الرئيسية
التسجيل
دخول
التكنولوجيا الجزئية Molecular Technology
بعد التقدم فى معرفة تركيب الجين وكيفية تخليق البروتين ظهرت تكنولوجيا حديثة تتعامل مع المادة الوراثية لصالح البشر والتى تعرف بالهندسة الوراثية ومن انجازاتها :
1- عزل جين مرغوب فيه وتكوين ملايين النسخ منه داخل خلايا البكتيريا أو الخميرة .
2- كذلك أمكن تحليل هذه النسخ ومعرفة تتابع النيوكليوتيدات فى هذا الجين .
3- ويمكن كذلك المقارنة بين جينات نفس الفرد وجينات أفراد مختلفة .
4- نقل جينات وظيفية إلى خلايا نباتية أو حيوانية .
5- معرفة تتابع النيوكليوتيدات فى الجين تمكننا من معرفة تتابع الأحماض الأمينية فى البروتين الذى يصنعة هذا الجين .
6- كما أمكن أنتاج جزيئات من DNA حسب الطلب :
أ- فلقد تمكن خورانا سنة 1979 من إنتاج جين صناعى .
ب- أستخدام DNA المبنى حسب الطلب فى أنتاج بروتينات معينة .
جـ- فى المعامل يوجد نظم جينية تبرمج إنتاج شريط من DNA المحتوى على النيوكليوتيدات المطلوبة .
7- بإستبدال حمض أمينى محل أخر فى بروتين معين يمكن للعلماء دراسة تأثيرالحمض الأمينى على وظيفة البروتين .
بعض تقنيات التكنولوجيا الجزيئية
(1) تهجين الحمض النووى
* تأثير الحرارة على جزئ DNA:
1- عند رفع درجة حرارة جزئ DNA إلى 100 م تنكسر الروابط الهيدروجينة التى تربط القواعد المتزاوجة فى شريطى اللولب المزدوج ، ويتكون شريطان مفردان غير ثابتين .
2- عند خفض درجة حرارة DNA فإن الأشرطة المفردة تميل إلى الوصول إلى حالة الثبات عن طريق تزاوج كل شريط مع شريط آخر لتكوين لولب مزدوج مرة أخرى .
ملحوظة :
1- أى شريطين مفردين من DNA أو RNA يمكنها تكوين شريط إذا وجد بهما تتابعات ولو قصيرة من القواعد المتكاملة .
2- تتوقف شدة التصاق الشريطين على درجة التكامل بين تتابعات قواعدهما النيتروجينية حيث يمكن تحديد شدة الالتصاق بين شريطى النيوكليوتيدات بمقدار الحرارة اللازمة لفصل الشريطين مرة أخرى فكلما كانت شدة التصاق الشريطين كبيرة زاد مقدار الحرارة اللازمة لفصلهما .
3- يمكن استخدام قدرة الشريط المفرد ل DNA او RNA على الالتصاق طويلً فى إنتاج لولب مزدوج هجين ( او خليط).
إنتاج لولب مزدوج هجين او خليط لجزئ DNA أو RNA
1- تمزج الأحماض النووية من مصدرين مختلفين ( نوعين مختلفين من الكائنات الحية مثلاً) ثم رفع درجة الحرارة إلى 100ºم
2- عندما يسمح للخليط أن يبرد فأن بعض اللوالب المزدوجة الأصلية تتكون ، وسيتكون فى نفس الوقت عدد من اللوالب المزدوجة الهجين يتكون كل منهما من شريط من كلا المصدرين .
أهمية وفوائد تهجين DNA:
(1) الكشف عن وجود جين معين وبأى كمية يوجد :
أ- يحضر شريط مفرد لتتابعات النيوكليوتيدات يتكامل مع أحد أشرطة الجين المطلوب الكشف عنه.
ب- تستخدم النظائر المشعة فى تحضير هذا الشريط ليسهل التعرف عليه فيما بعد .
ج- يخلط هذا الشريط المفرد المشع مع العينة غير المعروفة . ثم يتم الغلى إلى 100ºم ثم التبريد لتتكامل الأشرطة .
د- نستدل على وجود الجين فى الخليط بالسرعة التى تتكون بها اللوالب المزدوجة المشعة .
(2) تحديد العلاقات التطورية بين الأنواع المختلفة : فكلما كانت العلاقات التطورية أقرب بين نوعين كلما تشابه تتابع نيوكليوتيدات DNA بهما وبالتالى زادت درجة التهجين بينهما .
