مهندسی ژنتیک: تفاوت میان نسخه‌ها

امروزه دانش و فن مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در عرصه‌های بسیار متنوع مانند کشاورزی، تغذیه و مواد غذایی، دامپروری، شاخه‌های مختلف علوم پزشکی و صنایع دارویی، صنایع تخمیری، صنایع نظامی، انرژی، محیط زیست و بهداشت بشر، استفاده‌های بسیار ارزشمندی پیدا کرده‌است. اهمیت بعضی از اصول علمی، در زمان کشف آنهاآن‌ها مشخص نمی‌شود، بلکه پس از مدت زمانی که می‌گذرد ارزش آنهاآن‌ها معلوم می‌شود. یکی از مثالهای روشن این مسئله کشف ساختمان سه بعدی DNA بوسیله [[جیمز واتسون]] و [[فرانسیس کریک]] در سال ۱۹۵۳ بود. این ساختمان نسبتاً ساده باعث شد تا دانشمندان سیستمهایسیستم‌های مختلف ژنتیکی را بررسی کنند. اما مطلب به همین‌جا، ختم نشد و دانشمندان مختلف سعی کردند که از این اطلاعات استفاده نمایند. هدف آنهاآن‌ها نیز بیان ساده‌ای داشت. آنهاآن‌ها خواستند تا یک DNA را از یک موجود بگیرند و در موجود دیگر وارد نمایند تا اثرات آن ژن در موجود ثانویه بروز کند.

ساخت DNA نوترکیب یکی از اصلی تریناصلی‌ترین مراحل مهندسی ژنتیک است.از این رو حتی به مهندسی ژنتیک، فناوری ساخت DNA نوترکیب نیز گفته می شودمی‌شود.

برای ساخت DNA نوترکیب به دو نوع آنزیم نیاز است.یکی برای بریدن ژن خارجی(ژن مورد نظر برای تکثیر یا محصول) و وکتور، به عنوان مثال پلازمید(DNA کوچک، حلقوی که در بعضی از باکتری هاباکتری‌ها وجود دارد) و قرار دادن ژن خارجی در وکتور و دومین آنزیم برای برقراری پیوند فسفو دی استر بین ژن خارجی و وکتور.

برای بریدن DNA از آنزیم های محدودآنزیم‌های کنندهمحدودکننده استفاده می شودمی‌شود. آنزیمآنزیم‌های های محدود کنندهمحدودکننده آنزیم هایی باکتریایی هستند. یعنی فقط ژن رمز کنندهرمزکننده این آنزیم هایآنزیم‌های پروتیینی در باکتری هاباکتری‌ها موجود می باشدمی‌باشد و سلول هایسلول‌های یوکاریوتی ژن رمز کنندهرمزکننده این دسته از آنزیم هاآنزیم‌ها را ندارند. آنزیم های محدودآنزیم‌های کنندهمحدودکننده توالی کوتاه و خاصی از DNA به نام جایگاه تشخیص آنزیم را شناسایی میکنندمی‌کنند و آن هاآن‌ها را برش می دهند. بیشتر آنزیم هایی محدود کننده،محدود‌کننده، توالی کوتاه و تک رشته ایرشته‌ای را در دو انتهای DNA ای که برش میزنند ایجاد میکنندمی‌کنند که به آن هاآن‌ها انتهای چسپنده می گویند. در مهندسی ژنتیک تنها از آنزیم هایی که انتهای چسبنده ایجاد میکنندمی‌کنند استفاده میشودمی‌شود. انتهای چسبنده باعث می‌شود که پیوند هیدروژنی بین دو تک رشته DNA ایجاد شده توسط آنزیم محدود کنندهمحدود‌کننده(انتهای چسبنده) برقرار شود.بعد از برقرای پیوند هیدروژنی بین دو انتها، برای برقراری پیوند فسفو دی استر بین دو رشته DNA، از آنزیم پروتیینی لیگاز استفاده میشودمی‌شود. حال DNA نوترکیب آماده شده استشده‌است.

هر گاه از یک ژن، نسخه هاینسخه‌های یکسان متعدد ساخته شود، ژن کلون شده استشده‌است. برای فهم بیشتر، به مهندسی ژنتیک در باکتری می پردازیم.برای کلون کردن ژن، ابتدا DNA نوترکیب را در مجاورت باکتری قرار میدهیم. بعضی از باکتری هاباکتری‌ها توانایی جذب DNA نوترکیب را دارند و آن را جذب میکنندمی‌کنند. DNA هایDNA‌های نوترکیب جذب شده، دستگاه همانند سازی باکتری را در اختیار گرفته و مستقل از همانند سازی باکتری، همانند سازی می کندمی‌کند (یکی از ویژگی هایویژگی‌های پلازمید باکتری، همانند سازی مستقل از سلول اصلی است). چون ژن خارجی در DNA نوترکیب قرار دارد، با هر بار همانند سازی DNA نوترکیب(ژن خارجی به علاوه پلازمید)، به تعداد ژن خارجی افزوده می شودمی‌شود.

