دریا بستر بسیار مناسبی جهت تحقیق و توسعه است؛ اما تاکنون همه پتانسیل آن شناخته نشده است. در حقیقت، بخش اعظمی از موجودات دریایی (به‌خصوص میکروارگانیزم‌های اولیه) هنوز ناشناخته باقی مانده‌اند که به‌تدریج در حال شناسایی هستند. حتی در مورد موجودات زنده شناخته ‌شده نیز دانش کافی جهت مدیریت کارا و بهره ‌برداری بهینه از آنها وجود ندارد. این همه، اهیمت بیوتکنولوژی دریایی را روشن می‌سازند.


توجه به موجودات زنده دریایی به دو دلیل مهم است

 موجودات زنده دریایی، بخش اعظمی از ذخایر زیستی کره زمین را تشکیل می‌دهند. از آنجاکه حیات از دریاها و اقیانوس‌ها سرچشمه گرفته است، لذا بخش اعظمی از موجودات نخستین و منحصر به‌فرد در دریاها زندگی می‌کنند. بنابراین، دریاها منبع عظیم ذخایر ژنتیکی به‌شمار می‌روند.
 اغلب موجودات دریایی، ساختارها، مسیرهای متابولیکی، سیستم‌های تکثیر (تولید مثل) و مکانیزم‌های احساسی و دفاعی منحصر به‌فردی دارند که بشر می‌تواند از آنها استفاده نماید. علت بروز این ویژگی‌های منحصر به‌فرد، زندگی در طیف وسیعی از شرایط محیطی است (از آب‌های سرد قطبی که دمای آنها تا ۲۰- سانتی‌گراد می‌رسد، تا اعماق اقیانوس‌ها که میزان فشار در آنجا بسیار زیاد است(.

تنوع بیولوژیکی و انواع مختلف مواد شیمیایی موجود در دریاها، از زمان‌های گذشته تاکنون منبع تولید ترکیبات شیمیایی- صنعتی مختلفی بوده‌اند که از آن‌جمله می‌توان مواد دارویی، مواد آرایشی، افزودنی‌های غذایی، کاوشگرهای مولکولی، آنزیم‌ها، مواد شیمیایی خاص و مواد شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی را نام برد. تاکنون هزاران فرآورده با استفاده از منابع دریایی تولید شده‌اند که فقط به بخش کوچکی از تنوع بیولوژیکی و شیمیایی دریاها مربوط می‌شوند. برخی از این فرآورده‌ها هم‌اکنون وارد بازار مصرف شده‌اند و بازاری چند میلیارد دلاری را به‌خود اختصاص داده‌اند.

 عواید حاصل از بیوتکنولوژی دریایی

بیوتکنولوژی دریایی یکی از حوزه‌های در حال رشد است که با کمک آن، از موجوداتی مانند ماهی، جلبک و یا باکتری‌ها به‌طور مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌شود.

 مهمترین فواید بیوتکنولوژی دریایی به شرح زیر است

1-تولید فرآورده‌های جدید و اصلاح‌شده

2-فراهم آوردن تکنیک‌های جدید جهت ردیابی، ارزیابی، ذخیره، حفاظت و مدیریت اکوسیستم‌های دریایی
3-شیلات و پرورش آبزیان (Aquaculture) به صورت پایدار و مطمئن

 1-تولید فرآورده‌های جدید و اصلاح شده

با توجه به پتانسیل بالای موجود در دریا و تنوع موجودات آبزی، تاکنون محصولات فراوانی از آنها استحصال شده است. مانند مواد دارویی، آنزیم‌ها، مواد مولکولی بیولوژیک، کیت‌های تشخیصی، آفت‌کش‌های زیستی، تولید بیوماس جهت تولید انرژی و غیره.اکثر این فرآورده‌ها، مانند ترکیبات هالوژنه (ترکیبات برم وید) هستند و نمی‌توان مشابه آن را از موجودات خشکی‌زی به‌دست آورد. علاوه بر این، میکروارگانیزم‌های دریایی، منبع غنی از ژن‌های جدیدی هستند که می‌توان از آنها برای تولید داروها و فرآورده‌های بیولوژیک جدید و دسترسی به اهداف دیگر مانند مانیتورینگ استفاده کرد.