(2) إنزيمات القطع أو القصر البكتيرية
* الفيروسات ( البكتيروفاج ) وإنزيمات القصر البكتيرية :
كان من المعروف ان الفيروسات التى تنمو فى داخل سلالات معينة من بكتيريا E.coil يقتصر نموها على هذه السلالات فقط ولا تستطيع أن تنمو داخل سلالات أخرى (علل) وفى السبعينات أرجع الباحثون أن هذه السلالات المقاومة من البكتيريا تكون إنزيمات تتعرف على مواقع معينة على جزئ DNA الفيروسى الغريب وتهضمه (تقصه أو تقطعه) إلى قطع عديمة القيمة وقد أطلق على هذه الإنزيمات اسم إنزيمات القصر .
والسؤال الآن : لماذا لا تهاجم هذه الإنزيمات DNA الخاص بالخلية البكتيرية ؟
لقد وجد أن البكتيريا لكى تحافظ على DNA الخاص بها فأنها تكون إنزيمات معدلة حيث تضيف مجموعة ميثيل (-CH3) إلى النيوليوتيدات فى مواقع جزئ DNA البكتيرى التى تتماثل مع مواقع التعرف على DNA الفيروسى مما يجعل DNA البكتيرى مقاوماً لفعل هذا الأنزيم .
* خصائص إنزيمات القصر :
1- تنتشر فى الكائنات الدقيقة وخاصة البكتيريا .
2- هناك العديد من هذه الإنزيمات حيث تم فصل ما يزيد على 250 إنزيماً من سلالات بكتيرية مختلفة .
3- يستطيع كل إنزيم من إنزيمات القصر أن يتعرف على تتابع معين للنيوكليوتيدات مكون من 4-7 نيوكليوتيدات ولذلك يكون تتابع القواعد النيتروجينية على شريطى DNA عند موقع القطع هو نفسه عندما يقرأ التتابع على كل شريط فى اتجاه 3.
4- يقص الأنزيم جزئ DNA عند أو بالقرب من موقع التعرف .
5- لكل إنزيم قصر القدرة على قطع أى جزئ DNA بغض النظر عن مصدره ( DNA فيروسى - بكتيرى – نباتى – حيوانى ) مادام هذا الجزئ يحتوى على نسخة أو أكثر من تتابعات التعرف .
* استخدامات إنزيمات القصر :
1- وسيلة لقص DNA إلى العديد من القطع معلومة النيوكليوتيدات عند أطرافها لتكوين ما يعرف بالأطراف المائلة أو الأطراف اللاصقة .
ملحوظة :
* سميت هذه القطع أطرافا مائلة حيث تكون اللولب المزدوج ذات طرفين مفردى الشريط .
* سميت هذه القطع الأطراف اللاصقة لأن قواعدها تتزاوج مع طرف قطعة أخرى لشريط أخر نتج عن استخدام نفس الإنزيم على أى DNA آخر.
2- لصق قطعة معينة من جزئ DNA بقطعة أخرى من جزئ أخر .
أ- نقص الجزيئين المختلفين من DNA بنفس أنزيم القصر فينتج منهما أطراف مفردة لاصقة ( متكاملة ) .
ب- نخلط القطعتين معاً فتتزاوج أطرافها المفردة اللاصقة .
ج- ثم يتم ربط الطرفين إلى شريط واحد مزدوج بواسطة أنزيم الربط .
" طرق الحصول على قطع DNA لمضاعفتها "
الطريقة الأولى : وفيها : 1- تفصل كمية DNA التى توجد بخلية أحد الثدييات .
2- يتم قص DNA المفصول من الخلية بأنزيمات القصر ونحصل من ذلك على ملايين القطع من DNA.
3- يتم لصق هذه القطع على بلازميدات أوفاج لمضاعفتها .
4- ثم تستخدم تقنيات إنتقائية مختلفة لعزل تتابع DNA المرغوب التعامل معه .
الطريقة الثانية : وهى الأفضل : ( طريقة أنزيم النسخ العكس )
يتم التعامل مع الخلايا التى يكون فيها الجين الذى نريد أن نتعامل معه نشطاً CU+ فمثلاً جين تكوين هرمون الأنسولين يكون نشطاً فى خلايا البنكرياس وجين تكوين الهيموجلوبين نشطاً فى الخلايا المولدة لكرات الدم الحمراء هذه الخلايا النشطة بها كمية كبيرة من m RNA الرسول الذى يحمل رسالة بناء البروتين – الخطوات هى :
1- نحصل على الجين المطلوب المتعامل معه نشطا ( مثل خلايا البنكرياس المكونه للأنسولين – وخلايا النخاع المولدة لكرات الدم الحمراء المكونه للهيموجلوبين )
حيث توجد بالخلايا كمية كبيرة من (m RNA) الحامل للرسالة اللازمة لبناء هذه البروتينات (الأنسولين – الهيموجلوبين ).
