د. هبة راجحة – هندسة صناعية – جامعة القديس يوسف – لبنان

 لماذا التكنولوجيا الحيوية؟

إن عدم الاستقرار الغذائي وسوء التغذية من الشواغل الرئيسة للقرن الحادي والعشرين. اليوم، يعاني أكثر من مليار شخص من سوء التغذية في جميع أنحاء العالم. علاوة على ذلك، فإن التهديد الوشيك لتغير المناخ يؤدي إلى تفاقم المعضلة. وبسبب أنماط الملوحة والتصحُّر الناجم عن تغير المناخ، فإن إجمالي زراعة الأراضي الصالحة للزراعة التي يمكن أن تدعم الاستخدام الزراعي قد اقترب بالفعل من الحد الأقصى، وربما يتقلص في السنوات القادمة. من الواضح أننا بحاجة إلى تغيير طريقة تفكيرنا في إنتاج المحاصيل على عدة مستويات. يجب إنشاء أنواع المحاصيل التي يمكن أن توفر غلات محاصيل أعلى مع كميات أقل من المياه والمدخلات الزراعية.

بصرف النظر عن ذلك، يجب أن تتمتع المحاصيل بخصائص غذائية متزايدة من أجل تقليل مخاطر الجوع الناجم عن سوء التغذية. من الصعب تخيل طريقة واحدة لزيادة إنتاج المحاصيل باستخدام نهج موحد. بدلاً من ذلك، يجب استخدام مجموعة متنوعة من الأساليب، كل منها مصمم خصيصًا لاحتياجات بيئة زراعية معينة. التكنولوجيا الحيوية هي إحدى الأمثلة على التقنيات الجديدة العالية التأثير التي يمكن أن تعزز الإنتاجية الزراعية مع تحسين جودة الغذاء والقيمة الغذائية بطريقة صديقة للبيئة. عرّف مؤتمر الأمم المتحدة للتنوع البيولوجي، المعروف باسم “قمة الأرض”، والذي عُقد في البرازيل عام 1992، التكنولوجيا الحيوية على أنها أي تطبيق تكنولوجي يستخدم أنظمة بيولوجية أو كائنات حية كـ البكتريا، والفطريات، والطحالب، أو مشتقات منها كـ الانزيمات، لصنع أو تعديل منتجات لاستخدام محدد (صورة 1) كصناعات المضادات الحيوية مثلاً في التطبيقات الطبية، أو إنتاج الألبان في الصناعات الغذائية.

التكنولوجيا الحيوية والزراعة

على الصعيد الزراعي تشمل تداعيات التكنولوجيا الحيوية، تربية النباتات لزيادة الغلات وتثبيتها، من خلال تحسين قدرتها على مواجهة مختلف الآفات والحشرات والتهديدات المحتملة الأخرى، لمحاربة مختلف الظروف مثل الجفاف ومكافحة الأمراض. وتُستخدم التكنولوجيا الحيوية لتعزيز التغذية من مختلف الأطعمة لرفع قيمتها الغذائية، فغالباً ما يتم تعديل المحاصيل وراثيًا لتخصيبها بالمعادن والفيتامينات، فنجد الأرز والقمح المدعمين بالحديد والزنك (صورة 2)، والذرة المدعمة بالفيتامين أ والكاروتينات. 

النباتات الخالية من الأمراض

هي مثال جيد للتطبيقات الفعّالة للتكنولوجيا الحيوية، ويمكن إنتاجها على سبيل المثال عن طريقة التكاثر الدقيق، وهو عملية تستخدم زراعة الأنسجة النباتية للمضاعفة السريعة للنباتات المعدلة وراثيًا مثلًا أو الخاضعة للتحسين النباتي. يعتبر الموز أحد الأمثلة على استخدام التكنولوجيا الحيوية لإنشاء نباتات خالية من الأمراض. يُعد استخدام التكاثر الدقيق في هذه الحالة ثوريًا وغير مكلف ومهم للغاية، لأن الموز يُزرع عادةً في البلدان التي يمثل فيها مصدرًا رئيسًا للدخل / العمالة و / أو الغذاء.

