ 3 ] كما عوضت مركبات حمض اللاكتيك ، وهو منتج تخمير آخر، نقص الجلسرين ، وهو سائل هيدروليكي . أما في صفوف الحلفاء، فقد استخدم الكيميائي الروسي حاييم وايزمان النشا للتغلب على نقص الأسيتون في بريطانيا ، وهو مادة خام أساسية لإنتاج الكوردايت ، وذلك عن طريق تخمير الذرة لإنتاج الأسيتون. [ 4 ] تجاوزت الإمكانات الصناعية للتخمير نطاق استخدامها التقليدي في صناعة الجعة، وسرعان ما حلت "التقنية الحيوية" محل "تقنية التخمير".

مع تفاقم نقص الغذاء ونضوب الموارد، راودت البعض أحلامٌ بحل صناعي جديد. في عام ١٩١٩، صاغ المجري كارولي إريكي مصطلح "التكنولوجيا الحيوية" في المجر لوصف تقنية تعتمد على تحويل المواد الخام إلى منتجات أكثر فائدة. أنشأ إريكي مسلخًا لألف خنزير، ومزرعة لتسمين الخنازير تتسع لخمسين ألف خنزير، وكان يربي أكثر من مئة ألف خنزير سنويًا. كان المشروع ضخمًا، ليصبح واحدًا من أكبر وأكثر مشاريع اللحوم والدهون ربحية في العالم. في كتابه "التكنولوجيا الحيوية" ، طوّر إريكي فكرةً ستُطرح مرارًا وتكرارًا طوال القرن العشرين: أن التكنولوجيا الحيوية قادرة على تقديم حلول للأزمات المجتمعية، مثل نقص الغذاء والطاقة. بالنسبة لإريكي، يشير مصطلح "التكنولوجيا الحيوية" إلى العملية التي يمكن من خلالها تحسين المواد الخام بيولوجيًا إلى منتجات ذات فائدة اجتماعية. [ ٥ ]

انتشر هذا المصطلح بسرعة بعد الحرب العالمية الأولى، إذ دخلت كلمة "التكنولوجيا الحيوية" القواميس الألمانية، وتبنتها شركات استشارية خاصة طموحة في الخارج، حتى في الولايات المتحدة. ففي شيكاغو، على سبيل المثال، شجع تطبيق قانون حظر الكحول في نهاية الحرب العالمية الأولى الصناعات البيولوجية على ابتكار منتجات تخمير جديدة، ولا سيما سوق المشروبات غير الكحولية. انفصل إميل سيبل، نجل مؤسس معهد زيموتكنيك، عن شركة والده ليؤسس شركته الخاصة التي أطلق عليها اسم "مكتب التكنولوجيا الحيوية"، والتي قدمت خبرة متخصصة في المشروبات غير الكحولية المخمرة. [ 1 ]

كان الاعتقاد بإمكانية تلبية احتياجات المجتمع الصناعي عن طريق تخمير المخلفات الزراعية عنصرًا هامًا في "الحركة الكيميائية الدوائية". [ 5 ] أنتجت عمليات التخمير منتجات ذات فائدة متزايدة باستمرار. في أربعينيات القرن العشرين، كان البنسلين الأكثر تأثيرًا. فبينما اكتُشف في إنجلترا، أُنتج صناعيًا في الولايات المتحدة باستخدام عملية تخمير عميقة طُوّرت في الأصل في بيوريا، إلينوي. [ 6 ] أدت الأرباح الهائلة والتوقعات العامة التي أثارها البنسلين إلى تحول جذري في مكانة صناعة الأدوية. استخدم الأطباء عبارة "الدواء المعجزة"، وأشار مؤرخ استخدامه في زمن الحرب، ديفيد آدامز، إلى أن البنسلين كان يمثل للعامة الصحة المثالية التي ارتبطت بالسيارة ومنزل الأحلام في الإعلانات الأمريكية خلال الحرب. [ 3 ] ابتداءً من خمسينيات القرن العشرين، تطورت تقنية التخمير أيضًا إلى درجة كافية لإنتاج الستيرويدات على نطاق صناعي واسع. [ ٧ ] كان من الأهمية بمكان تحسين عملية التخليق الجزئي للكورتيزون ، مما بسّط عملية التخليق القديمة المكونة من ٣١ خطوة إلى ١١ خطوة. [ ٨ ] وقد قُدِّر أن هذا التقدم قد خفّض تكلفة الدواء بنسبة ٧٠٪، مما جعله رخيصًا ومتاحًا. [ ٩ ] ولا تزال التقنية الحيوية تلعب دورًا محوريًا في إنتاج هذه المركبات حتى اليوم، ومن المرجح أن تستمر في ذلك لسنوات قادمة. [ ١٠ ] [ ١١ ]

كان يُنظر إلى البنسلين على أنه دواء معجزة جلب أرباحًا هائلة وتوقعات عامة كبيرة.

