تطبيقات التكنولوجيا الحيوية البحرية

بعض التطبيقات الأكثر أهمية للاستزراع المائي / التكنولوجيا الحيوية البحرية هي:

تربية الأحياء المائية:

تعرف منظمة الأغذية والزراعة (الفاو) تربية الأحياء المائية بأنها "ثقافة الكائنات المائية بما في ذلك الأسماك والرخويات والقشريات والنباتات المائية. تشير الثقافة إلى نوع من التدخل في عملية التربية لتعزيز الإنتاج - بما في ذلك التخزين والتغذية والحماية من الحيوانات المفترسة.

كما تعني الثقافة ملكية الأفراد أو الشركات للمخزون الذي يزرع ". ببساطة ، يعني الاستزراع المائي التلاعب وتحسين إنتاج الكائنات المائية. هذه الممارسة لها تأثير كبير على صناعة المأكولات البحرية.

من المتوقع أن يرتفع الطلب على المأكولات البحرية في العالم بنسبة سبعين في المائة خلال السنوات الخمس والثلاثين المقبلة. ومع تعرض محصول المأكولات البحرية من مصايد الأسماك للانحدار التدريجي ، تتهدد الصناعة بسبب النقص الكبير في السنوات القادمة.

إن استخدام أدوات التكنولوجيا الحيوية الحديثة لتربية وتحسين إنتاج الأنواع المائية لا يمكن أن يساعد فقط في تلبية المتطلبات العالمية للأطعمة البحرية ، ولكن أيضا تعزيز تربية الأحياء المائية في حد ذاتها. هذه التقنيات أيضا تحسين الصحة ، والتكاثر ، والتنمية والنمو من الكائنات الحية المائية ، وبالتالي تعزيز التنمية متعددة التخصصات للأنظمة الحساسة بيئيا والمستدامة. وهذا بدوره سيؤدي إلى تسويق تجاري كبير للاستزراع المائي.

المعدلة وراثيا:

الأسماك المعدلة وراثيا:

ويستند تربية الأسماك التقليدية على اختيار الحضنة السمكية من أجل تعزيز الصفات المرغوبة في الأسماك. ومع ذلك ، هذه العملية بطيئة وغير متوقعة. الأدوات الجزيئية الجديدة أكثر فاعلية في تحديد و عزل و بناء الجينات المسؤولة عن الصفات المرغوبة ، و بالتالي نقلها إلى الحضنة.

إن إنتاج الأسماك المحورة جينيا أسهل بكثير من إنتاج الثدييات المحورة وراثيا. وذلك لأن الأسماك تنتج عددا كبيرا من البيض (من عشرات إلى عدة آلاف) ، والتي يمكن أن تولد كميات كبيرة من مواد موحدة وراثيا للتجريب.

على سبيل المثال ، تنتج أسماك حمار الوحش (Brachydanio rerio) 1 ، 50،400 بيضة وسمك السلمون الأطلسي (Salmo salar) 500،015،000 ، وينتج الكارب الشائع (Cyprinus carpio) أكثر من 000 1 بيضة. ما هو أكثر من ذلك ، فإن العملية تدعو إلى عدم التلاعب بمجرد نقل الجينات من خلال بيض الأسماك. وبالتالي ، فإن صيانة المفرخ السمكي ليست مكلفة للغاية ، لا سيما على النقيض من تحول الثدييات الملقح.

مقاومة الأمراض:

تقدم البيولوجيا الجزيئية معلومات قيمة عن دورات الحياة وآليات التسبب في المرض ومقاومة المضادات الحيوية وانتقال المرض. هذه المعلومات يمكن أن تعزز فهمنا للمناعة المضيفة ، المقاومة ، قابلية الأمراض ومسببات الأمراض المرتبطة بها.

