مهندسی ژنتیک: تفاوت میان نسخه‌ها

کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریباً نامحدود به نظر می‌رسد. این علم کاربردهای زیادی در [[علوم پایه]]، تولیدات صنعتی، [[کشاورزی]] و [[علوم پزشکی]] دارد. در زمینه علوم پایه، بررسی‌هایی مانند مکانیزمهای [[همانند سازی]] [[دی‌ان‌ای|DNA]] و بیان ژنها در [[پروکاریوت]]ها، [[یوکاریوت]]ها و [[ویروس]]ها و همچنین چگونگی ساخته شدن و تغییرات پروتئین‌های داخلی سلول و همچنین مکانیزم ایجاد [[سرطان]] از جمله کاربردهای مهندسی ژنتیک است. در زمینه کشاورزی که بستر بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک است، تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی، تولید گیاهان پرمحصول و تولید گاوهای دارای شیر و گوشت بیشتر، را می‌توان نام برد؛ و در زمینه کاربردهای پزشکی، تشخیص بیماریهایبیماری‌های ارثی، تولید انسولین انسانی، تولید هورمون رشد انسان و... را می‌توان نام برد.

برای بریدن DNA از آنزیم‌های محدودکننده استفاده می‌شود. آنزیم‌های محدودکننده آنزیم هاییآنزیم‌هایی باکتریایی هستند. یعنی فقط ژن رمزکننده این آنزیم‌های پروتیینی در باکتری‌ها موجود می‌باشد و سلول‌های یوکاریوتی ژن رمزکننده این دسته از آنزیم‌ها را ندارند. آنزیم‌های محدودکننده توالی کوتاه و خاصی از DNA به نام جایگاه تشخیص آنزیم را شناسایی می‌کنند و آن‌ها را برش می دهند. بیشتر آنزیم هاییآنزیم‌هایی محدود‌کننده،محدودکننده، توالی کوتاه و تک رشته‌ای را در دو انتهای DNA ای که برش میزنند ایجاد می‌کنند که به آن‌ها انتهای چسپنده می گویند. در مهندسی ژنتیک تنها از آنزیم هاییآنزیم‌هایی که انتهای چسبنده ایجاد می‌کنند استفاده می‌شود. انتهای چسبنده باعث می‌شود که پیوند هیدروژنی بین دو تک رشته DNA ایجاد شده توسط آنزیم محدود‌کنندهمحدودکننده(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 می‌شود. حال DNA نوترکیب آماده شده‌است.

هر گاه از یک ژن، نسخه‌های یکسان متعدد ساخته شود، ژن کلون شده‌است. 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 باکتری‌ها توانایی جذب DNA نوترکیب را دارند و آن را جذب می‌کنند. DNA‌های نوترکیب جذب شده، دستگاه همانند سازیهمانندسازی باکتری را در اختیار گرفته و مستقل از همانند سازیهمانندسازی باکتری، همانند سازیهمانندسازی می‌کند (یکی از ویژگی‌های پلازمید باکتری، همانند سازیهمانندسازی مستقل از سلول اصلی است). چون ژن خارجی در DNA نوترکیب قرار دارد، با هر بار همانند سازیهمانندسازی DNA نوترکیب(ژن خارجی به علاوه پلازمید)، به تعداد ژن خارجی افزوده می‌شود.