مشاريع البروتين أحادي الخلية والغازولين

ارتفعت التوقعات بشأن التكنولوجيا الحيوية خلال ستينيات القرن الماضي بفضل عملية إنتاج البروتين من خلية واحدة. عندما هدد ما يُسمى بنقص البروتين العالم بالجوع، بدا إنتاج الغذاء محليًا من خلال زراعته من النفايات حلاً واعدًا. وقد استحوذت إمكانية زراعة الكائنات الدقيقة على النفط على اهتمام العلماء وصناع السياسات وقطاع التجارة. [ 1 ] وراهنت شركات كبرى مثل بي بي على مستقبلها في هذا المجال. في عام 1962، أنشأت بي بي محطة تجريبية في كاب دي لافيرا بجنوب فرنسا للترويج لمنتجها، توبرينا. [ 1 ] أجرى ألفريد شامبانيات الأبحاث الأولية في لافيرا. [ 12 ] وفي عام 1963، بدأ بناء المحطة التجريبية الثانية لبي بي في مصفاة غرانجماوث باسكتلندا. [ 12 ]

ولأنه لم يكن هناك مصطلح مقبول على نطاق واسع لوصف الأطعمة الجديدة، فقد تم صياغة مصطلح " بروتين الخلية الواحدة " (SCP) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 1966 لتوفير عنوان جديد مقبول ومثير، وتجنب الدلالات غير السارة للميكروبات أو البكتيريا. [ 1 ]

انتشرت فكرة "الغذاء من النفط" على نطاق واسع بحلول سبعينيات القرن العشرين، عندما أُنشئت مرافق لزراعة الخميرة باستخدام البارافينات في عدد من الدول. وكان السوفييت متحمسين بشكل خاص، حيث افتتحوا مصانع ضخمة لإنتاج "BVK" ( مركز البروتين والفيتامينات) بجوار مصافي النفط التابعة لهم في كستوفو (1973) [ 13 ] [ 14 ] وكيريشي ( 1974 ). [ 15 ]

مع ذلك، وبحلول أواخر سبعينيات القرن العشرين، تغير المناخ الثقافي تمامًا، إذ تزامن نمو الاهتمام بمشروع SCP مع تحولات اقتصادية وثقافية (136). أولًا، ارتفع سعر النفط بشكل كارثي عام 1974، ليصبح سعر البرميل خمسة أضعاف ما كان عليه قبل عامين. ثانيًا، على الرغم من استمرار الجوع في أنحاء العالم، بدأ الطلب المتوقع يتحول من البشر إلى الحيوانات. كان البرنامج قد بدأ برؤية إنتاج الغذاء لشعوب العالم الثالث، إلا أن المنتج طُرح بدلًا من ذلك كعلف حيواني للعالم المتقدم. جعل الطلب المتزايد بسرعة على علف الحيوانات هذا السوق يبدو أكثر جاذبية من الناحية الاقتصادية. مع ذلك، جاء السقوط النهائي لمشروع SCP نتيجة للمقاومة الشعبية. [ 1 ]

كان هذا الرأي واضحًا بشكل خاص في اليابان، حيث اقترب الإنتاج من الاكتمال. فعلى الرغم من حماسهم للابتكار واهتمامهم التقليدي بالأغذية المنتجة ميكروبيولوجيًا، كان اليابانيون أول من حظر إنتاج البروتينات أحادية الخلية. في نهاية المطاف، لم يتمكن اليابانيون من فصل فكرة أغذيتهم "الطبيعية" الجديدة عن دلالات النفط غير الطبيعية. [ 1 ] وقد طُرحت هذه الحجج في ظل شكوك تجاه الصناعات الثقيلة، حيث تم التعبير عن القلق بشأن آثار ضئيلة من البترول . وهكذا، أدت المقاومة الشعبية لمنتج غير طبيعي إلى إنهاء مشروع البروتينات أحادية الخلية كمحاولة لحل مشكلة الجوع في العالم.

كذلك، في عام 1989 في الاتحاد السوفيتي، دفعت المخاوف البيئية العامة الحكومة إلى اتخاذ قرار بإغلاق (أو تحويل) جميع مصانع الخميرة الثمانية التي تعمل بالبارافين والتي كانت تمتلكها وزارة الصناعات الميكروبيولوجية السوفيتية في ذلك الوقت. [ 16 ]

في أواخر سبعينيات القرن العشرين، قدمت التكنولوجيا الحيوية حلاً محتملاً آخر لأزمة مجتمعية. فقد أدى ارتفاع أسعار النفط عام 1974 إلى زيادة تكلفة الطاقة في العالم الغربي عشرة أضعاف. [ 1 ] واستجابةً لذلك، شجعت الحكومة الأمريكية إنتاج الغازول ، وهو بنزين مضاف إليه 10% من الكحول، كحل لأزمة الطاقة. [ 3 ] وفي عام 1979، عندما أرسل الاتحاد السوفيتي قوات إلى أفغانستان، قطعت إدارة كارتر إمداداتها من المنتجات الزراعية رداً على ذلك، مما أدى إلى فائض زراعي في الولايات المتحدة. ونتيجةً لذلك، بدا تخمير الفائض الزراعي لتصنيع الوقود حلاً اقتصادياً لنقص النفط الذي هددته الحرب العراقية الإيرانية . ولكن قبل أن يُتخذ هذا المسار الجديد، تغيرت الظروف السياسية مرة أخرى: فقد تولت إدارة ريغان السلطة في يناير 1981، ومع انخفاض أسعار النفط في ثمانينيات القرن العشرين، أنهت دعمها لصناعة الغازول قبل أن تبدأ. [ 1 ]