هذا الفهم يحمل أهمية كبيرة للصناعة البحرية. على سبيل المثال ، تضع ظروف الاستزراع المائي عالية الكثافة الكثير من الضغط على الأسماك ، مما يجعلها عرضة للإصابة بالعدوى. ويؤدي تفشي كبير من هذا النوع إلى خسائر فادحة في عملية الزراعة بأكملها ، مما يتسبب في خسائر فادحة للصناعة. ويمكن تجنب ذلك عن طريق تطوير سلالات قوية من الأسماك يمكنها تحمل مجموعة متنوعة من الأمراض.

يوفر العلم الحديث فرصًا هائلة لتحسين صحة الكائنات العضوية المائية ورفاهيتها ، فضلاً عن الحد من انتقال الأمراض من المخزونات البرية. وقد تم استخدام العديد من الأساليب المعدلة وراثيا لتعزيز القدرة على مقاومة الأمراض في الأسماك. وتستخدم تقنيات Antisense و ribozyme لتحييد أو تدمير الحمض النووي الريبي الفيروسي. على سبيل المثال ، يسبب فيروس تنخر الدم (HNV) وفيات شديدة في السلمونيات ، ويمكن أن يؤدي تحييد هذا الفيروس إلى تحسين نمو السلمون.

طريقة أخرى هي للتعبير عن البروتينات معطف الفيروسية (مثل البروتين 66kDa G من HNV) في الغشاء المضيف. سيؤدي هذا إلى ربط مواقع ربط المستقبلات ، وبالتالي التنافس مع مواقع الارتباط الفيروسي ، والحد من اختراق الفيروسية. أبلغ جوان ليونغ ومجموعته في جامعة ولاية أوريغون هذه الدراسة.

ومع ذلك ، فإن الطريقة الأكثر فعالية لمكافحة عدوى المرض هي تعزيز جهاز المناعة الخاص بالمضيف من خلال التعبير عن المواد المضادة للجراثيم والمضادة للجراثيم. ويجري اختبار الببتيدات المضادة للبكتيريا مثل المجانين والليزوزيم لتعزيز الاستجابة الدفاعية للمضيف ضد مجموعة واسعة من مسببات الأمراض.

لقد أتاحت تقنية تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل (RT-PCR) العكسي تحديد ورصد فيروس بيرنا المائي. وتشكل هذه الفيروسات أكبر مجموعة وأكثرها تنوعًا داخل عائلة بيرنافيريدا ، والتي تضم فيروسات من أنواع عديدة من الأسماك واللافقاريات.

العديد من هذه الأنواع تسبب الأمراض في المياه العذبة وكذلك الأنواع المائية والأنواع البحرية. اختبار RT-PCR هو بديل سريع وموثوق به لأساليب زراعة الخلايا للكشف عن عوامل أمراض الأسماك مثل فيروس نخر البنكرياس. ويمكن أيضا تعزيز الوقاية والسيطرة على أمراض الأسماك.

وقد شوهد تطبيق آخر هام للتكنولوجيا الحيوية البحرية في جامعة كاليفورنيا ، حيث قام الباحثون بفك شفرة سبب مرض شديد العدوى ومميت يصيب الاستزراع المائي للسمك الأبيض. باستخدام هذه التلاعبات الجينية ، طور هؤلاء العلماء بروتوكولات للكشف عن وجود فيروس سترويد الفيروسي الأبيض ، الذي سيساعد في تطوير مخزون التربية الحرة للأمراض.

السمك المقاوم للتجمد:

يمكن استخدام تقنيات Recombinant لنقل جين بروتين مضاد للتجمد (AFP) لمنح مقاومة التجميد على مختلف الأنواع. يتم إنتاج الـ AFP من قبل العديد من المركبات البحرية البحرية الباردة (مثل السمك المفلطح في فصل الشتاء ، وزهرة المحيط ، وغراب البحر ، و sculpin shoreorn). هذه البروتينات تمنع تشكل البلورة الثلجية في الدم ، وبالتالي تحمي الأسماك من التجمد.