در این مرحله باید باکتری هاییباکتری‌هایی که DNA نوترکیب را جذب کرده اند از باکتری هاییباکتری‌هایی که آن را جذب نکرده اند تمیز داده شوند. برای تمیز دادن از آنتی بیوتیک‌ها استفاده می‌شود. نکته قابل ذکر دیگر در مورد پلازمید‌هاپلازمیدها این است که حاوی ژن هاییژن‌هایی می‌باشند که با DNA اصلی باکتری متفاوت است. یکی از این ژن ها، ژن مقاومت به آنتی بیوتیک است. یعنی باکتری هاییباکتری‌هایی 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 می‌باشند. به عنوان مثال برای غربال کردن می‌توان از آنتی بیوتیک تترا سایکلین استفاده کرد. تترا سایکلین به محیط کشت اظافه می‌شود و باکتری هاییباکتری‌هایی که DNA نوترکیب را جذب کرده اند سالم می مانند و آن‌های که آن را جذب نکرده اند از بین می روند.(در همه پلازمید‌هاپلازمیدها 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 محدود‌کننده‌ایمحدودکننده‌ای 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 می‌شود. اساس جداسازی DNA در این دستگاه، بر اساس بار الکتریکی است (DNA دارای بار الکتریکی منفی است). ژل ورقه‌ای مستطتیلی شکل و دارای سوراخ‌های ریز بسیار است. در یک سمت دستگاه الکتروفورس تعدادی چاهک وجود دارد. مخلوط حاوی پلازمید و ژن خارجی درون این چاهک‌ها ریخته می‌شود. حال جریان الکتریکی در این دستگاه بر قرار می‌شود.چاهک‌ها در نزدیکی قطب منفی قرار دارند تا بتواند باعث دفع DNA‌ها (که دارای بار منفی است) شود و DNA‌ها به سمت قطب مثبت حرکت کند. ژن‌های خارجی اندازه‌ای به مراتب کوچک‌تر نسبت به پلازمید‌هاپلازمیدها دارند و از سوراخ‌های ریز موجود در ژل به سمت قطب مثبت حرکت می‌کنند و پلازمید‌هاپلازمیدها که اندازه‌ای بزرگ تر دارد توانایی حرکت از این سوراخ‌های ریز را ندارند و در همان سمت می مانند.

از دیگر موضوعات بسیار مهم روز در زمینه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، که ارتباط تنگاتنگی با علوم پزشکی داشته و احتمالاً در آینده منشأ تحولات بزرگی در این زمینه خواهد بود، بحث کلون سازیکلون‌سازی (همانندسازی یا شبیه‌سازی) یا تکثیر غیرجنسی سلول‌ها است؛ که طی آن با همانندسازی از روی سلول بالغ یک موجود زنده، نسخه‌ای مشابه موجود اولیه ساخته می‌شود.

شایان ذکر است که نخستین موفقیت انسان در کلون سازیکلون‌سازی یک پستاندار بالغ (گوسفند دالی) در سال ۱۹۹۷ توسط [[یان ویلموت]] انگلیسی و همکاران وی در مؤسسه راسلین (ادینبر، اسکاتلند) با انتقال هسته یک سلول سوماتیک (غیرجنسی) به درون سیتوپلاسم یک اووسیت (سلول جنسی ماده) که هسته‌اش خارج شده بود، به دست آمد.

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 سازیهمراه‌سازی افکار عمومی در این زمینه داشته‌است.

دالی ، گوسفند ماده‌ای بود که از سلول‌های پستانی منجمد یک گوسفند که سال‌ها پیش مرده بود، بدست آمد.در بوجود آوردن دالی دانشمندان با جدا سازیجداسازی ۲۲۷ سلول از سلولهایسلول‌های پستان گوسفند بالغ منجمد شده و انتقال آن به ۲۲۷ تخمک غیر بارو که هسته آن‌ها خارج شده بود توانستند سلول‌های جنینی بوجود آوردند و آن‌ها را به مدت ۶ روز در آزمایشگاه کشت دادند.

به عنوان مثال مهندسان ژنتیک با بهره‌گیری از مهندسی ژنتیک،سویه‌ای از برنج را تولید کرده اند که دارای مقادیر بالا آهن و بتاکاروتن(در بدن به [[ویتامین آ|ویتامین A]] تبدیل می‌شود) می‌باشد.این دستاورد در بخش هاییبخش‌هایی 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 کش‌ها که آلوده‌کننده محیط زیست هستند ندارند.از مثال‌های دیگر،تولید گیاهانی مقاوم به شرایط اقلیمی مختلف،تولید گیهانی مقاوم به خشکی و همچنین نیز می‌توان به تنظیم سرعت رسیدن میوه‌ها اشاره کرد.