بدا أن التكنولوجيا الحيوية هي الحل الأمثل للمشاكل الاجتماعية الكبرى، بما في ذلك الجوع العالمي وأزمات الطاقة. في ستينيات القرن الماضي، كانت هناك حاجة ماسة إلى إجراءات جذرية لمواجهة المجاعة العالمية، وبدا أن التكنولوجيا الحيوية تقدم الحل. إلا أن هذه الحلول أثبتت أنها باهظة التكلفة وغير مقبولة اجتماعيًا، وتم رفض فكرة حل مشكلة الجوع العالمي من خلال الغذاء المُصنّع بتقنية SCP. في سبعينيات القرن الماضي، أعقبت أزمة الطاقة أزمة الغذاء، وهنا أيضًا، بدت التكنولوجيا الحيوية وكأنها تقدم الحل. ولكن مرة أخرى، أثبتت التكاليف أنها باهظة للغاية مع انخفاض أسعار النفط في ثمانينيات القرن الماضي. وهكذا، عمليًا، لم تتحقق آثار التكنولوجيا الحيوية بشكل كامل في هذه الحالات. لكن هذا الوضع سيتغير قريبًا مع ظهور الهندسة الوراثية .

الهندسة الوراثية

بلغت نشأة التقنية الحيوية ذروتها مع ظهور الهندسة الوراثية . وبرز حدثان رئيسيان يُعتبران بمثابة اختراقات علمية دشّنت حقبةً جمعت بين علم الوراثة والتقنية الحيوية. أولهما اكتشاف واتسون وكريك لبنية الحمض النووي (DNA) عام 1953، وثانيهما اكتشاف كوهين وبوير عام 1973 لتقنية الحمض النووي المُعاد تركيبه ، والتي يتم من خلالها قطع جزء من الحمض النووي من بلازميد بكتيريا الإشريكية القولونية ونقله إلى الحمض النووي لبكتيريا أخرى. [ 17 ] من حيث المبدأ، يُمكن لهذا النهج البكتيريا من اكتساب جينات وإنتاج بروتينات كائنات حية أخرى، بما في ذلك الإنسان. وقد عُرفت هذه التقنية شعبياً باسم "الهندسة الوراثية"، وأصبحت تُعرّف كأساس للتقنية الحيوية الحديثة.

أثبتت الهندسة الوراثية أنها موضوعٌ دفع بالتكنولوجيا الحيوية إلى دائرة الضوء، وحدد التفاعل بين العلماء والسياسيين والجمهور العمل المنجز في هذا المجال. كانت التطورات التقنية خلال تلك الفترة ثورية، بل ومخيفة في بعض الأحيان. في ديسمبر 1967، ذكّرت أول عملية زرع قلب أجراها كريستيان برنارد الجمهور بأن الهوية الجسدية للشخص أصبحت أكثر إشكالية. فبينما كان الخيال الشعري يرى القلب دائمًا في مركز الروح، بات الآن احتمال تعريف الأفراد بقلوب الآخرين واردًا. [ 1 ] وفي الشهر نفسه، أعلن آرثر كورنبرغ أنه تمكن من استنساخ جين فيروسي بيوكيميائيًا. وقال رئيس المعاهد الوطنية للصحة: ​​"لقد تم تخليق الحياة". [ 1 ] أصبحت الهندسة الوراثية الآن على جدول الأعمال العلمي، إذ أصبح من الممكن تحديد الخصائص الوراثية المرتبطة بأمراض مثل الثلاسيميا بيتا وفقر الدم المنجلي .

اتسمت ردود الفعل تجاه الإنجازات العلمية بالتشكيك الثقافي، حيث نُظر إلى العلماء وخبراتهم بعين الريبة. في عام ١٩٦٨، صدر كتاب " القنبلة البيولوجية الموقوتة " للصحفي البريطاني غوردون راتراي تايلور، والذي حقق رواجًا هائلًا. رأى المؤلف في مقدمة الكتاب أن اكتشاف كورنبرغ لاستنساخ جين فيروسي قد يؤدي إلى ظهور جراثيم فتاكة مدمرة. وحذّر الناشر في نبذة الكتاب من أنه في غضون عشر سنوات، "قد تتزوجون رجلًا أو امرأة شبه اصطناعيين... وتختارون جنس أطفالكم... وتتجاهلون الألم... وتغيرون ذكرياتكم... وتعيشون حتى سن ١٥٠ عامًا إذا لم تدمرنا الثورة العلمية أولًا." [ ١ ] واختُتم الكتاب بفصل بعنوان "المستقبل - إن وُجد". وبينما يُعدّ تمثيل العلوم المعاصرة في الأفلام أمرًا نادرًا، إلا أنه في فترة مسلسل " ستار تريك "، بدا أن الخيال العلمي والحقيقة العلمية يتقاربان، وأصبح مصطلح " الاستنساخ " شائعًا في وسائل الإعلام. سخر وودي آلن من استنساخ شخص من أنفه في فيلمه Sleeper عام 1973 ، وكان استنساخ أدولف هتلر من الخلايا الباقية موضوع رواية إيرا ليفين عام 1976 ، The Boys from Brazil . [ 1 ]