ولسوء الحظ ، فإن العديد من الأسماك ذات الأهمية التجارية مثل سمك السلمون في المحيط الأطلسي لا تحمل مثل هذه الجينات ، وبالتالي لا يمكنها البقاء على قيد الحياة دون درجات الحرارة. إن تطوير أسماك السالمون المحورة وراثيا بإضافة هذا الجين يمكن أن يكون مثمرًا جدًا لصناعة الأسماك. كما تم الإبلاغ عن أن أفران إف سي تمنح حماية انخفاض حرارة البويضات الخنازير ويمكن أن تكون مفيدة في الحماية الباردة. أسماك الذهب المعدلة وراثيا مع الجين AFP أيضا البقاء على قيد الحياة أفضل في درجات الحرارة المنخفضة.

معدل النمو :

يمكن للتلاعب الجيني أن يعزز بشكل كبير معدل النمو في تربية الأسماك. إحدى الطرق هي المكورات الدقيقة لجينات هرمون النمو في بيض السلمون المخصب. وقد أدى ذلك إلى تسريع معدلات نموها بنسبة ثلاثين في المائة إلى ستين في المائة. كما أن وضع نسخة إضافية من جين هرمون النمو في جنين أسماك (البلطي) في مرحلة مبكرة قد عزز معدل نموه خمسة أضعاف.

التكاثر :

الاستنساخ هو قضية رئيسية لصناعة الاستزراع السمكي. عندما تنضج الأسماك ، يتباطأ معدل نموها وتتدهور نوعية اللحم. يمكن استخدام أساليب التكنولوجيا الحيوية في قمع عملية النضج بشكل مفيد للحفاظ على جودة هذه الأسماك. كما يمكن استخدام هذه التقنيات لتنظيم تكاثر بعض أنواع الأسماك عن طريق تطوير الأنواع غير التناسلية (العقيمة).

مثل هذه الأنواع لها قيمة تجارية هائلة ، حيث أن الكائنات أحادية الجنس أو الأنواع المعقمه لا تحمل أي خطر من التفاعل بين المزرعة والبرية. هذه الأنواع تمكن أيضا إعادة بناء المخزون من الحيوانات المنوية المحفوظة ، وتوفير علامات الجينات لتحديد الأوراق المالية. وبالتالي ، فإن هذه التقنيات تساعد في الحفاظ على الموارد البرية.

كما طور الباحثون تقنيات لاستخدام الجسيمات الفيروسية المعدلة (الناقلات الفيروسية) لتغيير جين اللافقاريات البحرية. هذا هو التطبيق الأول للبيولوجيا الجزيئية حيث تم عرض تغيير الحمض النووي في الكائنات البحرية. أصبح من الممكن الآن تغيير الوصلة الهجين القزمة باستخدام مظروف فيروسي جديد ، والذي يسمح للناقل بإدخال أي نوع من الخلايا.

وفي تطورات هامة أخرى ، قام العلماء بتصميم "جينات المراسلات" في المتجهات. هذا الجين المراسل يطالب البيض المخصب المخصب بإعطاء لون أزرق ، وهذا يدل على زرع الجينات.

ومن المتوقع أن يوفر هذا العمل أداة جديدة لمكافحة الأمراض التي تهاجم المخزونات التجارية من المحار والمحار وأذن البحر. وبمجرد تحديد الجينات المسؤولة عن حماية المحار المستزرع من المرض ، يمكن استخدام ناقلات الفيروسات القهقرية لتوصيل هذه الجينات الواقية مباشرة إلى مخزون الحضنة.

تقنيات مثل electroporation فعالة في إدخال الحمض النووي الأجنبي في أجنة (الأسماك) أذن البحر. نجح العلماء في جامعة مينيسوتا في استخدام تتابعات العوازل الوراثية (التي تم الحصول عليها من دنا ذبابة الدجاج والفاكهة) في الأسماك ، واكتشفوا وحدات تحكم في الجينات تعمل بشكل أفضل لتشغيل الجينات الأجنبية.

صيانة:

يمكن استخدام الأدوات الجزيئية لتحديد وتوصيف البلازما الجرثومية المائية الهامة بما في ذلك العديد من الأنواع المهددة بالانقراض. لقد جعلت هذه الأدوات من الممكن تحليل الجينوم للعديد من الأنواع المائية. لقد ساعدنا أيضًا في فهم الأساس الجزيئي لتنظيم الجينات والتعبير وتحديد الجنس. وهذا يمكن أن يحسن منهجيات تعريف الأنواع والمخزونات والسكان.

