تعد التكنولوجيا الحيوية أداة أساسية للاستدامة العالمية. فهي تستخدم النظم البيولوجية لتطوير حلول مبتكرة لإنتاج الغذاء والطاقة والمواد وكذلك لحماية البيئة. ولا يهدف هذا التخصص إلى الحد من تأثيرنا البيئي فحسب، بل يهدف أيضاً إلى تحسين صحة وكفاءة العمليات.
بعد ذلك، سنلقي نظرة على أهم تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الإنتاج المستدام:
1 – الزراعة وإنتاج الغذاء
تعمل التكنولوجيا الحيوية على إحداث ثورة في الزراعة لجعلها أكثر استدامة وأماناً باستخدام الكائنات الحية ومكوناتها لتحسين المحاصيل والتغذية:
- الكائنات المجهرية المفيدة: تعتبر التكنولوجيا الحيوية الميكروبية والفطرية ذات أهمية أساسية. تعمل بعض الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والفطريات والطحالب) كمخصبات حيوية من خلال ربط النيتروجين وإذابة الفوسفات وإنتاج هرمونات النمو، وبالتالي تقليل الحاجة إلى المنتجات الكيميائية.
- تحسين المحاصيل عن طريق الهندسة الوراثية: تمكّن الهندسة الوراثية من تطوير محاصيل “ذكية” تقاوم الطفيليات أو يمكنها أن تزدهر في ظروف غير مواتية. ومن ناحية أخرى، يعتبر التقوية الحيوية للمحاصيل أحد أهم التطورات العلمية. ومن الأمثلة على ذلك الأرز الذهبي الذي يحتوي على نسبة عالية من فيتامين (أ)، والذي يكافح سوء التغذية وضعف البصر الناجم عن هذا النقص، والذي ينتشر بشكل خاص في المناطق الآسيوية. ويمكن أيضًا استخدام النباتات المعدلة وراثيًا في المعالجة النباتية لامتصاص المعادن الثقيلة أو حتى لإنتاج مواد بلاستيكية حيوية قابلة للتحلل الحيوي.
- إنتاج الأغذية الميكروبية من خلال التخمير الدقيق: لا غنى عن الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثياً في قطاع الأغذية لإنتاج الفيتامينات والأحماض الأمينية والبروتينات والإنزيمات. فعلى سبيل المثال، يُستزرع فطر الفيوزاريوم في مفاعلات حيوية لإنتاج أغذية مثل الكورن (Quorn)، وهو بديل للحوم الغنية بالبروتين وقليلة الدسم، كما يُستخدم فطر أسبرجيلوس أوريزاي لإنتاج الإنزيمات والمركبات المغذية.
2 – العمليات الحيوية الصناعية
تركّز التكنولوجيا الحيوية الصناعية على الإنتاج المستدام للطاقة والمواد والمواد الكيميائية من خلال تحسين العمليات باستخدام الحفز الحيوي وأنظمة الاستزراع واسعة النطاق:
- الإنزيمات والمنتجات الحيوية عالية الجودة: تعتبر الفطريات مثالية لإنتاج الإنزيمات المعقدة والمستقلبات الثانوية والبروتينات. وبالتالي يمكن أن يؤدي تحسين السلالات في المفاعلات الحيوية إلى تسريع الإنتاج الصناعي.
- الوقود الحيوي والطاقة الحيوية: تعتبر التكنولوجيا الحيوية حاسمة في إنتاج الوقود الحيوي (الإيثانول الحيوي والديزل الحيوي والغاز الحيوي) من الكتلة الحيوية، والتي توفر بدائل للوقود الأحفوري. بالإضافة إلى ذلك، تعد الطحالب المجهرية والبكتيريا الزرقاء “مصانع جزيئية خضراء” تنتج كتلة حيوية غنية بالدهون. وتتم زراعتها في مفاعلات حيوية ضوئية، أي النباتات التي تم تحسينها لتحويل الضوء إلى كتلة حيوية بكفاءة وتحكم. وفيما يتعلق بالتحفيز الحيوي الأنزيمي، يمكن لإنزيم الليباز أن يحفز إنتاج الديزل الحيوي بطريقة أنظف.
- المواد المستدامة (اللدائن الحيوية): يمكن استخدام التكنولوجيا الحيوية لإنتاج مواد بلاستيكية حيوية قابلة للتحلل الحيوي مثل البولي هيدروكسي ألكانوات (PHAs)، والتي يمكن أن تحل محل المواد البلاستيكية القائمة على البترول. وتنتج البكتيريا مركبات البولي هيدروكسي ألكانوات (PHAs) في مفاعلات حيوية من مجموعة متنوعة من مصادر الكربون، بما في ذلك النفايات الصناعية مثل الجلسرين الخام من إنتاج الديزل الحيوي.
3. معالجة النفايات والمعالجة الحيوية
تستخدم التكنولوجيا الحيوية البيئية الكائنات الحية والعمليات البيولوجية للقضاء على التلوث:
- المعالجة الحيوية والمعالجة النباتية: في المعالجة الحيوية، تُستخدم الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والفطريات) لتفكيك أو ربط الملوثات مثل المعادن الثقيلة والمبيدات الحشرية والسموم. يمكن للفطريات، على سبيل المثال، تكسير المواد الكيميائية والبلاستيك. وفي المعالجة النباتية، تُستخدم النباتات لامتصاص الملوثات أو تحويلها.
- معالجة مياه الصرف الصحي المتقدمة: لا غنى عن المفاعلات الحيوية في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. يمكن للمفاعلات الحيوية الغشائية إزالة عدد كبير من الملوثات واستعادة المياه. مفاعلات الدُفعات المتتابعة تزيل الملوثات والمغذيات بفعالية.
4 – الطب في خدمة الصحة والتكنولوجيا الحيوية
تُعد التكنولوجيا الحيوية أساس الابتكارات في مجال الصحة البشرية، بدءًا من إنتاج الأدوية وحتى الوقاية من الأمراض، وغالبًا ما يتم تسهيل تخليقها عن طريق التحفيز الحيوي الأنزيمي:
- المنتجات الصيدلانية والمركبات النشطة بيولوجيًا: توفر التكنولوجيا الحيوية المضادات الحيوية والمنتجات الصيدلانية من خلال المركبات النشطة بيولوجيًا مثل الببتيدات المضادة للميكروبات.
- النباتات كمصانع حيوية دوائية: يمكن استخدام النباتات المعدلة وراثيًا كمفاعلات حيوية لإنتاج منتجات صيدلانية عالية الجودة مثل الأجسام المضادة وحيدة النسيلة ضد السرطان أو مستضدات اللقاحات.
المفاعلات الحيوية وأجهزة التخمير هي محور العديد من عمليات التكنولوجيا الحيوية. تعمل الكائنات الحية الدقيقة والخلايا داخلها في ظل ظروف خاضعة للرقابة لإنتاج الأغذية والمستحضرات الصيدلانية والوقود الحيوي والمواد المستدامة. وبفضل تصميمها، يمكن توسيع نطاق العمليات الطبيعية بكفاءة وأمان ونظافة، مما يحول المجهرية إلى حلول ملموسة للزراعة والصناعة والصحة وحماية البيئة.