استجابةً لهذه المخاوف العامة، ربط العلماء والصناعة والحكومات بشكل متزايد قوة الحمض النووي المُعاد تركيبه بالوظائف العملية الهائلة التي وعدت بها التكنولوجيا الحيوية. كان جوشوا ليدربيرغ ، أستاذ جامعة ستانفورد والحائز على جائزة نوبل ، أحد أبرز الشخصيات العلمية التي سعت إلى تسليط الضوء على الجوانب الواعدة للهندسة الوراثية. فبينما كان مصطلح "الهندسة الوراثية" في ستينيات القرن الماضي يصف علم تحسين النسل والعمل الذي ينطوي على التلاعب بالجينوم البشري ، شدد ليدربيرغ على أهمية الأبحاث التي ستشمل الكائنات الدقيقة. [ 1 ] أكد ليدربيرغ على أهمية التركيز على علاج البشر الأحياء. واقترحت ورقة ليدربيرغ البحثية لعام 1963، بعنوان "المستقبل البيولوجي للإنسان"، أنه في حين أن البيولوجيا الجزيئية قد تُتيح يومًا ما تغيير النمط الجيني البشري، "فإن ما أغفلناه هو علم تحسين المظهر ، أي هندسة التطور البشري". [ 1 ] صاغ ليدربيرغ مصطلح "علم تحسين المظهر" للتأكيد على تغيير النمط الظاهري بعد الإخصاب بدلاً من النمط الجيني الذي سيؤثر على الأجيال القادمة.

مع اكتشاف الحمض النووي المُعاد تركيبه على يد كوهين وبوير عام 1973، تبلورت فكرة أن الهندسة الوراثية ستكون لها عواقب وخيمة على البشر والمجتمع. في يوليو 1974، راسلت مجموعة من علماء الأحياء الجزيئية البارزين، برئاسة بول بيرغ، مجلة ساينس ، مقترحين أن عواقب هذا العمل مدمرة لدرجة تستدعي التريث ريثما يتم دراسة آثاره بشكل كامل. [ 1 ] نُوقش هذا المقترح في اجتماع عُقد في فبراير 1975 في شبه جزيرة مونتيري بكاليفورنيا، والتي خُلدت ذكراها في موقعها، أسيلومار . وكانت النتيجة التاريخية لهذا الاجتماع دعوة غير مسبوقة لوقف الأبحاث إلى حين تنظيمها بشكل يُطمئن الرأي العام، وأدى ذلك إلى تعليقها لمدة 16 شهرًا حتى وضع المبادئ التوجيهية للمعاهد الوطنية للصحة (NIH).

كان جوشوا ليدربيرغ الاستثناء الأبرز في تأكيده، كما فعل لسنوات، على الفوائد المحتملة. ففي أسيلومار ، وفي جوٍّ يميل إلى الرقابة والتنظيم، عمّم ورقة بحثية تُفنّد التشاؤم والمخاوف من سوء الاستخدام، مُبرزًا الفوائد التي يُتيحها الاستخدام الناجح. ووصف "فرصة مبكرة لتقنية بالغة الأهمية في الطب التشخيصي والعلاجي: الإنتاج الجاهز لمجموعة غير محدودة من البروتينات البشرية . ويمكن توقع تطبيقات مماثلة في عملية التخمير لإنتاج العناصر الغذائية الأساسية بتكلفة زهيدة، وفي تحسين الميكروبات لإنتاج المضادات الحيوية والمواد الكيميائية الصناعية الخاصة." [ 1 ] في يونيو 1976، انتهى الحظر المفروض على الأبحاث لمدة 16 شهرًا مع نشر اللجنة الاستشارية للمدير (DAC) لإرشادات المعاهد الوطنية للصحة (NIH) بشأن الممارسات الجيدة. وقد حددت هذه الإرشادات مخاطر أنواع معينة من التجارب والظروف الفيزيائية المناسبة لإجرائها، بالإضافة إلى قائمة بالأمور التي تُعدّ بالغة الخطورة بحيث لا يُمكن القيام بها على الإطلاق. علاوة على ذلك، لا يجوز اختبار الكائنات المعدلة خارج حدود المختبر أو السماح لها بالتواجد في البيئة. [ 17 ]

بلورات الأنسولين الاصطناعية المصنعة باستخدام تقنية الحمض النووي المؤتلف

على الرغم من أن ليدربيرغ كان شخصيةً غير نمطية في أسيلومار، إلا أن رؤيته المتفائلة للهندسة الوراثية سرعان ما أدت إلى تطور صناعة التكنولوجيا الحيوية. خلال العامين التاليين، ومع تزايد قلق الجمهور بشأن مخاطر أبحاث الحمض النووي المؤتلف ، ازداد الاهتمام بتطبيقاته التقنية والعملية. بقي علاج الأمراض الوراثية ضربًا من الخيال العلمي، لكن بدا أن إنتاج بروتينات بشرية بسيطة قد يكون مشروعًا تجاريًا مربحًا. كان الأنسولين ، أحد أصغر البروتينات وأكثرها دراسةً وفهمًا، يُستخدم في علاج داء السكري من النوع الأول منذ نصف قرن. وكان يُستخلص من الحيوانات بصيغة كيميائية تختلف قليلًا عن المنتج البشري. ومع ذلك، إذا أمكن إنتاج أنسولين بشري اصطناعي ، فسيُمكن تلبية الطلب القائم بمنتج يسهل الحصول على موافقته من الجهات التنظيمية. في الفترة من 1975 إلى 1977، مثّل الأنسولين "البشري" الاصطناعي التطلعات لمنتجات جديدة يُمكن تصنيعها باستخدام التكنولوجيا الحيوية الحديثة. أُعلن أخيرًا عن الإنتاج الميكروبي للأنسولين البشري الاصطناعي في سبتمبر 1978، وقامت بإنتاجه شركة ناشئة، هي جينينتيك . [ 18 ] على الرغم من أن تلك الشركة لم تُسوّق المنتج بنفسها، بل رخصت طريقة الإنتاج لشركة إيلي ليلي . وشهد عام 1978 أيضًا أول طلب للحصول على براءة اختراع لجين، وهو الجين المسؤول عن إنتاج هرمون النمو البشري ، من قِبل جامعة كاليفورنيا ، مما أرسى المبدأ القانوني الذي يسمح بتسجيل براءات اختراع الجينات. ومنذ ذلك الحين، تم تسجيل براءات اختراع 20% من الجينات التي يزيد عددها عن 20,000 إلى 25,000 جينًا مُحددًا في الحمض النووي البشري . [ 19 ]

