بیوتکنولوژی می تواند توسعه آبزی پروری را تسریع کند
مصرف کنندگان به اطلاعات بیشتری در مورد مزایای استفاده از تکنولوژیهای مدرن نیاز دارند
پیشرفت های بیوتکنولوژی در حال گشودن فرصت های جدیدی است که آبزی پروری نیز می تواند از آن بهره مند شده ، آن را کارآمدتر و پایدارتر نموده و همزمان سازگاری بیشتری با محیط زیست داشته باشد. در این زمینه پتانسیل زیادی وجود دارد ، اما همه روش ها و ابزارهای بیوتکنولوژیک در حوزه عمومی پذیرش و کاربرد ندارند. برخی از مصرف کنندگان حتی مهندسی ژنتیک را صریحا رد می کنند. با این حال ، مهندسی ژنتیک تنها یکی از فرصتهای زیادی است که بیوتکنولوژی (زیست فناوری) به ما ارائه می دهد.
ماهی و غذاهای دریایی منابع مهم پروتئین برای تغذیه انسان هستند. با این حال ، صید ماهی نمیتواند مطابق خواست بشر افزایش یابد و یک سوم از ذخایر تجاری ماهی هم اکنون از صید بیرویه رنج میبرند. پیشرفتهای اخیر منجر به رونق سریع آبزی پروری جهانی شده است و هم اکنون بیش از نیمی از توزیع آبزیان در بازارهای جهان به آبزیپروری اختصاص یافته است. این دستاوردی مهم است، که با تغییرات اساسی در روشهای پرورش آبزیان مرتبط است. روشهای سنتی پرورش با سرعت زیادی با فناوریهای جدید جایگزین میشوند که تولید بسیار بیشتری دارند. این روشهای جدید به رشد سریعتر ماهیان منجر شده و این رشد سریع نیازمند ایجاد تغییرات وسیعی در چرخه زیست ماهیان میباشد. تحولات آبزی پروری در سالهای اخیر را می توان با پیشرفت های دهه ۱۹۵۰ در کشاورزی مقایسه کرد. “انقلاب آبی” در آبزی پروری مانند “انقلاب سبز” در کشاورزی، دارای تأثیرات زیست محیطی و اجتماعی قابل توجهی است. کشاورزی و آبزیپروری هر دو از سیستمهای پرورش تکگونه استفاده میکنند که در آن گونهها در محیط های محدود با تراکم زیاد تولید می شوند و میتواند منجر به بروز مشکلات مربوط به بیماری ها، انگل ها ، سموم دفع آفات و مواد شیمیایی شده و از نظر محیطی تهدیدی برای برهم خوردن تعادل اکولوژیکی و تنوع ژنتیکی گونههای طبیعی هستند.
در مباحثات بحث برانگیز عمومی درباره مزایا و مضرات بیوتکنولوژی ، معمولاً تمرکز بیشتر روی مهندسی ژنتیک است.
حداقل از نوامبر ۲۰۱۵ (زمانی که سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) به سالمون اصلاح شده ژنتیکی Aqua Bounty که از نظر ژنتیکی اصلاح شده است و به جای سه سال در یک و نیم سال به وزن بازاری میرسد مجوز تولید و توزیع داد) بسیاری از افراد دیده اند که ترس آنها مبنی بر غلبه محصولات اصلاح شده ژنتیکی (GMO) بر محصولات طبیعی در بازار در حال به حقیقت پیوستن است. منتقدان آبزی پروری تصویری تحریف شده از این صنعت را ترسیم می کنند و آن را به گرفتن تصمیمات صرفاً اقتصادی بدون در نظر گرفتن خطرات احتمالی زیستمحیطی و سلامت مصرف کننده متهم می کنند. جدا از این واقعیت که این فرض اساسا صحیح نیست، آنها عمدا مزایایی که ماهی تراریخته برای عرضه در بازارها و برآورده کردن نیازهای پروتئینی جمعیت رو به رشد جهان دارد را نادیده می گیرند. رشد سریع تر و مقاومت بیشتر در برابر بیماری ، بافت ماهیچه ای قابل استفاده تر و تحمل بیشتر دما فقط برخی از مهمترین مزایا هستند.