النباتات الخالية من الأمراض

هي مثال جيد للتطبيقات الفعّالة للتكنولوجيا الحيوية، ويمكن إنتاجها على سبيل المثال عن طريقة التكاثر الدقيق، وهو عملية تستخدم زراعة الأنسجة النباتية للمضاعفة السريعة للنباتات المعدلة وراثيًا مثلًا أو الخاضعة للتحسين النباتي. يعتبر الموز أحد الأمثلة على استخدام التكنولوجيا الحيوية لإنشاء نباتات خالية من الأمراض. يُعد استخدام التكاثر الدقيق في هذه الحالة ثوريًا وغير مكلف ومهم للغاية، لأن الموز يُزرع عادةً في البلدان التي يمثل فيها مصدرًا رئيسًا للدخل / العمالة و / أو الغذاء.

المحاصيل المحصنة

هي محاصيل معدلة وراثيًا، تم إنشاؤها للاستجابة لسوء التغذية من خلال إثراء مصدر الطعام بالمغذيات المهمة، خاصة في البلدان النامية حيث يوجد نقص في الغذاء. أحد الأمثلة على هذه المحاصيل المحصنة هو “بروتاطو”. إنها بطاطس معدلة وراثيًا، تزرع وتستخدم على نطاق واسع في الهند، وتوفر إضافيًا ما يقرب الثلث إلى نصف كمية البروتين المتوفرة في البطاطس الشائعة، كما تحتوي أيضًا على كميات كبيرة من جميع الأحماض الأمينية الأساسية، مثل الليسين والميثيونين. فيصبح هذا الـ”بروتاطو” مصدرًا مهمًا للغذاء، خاصةً في البلدان التي تعتبر فيها البطاطس غذاءً رئيسًا.

أمثلة عن كائنات حية تستخدم في التكنولوجيا الحيوية

• الطحالب الدقيقة، الأمن الغذائي والاستدامة:

الطحالب الدقيقة هي كائنات حية دقيقة قادرة على النمو باستخدام ضوء الشمس، والأسمدة، والسكريات، وثاني أكسيد الكربون، ومياه البحر (صورة 3). بالمقارنة مع المحاصيل النباتية، تنمو الطحالب الدقيقة بشكل أسرع ولها إنتاجية أعلى، وقدرة امتصاص أكثر للأسمدة دون التنافس على الأراضي الزراعية مما يجعل منها مرشحًا واعدًا للاستثمار الصناعي. في التكنولوجيا الحيوية الصناعية الحديثة، تُستخدم الطحالب الدقيقة كمصانع خلوية لإنتاج البروتينات والزيوت واللقاحات، وقد حدثت المحاولات الأولى لاستغلال الطحالب الدقيقة صناعيًا كمصدر رئيس للغذاء البشري خلال الحرب العالمية الثانية في ألمانيا. 

اعتمادًا على التطبيق المطلوب (صورة 4)، يمكن هندسة الطحالب الدقيقة وراثيًا لتجميع الدهون أو البروتينات أو كليهما. يمكن أن تجد سلالات عالية في إنتاج الدهون تطبيقًا في إنتاج الزيت للأغذية والأعلاف والأغراض الكيميائية الزيتية. لاستخدام مثل هذه المنصة كعلف للحيوانات، يمكن هندسة الخلايا لإنتاج دهون دهنية كافية مع ملف تعريف حمضي مرغوب، بين البروتينات النشطة بيولوجيًا، مثل إنزيم الفايتيز والببتيدات المضادة للميكروبات. على الرغم من أن الإنتاج الصناعي للطحالب الدقيقة آخذ في التوسع في جميع أنحاء العالم، إلا أن المنتجات الصناعية المشتقة من هذه المصانع الحيوية لا تزال محدودة بالمركبات الطبيعية التي تنتجها السلالات البرية المتاحة، مثل الأحماض الدهنية والفيتامينات والأصباغ. يتطلب توسيع تنوع المنتجات المشتقة من الطحالب الدقيقة تطوير أدوات فعّالة للمعالجة الوراثية للسلالات لتصبح ذات أهمية صناعية.