هذه المناهج الجزيئية تشمل:

1. تطوير تقنيات الاختيار بمساعدة من العلامات

2. تحسين الدقة وكفاءة التقنيات المعدلة وراثيا

3. بصمة الحمض النووي لمعرفة تعدد الأشكال في الأرصدة السمكية

4. تحسين التقنيات للحفاظ على البرد من الأمشاج والأجنة

يمكن أن تساعدنا هذه التقنيات في الحفاظ على التنوع البيولوجي للأنظمة البيئية الطبيعية. كما يمكن استخدام أدوات التكنولوجيا الحيوية في تطوير بروتوكولات هرمونية تتحكم في تكاثر الأسماك المهمة اقتصاديًا مثل سمك السلمون في المحيط الأطلنطي ، والباس المضطرب ، والسمك المفلطح ، والدنيس البحري ، وقاروص البحر ، وبعض المناطق الاستوائية البحرية.

الأعشاب البحرية ومنتجاتها:

الأعشاب البحرية هي الطحالب البحرية (الطحالب الكلية) الموجودة في البيئة البحرية. هذه هي النباتات التي تعيش في البحر والتي تفتقر إلى الجذوع الحقيقية والجذور والأوراق. وكما هو الحال في نباتات اليابسة ، فإن الأعشاب البحرية تمتلك أيضاً آلات التمثيل الضوئي وتستخدم ضوء الشمس لإنتاج الغذاء والأكسجين من ثاني أكسيد الكربون والماء. معظم الأعشاب البحرية حمراء (5500 ليرة سورية) ، والبني (2000 ليرة سورية) أو الأخضر (1200 ليرة سورية).

الأعشاب البحرية هي مصدر غني للغذاء والأعلاف ومجموعة من المركبات الكيميائية الهامة صناعيا. في الواقع ، الأعشاب البحرية هي صناعة ببلايين الدولارات. الأعشاب البحرية الأكثر قيمة هي الطحالب الحمراء البورفيرا أو نوري ، التي تعد مصدرا رئيسيا للغذاء البشري في جميع أنحاء العالم. يبلغ إنتاجها في جميع أنحاء العالم ما يقرب من أربعة عشر مليار ورقة ، وتقدر قيمتها بنحو 1.8 مليار دولار سنويا.

وتشمل الأعشاب البحرية الأخرى الصالحة للأكل غراسيلاريا ، و Undaria ، و Laminaria ، و Caulerpa. وتشمل الأعشاب البحرية الهامة صناعيا للكاراجينان أنواع مثل Chondrus و Eucheuma و Kappaphycus و alginates (Ascophyllum و Laminaria و Macrocystis) و agar-agar (Geledium و Gracilaria). هذه السكريات الهامة ، وتسمى أيضا phycocolloides ، معترف بها في جميع أنحاء العالم بأنها غير مؤذية.

أجار أجار:

عادة ما يتم استخراج آغار من الأعشاب الحمراء مثل Gelidium و Gracilaria. يحتوي عقار Agar على مكونين مهمين - Agarose و Agropectin ، مما يجعل مركبات أجار مفيدة للغاية لصناعة الورق ، ووسائط الثقافة ، والحفاظ على المواد الغذائية ، والتعبئة ، والجلود ، ومنتجات الألبان ومستحضرات التجميل.

الكاراجينان في:

عادة ما يتم استخراج الكاراجينان من أنواع Eucheuma و Chondrus. ويشار إلى أشكال مختلفة من الكاراجين على أنها كابا ، لامدا ، أيوتا ، مو وإبسيلون. ويستخدم ما يقرب من 20 في المائة من إنتاج الكاراجينان من قبل صناعات مستحضرات التجميل والدوائية كمثبتات للمستحلبات. كما يستخدم الكاراجينان في الأطعمة الغذائية مثل الحلويات الخالية من النشاء ، وتوابل السلطة ، والهلام ، والمربى ، وشراب ، والصلصات بودنغ.