فرآیندهای بیوتکنولوژیکی به افزایش تولید ماهی کمک می کند و در عین حال هزینه های زیست محیطی و اقتصادی آبزی پروری را کاهش می دهد. این مورد که تا همین اواخر موضوعی تحقیقاتی بوده است، اکنون در بسیاری از مناطق مورد استفاده قرار می گیرد. برنامه های کاربردی اجرا شده در حوضه بیوتکنولوژی گستره وسیعی را در بر میگیرد. شامل: روش های مؤثر تکثیر که پیشرفتهای ژنتیکی را سرعت میبخشد، تولید خوراکهای جایگزین با کارایی بیشتر، روش های تشخیصی و درمانی بسیار موفقی که امکانات جالب توجهی را برای پیشگیری و مبارزه با بیماری ها فراهم میکنند. و ما هنوز در آغاز این تحولات هستیم که احتمالاً در آینده ای قابل پیش بینی باعث تحولی بنیادین در آبزی پروری می شوند. این تغییرات نه تنها مناطق مختلف را تحت تأثیر قرار می دهد ، بلکه به طور کلی بر نحوه تولید ماهی و غذاهای دریایی در آینده نیز تأثیر می گذارد.
ویرایش ژن دستکاریهای ژنتیکی را تسهیل میکند
اخیراً یافتههای جدید طیف روشهای بیوتکنولوژیکی قابل استفاده را بطور چشمگیری گسترش داده است. به عنوان مثال ، روشهای خاصی برای بعضی از متدهای قدیمی یافت شده است که قبلا مقبولیتی نداشتند و اکنون احتمال پذیرش آنها بیشتر خواهد بود. به جای فرایند بحثبرانگیز انتقال ژن (که در آن ماده ژنتیکی از یک موجود به بدن موجود دیگر منتقل می شود تا بتواند بر محدودیتهایی که طبیعت در بازهی زمانی گستردهای در فرایند تکامل ایجاد کرده است غلبه کند.) در بسیاری موارد می توان از ویرایش ژن استفاده کرد. استراتژی مهندسی ژنتیک با اصلاح ژنوم در ماده ژنتیکی مداخله می کند اما برخلاف انتقال ژن معمولاً فقط ژنوم گونه هدف را دستکاری می کند. تکنیک های ویژه ای برای حذف یا جایگزینی بخشهایی از ژن استفاده میشود. در میان فنآوری های امیدوارکننده ویرایش ژن در آبزی پروری یک روش ، به اختصار CRISPR / Cas9 ، نامیده شده است. روش CRISPR / Cas9 نوعی “قیچی ژن” را نشان می دهد که با استفاده از آن می توان مولکول وراثتی DNA در تخم بارور شده ماهی را در مکانی خاص (معمولاً در ژن مورد نظر) برش داد. سلول آسیب دیدگی را تشخیص می دهد و آسیب را به طور مستقل ترمیم می کند.
کشت سلولی و بافتی از گیاهان آبزی یا جلبکهای دریایی انواع مختلفی از مواد را تولید می کند که برخی از آنها ممکن است در محصولات دارویی استفاده شوند.
در حال حاضر در بسیاری از شرکت ها روشهای بیوتکنولوژیک بطور معمول برای آنالیز و کنترل در فرایند تولید استفاده می شوند
از آنجا که پس از ترمیم، توالی DNA اغلب با نسخه اصلی متفاوت است از این روش می توان برای ایجاد اختلال یا جلوگیری از بیان پروتئینهای عملکردی استفاده کرد. برخلاف انتقال ژن ، ویرایش ژن شامل انتقال DNA خارجی از موجودات دیگر و ادغام آن در ژنوم هدف نیست ، یعنی ارگانیسم تراریخته ایجاد نمی کند. بنابراین این روش می تواند شانس بهتری برای پذیرش توسط مصرف کنندگان داشته باشد.