 برخی از این فرآورده‌ها مورد بررسی قرار گرفته‌اند

1-1مواد دارویی و آرایشی برخی از مواد دارویی و آرایشی که از موجودات دریایی همچون باکتری‌ها، بی‌مهرگان و جلبک‌ها استخراج می‌شوند عبارتند از: داروهای ضدحساسیت (سودوپتروسین‌ها، تاپسنتین‌ها، سایتونمین، مانوآلید)، داروهای ضدسرطان (برایوستانین‌ها، دیسکودرمولاید، الیوتروبین و سارکودیکتین)، آنتی‌بیوتیک‌ها (مارینون) و ملانین‌ها که طیفی از رنگ‌ها هستند که در ساخت صفحات خورشیدی و لنزهای چشمی به‌کار می‌روند.علاوه بر این‌، فرآورده‌های دیگری نیز از موجودات دریایی به دست می‌آیند: مثلاً قارچ‌کش‌ها و آنتی‌بیوتیک‌هایی که به مرور در بدن آزاد می‌شوند؛ افزودنی‌های غذایی مانند پپتیدهای آنتی‌اکسیدان که از ماهیچه میگو جداسازی شده‌اند؛ پیش‌مادة اسیدآمینه میکوسپورین (MAA) و دزوکسی‌گادوسول که از جلبک‌های دریایی استخراج می‌شوند. از این مواد به‌عنوان افزودنی‌های غذایی و همچنین برای ساخت مواد آرایشی استفاده می‌شود. همچنین، از نوعی خرچنگ (Horseshoe Crab)، ماده‌ای را استخراج کرده‌اند که با لیپوپلی‌ساکاریدهای (LPS) باکتری‌های گرم منفی، واکنش می‌دهد و می‌‌تواند در تشخیص عفونت‌های اولیه در انسان و به‌عنوان ردیاب LPS (پیروژن‌ها)، در فرآورده‌های بیوتکنولوژیک عمل کند.

۱-۲ مواد مرکب، پلیمرهای زیستی و آنزیم‌های صنعتی اغلب این مواد از جلبک‌ها و باکتری‌های دریایی استخراج می‌شوند که به تفکیک مورد بررسی قرار می‌گیرند

 جلبک‌ها


بیش از دو هزار سال است که از جلبک‌های دریایی، هم به‌عنوان غذای جانبی بشر و هم در پزشکی، استفاده می‌شود. این جلبک‌ها که در اعماق دریاها (تا عمق ۲۵۰ متری) رشد می‌کنند، به ۱۲ گروه و ۳۰ کلاس مختلف طبقه‌بندی می‌شوند.جلبک‌ها از رنگدانه‌های فتوسنتزی مختلفی استفاده می‌کنند که بر این اساس، به سه گروه قهوه‌ای، سبز و قرمز تقسیم می‌شوند. البته جلبک‌های سبز- آبی نیز وجود دارند که در حال حاضر تحت عنوان باکتری‌های سبز- آبی شناخته می‌شوند و در واقع مرز بین جلبک و باکتری به شمار می‌روند. تنوع بیولوژیکی موجود در جلبک‌ها، امکان تولید طیف وسیعی از فرآورد‌ه‌های بیولوژیک را فراهم می‌آورد که برخی از آنها در حال حاضر در مقیاس وسیع تولید می‌شوند. به‌عنوان مثال، پلی‌ساکاریدهای حاصل از جلبک‌های قرمز (کاراجینن‌ها و آگارها) و جلبک‌های قهوه‌ای (الجین‌ها)، در حال حاضر به‌عنوان عوامل ژلی‌کننده و قوام‌دهنده در صنایع غذایی، در تهیه لوازم آرایشی و حتی مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 مثال‌های زیر مواردی از کاربرد جلبک‌‌ها را نشان می‌دهد

الف) استفاده از جلبک‌های دریایی به‌عنوان غذای جایگزین در آبزی‌پروری برای تغذیة توتیای دریایی، آبالون (نوعی صدف دریایی) و ماهی

 این جلبک‌ها حاوی کمی پروتئین، تمامی اسید آمینه ضروری، ویتامین‌ها، مواد معدنی، اسیدهای چرب غیراشباع با چند پیوند دوگانه (PUFAs) مانند آراشیدونیک اسید(AA)، ایکوساپنتئنویک اسید (EPA) و دوکوسوهگزائینویک اسید(DHA) هستند و به‌عنوان غذای مکمل در رژیم غذایی در آبزی‌پروری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 ب) مصارف انسانی

 به‌دلیل غنی‌بودن جلبک‌ها از مواد معدنی و ویتامین‌ها، این موجودات قرن‌ها به‌عنوان غذایی سالم در رژیم غذایی انسان و یا برای مصارف دارویی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. برای مثال، در دهة گذشته مشخص شد که ترکیباتی همچون لامینارین (Laminarin) و فوکوایدان‌ها (Fucoidan) می‌توانند به‌عنوان داروی ضد تومور، محافظ بدن در برابر تشعشعات خطرناک، کاهش سطح کلسترول خون، کمک به بهبود زخم‌ها، ضد حساسیت، تعدیل‌کننده سیستم ایمنی، افزایش مقاومت در برابر باکتری‌ها و ویروس‌ها و عفونت‌‌های پارازیتی (مثلاً جلوگیری از عفونت‌های پس از جراحی) و جلوگیری از عفونت‌های فرصت‌طلب در افراد مبتلا به ایدز عمل نمایند. همچنین، متابولیت‌های ثانویه استخراج شده از جلبک‌ها (مانند ترکیبات هالوژنه)، مواد امیدبخشی جهت مبارزه با باکتری‌ها و ویروس‌ها هستند.
از موارد کاربرد مواد استخراج شده از جلبک‌ها می‌توان به عصاره‌های برگرفته از برخی جلبک‌های قرمز اشاره کرد که در درمان عوارض ناشی از جایگزینی استخوان و کاهش cellulite (تشکیل غده چربی در زیر پوست که از رشد تعداد زیادی سلول چربی بوجود می‌آید و به شکل یک پنیر مشبک است و باعث جدا شدن پوست از لایه‌های زیرین می‌شود) به‌کار می‌روند.همچنین محققان ژاپنی، روش‌های خاصی را برای تغییر یک جلبک دریایی به‌منظور تولید مقادیر بیشتر آنزیم سوپراکسید دیسموتاز ابداع کرده‌اند. این آنزیم کاربرد زیادی در پزشکی، تولید مواد آرایشی و غذایی دارد.