2- يعزل الحمض النووى (m RNA) ويستخدم كقالب لبناء (DNA) الذى يتكامل معه .
3- يستخدم إنزيم النسخ العكسى لبناء ( DNA) على قالب من (m RNA) .
4- ينتهى إنزيم النسخ العكسى من بناء شريط مفرد من ( DNA) فيمكنة بناء الشريط المتكامل معه باستخدام إنزيم البلمرة – ثم مضاعفة اللولب المزدوج من (DNA).
* وتوجد شفرة الإنزيم فى الفيروسات التى محتواها الجينى يتكون من (RNA) ويستخدم فى تحويل محتواها من (RNA) إلى (DNA) الذى يرتبط بالمحتوى الجينى من (DNA) فى خلية العائل عند مهاجمة الفيروس للخلية .
ملحوظة :
لمضاعفة قطع (DNA) يستخدم جهاز ( PCR) Polymerase chain reaction الذى يستخدم بإنزيم تاج بوليميريز Tag polymerase الذى يعمل عند درجة حرارة مرتفعه مضاعفه على مضاعفة قطع (DNA) بالآلاف فى دقائق .
*خطوات استنساخ تتابعات (DNA) أى الجينات :
1- يعامل كل من الجين والبلازميد بنفس إنزيم القصر لتكوين نهايات مفردة الشريط متكاملة القواعد لاصقة .
2- عندما يتم خلط الأثنين فإن بعض النهايات اللاصقة للبلازميد تتزاوج قواعدها مع النهايات اللاصقة للجين ، ثم يتم بط الأثنين باستخدام إنزيم الربط وبالتالى يكون قد تم إلصاق الجين الغريب أو قطعة DNA بالبلازميد .
3- يضاف البلازميد إلى مزرعة من البكتيريا أو خلايا الخميرى التى سبق معاملتها لزيادة نفاذيتها ل DNA حيث تدخل بعض البلازميدات إلى داخل الخلايا .
4- كلما نمت هذه الخلايا وانقسمت تتضاعف البلازميدات مع تضاعف المحتوى الجينى للخلية .
5- يتم تكسير الخلايا وتحرير البلازميدات وإطلاق الجين من البلازميدات باستخدام نفس إنزيم القصر الذى سبق استخدامه.
6- يتم عزل الجينات بالطرد المركزى المفرق وبذلك يصبح لدى الباحث كمية كافية من الجين أو قطع DNA المتماثلة .
* استعمالات استنساخ DNA : 1- يحللها الباحث لمعرفة تتابع النيوكليوتيدات بها .
2- يمكن زراعتها فى خلية أخرى .
ملحوظة :
يستخدم حالياً جهاز (PCR) Polymerase chain reaction لمضاعفة قطع DNA حيث يستخدم إنزيم tag polymerase الذى يعمل عند درجة حرارة مرتفعة – ويستطيع هذا الجهاز مضاعفة قطع DNA آلاف المرات خلال دقائق معدودة .
(س) إذا كان تتابع النيوكليوتيدات فى أحد شريطى قطعة من حمض DNA كالتالى :
….. C- T –G- A – A –T –T- C- A –G - . . . . 3َ 5َ
(أ) اكتب هذا التتابع فى كراسة الإجابة ، وأضف إليه التتابع المكمل من نيوكليوتيدات الشريط الآخر لنفس قطعة DNA
G – A – A – T – T- C
* إذا كان لديك إنزيم قصر تعرفه هو
C – T – T – A – A – G
(ب) وضح بالأسهم موقع تعرف هذا الإنزيم على شريطى قطعة DNA.
(ج) اكتب تتابع النيوكليوتيدات فى القطع الناتجة من عمل هذا الإنزيم على شريطى قطعة DNA.
DNA معاد الأتحاد :
تكنولوجيا DNA معاد الأتحاد : عرف DNA معاد الاتحاد ؟ مصر 95
عبارة عن إدخال جزئ من DNA الخاص بكائن حى إلى خلايا كائن حى آخر .
* ويتخيل العلماء أنه قد يمكن إدخال نسخ من جينات طبيعية إلى بعض الأفراد المصابة بعض جيناتهم بالعطب وبذلك نزيل عنهم المعاناة بدون إستخدام العقاقير لعلاج النقص الوراثى .
* يعارض كثير من العلماء أستمرار البحث فى هذا المجال لأنها تكون خطيرة جداً لو إستخدمت فى أغراض أخرى .