فناوری CRISPR / Cas9 قبلاً با موفقیت در بعضی از گونه های ماهی در آبزی پروری استفاده شده است ، به عنوان مثال ماهی قزل آلا اقیانوس اطلس ، قزل آلای رنگین کمان ، گربه ماهی ، تیلاپیا و کپور. با این حال، پیش نیاز پیشرفت در شاخص های تولید این است که این شاخص ها عموما توسط یک ژن تنظیم شوند. به عنوان مثال ، حذف ژن (dnd) باعث می شود ماهی عقیم شود و با اصلاح ژن میوستاتین (mstn) ، رشد ماهیچه ها افزایش یابد. محتوای اسید چرب امگا ۳ EPA در فیله را می توان از طریق ژن اسید چرب elongase (elovl2) افزایش داد. با این حال ، برخی از این مکانیسم ها هنوز کاملاً درک نشده اند و نیاز به تحقیقات همچنان زیاد است. در ماهی هایی که ژن mstn خاموش شده است ، کل سیستم ایمنی بدن اغلب مختل شده و همین امر باعث حساسیت بیشتر آنها به بیماری می شود. اختلالات ژن elvol2 باعث تغییر در متابولیسم چربی می شود. با وجود این مشکلات ، با این حال ، ویرایش ژن دارای مزایای قانع کننده ای است که کاربرد عملی گسترده آن – خصوصاً در تکثیر – بسیار ارزشمند است.
از یک طرف ، با خاموش کردن ژن های خاص ، آسان تر می توان مشخص کرد که کدام ویژگی های فنوتیپی تحت تأثیر و کنترل آنهاست. هرچه دانش ما از روابط و وابستگی های بین ژنوتیپ و فنوتیپ دقیق تر باشد ، شانس موفقیت در پرورش گونه های با عملکرد بهتر و تولید لاینهای تکثیر بیشتر می شود. از طرف دیگر ، ویرایش ژن همچنین می تواند برای تکثیر دقیق مورد استفاده قرار گیرد ، به عنوان مثال برای پیاده سازی توالی ژنتیکی لازم در جمعیت های ماهی که فاقد خصوصیات مطلوب هستند. این کار بدون “رقیق سازی ژنتیکی” سایر صفات مهم فنوتیپی انجام می شود ، که در روش های معمولی پرورش، رقیق شدن صفات مطلوب بهسختی قابل پیشگیری است.
برخی از روش ها قبلا خود را در عمل ثابت کرده اند
اصولاً آبزیان به دلیل باروری بالا برای استفاده در فرآیندهای بیوتکنولوژی بسیار مناسب هستند، یعنی مقادیر زیادی گامت (تخم و اسپرم) تولید می کنند ، لقاح معمولاً در خارج از بدن انجام می شود و لاروها می تواند در شرایط مصنوعی پرورش یابد(in vitro). این ویژگی ها راهکارهای ارزشمندی را برای بسیاری از تکنیکهای بیوتکنولوژیکی مانند استفاده از هورمون های تغییر جنسیت برای کنترل تولید مثل یا عقیم سازی حیوانات، بهبود رشد آنها ، افزایش تحمل زیست محیطی یا سرکوب برخی از رفتارها مانند پرخاشگری فراهم می کند.
تحولات بیوتکنولوژیکی که قبلاً در آبزی پروری مورد استفاده قرار گرفته است شامل استفاده از هورمون های مصنوعی است که همراه با برخی موارد دیگر برای القای بلوغ جنسی ، برای تولید ذخایر تک جنسی و برای القای پلی پلوئیدی استفاده می شود.