أملاح الجينيه:

الألجينات هي أملاح من ألجينات الصوديوم أو الكالسيوم أو البوتاسيوم ، وتستخدم في مجموعة واسعة من المنتجات. يستخلص حمض الألجنيك بشكل شائع من Laminaria ، Ecklonia و Macrocystis. تستخدم الألجينات كمستحلبات ومثبتات مستحلب في الكريمات والمستحضرات. تعمل ألجينات الصوديوم كعامل تشحيم في الصابون وكريمات الحلاقة. كما يتم استخدام الألجينات في تغليف الميكروبات والخلايا النباتية والحيوانية التي تستخدم كمنتجي المستقلبات أو المحولات الحيوية.

العوامل العلاجية:

وقد وضع التطبيق الواسع لمستخلصات الطحالب البحرية في صناعة مستحضرات التجميل "العلاج بمياه البحر" ، حيث تستخدم الأعشاب البحرية ومقتطفاتها كعوامل علاجية. في العلاج بمياه البحر ، يتم استخدام مياه البحر والأعشاب البحرية للعمل على خلايا الجسم البشري لإزالة السموم وإعادة توازن درجة الحموضة في وقت واحد من الجلد.

وتشمل الأعشاب البحرية المستخدمة لهذا العلاج Laminaria digitata ، وهي غنية بالفيتامينات A و E و C و B والأحماض الأمينية والهرمونات واليود. يزيد معدل الأيض ويحفز استهلاك الأكسجين في الخلايا ويخفف من إنتاج الحرارة.

تشمل المركبات الأخرى من الأعشاب البحرية التربينات ، والأحماض الأمينية ، والفينول ، والمواد البيرولية ، وأرسينوسوجار ، والستيرول (مثل الفوكوسترول) ، والألوان (مثل الفايكوثيرثين من الطحالب الحمراء والأشجار من الطحالب البنية) والأحماض الأمينية (مثل الكوندرين ، الغيجارتينين ، حمض الكينيك أو β- كاروتين) أيضا عقد قيمة هائلة. يمكن استخدام سبيرولينا ، والبكتيريا الخضراء الزرقاء (cynobacteria) و Ascophyllum nodosum على نحو فعال كمساعدات غذائية ، ومكونات عامة وتجديد.

كما وجد أن بعض السكريات المكبوتة من الطحالب الحمراء والخضراء والبنية لها خصائص مضادة للتخثر. وتشمل هذه بروتيوغليكان من الكوديوم الهشة س. الأطلنطي و lambda- carrageenan و carrageenan من Grateloupia dichotoma. تعرض هذه المركبات خصائص مشابهة مثل الهيبارين الموجود في أنسجة الثدييات ، مما يساعد في تخثر الدم. هذه المقتطفات بمثابة بديل ممتاز للهيبارين المستخدم في الوقاية من التجلط التاجي.

بعض السكرياتيد كبريتيد لها أيضا خصائص مضادة للفيروسات. وقد استخدمت Carrageenan لتثبيط فيروس الهربس البسيط (HSV). في الآونة الأخيرة ، لوحظ أن الكاراجينان يثبط أيضًا فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) عن طريق التدخل في خلايا الانصهار المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية ، ومن ثم تثبيط إنزيم النسخ العكسي للفيروس الارتجاعي.

العديد من الأعشاب البحرية ومنتجاتها الأخرى لها فوائد مباشرة على صحة الإنسان. على سبيل المثال ، أنواع Laminaria غنية باليود ، ويمكن استخدامها لتصنيع مشروبات الحمية وكريمات التدليك. وبالمثل ، فإن نبات الساريجاسميم غني بفيتامين E و K ، و Lithothamnion و Phymatolithon غني بكربونات الكالسيوم وعناصر النزرة. يمكن للأدوات الجزيئية المساعدة في استغلال هذه الأنواع وحصاد المنتجات الهامة منها.

