التقنيه الحيويه و دورها فى الصناعات الغذائيه

ما هي التقنية الحيوية Biotechnology ؟
هي استخدام الكائنات الحية أو المواد الناتجة منها لعمل أو تحسين النواتج أو تحسين النبات أو الحيوان أو الكائنات الدقيقة بغرض استخدامها في الزراعة والصناعة وللأغراض الطبية وحماية البيئة.
أما التقنية الحديثة فتشير إلى استخدام الحمض النووي D N A المعاد تركيبه والأجسام المضادة الأحادية Monoclonal Antibodies، وزراعة الخلية والأنسجة Cell and Lissue culture وتضم الهندسة الوراثية الحمض النووي D N A المعاد تركيبه والأجسام المضادة الأحادية M C A وزراعة الخلية والأنسجة.
أن أبرز دور لاستعمال التقنية الحيوية هو استخدام الكائنات الدقيقة في عمليات التخمير أو تحويل المركبات المعقدة إلى مادة أخرى وذلك لتحسين الطعم الناتج وإكسابه مذاقاً خاصاً وتحويل بعض المركبات المعقدة إلى مركبات بسيطة يسهل هضمها ويتم كل ذلك داخل مفاعل حيوي Bioreacter لذلك فهي تستعمل على نطاق كبير في صناعة الجبن والمخللات والخبز وإنتاج عصير الذرة السكري Corn syrup الذي يستخدم على نطاق واسع في صناعة الحلوى والمربيات وأغراض أخرى. وتستخدم الكائنات الدقيقة في إنتاج الأنزيمات.
والأنزيم هو بروتين تنتجه الخلايا الحية ويدخل في التفاعلات الكيميائية كعامل مساعد وهو ثابت لا يتغير ولا يدخل في تركيب الناتج النهائي ويؤدي إلى تحسين المظهر أو القوام أو الطعم أو يزيد من القيمة الغذائية وحالياً أمكن إنتاج أنزيم غير متحرك ليسهل فصله من الناتج النهائي وإعادة استعماله عدة مرات، والمحافظة على ثباته واستخدامه في إنتاج عصير الذرة مؤدياً كل ذلك الى توفير كثير من النفقات. والأنزيم المستعمل هو إنزيم الأميليز Amylase الذي يرفع من نسبة سكر الفركتوز في عصير الذرة. أما الأنزيمات الأخرى فهي المنفحة Rennt المستخدمة في صناعة الجبن وأنزيم البروتييز Protease لتطرية اللحم. كما أن التقنية الحيوية تستخدم في إنتاج الأحماض العضوية مثل حمض الخليك والبنزويك لحفظ الأغذية. كما تستخدم أيضاً في إنتاج الأحماض الأمينية مثل الميثايونين والليسين وفنايل الين وحمض الأسبرتيك.
كما تلعب التقنية الحيوية دوراً رئيسياً في إنتاج سكر ليس له قيمة غذائية مثل سكر ثوماتين واسبزنيم لمرضى السكر أو الراغبين في تقليل أوزانهم.
فعلى سبيل المثال : تم التعرف على العامل الوراثي الذي يتحكم في إنتاج الثومائين الذي له طعم ومذاق السكر ونقل إلى البكتريا وتم إكثاره بكميات كبيرة مع تكاثر البكتريا السريع.
وأنتجت البكتريا بكميات كبيرة من سكر الثومائين الذي يستعمله مرضى السكر والراغبين في تقليل وزنهم وذلك لانخفاض قيمته الغذائية. كما تم إنتاج زيت سعراته الحرارية قليلة وذلك عن طريق إنتاج أحماض دهنية قصيرة السلسلة بدلاً من طويلة السلسلة في محاصيل هامة مثل فول الصويا والمستردة، ويتوقع أن تصل القيمة التسويقية للزيت ما يقارب تسعة بلايين دولار في خلال الخمس سنوات القادمة.
