بیوتکنولوژی صنعتی از آنزیم ها و میکروارگانیسم ها برای تولید محصولات مبتنی بر زیست در بخش هایی استفاده می کند که محصولاتی مانند مواد شیمیایی، مواد غذایی و خوراک، مواد شوینده، کاغذ و خمیر کاغذ، منسوجات و انرژی زیستی تولید می کنند. تعاریف متعددی برای بیوتکنولوژی صنعتی و همچنین مترادف های کم و بیش پرکاربردی مانند بیوتکنولوژی سفید، موج سوم بیوتکنولوژی ، شیمی پایدار و شیمی سبز وجود دارد. با هینا آکادمی همراه باشید.

بیوتکنولوژی صنعتی چیست؟

بشر تقریبا از همان ۶۰۰۰ سال پیش با استفاده از نوآوری هایش به نحوی از بیوتکنولوژی استفاده برده است. تا جایی که رفته رفته  انقلاب صنعتی در سال های ۱۷۶۰ الی ۱۸۴۰ شکل گرفت. انقلاب صنعتی، تحولی شگرف در تاریخ بشر بود که با جایگزینی ابزارهای مکانیکی به جای نیروی کار انسانی، روشی نوین برای تولید را به دنیا معرفی کرد. این انقلاب نه تنها شیوه تولید را دگرگون کرد، بلکه به طور چشمگیری بر عرضه و تقاضا در بازارها نیز تأثیر گذاشت.

زیست فناوری صنعتی اینگونه مورد توجه قرار گرفت که با افزایش تولید و کاهش هزینه‌های تولید، طیف وسیعی از محصولات در دسترس عموم قرار گرفت و تقاضا برای کالاها به شدت افزایش یافت. برای پاسخگویی به این تقاضای رو به رشد، کارخانه‌های بزرگ و صنعتی در سراسر جهان ساخته شدند. این کارخانه‌ها با استفاده از خطوط تولید و ماشین‌آلات پیشرفته، قادر بودند محصولات را به صورت انبوه تولید کنند.

در این میان، بیوتکنولوژی صنعتی به عنوان یک ابزار قدرتمند، نقش بسیار مهمی در افزایش تولید و بهبود فرآیندهای صنعتی ایفا کرد. با استفاده از دستاوردهای بیوتکنولوژی، دانشمندان و مهندسان توانستند:

1. افزایش بهره‌وری: با مهندسی میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها، فرآیندهای تولید را بهینه کرده و بهره‌وری را افزایش دهند.
2. تولید محصولات جدید: با استفاده از فناوری‌های نوین، محصولات جدید و با ارزش افزوده بالا مانند داروها، سوخت‌های زیستی و مواد شیمیایی تولید کنند.
3. کاهش هزینه‌ها: با جایگزینی مواد شیمیایی با مواد زیستی، هزینه‌های تولید را کاهش داده و به محیط زیست نیز کمک کنند.
4. توسعه کشاورزی: با استفاده از روش‌های بیوتکنولوژی کشاورزی، محصولات کشاورزی با کیفیت‌تر و مقاوم‌تر به بیماری‌ها تولید کنند.

به طور خلاصه، انقلاب صنعتی با افزایش تقاضا و نیاز به تولید انبوه، زمینه را برای ظهور بیوتکنولوژی صنعتی فراهم کرد. این فناوری نوین با ارائه راهکارهای نوآورانه، به بهبود فرآیندهای صنعتی، کاهش هزینه‌ها و افزایش تولید کمک کرده است. امروزه، بیوتکنولوژی صنعتی به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل پیشرفت صنایع مختلف در جهان شناخته می‌شود.

میکرو ارگانیسم ها: کارگران زیست فناوری صنعتی

میکروارگانیسم ها نقش مهمی در بیوتکنولوژی صنعتی ایفا می کنند و به تولید محصولات و فرآیندهای مختلف کمک می کنند. آنها از طریق بیوتکنولوژی میکروبی و مهندسی ژنتیک برای تولید آنتی بیوتیک ها، داروهای ضد سرطان، واکسن ها و … استفاده می شوند. تکنیک هایی مانند DNA نوترکیب و زیست شناسی مصنوعی باعث افزایش کارایی و بازده فرآیندهای میکروبی میشوند. علاوه بر این، میکروارگانیسم ها در پاکسازی زیستی حیاتی هستند و به سم زدایی آلاینده ها در محیط کمک می کنند. با این اوصاف میتوان گفت میکرو ارگانیسم ها ، این موجودات ناپیدای کوچک نقش بدون انکاری در پیشرفت جامعه بشری داشته و دارند.