أمثلة عن استخدام التكنولوجيا الحيوية لتطبيقات الغذاء

تم تحقيق العديد من التطورات الجديدة في صناعة الأغذية بفضل التكنولوجيا الحيوية الغذائية وذلك بشكل أساسي لتحسين كمية ونوعية الطعام. على سبيل المثال، تُستخدم الخميرة والبكتيريا المعدلة وراثيًا لإنتاج الإنزيمات من أجل صناعة الأغذية.

• فتستخدم إنزيم الكاتلاز مثلاً في إنتاج المايونيز، لإزالة بيروكسيد الهيدروجين المتبقي بعد عملية تعقيم المنتج.
• تستخدم إنزيم الكيموسين في إنتاج الجبنة (صورة 6)، لأنها مسؤولة عن عملية هضم المواد البروتينية وبالتالي تخثر الحليب. يُستخرج هذا الإنزيم سابقًا من معدة العجول، ولكن اليوم وبفضل التكنولوجيا الحيوية والبكتيريا المعدلة وراثيًا كالإشريكية القولونية أوالفطريات المعدلة وراثيًا كالرشاشية السوداء، يمكن إنتاج هذا الإنزيمات على المستوى التجاري.
• تستخدم إنزيم البروتياز لهضم بروتينات اللحوم في عملية تهدف لتطريتها (صورة 7)، لتصبح سهلة التناول على المستهلك الذي غالباً ما يفضلها لينة.

تُستخدم التكنولوجيا الحيوية أيضًا لإطالة العمر الافتراضي لبعض النبات (صورة 8)، كالطماطم مثلاً. تُقطف في المرحلة الخضراء الناضجة لتجنب تلفها في طريقها إلى وجهتها. لكن وفي بعض الأحيان أثناء شحنها، تسبب درجات الحرارة المرتفعة النضج المبكر للطماطم وبالتالي تلفها. مع العلم أن إنزيمًا يسمى “عديد الغالاكتوروناز” هو الذي يتسبب في نضج الطماطم. قام العلماء بتعديل وراثي لتقليل كمية هذه الإنزيم وبالتالي إطالة العمر الافتراضي للطماطم، ويُعد ذلك أمرًا مهمًا للغاية على الصعيد الاقتصادي. 

سمحت التكنولوجيا الحيوية للعلماء بإنتاج فواكه ذات مذاق أفضل. تشمل الأطعمة المعدلة وراثيًا لتحسين مذاق البطيخ الخالي من البذور، والطماطم، والباذنجان، والفلفل، والكرز. أدى التخلص من البذور في هذه المواد الغذائية إلى زيادة محتوى السكر القابل للذوبان الذي يعزز الحلاوة. أخيرًا، وعلى الرغم من كل مزايا التكنولوجيا الحيوية في إنتاج الغذاء ودورها المحتمل في القضاء على الجوع، إلا أنها تثير مخاوف بعض الأشخاص الذين يعتقدون أن تغيير الحمض النووي يمكن أن يؤدي إلى نتائج غير متوقعة ومشاكل صحية كالحساسية مثلاً. بسبب هذه المخاوف، يعارض البعض التكنولوجيا الحيوية الغذائية، ويرفض علماء الطبيعة أيضًا التكنولوجيا الحيوية الغذائية لأن الهندسة الوراثية، وفقًا لهم، تتدخل في الطبيعة وهذا يتعارض مع معتقداتهم. هناك حاجة إلى المزيد من البحوث والدراسات العلمية لنكون قادرين على التوصل لاستنتاجات دقيقة حول سلامة ومخاوف الأطعمة المعدلة وراثيًا.