تحويل مخلفات المصانع
وتستخدم التقنية الحيوية كوسيلة فعالة لتحويل مخلفات المصانع أو المزارع إلى قيمة مضافة مثل الشرش Whey وهو سائل يميل إلى الاصفرار ينتج عندما يتم تجبين اللبن لصناعة الجبن من الشرش يسبب مشاكل كثيرة ويكلف نفقات.
ويحتوي الشرش على بروتين ولذلك أمكن تجميد البروتين الموجود فيه باستخدام Ultra filteration، أما باقي المواد الصلبة بالشرش فتم تحويلها إلى حمض الأسكوربيك بواسطة سلالة من الخميرة وحالياً يباع الكيلو جرام بحوالي 20 دولارا.
كما تستخدم التقنية الحيوية في اكتشاف فساد الأغذية حيث يستخدم حالياً مجس من D N A له شفرة تتعرف على نوع الميكروب الموجود في الغذاء وحالياً تستعمل في التعرف على السموم التي تنتجها السالمونيلا Salmonella وهي أخطر أنواع السموم التي توجد في الأغذية الفاسدة. ويمكن استخدام المجس للتأكد من صلاحية الأغذية المحلية والمستوردة قبل عرضها للبيع حفاظاً على صحة المواطنين والمقيمين على حد سواء. كما يمكن استخدام الأجسام المضادة بنفس الطريقة. وتجدر الإشارة إلى أن الولايات المتحدة الأمريكية كانت تعتمد في الكشف على اللحوم على نظرية اللمس والشم لأكثر من 90 عاماً وقامت في عام 1996م بوضع قانون يعتمد على قاعدة علمية في الكشف عن فساد اللحوم والدواجن. ويرتكز القانون على ضرورة الاعتماد على تحليل الخطورة ونقاط تحكم حساسة أثناء إنتاج وتجهيز واختبار اللحوم وذلك نظراً لوجود بكتيريا E. coli في شركات اللحوم والدواجن، والمعروف أن حوالي 80% من الأمراض وَ 75% من حالات الوفاة تحدث من اللحوم والدواجن الملوثة. وهي تنشأ أساساً من سموم السالمونيلا حسب إحصائية مركز العلم لصالح المجتمع. كما أن 25% من لحوم الدواجن مصابة بهذه الجراثيم. ويعتبر الأطفال وكبار السن الأكثر تعرضاً لمخاطر السموم. ولقد حدد القانون عدد جراثيم E. coli في الذبائح فمثلاً في الأبقار من 5-100 Cfu/Cm2 وفي الدواجن من 100-1000 ل Cfu/cm2 وأي رقم أقل من ذلك. وتسترشد الشركات العاملة في المجازر بهذه الأرقام حتى لا تلوث الذبائح بالروث ولا بد من عمل الاختبار حسب الهيئة الرسمية للتحاليل الكيماوية، وعادة تؤخذ عينة واحدة لكل 300 بقرة ودجاجة واحدة لكل 2200.
الحصول على النتائج
ويمكن للتقنية الحيوية مثل Elisa, PCR, DNA Prob, Electrochemiluninescent أن تساهم في ذلك الاختبار ويمكن الحصول على النتائج خلال 24 ساعة بدلاً من 4-7 أيام. وتوجد وسائل أخرى مثل الكتز Kits التي يمكنها التعرف على سلالة بكتريا E.coli التي تسببت في تسمم عدد كبير من المترددين على مطاعم الغذاء السريع في الولايات المتحدة الأمريكية وأدت إلى موت عدد كبير من الأطفال. وتجدر الإشارة إلى أن الميكروبات التي لها علاقة بتخمر اللاكتوز والمرق Broth تحتوي على دليل ألوان يتحول إلى لون رمادي أو تتحول إلى لون قرمزي. وبدأت شركات اللحوم والدواجن في استخدام تلك الوسائل Kits ووافقت عليها الهيئة الرسمية للتحليل الكيماوية.