برای مثال در تولید انسولین برای بیماران دیابتی در ابتدا این انسولین از منبع حیوانی  مانند پانکراس گاو یا خوک استخراج میشد که مشکلات زیادی از قبیل  محدودیت در تامین ، واکنش های آلرژیک و خطر انتقال انواع بیماری ها را در بر داشت .  با پیشرفت‌های علمی و تکنولوژی، دانشمندان موفق شدند ژن تولیدکننده انسولین انسان را شناسایی کرده و آن را به باکتری‌ها یا سلول‌های مخمر وارد کنند. این باکتری‌ها یا سلول‌های مخمر شروع به تولید انسولین انسانی کردند. به این ترتیب، تولید انسولین به صورت مصنوعی و با کیفیت بسیار بالاتر امکان‌پذیر شد.

اهمیت آنزیم ها در صنعت از دیرباز تا کنون

آنزیم ها نقش اساسی در بیوتکنولوژی صنعتی ایفا می کنند و به دلیل کارایی و ویژگی کاتالیزوری، کاربردهای متعددی را در بخش های مختلف ارائه می دهند.

آنزیم‌ها واکنش‌ها را در دمای ملایم و pH مناسب تسهیل می‌کنند و فرآیندها را در مقایسه با روش‌های شیمیایی سنتی از نظر انرژی کارآمدتر می‌کنند.

آنها همچنین در صنایعی مانند داروسازی، مواد غذایی و آشامیدنی، سوخت های زیستی، منسوجات و مواد شوینده استفاده می شوند. به عنوان مثال، استفاده از آمیلازها در صنایع غذایی برای تبدیل نشاسته به قند های ساده مورد استفاده قرار می گیرند و پروتئازها و لیپازها در مواد شوینده رایج هستند.

مهندسی متابولیک: یک راه کار موثر برای افزایش بهره‌وری در تولیدات صنعتی

مهندسی متابولیک، هنر بازطراحی سلول‌ها برای تولید محصولات ارزشمند است. با دستکاری ژن‌ها و تنظیمات سلولی، می‌توانیم میکروب‌ها را به کارخانه‌های کوچک تبدیل کنیم که داروها، سوخت‌های زیستی و مواد شیمیایی مورد نیاز ما را تولید کنند. این فناوری نوآورانه با استفاده از ابزارهای قدرتمندی مانند مهندسی ژنتیک، به ما اجازه می‌دهد تا مسیرهای طبیعی تولید مواد را در سلول‌ها تغییر داده و بازدهی آن‌ها را به طور چشمگیری افزایش دهیم.

1. امنیت  غذایی : زیست فناوری صنعتی و تولید مواد غذایی
2. بیوتک صنعتی ، نقش مهمی در شکل دادن به آینده غذا از طریق فناوری های نوآورانه ایفا می کند. کاربرد هایی مانند :
3. پروتئین‌های جایگزین: فناوری‌هایی مانند کشت سلولی و تخمیر منابع پروتئینی پایداری مانند single cell protein ها و گوشت‌های آزمایشگاهی ایجاد و علاوه بر تامین مواد غذایی از اثرات مخرب زیست‌محیطی دامپروری نیز جلوگیری کنند.
4. چاپ سه بعدی غذا: این فناوری که به نام food layered manufacture (FLM) نیز شناخته میشود،امکان سفارشی سازی شکل، رنگ، طعم، بافت و مزه را فراهم می کند و تجربه های آشپزی شخصی را امکان پذیر می کند. به ویژه برای ایجاد اشکال و طرح های پیچیده ای که دستیابی به آنها به صورت دستی دشوار است مفید است.
5. کشاورزی هوشمند: حسگرهای پیشرفته، با کنترل دقیق شرایط خاک وگیاه عملکرد را در کشاورزی بهبود می‌بخشند و اثرات زیست‌محیطی را به حداقل می‌رسانند..

بیوتکنولوژی صنعتی در ایران رشد و توسعه چشمگیری داشته است. ایران با مشارکت قابل توجه شرکت های دانش بنیان در رتبه دوازدهم جهانی و اول در غرب آسیا در بیوتکنولوژی قرار دارد. موسساتی مانند سازمان تحقیقات علم و فناوری ایران (IROST)، سیناژن و مرکز تحقیقات ملی مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی با تمرکز بر حوزه‌هایی مانند بیوتکنولوژی پزشکی، زیست‌محیطی و صنعتی، نقش محوری در تحقیق و توسعه ایفا می‌کند.