التطبيقات العملية لتكنولوجيا DNA معاد الأتحاد : ( إنتاج البروتينات المفيدة بنطاق تجارى مثل:-
(1) إنتاج هرمون الأنسولين البشرى :
• رخصت الولايات المتحدة الأمريكية سنة 1982 إستخدام أول بروتين يتم إنتاجه بتكنولوجيا DNA معاد الأتحاد وهو هرمون الأنسولين البشرى الذى يحتاجة مرضى السكر . والذى ينتج من البكتيريا .
• وكان يتم إستخلاص الأنسولين قبل ذلك من بنكرياس المواشى والخنازير وهذه العملية طويلة وموتفعة التكاليف .
• ومع أن الأنسولين البشرى الذى تنتجة البكتيريا مازال مرتفع التطلفة إلا أنه أفضل لبعض المرضى الذين لا يتحملون الفروق الطفيفة بين الأنسولين البشرى وأنسولين الأنواع الأخرى . ومع تحسن طرق الأنتاج فان الأنسولين البكتيرى قد يصير أقل تكلفة .
(2) إنتاج الأنترفيرونات : عرف الأنترفيرونات ؟ مصر 92
- الأنترفيونات هى بروتينات توقف تضاعف الفيوسات . وعلى الأخص الفيوسات التى يكون محتواها الجينى DNA ومنها الفيوسات المسببة للأنفلونزا وشلل الأطفال .
- تبنى الأنترفيونات داخل جسم الأنسان وتنطلق من الخلايا المصابة بالفيروس وتعمل على وقاية الخلايا المجاورة من مهاجمة الفيروس .
- يعتقد ان الأنترفيونات قد تستخدم لعلاج بعض الأمراض الفيوسية كبعض أنواع السرطان .
- كان الأنترفيون حتى سنة 1970 يستخدم فى الطب ويستخلص بصعوبة من الخلايا البشرية . فكان نادر الوجود غالى الثمن .
- ولكن تمكن الباحثون من إدخال 15 جين بشرى للأنترفيون إلى داخل خلايا بكتيرية فأصبح الآن وفير رخيص نسبياً
- ولكن الدراسات المبدئية إستخدام الأنترفيرون فى علاج السرطان كانت مخيبة للأمال بسبب مشاكل تقنية .
مجالات أخرى يمكن أن تستخدم فيها تقنية DNA معاد الأتحاد : مهم جداً ( المجالات العملية لإستخدامة)
1. تشخيص الخلل الوراثى أما قبل أو بعد الولادة .
2. تشخيص الأمراض المعدية مثل الألتهاب الكبدى الوبائى .
3. تحضير لقاحات أكثر أماناً بتحضير عينة ضعيفة من مسبب المرض .
4. إنتاج مركبات كيماوية بتسخير بعض الكائنات الدقيقة .
5. التخلص من المخلفات العضوية الناشئة عن الصناعة .
6. إنتاج إنزيمات لإستخدامها فى صناعة الألبان بدلاً من تلك التى يحصل عليها من صغار الأبقار والجاموس بعد ذبحها .
وتمكن العلماء بهذه التقنية من :- ( مجالات إستخدامة فى مجال الزراعة )
1. زراعة جينات مقاومة للأمراض فى نباتا المحاصيل .
2. زراعة جينات مقاومة للمبيدات العشبية فى هذه النباتات .
3. عزل ونقل جينات البقوليات التى تمكنها من أستفاضة البكتيريا العقدية التى تثبت النيتروجين وتحوله إلى بروتين . ثم زراعة هذه الجينات فى نباتات أخرى غير البقولية حتى لا يتم تسميدها بالأسمدة النيتروجينية ذات التكاليف العالية والتى تلوث مياة الزراعة .
4. ملحوظة : تلصق الجينات التى يراد زراعتها فى النباتات والحيوانات الراقية بالعناصر المتنقلة بدلأ من البلازميدات لأن هذا يعطى الجين فرصة أكبر للدخول فى المحتوى الجينى للخلية .
مجالات أخرى نجح فيها DNA معاد الأتحاد :
1. تم زرع جين لون عيون ذبابة الفاكهة " ذو اللون الياقوتى الأخحمر " فى خلايا تناسلية لجين سلالة أخرى من ذبابة الفاكهة لون عيونها الأصلى بنية فظهر فى الفرد الناتج اللون الياقوتى الأحمر للعين .
2. تم نقل جين هرمون النمو من فأر كبير أو من انسان لفأر صغير فتضاعف حجمة وقد أنتقلت هذه الصفة لنسلة من بعدة .
3. تم إدخال ( إضافة ) جينات إلى خلايا نبات البيتونيا ونبات الدخان ثم نميت هذه الخلايا إلى أفراد كاملة فأنتقلت الجينات المضافة بعد ذلك لنسلها بعد أن ظهرت عليها أولاً .