ويوجد حالياً جهاز في حجم قدم مكعب يزن 22.7 كيلو جرام يتعرف على بكتريا كولاي والسالمونيلا ويعتمد الجهاز على I M. ECL معاً ويحتاج إلى ساعدة واحدة للحصول على النتيجة كما أنه يستخدم في التعرف على المياه الملوثة.
كما أن مجس D N A يستخدم في التعرف على مسبب معين للمرض وبه لون مميز يسمى Gene-Trak ويعطي نتائجه في 27-48 ساعة. ويستعمل للتعرف على مستوى المسبب إذا زاد عن 3 خلايا للجرام الواحد من عينة الغذاء الأصلية ويختلف عن طريقة الأجسام المناعية حيث يستخدم مجس D N A للسالمونيلا مع أنزيم فجل الحصان Peroxidase مع لون مميز. ويوجد طريقة إضاءة ATP للكشف عن بقايا الجراثيم في الأجهزة المستخدمة في تجهيز اللحوم بشركات اللحوم ويعطي النتيجة في ثوان.
فان للأجسام المضادة الأحادية دورا في التقنية الحيوية فعندما يهاجم أي جسم غريب فيروس أو بكتريا أو أي كائن آخر دقيق خلايا الإنسان . فإن كرات الدم البيضاء تفرز أجسام مضادة بروتينية لتحارب هذا الميكروب أو الجسم الغريب . وهذه الأجسام المضادة يمكن تكثيرها بكميات هائلة والاستفادة منها في المستقبل، ويتم ذلك بلحمها مع خلية سرطانية Myeloma للاستفادة من خاصية الأخيرة في سرعة التكاثر دون أن يكون لها أي آثار ضارة على باقي الخلايا.
ويطلق على الخليتين الملتحمتين بالهجين (Hybridoma) . ووفقاً لما تقدم فإن إجراء هذا الالتحام يمكن أن يتم بين خلية إنسان وخلية فأر أو حتى بعوضة لإنتاج الهجين.
وتجدر الإشارة إلى أنه يوجد تشابه كبير بين تقنية Hybridoma وتقنية (r D N A) المعاد تركيبه لأنهما عبارة عن طريقة لعمل التحام صناعي بين أي خليتين مختلفتين لتكوين هجين بينهما. ولقد تمكن شوابر Schwaber وكوهن Cohen من عمل التحام بين خلية إنسان تفرز أجساما مضادة وخلية فأر تفرز ورماً سرطانياً في بيئة صناعية وتمكن من إنتاج Hybridoma وتم زراعته في بيئة صناعية مغذية وتكاثر الهجين بأعداد هائلة نظراً لوجود خاصية الخلية السرطانية في الهجين مع احتفاظه بخاصية إنتاج الأجسام المضادة للخلية الطبيعية . وقد تلي ذلك العمل ما قام به كوهلر Kohler ومايلستين Milistein بإيجاد تقنية وإستراتيجية مقننة لإنتاج الأجسام المضادة الأحادية، فقد قاما بلحم خلية سرطانية من الفأر مع خلية ليمفاوية (Lymphocyte) لفأر آخر ثم حقنة بالأنتيجين لتحصينه أو إكسابه مناعة . وقد قاما بفحص الهجين الناتج وتمكنا من عزل الأجسام المضادة الأحادية الذي حقن في الفأر وحازا على جائزة نوبل للسلام . وحالياً تم إنتاج الأجسام المضادة الأحادية لعديد من الأنتيجين الخاصة بالفيروس والبكتريا والسرطان والهرمونات والأنزيمات والمخدرات والإنسان.

