المحاضرات والدروس العلمية > المحاضرات العلمية
دورة البيوانفورماتك :: الدرس الثالث
bioComputer:
بسم الله الرحمن الرحيم
الدرس الثالث
تقنيات الهندسة الوارثية
الهندسة الوراثية ( Genetic Engineering ) :
هي علم يهتم بدراسة التكوين الوراثي والتركيب الجينى للكائنات الحية ، من نبات وحيوان وإنسان ، ويستهدف معرفة القوانين التي تتحكم بالصفات الوراثية من أجل التدخل فيها تدخلاً إيجابياً ، وتعديلها أو إصلاح العيوب التي تطرأ عليها ، وقـد تمكن العلمـاء في السنوات الأخيرة من معرفـة الكثير مـن أسـرار الشيفرة الوراثية ( Genetic Code ) لبعض الحيوانات والنباتات والإنسان وأصبحوا قادرين بفضل الله تعالى على فعلِ شيءٍ من التَّغيير في الصِّفات الوراثيَّة للمخلوق ، كما تمكنوا من إنتاج أعضاء حية بالاعتماد على تقنية الهندسة الوراثية وعلم الجنين .
وقد تمكن العلماء مؤخراً باستخدام طريقـة الاستنساخ ( Cloning ) من إنتـاج نُسَخٍ ( Copies ) من المخلوقات الحية انطلاقاً من خلايا غير جنسيَّة أخذوها من المخلوق الأصل ، ويأمل العلماء من تقنية الهندسة الوراثية أن تحلَّ لهم الكثير من المشكلات الطبية الراهنـة التي لا يمكن حلُّها بغير هذه التقنيـة .
ومن أمثلة هده التطبيقات إنتاج أعضاء بديلة ( Substitute Organs ) لاستخدامها في زراعة الأعضـاء ( Organ Transplantation ) بدلاً من الأعضاء التالفة أو المريضة ، وذلك بأن يُنتج العضوُ المطلوبُ عن طريق خلية تؤخذ من جسم المريض نفسه ثم تزرع في مزارع خاصة أو في جسم أحد الحيوانات ، ثم يتم تحفيزها على التكاثر من أجل تشكيل العضو الجديد ، وبعد ذلك يُنزع العضو ويُزرع في جسم المريض ، وهي طريقة أفضل من الطريقة المتبعة اليوم التي يُؤخذ فيها العضوُ من أحد الأشخاص المتبرعين ويُزرع في آخر ، لأنَّ هذه الطريقة الأخيرة تسبب ظاهرة الرفض ( Rejection ) للعضو المزروع وتنتهي بفشل عملية الزراعة في كثير من الحالات .
كما يأمل العلماء مستقبلاً أنْ يسخِّروا الهندسة الوراثية في الوقاية من الأمراض الوراثية ، ومعالجة الكثير من التشوهات الخَلْقيَّة التي تشكل عبئاً اجتماعياً ونفسياً ومالياً ثقيلاً على المجتمع !
bioComputer:
الإسـتنـسـاخ Cloning
ماهى الكلونة او الإستنساخ (Cloning)؟
كلمة نسخة (Clone ) هي مجموعة من الخلايا أو المخلوقات الحية المتطابقة جنياً (أي أن مادتها الوراثية متطابقة) نتجت من خلية واحدة أو مخلوق واحد عن طريق التكاثر اللاجنسي. ومن هذا يمكن تعريف الإستنساخ بأنه عملية إنتاج نسخ مطابقة وراثياً للخلية أو المخلوق الأصلي. وفي مجال لتقنية البيولوجية (Biotechnology)، يستعمل هذا المصطلح ليدل على عدة عمليات يقوم بها البيولوجيون في المعمل منها إستنساخ الجنيات وهنا يتم أخد جين ( Gene) معين في صورة نقية ويتم عمل نسخ منه بكميات كبيرة،
وايضاً إستنساخ الخلايا حيث يتم إنتاج خلايا كثيرة مطابقة للخلية الأصلية. وأخيراً إستنساخ المخلوق الكامل، وفي هذه الحالة يتم إنتاج نسخ مطابقة للمخلوق الأصلي.
والخلاصة هي أن الإستنساخ هو مضاعفة عدد الجنيات أو الخلايا أو المخلوقات الحية من خلية أصلية واحدة.
وفي مجال التقنية البيولوجية (Biotechnology) يتم منذ حوالي أكثر من عشرين سنة إستخدام تقنية إستنساخ الجينات والخلايا. هذه التقنيات استخدمت لإنتاج الأدوية واللقاحات لعلاج الأمراض مثل أمراض القلب والكلية وأمراض السكري والسرطانات المختلفة والتهاب الكبد المعدية وغيرها. كذلك هناك أبحاث جارية لإستنساخ أعضاء الجسم الإنساني وأنسجته كما أسلفنا سابقاً.
إن أهم ما يهتم به العلماء في باب الاستنساخ هو نسخ قطع من الدنا ( الدي إن أي DNA ) سواء كانت هذه القطع عبارة عن جين(مورث)أو جميع الجينوم(أي كل الدي إن أي الموجود في الكائن الحي).
و يحتاج العلماء للقيام بنسخ القطع الجنية لأنهم يحتاجون إلى كمية كبيرة من هذه النسخ و ذلك لندرة استخلاصها في كل مرة من داخل الخلية و ذلك لوجود التعقيدات الإنشائية للكروموسومات .