لقد ساهم جوشوا ليدربيرغ في التحول الجذري في مفهوم "الهندسة الوراثية"، من التركيز على الخصائص الوراثية للبشر إلى الإنتاج التجاري للبروتينات والأدوية العلاجية. وقد حفزت اهتماماته الواسعة منذ ستينيات القرن الماضي حماسته للعلم وفوائده الطبية المحتملة. وفي مواجهة الدعوات إلى تنظيم صارم، عبّر عن رؤية لفوائدها المحتملة. وخلافًا للاعتقاد السائد بأن التقنيات الجديدة ستؤدي إلى عواقب وخيمة لا يمكن ذكرها ولا يمكن السيطرة عليها على البشرية والبيئة، برز إجماع متزايد على القيمة الاقتصادية للحمض النووي المؤتلف. [ 20 ]

تقنية أجهزة الاستشعار الحيوية

تم اختراع ترانزستور MOSFET في مختبرات بيل بين عامي 1955 و1960، [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] وبعد عامين، في عام 1962 ، اخترع إل سي كلارك وسي ليونز جهاز الاستشعار الحيوي . [ 27 ] ثم طُوّرت ترانزستورات MOSFET الخاصة بأجهزة الاستشعار الحيوي (BioFETs) ، ومنذ ذلك الحين ، تُستخدم على نطاق واسع لقياس المعايير الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية والبيئية . [ 28 ]

كان أول ترانزستور تأثير المجال الحيوي (BioFET ) هو ترانزستور تأثير المجال الحساس للأيونات (ISFET)، الذي اخترعه بيت بيرغفيلد للتطبيقات الكهروكيميائية والبيولوجية عام 1970. [ 29 ] [ 30 ] وحصل بي إف كوكس على براءة اختراع ترانزستور تأثير المجال الامتزازي (ADFET) عام 1974، بينما عرض كل من آي لوندستروم، وإم إس شيفارامان، وسي إس سفينسون، وإل لوندكفيست ترانزستور تأثير المجال المعدني العضوي (MOSFET) الحساس للهيدروجين عام 1975. [ 28 ] يُعد ISFET نوعًا خاصًا من MOSFET ببوابة على مسافة محددة، [ 28 ] حيث تُستبدل البوابة المعدنية بغشاء حساس للأيونات ، ومحلول إلكتروليتي، وقطب مرجعي . [ 31 ] يُستخدم ISFET على نطاق واسع في التطبيقات الطبية الحيوية ، مثل الكشف عن تهجين الحمض النووي ، والكشف عن المؤشرات الحيوية في الدم ، والكشف عن الأجسام المضادة ، وقياس الجلوكوز ، واستشعار الرقم الهيدروجيني ، والتكنولوجيا الوراثية . [ 31 ]

بحلول منتصف ثمانينيات القرن العشرين، طُوِّرت أنواع أخرى من ترانزستورات التأثير الحقلي الحيوية ( BioFETs)، بما في ذلك ترانزستور التأثير الحقلي لمستشعر الغاز (GASFET)، وترانزستور التأثير الحقلي لمستشعر الضغط (PRESSFET)، وترانزستور التأثير الحقلي الكيميائي (ChemFET)، وترانزستور التأثير الحقلي المرجعي (REFET)، وترانزستور التأثير الحقلي المُعدَّل بالإنزيم (ENFET)، وترانزستور التأثير الحقلي المُعدَّل مناعيًا (IMFET). [ 28 ] وبحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، طُوِّرت ترانزستورات التأثير الحقلي الحيوية ( BioFETs) مثل ترانزستور التأثير الحقلي للحمض النووي (DNAFET)، وترانزستور التأثير الحقلي المُعدَّل جينيًا (GenFET)، وترانزستور التأثير الحقلي الحيوي لقياس جهد الخلية (CPFET). [ 31 ]

التكنولوجيا الحيوية والصناعة

لافتة برعاية شركة جينينتيك تعلن أن جنوب سان فرانسيسكو هي "مهد التكنولوجيا الحيوية".