 ج) مصارف صنعتی:

 هالوپرواکسیدازها از ترکیبات مهمی هستند که از جلبک‌های دریایی به دست می‌آیند و واکنش‌ هالوژنه‌شدن متابولیت‌ها را کاتالیز می‌کنند. از آنجایی‌که هالوژنه شدن، فرآیند مهمی در صنایع شیمیایی محسوب می‌شود، این ترکیبات، فرآورده‌های با ارزشی به شمار می‌آیند.

سایر مصارف بیوتکنولوژیک جلبک‌های دریایی عبارتند از: صنایع غذایی، پزشکی و بهداشت، داروسازی، بهداشت دندان، سیستم‌های درک، سنسورهای زیستی، بیوانرژی و پاکسازی زیستی.

باکتری‌ها


علاوه بر جلبک‌ها، باکتری‌های دریایی نیز منبع با ارزشی برای تولید مواد شیمیایی و آنزیم‌های مختلف محسوب می‌شوند. از جمله فرآورده‌های حاصل از این باکتری‌ها، آنزیم‌های صنعتی هستند. آنزیم‌هایی که از این باکتری‌ها، به دست می‌آیند، به دلیل دارا بودن خصوصیات ویژه بسیار مهم و با ارزش هستند. به‌عنوان مثال، برخی از این آنزیم‌ها در برابر غلظت بالای نمک مقاوم هستند و می‌توانند در فرآیندهای صنعتی خاصی مورد استفاده قرار گیرند. پروتئازهای خاصی از این باکتری‌ها استحصال می‌شوند که در شوینده‌ها و پاک‌کننده‌های صنعتی و غیره کاربرد دارند. از جمله باکتری‌های تولیدکننده این پروتئازهای خارج‌سلولی، می‌توان به گونه‌های جنس Vibrio اشاره کرد؛ به‌عنوان نمونه، ویبریو آلژینولیتیکوس (Vibrio alginolyticus) شش پروتئاز تولید می‌کند که یکی از آن‌ها با نام اگزوپروتئاز سرین‌آلکالین نسبت به شوینده‌ها مقاوم است. همچنین این باکتری‌ دریایی، آنزیم کلاژناز نیز تولید می‌کند که مصارف صنعتی و تجاری مختلفی دارد که از آن جمله می‌توان به جداسازی سلول‌ها از یکدیگر، در مطالعات کشت بافت اشاره کرد. گروه دیگری از میکروارگانیزم‌های دریایی خاص که از آنها در جهت تولید آنزیم‌های خاص استفاده شده است، آرکئو‌باکتری‌های هایپرترموفیلیک (باکتری‌های باستانی) هستند. این باکتری‌ها می‌توانند در درجه حرارت‌های بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد رشد کنند، بنابراین باید دارای سیستم‌های آنزیمی خاصی باشند که در این درجه حرارت بالا، فعال باقی بمانند. محیط‌ زندگی این باکتری‌ها، چشمه‌های آب گرم، دستگاه گوارش حیوانات، لوله‌های هیدروترمال، محیط‌های شور مانند دریاچه‌های نمک و غیره است. برخی از فرآورده‌های آنزیمی استخراج شده از باکتری‌های مقاوم به درجه حرارت که در حال حاضر نیز به‌صورت تجاری درآمده‌اند، عبارتند از: پلیمرهای مقاوم به گرما، لیگازها و آندونوکلئازهای برشی.اولین محصول آنزیمی حاصل از آرکئو‌باکتری‌ها، DNA پلیمراز مقاوم به حرارت بود که از باکتری‌ Thermus aquaticus و از چشمه‌های آب گرم پارک ملی Yellow Stone در آمریکا استخراج شد.

 این آنزیم، نقشی اصلی را در واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) بازی می‌کند. این DNA پلیمراز، در سال ۱۹۸۹ از سوی مجله ساینس (Science) به‌عنوان مولکول سال، انتخاب گردید.