الصيدلة:

قام الباحثون في مجال التكنولوجيا الحيوية بعزل العديد من المواد النشطة بيولوجيًا من البيئة البحرية ، والتي تنطوي على إمكانات كبيرة لعلاج الأمراض البشرية المختلفة. لقد أنتج مركب "مانواليد" من إسفنجة معينة أكثر من ثلاثمائة من النظائر الكيميائية ، وقد ذهب العديد منها إلى التجارب السريرية كعوامل مضادة للالتهاب. وقد حدد العلماء أيضا العديد من الأيضات البحرية النشطة ضد طفيل الملاريا Plasmodium falciparum.

في دراسة أجريت في جامعة هاواي ، أبلغ الباحثون عن وجود مركب مركب 'Depsipeptide'. تم العثور على كميات صغيرة من هذا المركب في رخويات Elysia rufescens وفي الطحالب التي يتغذى عليها. Depsipeptide نشط ضد أورام الرئة والقولون ، ويمكن أن تؤدي التلاعب الجيني للرخويات إلى إنتاج كميات كافية من الدواء لاختباره.

دواء آخر تم الحصول عليه من النباتات البحرية والحيوانات اللافقارية هو 'Pseudopterosin'. هذا gritecoside diterpene رواية يمنع الالتهاب. على الرغم من أنها تستخدم على نطاق واسع في صناعة مستحضرات التجميل في الوقت الحاضر ، فمن المتوقع أن تقتحم صناعة المستحضرات الصيدلانية كذلك بعد التجارب السريرية.

وقد تم الإبلاغ عن Bryozoan 'Bugula neritina' ، وهو حيوان فقاري بحري بطيء النمو ، كمصدر لعقار محتمل لسرطان الدم. المخدرات موجودة بكميات صغيرة في أو على الحيوان. وبما أن الحيوانات اللافقارية تعيش في علاقة تكافلية مع البكتيريا ، فإن البكتيريا تُخلي العقاقير السامة لحماية البريوزوان ضد الحيوانات المفترسة ، مقابل مساحة يمكن أن تنمو فيها.

يحاول الباحثون في جامعة كاليفورنيا إثبات أن العقار يمكن أن ينتج بكميات كبيرة عن طريق البكتيريا. إلى جانب ذلك ، يحاولون تطوير طرق للثقافة واسعة النطاق للبكتيريا. مزيد من البحوث على حل لكيفية عزل هذا الدواء.

الانزيمات:

كما تم عزل العديد من الانزيمات من البكتيريا البحرية. هذه الانزيمات تعرض خصائص فريدة من نوعها تمكنها من الازدهار الأفضل في البيئات القاسية. بعض هذه الانزيمات مقاومة للحرارة والملح ، مما يجعلها مفيدة في العملية الصناعية. دعونا ننظر في انطباق بعض من هذه الانزيمات.

يمكن استخدام البروتياز خارج الخلية في المنظفات ولتطبيقات التنظيف الصناعي مثل تنظيف أغشية التناضح العكسي. "Vibrio alginolyticus" ينتج الإنزيمات البروتينية ، والتي تتميز كمنظف غير عادي مقاوم - exprodine serine القلوي. وينتج هذا الكائن الحي أيضًا إنزيم "كولاجيناز" الذي يحتوي على العديد من الاستخدامات الصناعية والتجارية.

وقد أظهرت الدراسات أن الطحالب تحتوي على أنزيم هالوبروكسيديز فريد ، والذي يحفز على دمج الهالوجين في الأيضات. هذه الانزيمات مفيدة للغاية لأن الهالوجنة عملية مهمة في الصناعة الكيميائية.

كما طور باحثون يابانيون طرقًا لتحريض الطحالب البحرية لإنتاج كميات كبيرة من إنزيم الفائق الأكسيد ، الذي يحتوي على تطبيقات واسعة في الصناعات الطبية والتجميلية والغذائية. تتمتع الإنزيمات القابلة للحرارة بميزة إضافية في الأبحاث والعمليات الصناعية.