انطلاقًا من جذورها العريقة في علم الأحياء الدقيقة الصناعية التي تعود إلى قرون مضت، شهدت صناعة التكنولوجيا الحيوية نموًا سريعًا بدءًا من منتصف سبعينيات القرن العشرين. وأصبح كل تقدم علمي جديد حدثًا إعلاميًا يهدف إلى استقطاب ثقة المستثمرين ودعم الرأي العام. [ 18 ] ورغم المبالغة في تقدير توقعات السوق والفوائد الاجتماعية للمنتجات الجديدة، كان الكثيرون على استعداد لرؤية الهندسة الوراثية باعتبارها التقدم التكنولوجي الكبير القادم. وبحلول ثمانينيات القرن العشرين، رسخت التكنولوجيا الحيوية مكانتها كصناعة حقيقية ناشئة، ومنحت أسماءً لمنظمات تجارية ناشئة مثل منظمة صناعة التكنولوجيا الحيوية (BIO).

بعد الأنسولين، انصبّ الاهتمام الرئيسي على المنتجات الواعدة في صناعة الأدوية، لا سيما هرمون النمو البشري والإنترفيرون ، الذي كان يُنظر إليه كعلاجٍ مُعجزٍ للأمراض الفيروسية . وكان السرطان هدفًا رئيسيًا في سبعينيات القرن الماضي، نظرًا لتزايد ارتباطه بالفيروسات. [ 17 ] وبحلول عام 1980، أنتجت شركة جديدة، هي شركة بيوجين ، الإنترفيرون بتقنية الحمض النووي المُعاد تركيبه. وقد ساهم ظهور الإنترفيرون وإمكانية علاج السرطان في جمع التمويل اللازم للأبحاث، وزاد من حماس مجتمعٍ كان يعاني من التردد والشك. علاوة على ذلك، انضمّ مرض الإيدز إلى معاناة السرطان في سبعينيات القرن الماضي ، مُوفرًا سوقًا ضخمةً لعلاجٍ ناجح، وسوقًا فوريةً لاختبارات التشخيص القائمة على الأجسام المضادة وحيدة النسيلة. [ 32 ] بحلول عام 1988، لم تكن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية قد وافقت إلا على خمسة بروتينات من خلايا معدلة وراثيًا كأدوية : الأنسولين الاصطناعي ، وهرمون النمو البشري ، ولقاح التهاب الكبد ب ، والإنترفيرون ألفا ، ومنشط البلازمينوجين النسيجي (TPa) لتحليل الجلطات الدموية. ومع ذلك، بحلول نهاية التسعينيات، تمت الموافقة على 125 دواءً آخر معدلًا وراثيًا. [ 32 ]

أدت الأزمة الاقتصادية الكبرى إلى تغييرات عديدة في طريقة تمويل وتنظيم صناعة التكنولوجيا الحيوية. أولًا، أدت إلى انخفاض إجمالي الاستثمار المالي في هذا القطاع على مستوى العالم؛ وثانيًا، في بعض الدول كالمملكة المتحدة، أدت إلى تحول في استراتيجيات الأعمال من التركيز على الاكتتاب العام الأولي إلى السعي نحو البيع التجاري . [ 33 ] وبحلول عام 2011، بدأ الاستثمار المالي في صناعة التكنولوجيا الحيوية بالتحسن مجددًا، وبحلول عام 2014، بلغت القيمة السوقية العالمية تريليون دولار. [ 33 ]

وصل التطور في الهندسة الوراثية إلى المجال الزراعي أيضاً. فقد شهد السوق تقدماً هائلاً منذ طرح طماطم "فليفير سافر" المعدلة وراثياً في عام 1994. [ 32 ] وذكرت شركة إرنست ويونغ أنه في عام 1998، كان من المتوقع أن يكون 30% من محصول فول الصويا في الولايات المتحدة من بذور معدلة وراثياً. وفي العام نفسه، كان من المتوقع أيضاً أن يكون حوالي 30% من محاصيل القطن والذرة في الولايات المتحدة من نتاج الهندسة الوراثية . [ 32 ]

أثارت الهندسة الوراثية في مجال التقنية الحيوية آمالاً كبيرة في تطوير البروتينات العلاجية والأدوية والكائنات الحية نفسها، مثل البذور والمبيدات الحشرية والخمائر المعدلة وراثياً والخلايا البشرية المعدلة، لعلاج الأمراض الوراثية. ومن وجهة نظر الجهات التجارية الداعمة لها، تضافرت الإنجازات العلمية والالتزام الصناعي والدعم الرسمي، وأصبحت التقنية الحيوية جزءاً لا يتجزأ من عالم الأعمال. ولم يعد دعاة الأهمية الاقتصادية والتكنولوجية للتقنية الحيوية من المنشقين، بل باتت رسالتهم مقبولة ومُدمجة في سياسات الحكومات والقطاع الصناعي.