در این مرحله باید باکتری هایی که DNA نوترکیب را جذب کرده اند از باکتری هایی که آن را جذب نکرده اند تمیز داده شوند. برای تمیز دادن از آنتی بیوتیک هابیوتیک‌ها استفاده میشودمی‌شود. نکته قابل ذکر دیگر در مورد پلازمید هاپلازمید‌ها این است که حاوی ژن هایی می باشندمی‌باشند که با DNA اصلی باکتری متفاوت است. یکی از این ژن ها، ژن مقاومت به آنتی بیوتیک است. یعنی باکتری هایی که این ژن را دارند، توانایی مقاومت در برابر آنتی بیوتیک را با ساخت پروتیین(رونویسی از ژن و تولید mRNA و سپس ترجمه) دارا می باشندمی‌باشند. به عنوان مثال برای غربال کردن می توانمی‌توان از آنتی بیوتیک تترا سایکلین استفاده کرد. تترا سایکلین به محیط کشت اظافه می‌شود و باکتری هایی که DNA نوترکیب را جذب کرده اند سالم می مانند و آن هایآن‌های که آن را جذب نکرده اند از بین می روند.(در همه پلازمید هاپلازمید‌ها ژن مقاومت به تترا سایکلین وجود ندارد. ممکن است ژن مقاومت در برابر آنتی بیوتیک دیگری وجود داشته باشد)

حال نوبت به آن رسیده تا ژن خارجی از DNA نوترکیب جدا شود. برای جداسازی باید از همان آنزیم محدود کننده ایمحدود‌کننده‌ای استفاده کرد که در مرحله ساخت DNA نوترکیب استفاده شد، زیرا جایگاه تشخیص آنزیم تغییر نکرده و همان جایگاه است.

حال در ظرف آزمایش، دو نوع DNA مختلف وجود دارد؛ یکی ژن خارجی و دیگری پلازمید. برای جداسازی این دو از یکدیگر از دستگاه الکتروفورس(الکتروفورز) در ژل استفاده می شودمی‌شود. اساس جداسازی DNA در این دستگاه، بر اساس بار الکتریکی است (DNA دارای بار الکتریکی منفی است). ژل ورقه ایورقه‌ای مستطتیلی شکل و دارای سوراخ هایسوراخ‌های ریز بسیار است. در یک سمت دستگاه الکتروفورس تعدادی چاهک وجود دارد. مخلوط حاوی پلازمید و ژن خارجی درون این چاهک هاچاهک‌ها ریخته می شودمی‌شود. حال جریان الکتریکی در این دستگاه بر قرار می شودمی‌شود.چاهک هاچاهک‌ها در نزدیکی قطب منفی قرار دارند تا بتواند باعث دفع DNA هاDNA‌ها (که دارای بار منفی است) شود و DNA هاDNA‌ها به سمت قطب مثبت حرکت کند. ژن هایژن‌های خارجی اندازه ایاندازه‌ای به مراتب کوچک ترکوچک‌تر نسبت به پلازمید هاپلازمید‌ها دارند و از سوراخ هایسوراخ‌های ریز موجود در ژل به سمت قطب مثبت حرکت میکنندمی‌کنند و پلازمید هاپلازمید‌ها که اندازه ایاندازه‌ای بزرگ تر دارد توانایی حرکت از این سوراخ هایسوراخ‌های ریز را ندارند و در همان سمت می مانند.

حال در دستگاه دو نوار دیده می شودمی‌شود.یکی در نزدیکی قطب مثبت (ژن خارجی) و دیگری در نزدیکی قطب منفی (پلازمید).

بدین وسیله ژن مورد نظر به تعداد بسیار زیاد ساخته می شودمی‌شود.

در این راستا، تلاش‌های گسترده‌ای برای درمان سرطان با استفاده از روش‌های ژن‌درمانی (مانند انتقال ژن‌های بازدارنده سرطان به درون سلول‌ها) به طوربه‌طور فزاینده‌ای در حال افزایش است. مهار ژن‌هایی که بیشتر از اندازه طبیعی تکثیر یا بیان شده‌اند (مانند آنکوژنهای فعال‌شده) و جایگزینی یک ژن ناقص یا حذف‌شده از جمله راهبردهای این روش درمانی به حساب می‌آیند.