و على سبيل المثال فان الجين المنتج لسلسة بيتا في الهيموجلوبين و المعروف بمورث ببيتا جلوبين( Beta-Globin Gene) يمثل فقط 0.00005% من حجم الدنا DNA الكلي في الخلية(و الذي يتراوح ب 3بلايين قاعدة نووية).كما أن الجين العملاق و المعروف بجين الدستروفين( Dystrophin Gene ) و الذي يتراوح حجمه بال2.5 ميجابيز (2.5Megabases ) لا يمثل أكثر من 0.08% من الحجم الكلي للدي إن أي في الخلية.و لذلك فان العلماء يحتاجون إلى إجراء نسخ لهذه الجينات أو القطعة من الدنا ( الدي إن أي DNA ) لكي يتسنى لهم التعامل بها و إجراء التجارب عليها.
bioComputer:
طرق نسخ الجين :
1- قص الجين المطلوب بواسطة انزيمات التحديد Restriction enzyme
2- ربط او لصق الجين فى البلازميد plasmid بواسطة انزيمات البلمرة. لوضعه فى الخلية البكترية بعد دلك ليتضاعف ..
3- ننقل البلازميد الى الخلية البكترية .
حيث يعمل البلازميد كناقل او حامل (Vector) للجين ليدخل فى الخلية البكترتية ودورة حياتها ليتضاعف الجين عندما تنقسم الخلية البكتيرية، حيث تنتقل نسخ من الناقل المحتوي على الجين إلى الخلايا البكتيرية الجديدة ويتضاعف الجين من جديد.
4- بعد أن تتكاثر الخلية البكتيرية عدة مرات، يتم إختيار المستعمرة المحتوية على الجين المطلوب بواسطةعملية تسمى التنقية او الغربلة(Screening ).
5- عزل الجين بعد تكبيره وعمل نسخ منه كثيرة .
وبهذا نكون قد حصلنا على نسخة نقية من الجين المطلوب
الان سنتعرف على هده الخطوات بالتفصيل .
bioComputer:
Enzymesالانزيمات
عرفنا مسبقاً ان الجين هو عبارة قطعة صغيرة من الكرموسوم او الجينات ... فكيف يمكن الحصول على الجين منها ؟؟؟!!
لاشك ان فى ذلك قصة مثيرة سنعرفها معاً .. فالحصول على الجين بصورة نقية هو السؤال الدى حير العلماء كثيراً ولم يكن يعرفوا له اجابة حتى عام 1970.
من المعروف لدى علماء الميكروبيولوجيا أنه اذا وضع مستخلص الدنا extract of DNA فى وسط مغذى به بكتريا فانها تستهلك الدنا وتنقله داخل الخلية.. ولكن لوحظ عند دخول الجين الى الخلية البكترية فانه لا يستطيع التعبير عن نفسه ...ولوحظ ايضاً ان بعض البكتريا يمكنها التغلب على الفيروسات التى تهاجمها وتحقن فيها الحمض النووى الفيروسى الخاص بالفيروس نفسه ، حيث تعمل البكتريا على تكسير هذا الجين والحمض النووى الغريب الخاص بالفيروسات بواسطة جهازها المناعى البسيط . الذى يعرف بنظام التحديد او القطع المحدد والتعديل او التحوير Bacterial Restriction/Modification system.
bioComputer:
حيث تستخدم الخلية البكرتية الى نوعين من الانزيمات لحماية نفسها
1- انزيمات التحديد Restriction enzymes :
حيث تقوم بتحديد اماكن معينة فى تتابع الدنا الغريب وقصه وتقطيعه الى اجزاء صغيرة لا يوجد اى ضرر منها
Modifying enzymesانزيمات التعديل او التحوير -2
وهى التى تستخدم فى تحوير الدنا الخاص بالبكتريا نفسها وتغير من شكله حتى تميز بينه وبين الدنا الغريب .
حيث تقوم باضافة مجموعة مثيلMethyl ( CH3 ) الى الاحماض النووية الخاصة بها عن طريق انزيم المسيليز Methylases فى عملية تسمى ( دام وديسم مثيليشين dam and dcm methylation ) .
حيث تفوم البكتريا باضافة مجموعة مثيل Methyl الى قاعدة الادنينA والسيوتسين C
(Methylation at an A or a C residue ) الموجودة فى الدنا البكتيرى .
وبالتالى لا تستطيع انزيمات التحديد من الاقتراب من الدنا البكتيرى لانه محمى ومغطى بمجموعات المثيل .
وبالتالى عندما يدخل اى حمض نووى غريب الى الخلية البكترية تقوم انزيمات القطع المحدد بتقطيعه ادا لم يكن محمى بوجود مجموعة المثيل على قواعده .
ولكن تلك مشكلة هامة تقابلنا عندما وضع الجين الغريب الدى نريد نسخه ووضعنه داخل البكتريا .. حيث ستقوم أنزيمات البكتريا على الفور بتقطيع الجين وتدميره ،لدلك يجب علينا عند استخدام اى خلية بكترية فى النسخ ان نقوم بابطال نظام المثيل حتى لا تقوم بتقطيع الجين المراد نسخه .
تصفح
[0] فهرس الرسائل
[#] الصفحة التالية
الذهاب الى النسخة الكاملة