بحسب شركة بوريل وشركاه، وهي بنك استثماري متخصص في هذا القطاع، فقد استُثمر أكثر من 350 مليار دولار في مجال التكنولوجيا الحيوية منذ نشأة هذا القطاع، وارتفعت الإيرادات العالمية من 23 مليار دولار عام 2000 إلى أكثر من 50 مليار دولار عام 2005. وقد شهدت أمريكا اللاتينية أعلى معدلات النمو ، إلا أن جميع مناطق العالم أظهرت اتجاهات نمو قوية. ومع ذلك، وبحلول عامي 2007 و2008، بدأ تراجع في أداء قطاع التكنولوجيا الحيوية، على الأقل في المملكة المتحدة، نتيجة لانخفاض الاستثمار بسبب فشل مشاريع التكنولوجيا الحيوية في تحقيق النتائج المرجوة، وما ترتب على ذلك من انخفاض في العائد على الاستثمار. [ 34 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 باد، روبرت؛ كانتلي، مارك ف. (1994). استخدامات الحياة: تاريخ التكنولوجيا الحيوية (الطبعة الأولى ). لندن: مطبعة جامعة كامبريدج. الصفحات 1، 6، 7، 30، 133، 135، 138، 141-142 ، 155، 171-173 ، 165، 167، 174، 177، و191. ISBN   9780521476997.
  2. ↑ شارما، شاليندرا د. "ثورة التكنولوجيا الحيوية"؛ موسوعة الهند (المجلد 1) حررها ستانلي وولبرت. تومسون غيل: 2006؛ الصفحات 154-157. ISBN 0-684-31350-2
  3. 1 2 3 4 ثاكراي، أرنولد (1998). العلم الخاص: التكنولوجيا الحيوية ونشأة العلوم الجزيئية . فيلادلفيا: مطبعة جامعة بنسلفانيا. الصفحات 6-8 . ISBN  9780812234282.
  4. ^ سيفنيادس، ستيليانوس. ليفي، آلان ب. (2000). الأسيتون . دوى : 10.1002/14356007.a01_079 . رقم ISBN 978-3527306732.{{cite book}}تم |journal=تجاهله ( مساعدة )
  5. 1 2 فيشتر، أ.؛ بيبو، ت. (2000). تاريخ التكنولوجيا الحيوية الحديثة 1 (الطبعة الأولى ). برلين: سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 153 و170. ISBN   9783540677932.
  6. ↑ غوردون، جيه جيه؛ غرينفيل، إي؛ ليج، بي جيه؛ ماكاليستر، آر سي إيه؛ وايت، تي. (1947). "طرق إنتاج البنسلين في مزارع مغمورة على نطاق تجريبي" . علم الأحياء الدقيقة . 1 (2): 187-202 . doi : 10.1099/00221287-1-2-187 . PMID 20251279 . 
  7. ↑ تشابيك، ميلانتادرا؛ أولدريش، هانك؛ ألويس، تشابيك (1966). التحولات الميكروبية للستيرويدات . براغ: دار نشر أكاديميا التابعة لأكاديمية العلوم التشيكوسلوفاكية. doi : 10.1007/978-94-011-7603-3 . ISBN 9789401176057. S2CID 13411462 . 
  8. ↑ لي، إتش إم؛ مايستر، بي دي؛ وينتروب، إيه؛ راينيك، إل إم؛ إبستين، إس إتش؛ موراي، إتش سي؛ بيترسون، دي إتش (1952). "التحولات الميكروبيولوجية للستيرويدات. 1. إدخال الأكسجين في ذرة الكربون-11 من البروجسترون". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 73 (23): 5933-5936 . Bibcode : 1952JAChS..74.5933P . doi : 10.1021/ja01143a033 .
  9. ^ ليز ، أندرياس. سيلباخ، كارستن؛ واندري، كريستيان (2006). تاريخ التحولات الحيوية الصناعية – الأحلام والحقائق (الطبعة الثانية ). نيويورك: وايلي. دوى : 10.1002/9783527608188.ch1 . رقم ISBN  9783527310012.
  10. ↑ أونو، مساجي؛ أوتسوكا، ماسامي؛ ياجيساوا، موريماسا؛ كوندو، شينيتشي؛ أوبينجر، هاينز؛ هوفمان، هينريش. سوكاتش، ديتر. هيبنر، ليو؛ ذكر، سيليا (2000). المضادات الحيوية . دوى : 10.1002/14356007.a02_467 . رقم ISBN 978-3527306732.{{cite book}}تم |journal=تجاهله ( مساعدة )
  11. ^ ساندو، يورغن. شيفيل، إيكهارد؛ هارينغ، مايكل. نيف، غونتر. بريزيووسكي، كلاوس؛ ستاتشي، أولريش (2000). الهرمونات . دوى : 10.1002/14356007.a13_089 . رقم ISBN 978-3527306732.{{cite book}}تم |journal=تجاهله ( مساعدة )
  12. 1 2 بامبرغ، جيه إتش (2000). شركة بريتيش بتروليوم والنفط العالمي، 1950-1975: تحدي القومية. المجلد 3 من سلسلة بريتيش بتروليوم والنفط العالمي 1950-1975: تحدي القومية، جيه إتش بامبرغ . مطبعة جامعة كامبريدج . الصفحات 426-428 . ISBN  978-0-521-78515-0.
  13. ↑ مصنع سوفيتي لتحويل النفط إلى بروتين للعلف؛ استخدام الخميرة متضمن في العملية (نيويورك تايمز ، ١٠ نوفمبر ١٩٧٣)
  14. ^ Провенец микробиологической промызленности أرشفة 2019-03-27 في آلة Wayback. (أول مصنع للصناعة الميكروبيولوجية)، في: ستانيسلاف ماركوف (ستانيسلاف ماركوف) «Кстово – молодой город России» ( كستوفو، المدينة الروسية الفتية )