به طوربه‌طور کلی، محققان علم ژنتیک و بیوتکنولوژیست‌های مولکولی اعتقاد دارند که تلاش‌های آنهاآن‌ها در این زمینه، می‌تواند به کاربردهای بسیار ارزشمندی در زمینه‌های پزشکی، کشاورزی و مانند آن‌ها منجر شود.

البته علی‌رغم بحث‌های بسیار جدی که در مورد سوء استفاده‌های احتمالی از مقوله شبیه‌سازی و عواقب زیستی و اخلاقی آن در دنیا وجود دارد، خوشبختانه اعتقاد اکثریت قابل توجهی از صاحب‌نظران امر که با درک مسئولیت خطیر انسانی خود، به پژوهش‌های متنوع و گسترده مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در عرصه پزشکی مولکولی مشغولند، این است که تحقیقات مذکور باید تنها برای مقاصد پیشگیری، تشخیص و درمان اساسی بیماری‌ها به کار رفته شود، جنبش [[رائلیان]] نقش بسزایی در همراه سازی افکار عمومی در این زمینه داشته استداشته‌است.

در سال ۱۹۹۷ محققی به نام یان ویلموت با ارایهارائه اخباری مبنی بر کلون کردن موفق یک گوسفند به نام [[دالی (گوسفند)|دالی]]، توجه جهانیان را به خود جلب کرد. محققان تا قبل از بوجود آمدن دالی، تصور می کردندمی‌کردند که نمیتوان از سلول هایسلول‌های تمایز یافته، برای تولید یک موجود کامل استفاده کرد. اما ویلموت با آزمایش خود این نظریه را رد کرد.

دالی ، گوسفند ماده ایماده‌ای بود که از سلول هایسلول‌های پستانی منجمد یک گوسفند که سال هاسال‌ها پیش مرده بود، بدست آمد.در بوجود آوردن دالی دانشمندان با جدا سازی ۲۲۷ سلول از سلولهای پستان گوسفند بالغ منجمد شده و انتقال آن به ۲۲۷ تخمک غیر بارو که هسته آنهاآن‌ها خارج شده بود توانستند سلول هایسلول‌های جنینی بوجود آوردند و آنهاآن‌ها را به مدت ۶ روز در آزمایشگاه کشت دادند.

دانشمندان سپس ۲۹ سلول جنینی را کشت داده و به ۲۹ میش جانشین به عنوان مادر دوم وارد کرده و در رحم قرار دادند. در نهایت فقط یکی از آنهاآن‌ها تولید گوسفند زنده به نام دالی کرد. دوره باروری گوسفندان ۵ ماه و نیم است.دالی پس از ۵ ماه و نیم متولد شد. در حقیقت دالی دوقلوی یکسان همان گوسفندی بود که مدت هامدت‌ها پیش مرده بود. نژاد گوسفند دالی از نژاد فین دورست بود و نام آن از خواننده معروف [[دالی پارتن]] گرفته شده بود.

تولید پلاستیک‌های قابل تجزیه (Green Plastics)، تولید انرژی‌های تجدیدپذیر با استفاده از بیومس (Biomass)، طراحی و تولید ساختارهای نانومتری (Nanostructures) جدید مثل بیوترانزیستورها، بیوچیپ‌ها و پلیمرهای پروتئینی با استفاده از روش‌های مهندسی پروتئین، بکارگیری روش‌های ژنتیک در افزایش بازیافت و سولفورزدایی نفت خام و پاکسازی آلودگی‌های زیست‌محیطی به کمک فرایندهای زیستی، از دیگر عرصه‌های نوین و با ارزش ژنتیک در صنعت و محیط زیست به شماربه‌شمار می‌روند.

رشد فزآینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای مواد غذایی در دهه‌های اخیر موجب شده تا در زمینة علوم کشاورزی و مواد غذایی شاهد یک گذر جدی و اجتناب‌ناپذیر از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته و بکارگیری روش‌های نوین ژنتیک در تولید محصولات زراعی و دامی باشیم. همانگونه که می‌دانیم، گیاهان، اصلی‌ترین و مهمترین منابع تجدیدشونده جهان هستند که علاوه بر تأمین غذای آدمی و حیوانات، نیازهای غیرتغذیه‌ای، شیمیایی و صنعتی مانند فتوسنتز هم توسط آنهاآن‌ها مرتفع می‌گردد. به همین دلیل، کاربرد روش‌های مهندسی ژنتیک و ژنتیک مولکولی برای افزایش کمی و کیفی محصولات از یک سو و کاهش هزینه‌ها و زمان تولید از سوی دیگر، استفاده از این روش‌ها در شاخه‌های گوناگون کشاورزی را بسیار ارزشمند کرده‌است.