تتضمن أنزيمات تعديل الحمض النووي الريبي المستقرة ذات الأهمية الحرارية polymerases ، ligases و endonucleases. على سبيل المثال ، كان كائنًا بحريًا من إنزيم Taq. تم عزل بوليميريز. أصبح هذا الانزيم المستقر الحراري أساس تفاعل البلمرة المتسلسل.

عزلت أبحاث من جامعة روتجرز في نيوجيرسي إنزيمًا جديدًا "a-galactosidase" من "Thermotoga neapolitana". هذا الإنزيم يهدر oligomers melibiose. هذه oligomers هي مكونات رئيسية من فول الصويا ومنتجات الفاصوليا الأخرى ، والتي تحد من كمية الصويا التي يمكن إدراجها في علف الحيوانات للحيوانات المعدة أحادية مثل الخنازير والدجاج (لأنها لا يمكن هضم oligomers). وهكذا ، يمكن استخدام galatosidase لإزالة الميلاميوز والمثبطات البروتينية من منتجات الصويا.

كما يحاول العلماء الحصول على polymerases الحمض النووي (من البكتيريا) ، والتي سوف تزيد من كفاءة عمليات التكنولوجيا الحيوية أثناء تكرار الحمض النووي. كما أنهم يدرسون الإنزيمات التي تتحمل البرد من البيئات المحيطية الباردة.

معظم الإنزيمات المشاركة في المسارات الأيضية الرئيسية للبكتيريا الحرارية هي أكثر ثباتًا حراريًا من نظيراتها الموجودة عند درجات حرارة معتدلة. يمكن دراسة مفصلة من الانزيمات من الكائنات الحية الدقيقة البحرية فيليكو الحرارية تساهم إلى حد كبير في فهم آليات الاستقرار الحرارية الانزيم ، وبالتالي تمكين تحديد الأنزيمات المناسبة للتطبيقات الصناعية.

الجزيئات الحيوية:

أثبتت الدراسات الحديثة أنه يمكن استغلال العمليات البيوكيميائية البحرية لإنتاج مواد حيوية جديدة. قامت شركة مقرها في شيكاغو بتسويق فئة جديدة من البوليمرات القابلة للتحلل على غرار المواد الطبيعية ، والتي تشكل المصفوفات العضوية لقشريات الرخويات.

والآليات التي تستخدمها الدياتومات البحرية ، والكوروكوليتفوphوريات ، والرخويات ، واللافقاريات البحرية الأخرى لتوليد هياكل معدنية متقنة مثيرة للغاية على نطاق نانومتر (أقل من جزء من المليار من المتر).

يمكن أن تعزز هياكل المقياس النانومترية هذه من فهم العمليات الهندسية لإنشاء السيراميك الحيوي ، الذي يمكن أن يحدث ثورة في تصنيع الغرسات الطبية وقطع غيار السيارات والأجهزة الإلكترونية والطلاء الواقي والمنتجات الروائية الأخرى.

البوليمرات القابلة للتحلل:

توفر أصداف المحار مصدرا جديدا من البوليمرات الاصطناعية القابلة للتحلل الحيوي مع مجموعة واسعة من الخصائص الصناعية المفيدة. وتستخدم هذه البوليمرات لمعالجة المياه والتطبيقات الزراعية. قدّر [دنلر] مؤسسة من سرير [فورد] متنزهة ، إيلينوي ، أنّ السوق ممكنة لمثل هذه منتوجات يساوي ملايين الدولارات.

باستخدام مركب التجمد الطبيعي الموجود في السمك المفلطح الشتوي كنموذج ، يقوم الباحثون أيضًا بتطوير ببتيدات مضادة للتجمد الاصطناعية ، والتي ستكون قابلة للتحلل الحيوي وتساعد على التحكم في الجليد على الطائرات والطرق السريعة والمحاصيل الزراعية.