۱-۳مواد مولکولی بیولوژیک

تحقیقات جدید نشان داده‌اند که فرآیندهای بیوشیمیایی دریایی می‌توانند جهت تولید مواد زیستی جدید مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال، شرکتی در شیکاگو، گروه خاصی از پلیمرهایی را که به‌طور طبیعی قابل تجزیه هستند و مشکلات زیست‌محیطی کمتری به‌همراه دارند، به بازار عرضه کرده است. این مواد در ماتریس‌های آلی پوسته نرم‌تنان (حلزون) یافت می‌شوند.همچنین مواد زیستی دریایی جهت رفع گندیدگی‌های زیستی که مسئله‌ای بغرنج و پرهزینه است، به‌کار می‌روند؛ تشکیل کلونی‌های باکتریایی و میکروبی همراه با لارو بی‌مهرگان و اسپور جلبک‌ها بر سطوح، منجر به تشکیل یک لایة لجنی سخت می‌شود که اغلب باعث اختلال در خطوط لوله انتقال، خوردگی سطوح فلزات و غیره می‌شوند و برای رفع آن نیاز به صرف هزینه زیادی است. از مواد زیستی دریایی برای زدودن این لایه می‌توان استفاده کرد.

همچنین مکانیزم‌های مورد استفاده توسط دیاتومه‌های دریایی، کوکولیتوفوریدها، نرم‌تنان و دیگر بی‌مهرگان دریایی، جهت ایجاد ساختارهای معدنی پیچیده در مقیاس نانو، مورد توجه قرار گرفته‌اند. لازم به‌ذکر است که ساختارهای نانو، دارای خصوصیات ویژه‌ای نسبت به ساختارهای بزرگتر هستند. نتایج تحقیقات در زمینة ساخت و طراحی بیوسرامیک‌هایی که با درک مکانیزم‌های بکاررفته توسط موجودات فوق، حاصل شده است، امیدهای زیادی را در زمینة ساخت اجزای کاشتنی در پزشکی، اجزای حرکتی خودکار، وسایل الکترونیکی، پوشش‌های حفاظتی و دیگر فرآورده‌های نوین به‌وجود آورده است.

۱-۴ ردیاب‌های زیستی

موجودات دریایی، مدل‌های مناسبی را جهت توسعة حسگرهای زیستی، ردیا‌ب‌های زیستی، کیت‌های تشخیص طبی، آبزی‌پروری و ردیابی محیطی به‌وجود آورده‌اند. نوعی از این حسگرهای زیستی، آنزیم‌های درگیر در بیولومینسانس هستند. ژن‌های lux که کدکنندة این آنزیم‌ها هستند، از باکتری‌های دریایی همچون ویبریو فیشری (Vibiro fischeri ) جدا شده و به طیفی از گیاهان و باکتری‌های دیگر انتقال داده شده‌اند. ژن‌های lux در یک توالی ژنی یا اپرون درج می‌شوند و تنها زمانی عمل می‌کنند که در یک شرایط محیطی تعریف شده قرار گیرند. مثلاً اگر این ژن در اپرون درگیر در تجزیة تولوئن درج شود، هنگامی که این باکتری‌های مهندسی شده، در محیط‌ حاوی تولوئن قرار می‌گیرند، به‌صورت زرد-سبز (Yellow-Green) دیده می‌شوند و این بدان مفهوم است که باکتری، در حال تجزیه‌کردن تولوئن است. از این خاصیت می‌توان جهت ردیابی این مواد استفاده کرد.نوع دیگری از ردیاب‌های زیستی که امید زیادی را در محققین به‌وجود آورده است، ژن کاوشگر است که می‌تواند جهت شناسایی موجودات مفید و یا مضر به‌کار رود. به‌عنوان مثال، برای شناسایی پاتوژن‌های انسانی موجود در غذاهای دریایی، آب‌های بازیافت شده، شناسایی پاتوژن‌های ماهی درسیستم‌های آبزی‌پروری، تشخیص میکروارگانیزم‌هایی که قادر به تغییر مواد شیمیایی به شکل مناسبی هستند (تجزیه مواد شیمیایی سمی، آسیمیلاسیون CO۲ ، احیاء فلزات)، ردیابی گروه‌های خاصی از ماهی در زمان مهاجرت از مکانی به مکان دیگر و مطالعات دیگر، از ژن‌های کاوشگر استفاده می‌شود. از جمله ژن‌های کاوشگر، ژن GFP (نوعی پروتئین فلوروسنس) است که برای اولین بار در چتر دریایی (Aequorea Victoria) شناسایی شد. در حال حاضر، این ژن به‌طور گسترده و به‌عنوان یک مولکول فلوروسنت حساس (TAG)، جهت شناسایی و تعیین محل پروتئین‌های خاص در یک سلول، در دسته‌ای از سلول‌ها و در یک بافت خاص برای بررسی بیان ژن در سیستم‌های مختلف به‌کار می‌رود.