به عنوان مثال مهندسان ژنتیک با بهره گیری از مهندسی ژنتیک،سویه ایژنتیک،سویه‌ای از برنج را تولید کرده اند که دارای مقادیر بالا آهن و بتاکاروتن(در بدن به [[ویتامین آ|ویتامین A]] تبدیل میشودمی‌شود) می باشدمی‌باشد.این دستاورد در بخش هایی از قاره آسیا اهمیت خاصی دارد،زیرا بسیاری از مردم آن از کمبود آهن رنج می برند.همچنین مهندسان ژنتیک با وارد کردن یک ژن درون محصولات گیاهی،گیاهانی تولید کرده اند که نسبت به حشرات مقاوم هستد.گیاهانی که نسبت به حشرات مقاوم هستند،دیگر نیازی به حشره کش هاکش‌ها که آلوده کنندهآلوده‌کننده محیط زیست هستند ندارند.از مثال هایمثال‌های دیگر،تولید گیاهانی مقاوم به شرایط اقلیمی مختلف،تولید گیهانی مقاوم به خشکی و همچنین نیز می توانمی‌توان به تنظیم سرعت رسیدن میوه هامیوه‌ها اشاره کرد.

به‌کارگیری روش‌ها و فنون مهندسی ژنتیک و ژنتیک مولکولی به طوربه‌طور جدی از سال ۱۹۸۳ آغاز و روندی به شدت رو به رشد را به ویژه در قلمرو اصلاح گیاهان زراعی استراتژیک، طی کرد. پیشرفت در این حوزه، فوق‌العاده چشمگیر است. به طوری کهبه‌طوری‌که در مدتی کمتر از هشت سال، سطح زیر کشت گیاهان دست ورزی شده ژنتیکی (Transgenic)، وسعتی بالغ بر ۶۰ میلیون هکتار از اراضی کشاورزی جهان را به خود اختصاص داد. به این ترتیب، مهندسی ژنتیک و ژنتیک مولکولی به منظور تأمین امنیت غذایی جمعیت رو به رشد جهان وارد عمل شده و مواد غذایی حاصل [[دستکاری ژنتیکی]] (GMOs) به تدریج وارد بازار شد.

وارد کردن ژن‌های فراوان (مربوط به صفات مختلف) به ده‌ها گونه گیاهی مانند گندم، جو، گوجه‌فرنگی، ذرت، سیب زمینی، سویا، پنبه، مارچوبه، تنباکو و چغندرقند جهت اصلاح یا بهبود فراورده‌های کشاورزی، امکان تغییر ژنتیکی در راه‌های بیوسنتزی گیاهان برای تولید انبوه موادی مانند روغن‌های خوراکی، موم‌ها، چربی‌ها و نشاسته‌ها که در شرایط عادی به میزان بسیار جزیی تولید می‌شوند و کنترل آفات زیستی، تنها نمونه‌های کوچکی از کاربردهای گسترده گیاهان ترانس ژنی (تراریخته) را شامل می‌شوند. اطلاعات بیشتر در این زمینه در جدول شماره ۴ ارایهارائه شده‌است.

جانور ترانی ژنتیک، علاوه بر ماده ژنتیکی خود، واجد مقداری ماده ژنتیکی اضافی با منشأ خارجی می‌گردد. اگر ژن خارجی، به سلول هایسلول‌های جنسی جانور ترانس ژنتیک وارد شود، می‌تواند به نسل هاینسل‌های بعدی نیز منتقل شود. امروزه روش‌های متعددی برای ایجاد جانوران ترانس ژنایک ژنیک ابداع شده‌است.

به عنوان مثال امروزه برای تولید پروتیین هایپروتیین‌های پیچیده انسانی که در باکتری هاباکتری‌ها قابل ساخته شدن نیستند، می توانمی‌توان از گاو هاگاوها استفاده کرد. به این صورت که ژن به سلولسلول‌های های آن هاآن‌ها وارد می‌شود و پروتیین هایپروتیین‌های تولید شده، به شیر وارد شده و می توان آنمی‌توان هاآن‌ها را از شیر استخراج کرد.

و مسلماً آنهاآن‌ها را گمراه می کنم، و آنان را به آرزوهای باطل افکنم، و به آنان دستور می دهم که گوش چهار پایان بشکافند، و وادارشان می کنم؛ تا خلقت و آفرینش خدا را تغییر دهند». و هر کس شیطان را به جای خدا ولی و دوست خود بگیرد، قطعاً زیانی آشکار کرده استکرده‌است.

بر آنهاآن‌ها بگویم که بدعت نهند

بدانید این نکته اینکته‌ای بندگان

* - کتاب زیست شناسیزیست‌شناسی پیش دانشگاهی درس دوم