  15. ↑ "التكنولوجيا الحيوية في الاتحاد السوفيتي" . GRAIN . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-04-2026 .
  16. ↑ "التكنولوجيا الحيوية في الاتحاد السوفيتي" . GRAIN . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-04-2026 .
  17. 1 2 3 غريس، إريك س. (2006). التكنولوجيا الحيوية مكشوفة: الوعود والحقائق ( الطبعة الثانية). واشنطن العاصمة: مطبعة جوزيف هنري. الصفحات 78 و155. ISBN   9780309096218.
  18. 1 2 كريمسكي، شيلدون (1991). التقنيات الحيوية والمجتمع: صعود علم الوراثة الصناعية ( الطبعة الأولى). ويستبورت، كونيتيكت: براغر. الصفحات 18 و21. ISBN   9780275938598.
  19. ↑ لاندو، إليزابيث (13 مايو 2009). "كيف تُسجّل براءات اختراع الجينات البشرية" . سي إن إن . تاريخ الاسترجاع: 5 يناير 2024 .
  20. ↑ "العلم والمصلحة العامة: جوشوا ليدربيرغ" . المكتبة الوطنية للطب، ملفات تعريفية في العلوم . تم الاسترجاع في 29-04-2026 .
  21. ↑ US2802760A ، لينكولن، ديريك وفروش ، كارل جيه، "أكسدة الأسطح شبه الموصلة من أجل الانتشار المتحكم فيه"، صدر في 13 أغسطس 1957 
  22. ↑ هاف، هوارد؛ ريوردان، مايكل (1 سبتمبر 2007). "فروش وديريك: بعد خمسين عامًا (مقدمة)" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 16 (3): 29. doi : 10.1149/2.F02073IF . ISSN 1064-8208 . 
  23. ↑ فروتش، سي جيه؛ ديريك، إل (1957). "حماية السطح والتغطية الانتقائية أثناء الانتشار في السيليكون" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 104 (9): 547. doi : 10.1149/1.2428650 .
  24. ↑ كانغ، د. (1961). "جهاز سطحي من السيليكون وثاني أكسيد السيليكون" . مذكرة فنية لمختبرات بيل : 583-596 . doi : 10.1142/9789814503464_0076 . ISBN 978-981-02-0209-5.{{cite journal}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  25. ↑ لويك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . برلين، هايدلبرغ: سبرينغر-فيرلاغ برلين هايدلبرغ. ص 321. ISBN  978-3-540-34258-8.
  26. ↑ لويك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص 120. ISBN  9783540342588.
  27. ↑ بارك، جيهو؛ نغوين، هوانغ هيب؛ ووبيت، عبد الله؛ كيم، مونيل (2014). "تطبيقات أجهزة الاستشعار الحيوية من نوع ترانزستور تأثير المجال (FET)" . العلوم التطبيقية وتكنولوجيا التقارب . 23 (2): 61-71 . doi : 10.5757/ASCT.2014.23.2.61 . ISSN 2288-6559 . S2CID 55557610 .  
  28. 1 2 3 4 بيرغفيلد، بيت (أكتوبر 1985). "تأثير أجهزة الاستشعار القائمة على ترانزستورات MOSFET" (ملف PDF) . أجهزة الاستشعار والمحركات . 8 (2): 109-127 . Bibcode : 1985SeAc....8..109B . doi : 10.1016/0250-6874(85)87009-8 . ISSN 0250-6874 . 
  29. ↑ كريس تومازو؛ بانتليس جورجيو (ديسمبر 2011). "أربعون عامًا من تقنية ISFET: من الاستشعار العصبي إلى تسلسل الحمض النووي" . رسائل الإلكترونيات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 مايو 2016 .
  30. ↑ بيرغفيلد، ب. (يناير 1970). "تطوير جهاز صلب حساس للأيونات لقياسات الفيزيولوجيا العصبية". معاملات IEEE في الهندسة الطبية الحيوية . BME-17 (1): 70-71 . Bibcode : 1970ITBE...17...70B . doi : 10.1109/TBME.1970.4502688 . PMID 5441220 . 
  31. 1 2 3 شونينغ، مايكل جيه؛ بوغوسيان، أرشاك (10 سبتمبر 2002). "التطورات الحديثة في ترانزستورات التأثير الحقلي الحساسة بيولوجيًا (BioFETs)" (ملف PDF) . المحلل . 127 (9): 1137-1151 . Bibcode : 2002Ana...127.1137S . doi : 10.1039/B204444G . ISSN 1364-5528 . PMID 12375833 .  
  32. 1 2 3 4 ريتا ر، كولول (2002). "تحقيق وعد التكنولوجيا الحيوية". التقدم في التكنولوجيا الحيوية . 20 ( 3-4 ): 215-228 . doi : 10.1016/S0734-9750(02)00011-3 . PMID 14550029 . 
  33. 1 2 بيرش، كين (10 أغسطس 2016). " إعادة التفكير في القيمة في الاقتصاد الحيوي" . العلوم والتكنولوجيا والقيم الإنسانية . 42 (3): 460-490 . doi : 10.1177/0162243916661633 . PMC 5390941. PMID 28458406 .  
  34. ↑ بيرسون، سو (1 أغسطس/آب 2008). "هل صناعة التكنولوجيا الحيوية في المملكة المتحدة على وشك الانهيار؟" . أخبار الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية . 28 (14): 12-13 . ISSN 1935-472X . تاريخ الاسترجاع: 20 سبتمبر/أيلول 2008 . 

للمزيد من القراءة