۱-۵ آفت‌کش‌های زیستی فرآورده‌های طبیعی دریایی، پتانسیل جایگزینی با آفت‌کش‌های شیمیایی و دیگر نهاده‌های مورد استفاده در کشاورزی را دارند. Padad TM نمونه‌ای از آفت‌کش‌های زیستی دریایی است که از سم یک کرم که به‌عنوان طعمه در ماهی‌گیری استفاده می‌شود، ساخته شده است. بررسی‌ها نشان داده این آفت‌کش طبیعی در مبارزه با لارو ساقه‌خوار برنج، پروانه برگخوار مرکبات و چند آفت دیگر، به‌خوبی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. اخیراً نیز محققین در مونتانا، ترکیبات جدیدی را از میکروارگانیزم‌های همزیست با جلبک‌ها و اسفنج‌های دریایی جداسازی کرده‌اند. این ترکیبات محرک رشد هستند؛ جوانه‌زنی را تحریک می‌کنند و باعث افزایش طول ریشه و کلئوپتیل در گیاهان می‌شوند. گونه‌هایی از اسفنج‌ها، ترپن‌ها را تولید می‌کنند که از ترکیبات آروماتیک مورد استفاده در حلال‌ها و عطرها محسوب می‌شوند. عصاره‌های برگرفته از همین اسفنج‌ها، دارای خاصیت حشره‌کشی برعلیه دو گونه حشره هستند.

6-1تولید انرژی با استفاده از بیوماس دریایی تقریباً ۴۰درصد از کل انرژی اولیه یا فتوسنتز، در دریاها ایجاد می‌شود. در این فرآیند، موجودات فتوسنتزکننده (فیتوپلانکتون‌ها، جلبک‌ها و گیاهان دریایی) دی‌اکسیدکربن را جذب و با استفاده از انرژی نورانی خورشید به کربن آلی (قندهای اولیه) و اکسیژن تبدیل می‌کنند. میزان دی‌اکسیدکربن اقیانوس‌ها ۵۰ برابر میزان دی‌اکسیدکربن موجود در اتمسفر است و برآورد شده که سالانه حدود ۳۵ گیگاتن کربن به بیوماس دریایی تبدیل می‌شود. اما تاکنون از این منبع عظیم سوخت به‌صورت تجاری برای تأمین انرژی، استفاده نشده است. علت اصلی این موضوع، مقرون به صرفه نبودن آن در مقایسه با سایر فرآورده‌های خشکی است. البته می‌توان با بهره‌گیری از روش‌های مبتنی بر بیوتکنولوژی، نسبت به تولید بیشتر بیوماس و همچنین استفاده ارزان‌تر از آن اقدام نمود. این عمل می‌تواند از طرق زیر صورت گیرد

1-تغییر ساختار مولکولی آنزیم Rubisco )این آنزیم در تثبیت CO۲ و تبدیل آن به قندها نقش مهمی دارد) اصلاح ترکیب شیمیایی بیوماس به‌منظور بهره‌برداری بهتر و استفاده از بیوماس جهت کاربردهای نوین.

به‌عنوان مثال، مهندسی میکروجلبک‌های دریایی جهت تولید لیپید بیشتر، با هدف فراهم آوردن منبعی از سوخت‌های جایگزین که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه‌تر از منابع سنتی باشد.
تبدیل بیوماس به اتانول و دیگر اشکال جایگزین انرژی و استوک‌های غذایی شیمیایی

2- ردیابی، ارزیابی، ذخیره، حفاظت و مدیریت اکوسیستم‌های دریایی یکی از مهمترین کارها در زمینة ثبت تنوع میکروبی موجود، ارزیابی دقیق گونه‌ای و بررسی تغییرپذیری موجودات حاضر در هر محیط ویژه است. برآوردها نشان می‌دهد که کمتر از یک‌دهم‌درصد از میکروارگانیزم‌های دریایی را می‌توان از طریق روش‌های استاندارد تکنیک کشت بافت، بازیافت کرد. این مهم (بازیافت میکروارگانیزم‌های دریایی) می‌تواند با به‌کارگیری آنالیزهای فیلوژنتیکی مولکولی تقویت شود. ژن‌های نشانگر را می‌توان با استفاده از ابزارهای مولکولی، از جمعیت‌های میکروبی جداسازی کرد و از آنها برای شناسایی سویه‌های مختلف بهره برد.پاکسازی زیستی (Bioremediation) با استفاده از میکروب‌ها، امید زیادی را برای حل مسایل مرتبط با آلودگی محیط‌های دریایی و همچنین آبزی‌پروری به‌وجود آورده است. از جمله این آلودگی‌ها، وجود لکه‌های نفتی در بندرها و خطوط کشتی‌رانی و سکوهای نفتی است. تاکنون تعداد زیادی از میکروارگانیزم‌های دریایی شناسایی شده‌اند که می‌توانند در پاکسازی زیستی مورد استفاده قرار گیرند.میکروارگانیزم‌های دریایی علاوه بر استفاده در پاکسازی زیستی، اغلب مواد مفیدی را تولید می‌کنند که با محیط‌زیست سازگار هستند. پلیمرهای زیستی و سورفاکتانت‌های زیستی غیرسمی که در مدیریت و تصفیة زباله‌ها و فاضلاب‌ها از آنها استفاده می‌شود، نمونه‌هایی از این مواد هستند. از این میکروب‌ها در حذف تعفن ناشی از فاضلاب‌ها نیز استفاده می‌شود. شناخت بیشتر از برهم‌کنش میکروب‌های دریایی با فلزات سنگین و یا Radionuclide می‌تواند به افزایش استفاده از آنها در جذب زیستی (Biosorption)، رسوب‌دهی زیستی (Bioprecipitation)، کریستاله‌سازی زیستی (Biocrystalisation) و حل مسایل و مشکلات آب‌های آلوده منجر شود. فرآیندهایی چون فرآوری زیستی (Bioproccessing) نیز از دیگر موارد بهره‌گیری از میکروارگانیزم‌های دریایی است؛ زمینة نوظهور مهندسی فرآوری زیستی، در واقع استفاده از بیوتکنولوژی در صنعت است که برای تولید فرآورده‌هایی همچون مواد دارویی و عوامل فعال زیستی به‌کار می‌رود. مهندسی فرآوری زیستی نیازمند درک کامل از سیستم بیولوژیکی موجود زندة مورد استفاده (مثلاً یک موجود دریایی)، جداسازی و تخلیص یک فرآورده و تبدیل آن به یک شکل پایدار، مؤثر و مناسب است. در این زمینه، برخی از باکتری‌ها و قارچ‌های دریایی، پتانسیل ویژه‌ای برای تولید مواد شیمیایی نامعمول اما مفید دارند که نمی‌توان آنها را در موجودات خشکی‌زی یافت.