هورمون آزاد کننده گنادوتروپین
به طور خاص ثابت شده است که (GnRH) یک هورمون جهانی بیوتکنولوژیک در پرورش ماهی است. GnRH یک هورمون کلیدی است که مجموعهای از فعالیتها را مانند رهاسازی هورمونهای بیشتر (LH و FSH ) از غده هیپوفیز در ماهی و سایر مهره داران آغاز می کند. از بیش از ۱۲ گونهی مختلف GnRH شناسایی شده، حدود دو سوم آن از گونه های ماهی جدا شده اند. معروف ترین آن GnRH ماهی قزل آلا است که در سراسر جهان در ماهی های تجاری با نام “اووپریم” استفاده می شود. بدون این هورمون ، بسیاری از گونه های ماهی موجود در آبزی پروری نمی توانند برای تخم ریزی و تولید مثل آماده شوند. روش های بیوتکنولوژیکی برای برخی از “دستکاریهای ژنوم” (“مهندسی کروموزوم”) مانند تولید حیوانات تری و تتراپلوئید، مادهزایی و نرزایی نیز استفاده میشود. روش های کلاسیک برای دستکاریهای کروموزومی (پلی پلوئیدیزاسیون) عبارتند از فرآیندهای حرارتی (شوک سرما یا گرما)، فشار هیدرواستاتیک یا تیمارهای شیمیایی (به عنوان مثال کلشیسین ، سیتوکالازین B. از این روشها برای تولید موجودات تری یا تتراپلوئید استفاده میشود. تریپلوئیدها همچنین می توانند از لقاح موجودات تتراپلوئید با دیپلوئید طبیعی تولید شوند. ماهی های Triploid عقیم هستند و به جای بلوغ و تولید گناد ، انرژی خوراک را صرف رشد میکنند.. این عمل علاوه بر ماهیان در بیمهرگانی مانند صذفها نیز مشاهده میشود. صدف های دریاییTriploid عقیم هستند و ۱۵ تا ۱۵۰٪ بهتر از صدف های دیپلوئیدی مشابه رشد می کنند. در فرایند مادهزایی، ژنوم اسپرم غیرفعال می شود و فرایند تکامل موجود منحصراً توسط ژنوم مادری کنترل می شود.
در آبزی پروری اگر تنها یکی از جنس ها از نظر اقتصادی دارای ویژگی های مطلوب باشد پرورش تکجنس موجودات نیز میتواند مفید باشد. جمعیت تکجنس میتواند در مراحل اولیه قبل از شروع تمایز جنسی با تیمار هورمونی با استفاده از استروئیدهای جنسی و یا با روش های دستکاری ژنتیکی ایجاد شود. به عنوان مثال ، پرورش تک جنس معمولاً برای تیلاپیا عملکرد خوبی دارد، زیرا حیوانات نر سریعتر از ماده رشد کرده اندازهی بزرگتری نیز دارند. جدا از آن ، در صورت پرورش دوجنسی تیلاپیا خیلی زود بالغ شده، به سختی رشد می کند و بصورت غیر قابل کنترل تولید مثل می کند. در مورد ماهی قزل آلا و ماهی خاویاری، پرورش ماده ترجیح داده می شود زیرا بهتر رشد می کنند و خاویار مورد نظر را تأمین می کند.