المعالجة البيولوجية:

تمتلك المعالجة الحيوية إمكانات كبيرة لمعالجة مشاكل البيئات البحرية وتربية الأحياء المائية. هذه العملية يمكن أن تساعد في معالجة الانسكابات النفطية ، وحركة المواد الكيميائية السامة من الأراضي بسبب الغسل ، والتخلص من مياه الصرف الصحي والنفايات الكيميائية ، واستصلاح المعادن مثل المنغنيز ، وإدارة تربية الأحياء المائية وتجهيز المأكولات البحرية.

طور باحثون في جامعة ولاية لويزيانا بالولايات المتحدة مقاربات تكنولوجية بيولوجية تقليدية لاستقلاب الملوثات السامة مثل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور (Ploryl Biphenyls) و PAH و Creosote. كما نجحت في المعالجة الحيوية وإعادة تدوير الأخشاب البحرية المستخدمة والبيالات التي أنقذت من المنشآت البحرية مثل الموانئ وهياكل إنتاج البترول. وقد وفرت دراستهم طرق جديدة لإزالة كريوزوت والنحاس والكروم والزرنيخ ومركبات سامة أخرى من الخشب المعالج ، لتعزيز إعادة تدوير الخشب.

كما يمكن استخدام الأدوات المعاد تدويرها لنقل الجينات النباتية والحيوانية ، التي تنتج الميتالايثونين (بروتينات ربط المعادن) للكائنات البحرية ، لتسهيل إزالة التلوث بالماء. قام العلماء بإدخال جين ميتالوثيونين للدجاج في الطحلب الأخضر المعزول "Chlamydomonas reinhardtii" ، وأفادوا بأن هذا يعزز نمو الطحالب الكثيفة في المياه الملوثة بالكادميوم.

كما طور العلماء بكتيريا جديدة قادرة على هضم النفط خمس مرات أسرع في المنطقة المجاورة للكائنات الحية أحادية الخلية والتي تسمى البروتوزوا. وبما أن الأوليات تلتقي بكتيريا تستهلك التلوث ، فمن المتوخى أن يؤدي القضاء عليها إلى زيادة معدلات الانهيار. وقد اقترحت هذه الأوليات أنها مهمة للتحلل البيولوجي. يحاول الباحثون أيضًا أن يفهموا كيف أن البكتيريا المسببة لل protيروسات تطالب البكتيريا بإسقاط الهيدروكربونات بشكل أسرع.

كما استخدمت الكائنات البحرية للكشف عن تركيزات مبيدات الأعشاب في التربة والمياه والمواقع الملوثة. ويستند الاختبار الذي تم تطويره إلى بكتيريا ساينوية تم تصميمها وراثيا لتحمل جين لوكس في الجينوم الخاص بها.

هذا البروتين لوكس يسبب انبعاث الضوء في وجود قناة الكاشف الكيميائية. في وجود مبيد الأعشاب ، الذي يعمل على آلة التمثيل الضوئي ، يتم تقليل انبعاث ضوء cyano-bacterium بطريقة يمكن قياسها ومعايرتها إلى تركيز مبيد الحشائش الموجود.

يمكن استخدام أدوات التكنولوجيا الحيوية أيضًا لاستعادة البيئة التالفة. على سبيل المثال ، تشير دراسات من جامعة فلوريدا إلى أن تقنيات التكاثر الدقيق المستخدمة لإنتاج الشوفان البحري والنباتات الساحلية الأخرى يمكن أن تساعد في إصلاح البيئة.

على الرغم من كل هذا التقدم العلمي ، لا يزال هناك كنز كبير من الموارد البحرية القيمة غير مستغلة. يمكن أن يكون فهم التكنولوجيا الحيوية البحرية وإمكانياتها باستخدام تقنيات المودم ثوريًا. وهذا يشمل مجالات مثل المواد الحيوية والأدوية والتشخيص ، وتربية الأحياء المائية ، والمأكولات البحرية ، والعلاج الحيوي ، والأغشية الحيوية والتآكل. ويمكنه أيضاً أن يلعب دوراً رئيسياً في تطوير الحياة النباتية والحيوانية البحرية ، التي يمكن جنيها من أجل تحسين نوع الإنسان.