3- شیلات و پروش آبزیان به صورت پایدار و مطمئن استفاده از منابع شیلاتی به‌صورت مطمئن و پایدار، یکی از ملزومات صید ماهی از دریاها است. صید بی‌رویه باعث صدمه یافتن اکوسیستم‌های دریایی شده و حتی به از بین رفتن برخی گونه‌ها می‌انجامد به همین دلیل و با افزایش رشد جمعیت و نیاز به منابع دریایی، رویکرد به آبزی‌پروری نیز فزونی یافته است. از طرفی چون در این سیستم‌ها از گونه‌های خاصی از ماهی استفاده می‌شود، این افزایش مصنوعی یک نوع جمعیت، نتایج منفی نیز به دنبال دارد و تعادل اکوسیستم را برهم می‌زند. برای اجتناب از این مشکلات، به‌کارگیری تکنیک‌های مولکولی و تحقیق بیشتر در خصوص ایجاد و حفاظت از منابع ژنتیکی، می‌تواند راه‌گشا و مفید باشد. نظر به اینکه آبزی‌پروری می‌تواند غذایی با کیفیت بالا و در فرمی پایدار در اختیار انسان قرار دهد، لذا باید زمینه‌های خاص را در اکوواکالچر مدنظر قرار داد که عبارتند از: تثبیت تنوع گونه‌ها، تغذیه بهینه، بهداشت و سلامت جمعیت‌های کشت شده، مقاومت به بیماری‌ها و کاهش اثرات سوء محیطی.تکنیک‌های مؤثری در این زمینه‌ها ایجاد شده‌اند که عبارتند از: انتخاب به کمک مارکر، برنامه‌های انتخاب فامیلی و توده‌ای، شناسایی مارکرهای مولکولی جدید به‌منظور استفاده در آنالیزهای والدی و شجره‌ای، استفاده از تریپلوئیدها در ازدیاد نسل و تجدید نسل و استفاده از میکروارگانیزم‌های دریایی همچون پروبیوتیک‌ها در اکوواکالچر که باعث حفظ سلامت و افزایش تولید ماهی می‌شوند. بهره‌گیری از تکنیک‌های بیولوژی مولکولی همراه با روش‌های سنتی اصلاح، می‌تواند باعث بهترشدن فرآیند بازیافت موجودات دریایی شود.استفاده از روش‌های بیوتکنولوژی، امیدهای زیادی را برای تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان فرآورده‌های حاصل از اکوواکالچر به‌وجود آورده است. تکنولوژی مهندسی ژنتیک و تولید موجودات دریایی اصلاح شدة ژنتیکی (GMO) با دارا بودن ویژگی‌های مفیدی همچون رشد سریع، مقاومت در برابر پاتوژن و مقاومت در برابر درجه حرارت پایین، می‌تواند بازده قابل ملاحظه‌ای را در آبزی‌پروری نصیب سرمایه‌گذاران این صنعت کند. استفاده از موجودات مهندسی شده برتر، کارایی تولید را به‌واسطة افزایش میزان رشد، ضریب تبدیل مواد غذایی، مقاومت به بیماری و کیفیت و ترکیب فرآورده‌ها بهبود می‌بخشد. استفاده از بیوتکنولوژی در آبزی‌پروری، می‌تواند ما را در حفظ گونه‌های وحشی و منابع ژنتیکی و فراهم آوردن مدل‌ها و روش‌های بی‌نظیر، جهت تحقیقات بیومدیکال، یاری بخشد.علاوه بر موارد فوق، کشت همزمان چند گونه و ایجاد یک سیستم ادغامی که در آن مواد زاید حاصل از یک گونه می‌تواند غذای گونة دیگر را فراهم آورد، فیلتراسیون آب، جداسازی مواد آلی و تولید موازی دیگر فرآورده‌های مفید همچون دوکفه‌ای‌ها، جلبک‌های دریایی و فیتوپلانکتون‌های غنی از پروتئین نیز می‌تواند افزایش تولید و راندمان آبزی‌پروری را به‌دنبال داشته باشد.