امکانپذیری تکثیر با دقت بیشتر:
روشهای کلاسیک انتخاب همچنان به عنوان نیروی محرک تعیین کننده برای پیشرفت برنامههای تکثیر در سراسر جهان خواهد بود اما روشهای بیوتکنولوژیک هم برای استراتژیهای کوتاه مدت و هم استراتژیهای بلند مدت اهمیت بیشتری پیدا میکنند. در مقایسه با حیوانات مزرعه، فرایند اهلی شدن در ماهی هنوز خیلی پیشرفت نکرده و پتانسیل قابل توجهی برای پیشرفت ژنتیکی در گونه های مهم تجاری وجود دارد. برای مثال ، برنامه های تکثیر در سطوح مختلفی وجود دارد که از آن جمله میتوان به ماهی سالمون آتلانتیک، کپور، سیبریم، باس هیبرید راه راه ، تیلاپیا ، سیباس و کپور روهو اشاره کرد. معمولاً تمرکز روی نرخ رشد است که می تواند تا ۲۰٪ در هر نسل در لاین های پرورشی خوب بهبود یابد. مقاومت در برابر بیماری و استرس ، بلوغ دیررس و کیفیت گوشت نیز اهداف مهم بهگزینی هستند. در مورد استراتژی های کوتاه مدت برای بهبودهای ژنتیکی فرآیندهای بیوتکنولوژی امکان پیشرفت سریع را فراهم می کنند. نقشه برداری ژنوم ، که موقعیتهای نسبی ژنها در کروموزوم را نشان می دهد ، و مارکرهای DNA انتخاب آن دسته از حیواناتی را که دارای صفات مورد نظر هستند تسهیل می کند و بنابراین به ویژه برای پرورش مناسب هستند. به عنوان مثال ، انتخاب به کمک مارکر(MAS) از قبل برای ماهی قزل آلا رنگین کمان استفاده می شود. از نشانگرهای ژنتیکی نیز می توان برای شناسایی افراد و گروههای خانوادگی استفاده کرد و آنها را در گروههای مشترک نگه داشت که برنامه های اصلاح نژاد را بسیار ساده می کند.
برای اهداف خاص ، به ویژه برنامه های طولانی مدت پرورش ، حفظ طولانی مدت گامتها می تواند مهم باشد. این عمل معمولاً در نیتروژن مایع در دمای ۱۹۶ درجه سانتیگراد انجام می شود. در آبزی پروری اسپرم های منجمد شده هنوز به اندازه بخش کشاورزی مهم ارزیابی نمیشوند. اما مطمئناً امکان استفاده از این فناوری بیولوژیکی که می تواند باعث اصلاح نژاد گزینشی شود، وجود دارد. انجماد اسپرم مشکل بلوغ زودرس و سریعتر ماهیان نر را برطرف میکند. انجماد اسپرم همچنین باعث حفظ ژنوم های ارزشمند می شود و در آینده امکان ایجاد بانک های ژن برای آبزی پروری را فراهم می آورد.
تشخیص ژنتیکی مولکولی ، مارکرهای ژنتیکی و اثر انگشت ژنتیکی (DNA Fingerprint) به نفع مصرف کنندگان نیز است زیرا این فرایندها بسیار حساس و بسیار دقیق بوده و باعث افزایش دقت ردیابی محصول می شوند. برچسب زدن نادرست ، تعویض گونه ها ، مکمل های نامطلوب و سایر موارد تقلب در مواد غذایی با استفاده از این روش ها به سرعت و بدون شک شناسایی می شود. و نه تنها برای ماهی های کامل ، بلکه برای فیله ها ، محصولات منجمد ، تخم، لارو یا محصولات کنسروی نیز قابل انجام است.
کاربرد عملی بیوتکنولوژی نیاز به امکانات، تجهیزات و دستگاههای خاص و همچنین پرسنل بسیار ماهر دارد.
تجهیزات پیشرفته و بهداشت بسیار بالا از جمله پیش نیازهای فرآیندهای بیوتکنولوژی هستند.