العلاج بالجينات:
هل هناك أساس علمي للعلاج بالجينات ؟
نعم فمن المعروف أن الحمض النووي DNA الموجود في نواة خلية الكائن الحي يعمل كأصطمبة لنسخ نووي آخر يعمل كرسول (m RNA) ويحمل الشفرة الوراثية لتكوين البروتين بمساعدة حمض نووي ناقل (t RNA) في وجود حمض نووي (r RNA) . وعليه فإن أي تدخل في منع تكوين الحمض النووي الرسول سوف يكون نتيجة عدم تكوين البروتين . ويتم هذا المنع إما بلحم الحمض النووي الرسول مع Antisense nucleotide أو تكسيره بواسطة ريبوزايم Ribozymes وإزالة الأصطمبه نفسها . ويمكن استخدام الكربوهيدرات في منع سطح خلية الكائن من الاستقبال أو التحكم في الإشارة الصادرة باستخدام الدهون . وتشير التقارير العلمية إلى أن تنظيم العلاج بالجينات يعتمد أساساً على أن يحل جين محل جين آخر على أمل أن يقوم بإمداد الجسم بمادة كافية ذات تأثير علاجي . ويتم تنظيم ذلك بطرق بديلة ومكمله مثل تشغيل جين معين ليعبر عن نفسه بدرجة أكبر لينظم كمية المنتج العلاجي وتوقيت إنتاجه وتحديد نوع الخلايا التي تنتجه . وتستخدم طريقتان لتنظيم العلاج بالجينات وهو تحويل يتبعه إعادة تركيب لإدخال عنصر منظم أو شفرة جينية أو منشط داخلي أو أن تكون الجينات المنظمة مستهدفة بأدوية تؤخذ عن طريق الفم أو أي طريق آخر ينصح به الطبيب المعالج.
وتتطلب أولى الطرق المستخدمة تنشيط الجين الداخلي Endogenous بإدخال عنصر منظم كالمنشط Promoter وبعد إدخال هذه الجينات بواسطة الفيروس أو عمل ثقوب فإن إعادة التركيب تتم ويتكامل الحمض النووي الذي تم إدخاله مع الكروموزوم لحل محل عنصر محلي نهاياته لها نفس التتابعات ولكن تختلف في داخله، وتستخدم هذه الطريقة في علاج بعض أمراض الكلى.
والطريقة الثانية تقليدية غير أنها تستخدم تقنية حديثة للتقييم وللتعرف على المركبات الطبيعية التي لها خاصية الشفاء. وفي حالة اكتشافها فإنه يمكن إعادة تصميمها بإضافة مواد مرغوبة وإزالة المواد غير المرغوبة التي قد تؤثر على إنتاجها أو تخزينها أو طريقة تناولها أو تأثيراتها الجانبية ولكن نتيجتها مثل الأولى حيث أن الأدوية يمكن أن تنظم عمل الجين إما صعوداً أو هبوطاً . وهذه المركبات غالباً ما تستهدف عملية نسخ الحمض النووي الرسول وتجري المحاولات لعلاج بعض أمراض السرطان والقلب بهذه الطريقة.
وتستخدم تقنية الحلزون الثلاثي Triple Helix وهي عبارة عن Oligonucleotide طوله ما بين 15-30 كيلو قاعدة يمكن أن يلتحم في مكان خاص لشريطين من الحمض النووي DNA مكوناً الحلزون الثلاثي وبالتالي يمنع تكرار DNA ونسخه ويحدث ذلك في خلايا متصلة أو منفصلة ويستخدم في علاج الأنفلونزا لفيروس أ، ب والتهاب الكبد البائي أ، ب وسرطان القولون والبروستاتا والكلى والمثانة والثدي كما أن هناك تقارير علمية تشير إلى أنه تم تغيير التركيب الوراثي للخلايا الأولية للحيوانات المنوية للفأر Spermatogonia ثم أعيدت لخصية الفأر . ويمكن استخدامها للحيوان والإنسان. وهي أفضل من طريقة العلاج بالجينات غير أنها تلقى معارضة شديدة خشية استعمالها لإنتاج جنس متميز أو تحديد لون العيون في الأطفال.