مباحثی که در آبزی‌پروری مطرح می‌شود عبارتند از

۳-۱ تکثیر زیاد و نمو سریع بیوتکنولوژی می‌تواند جهت تکثیر زیاد و نمو سریع موجوداتی که در آبزی‌پروری مورد استفاده قرار می‌گیرند، به‌کار ‌رود. از جمله منافع حاصل از به‌کارگیری بیوتکنولوژی در آبزی‌پروری می‌توان به تولید گامت‌ها و تخم‌های گونه‌های با ارزش اقتصادی در تمام طول سال و ایجاد بازارهای جدید برای بچه‌ماهی‌های اصلاح شده ژنتیکی، اشاره کرد. همچنین، بیوتکنولوژی ابزارهایی را به‌منظور بهبود تکثیر و بقای گونه‌های در معرض خطر فراهم می‌آورد که در نتیجه می‌توان به حفاظت تنوع حیات روی کره زمین کمک کرد.

۳-۲ بهبود سطح بهداشت و سلامتی بیوتکنولوژی راهکارهای خاصی را جهت افزایش سلامت و بهداشت موجودات مورد استفاده در آبزی‌پروری ارایه می‌دهد؛ بیماری‌های مختلفی در کشت ماهی‌ها و نرم‌تنان صدف‌دار وجود دارند که درنتیجة این بیماری‌‌ها، هر ساله میلیون‌ها دلار به صنعت شیلات و آبزی‌پروری خسارت وارد می‌شود. در این زمینه، بیوتکنولوژی ضمن افزایش بقا، رشد و بهداشت این موجودات، می‌تواند انتقال این بیماری‌ها را بین استوک‌های وحشی و اهلی کاهش دهد. ابزارهای مولکولی می‌توانند شناخت ما را راجع به ایمنی، مقاومت و حساسیت میزبان به بیماری‌ها و پاتوژن‌های مربوطه افزایش دهند. این روند از طریق اطلاعات پیشرفته حاصل از چرخه‌های حیاتی و مکانیزم‌های بیماری‌‌زایی، مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌ و انتقال بیماری صورت می‌گیرد. فرآورده‌های بالقوه حاصل از این تحقیقات، شامل تکنیک‌های ژن‌درمانی، استوک‌های عاری از پاتوژن، عوامل مؤثر پیشگیری و ایمنی مانند تعدیل‌کننده‌های ایمنی، آنتی‌ژن‌ها و واکسن‌ها، عوامل دارویی مؤثر و ایمن و غیره هستند.

3-3 افزایش ارزش و کیفیت محصولات بیوتکنولوژی می‌تواند جهت ارزیابی و افزایش ایمنی، تازگی، رنگ، طعم، مزه، خصوصیات تغذیه‌ای و افزایش مدت زمان مصرف فرآورده‌های غذایی حاصل از آبزی‌پروری مورد استفاده قرار گیرد.علاوه بر این، تکنولوژی‌های حاضر می‌توانند جهت تشخیص و ارزیابی سموم و آلودگی‌ها و بررسی میزان بقای آنها در غذاهای دریایی و کاهش یا حذف آنها به‌کار روند. همچنین می‌توان از بیوتکنولوژی در بهبود فرآوری غذاهای دریایی استفاده کرد.

4-3حفاظت از منابع ژنتیکی حفاظت و غنی‌سازی تنوع زیستی در سیستم‌های طبیعی، یکی از اولویت‌های کشورهای مختلف است. بیوتکنولوژی با دو روش می‌‌تواند جهت حفاظت از منابع ژنتیکی گونه‌های آبی مورد استفاده قرار گیرد: اولاً از ابزارهای بیوتکنولوژی می‌توان در شناسایی و تشخیص ژرم‌پلاسم دریایی از جمله گونه‌های در معرض انقراض استفاده کرد. ثانیاً بیوتکنولوژی می‌تواند فهم ما را راجع به اساس مولکولی تنظیم‌ و بیان ژن و به همان اندازه تعیین جنسیت موجودات دریایی افزایش دهد و بنابراین باعث بهبود و توسعة روش‌های شناسایی گونه‌ها، استوک‌ها و جمعیت‌ها شود. به‌عنوان نمونه، راهکارهایی را همچون انتخاب به کمک نشانگر، تکنیک‌های دقیق و مؤثر انتقال ژن و تکنولوژی‌های پیشرفته جهت حفاظت از گامت‌ها و جنین‌ها در سرما می‌توان نام برد.