خوراک بهینه شده و محافظت موثر از سلامت
کاربردهای مهم بیوتکنولوژی در آبزیان شامل تغذیه و خوراک ماهی نیز میشود. اهمیت فرآیندهای بیوتکنولوژیکی در راستای جایگزینی پودر ماهی و روغن ماهی در خوراک آبزیان توسط مواد خام دیگر، که اغلب به آماده سازی پیچیده و “پیش آماده سازی” نیاز دارند ، در حال افزایش است. این امر به ویژه در مورد مواد گیاهی که با استفاده از روشهای بیوتکنولوژیک به منظور کاهش محتوای مواد مضر یا مواد مغذی مهارکننده تجزیه می شوند کاربرد دارد. یک روش ارزشمند اما پیچیده پرورش گیاهانی است که عوامل مهار کننده غذایی کمتری دارند و منبع اسید آمینه مناسبتری برای ماهی هستند. مخمرهای اصلاح شده ژنتیکی نیز برای تغذیه ماهی تولید می شوند. به عنوان مثال ، این مخمرها حاوی رنگدانه های کاروتنوئیدی بسیار بیشتری هستند که در پرورش برخی از گونه ها ضروری است. افزودن آنزیم های گوارشی خارجی به خوراک ماهی هنوز مزایای مورد نظر را تامین نمیکند. استفاده از پروبیوتیک بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد. پروبیوتیکها به طور فزاینده ای جایگزین آنتی بیوتیک ها می شوند و محیط میکروبی خارجی را در استخرها و سایر سیستم های آبزی پروری بهبود می بخشند. نمونه ای از استفاده موفقیت آمیز پروبیوتیک ها در خوراک در پرورش میگو است که به طور موثری از برخی بیماری های ویروسی میگو جلوگیری کرده و آنها را مهار می کنند.
در مورد بیماری های ویروسی پیشگیری از پاتوژن بسیار مهم است. ابزارهای بیوتکنولوژیکی مانند پروبهای ژن و واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) تشخیص سریع و قابل اعتماد چنین پاتوژنهایی را امکان پذیر می کند. افزایش عظیم تولید و پرورش میگوی پاسفید غربی (Litopenaeus vannamei) تا حد زیادی به دلیل استفاده از میگوهای عاری از پاتوژن(SPF) و خصوصا میگوهای مقاوم به پاتوژن (SPR) در مزارع است. علاوه بر روش های تشخیص مولکولی و تشخیص ایمنی ، واکسنهایی که ماهیها و نرمتنان را از بیماری های خطرناک محافظت میکنند ، به طور فزایندهای در زمینه سلامت ماهی استفاده میشوند. محققان در سراسر جهان بر روی نسل جدید واکسنهای بسیار مؤثر کار می کنند که دیگر از “پاتوژن های غیرفعال” تشکیل نشده و تنها از میکروارگانیسمهای اصلاح شده ژنتیکی، زیر واحدهای پروتئینی و قطعات DNA تشکیل شده است.
با این پیشرفتها کاربردهای بیشتر روش های بیوتکنولوژیکی و میکروبی در آبزی پروری دور از ذهن نیست. به عنوان مثال ، جوامع میکروبی می توانند در زمینه های بهینه سازی بیولوژیکی و بازیافت مواد، دفع آفات، چرخه های انرژی و مواد مغذی موجود در آبها را انجام داده و از افزایش بهره وری پایدار در آبزی پروری حمایت کنند. بیوتکنولوژی در زمینه “تحقیقات در مورد محصولات طبیعی” چیزهای زیادی را ارائه داده که نوید استحصال محصولات با ارزش تجاری دارویی مانند رنگدانه ها ، روغن ها ، استرول ها ، آلژینات ها و آگارز را از ماکرو جلبک ها و میکروجلبک ها میدهد. بسیاری از این پیشرفت ها هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارند ، اما ثروت ذخیره شده در گونه ها (که در اقیانوس ها چندین برابر بیشتر از سطح زمین است) امیدهای بزرگی را پیشروی بشریت قرار داده است. اخیراً محققان ترکیباتی را از پلاسمای خون و عصاره بافت خرچنگ های نعل اسبی(Limulus polyphemus) جداسازی کرده اندکه در بررسیهای آزمایشگاهی اثبات شده توانایی مهار و از بین بردن سلول های سرطانی روده بزرگ انسان و سلول های بدخیم ملانوم را دارند.
جهت مطالعه سایر مقالات مرتبط با پرورش حرفه ای آبزیان بر روی لینک زیر کلیک نمایید