۳-۵ ایجاد مدل‌های بیومدیکال برتر هدف از آبزی‌پروری فقط تولید غذا نیست. با توجه به اینکه موجودات دریایی با شرایط سخت موجود در دریا سازگار شده‌اند، مدل‌های مناسبی جهت تحقیقات بیوتکنولوژی و فرآیندهای آن به‌شمار می‌روند. تحقیق در مورد جنبه‌های نموی، سلولی و مولکولی موجودات دریایی به‌عنوان سیستم‌های مدل، می‌تواند دیدگاه‌ ما را راجع به مکانیزم‌های ایجاد بیماری در انسان بهبود بخشد.

 4-کاربرد ژنتیک مولکولی در شیلات

نمونه‌هایی از کاربردهای ژنتیک مولکولی در شیلات همراه با مثال‌های عملی آن را بیان می‌کنند

۴-۱ شناسایی جمعیت‌ها تحت واحدهای مدیریتی

به‌عنوان مثال، شناسایی ماهی آزاد اقیانوس آرام و اطلس، قزل‌آلای قهوه‌ای در اروپا، ماهی سرخ در اطلس شمالی

 2-4 آنالیز استوک‌های مخلوط

 به‌عنوان مثال تفکیک ماهی روغن (کادمرو) در خلیج سنت‌لورنس و ماهی آزاد بالتیک

3-4 برهم‌کنش بین جمعیت‌های پرورشی رها شده و وحشی

 به‌عنوان مثال، شناسایی برهم‌کنش ماهی‌های آزاد اقیانوس اطلس که به‌صورت وحشی وجود داشتند با آن دسته از ماهی‌های آزادی که به‌صورت مصنوعی رها شده بودند

4-4 تخمین کارایی استوک‌سازی با استفاده از آنالیز والدی- شجره‌ای

 نگاهی به پتانسیل اقتصادی بیوتکنولوژی دریایی

بیوتکنولوژی دریایی، زمینهٔ نسبتاً جدیدی است که به کشف و استفاده از فرآورده‌ها و فرآیندهای برگرفته از موجودات دریایی اختصاص دارد. اقیانوس‌ها و دریاها بیش از سه‌چهارم سطح زمین و موجودات دریایی، بخش اعظمی از تنوع بیولوژیکی آن را تشکیل می‌دهند. این تنوع، منبع ترکیبات منحصربه‌فردی است که دارای پتانسیل‌های صنعتی در زمینه‌هایی همچون تولید مواد دارویی، آرایشی، افزودنی‌های غذایی، کاوشگرهای مولکولی، آنزیم‌ها، و مواد شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی است.

هر گروه از فرآورده‌های فوق، بازاری بالقوه به ارزش چند میلیارد دلار دارند. در واقع، هزاران ترکیب شیمیایی منحصربه‌فرد که تاکنون شناسایی و از منابع دریایی استحصال شده است، تنها به بخش کوچکی از تنوع بیولوژیکی و شیمیایی دریاها تعلق دارد و اقیانوس‌ها هنوز سرشار از ترکیبات با ارزشی هستند که در آینده کشف خواهند شد.

به‌عنوان مثال‌، فروش یک فرآوردهٔ دریایی عامل ضد حساسیت با نام Pseudoterosin که از ویپ‌های دریایی (Sea Whip) استحصال می‌شود، به بیش از ۱۰۰ میلیون دلار رسیده است. این امر نشان‌دهندهٔ این است که بیوتکنولوژی دریایی، بازاری چند میلیارد دلاری را در سراسر جهان به خود اختصاص داده است

تحلیل
با توجه به آمار و ارقام فوق و وجود حدود ۳ هزار کیلومتر مرز آبی و چندین دریاچه در ایران، به‌نظر می‌آید که بیوتکنولوژی دریایی می‌تواند زمینهٔ مناسبی جهت سرمایه‌گذاری و کسب درآمد برای کشور باشد؛ بسیاری از موجودات مفید دریایی از جمله جلبک‌ها، ماهی‌ها و میکروارگانیسم‌ها در آب‌های ساحلی ایران به وفور یافت می‌شوند که می‌توان به عنوان منابع در‌آمدزا به آنها نگاه کرد. اما علیرغم وجود این پتانسیل‌ مناسب، در ایران سرمایه‌گذاری ناچیزی در این زمینه صورت گرفته است؛ اگر چه مراکزی مانند مؤسسه تحقیقات شیلات ایران، مؤسسه تحقیقات بیوتکنولوژی خلیج فارس و برخی از دانشگاه‌ها به‌طور پراکنده در این زمینه مشغول به فعالیت هستند، ولی حجم این فعالیت‌ها در مقایسه با پتانسیل اقتصادی زیادی که در دریا وجود دارد، بسیار ناچیز است. عدم توجه به بیوتکنولوژی دریایی، در سند ملی زیست‌فناوری ایران نیز مشاهده می‌شود؛‌ به‌گونه‌ای که در این سند، نامی از بیوتکنولوژی دریایی، به‌عنوان یکی از شاخه‌های بیوتکنولوژی، برده نشده است و این مسئله یکی از ایراداتی است که بر سند مذکور وارد است.