مطالب علمی_آموزشی رشته شبیه سازی

[BARAN_KH_Z]

بسم الله الرحمن الرحیم

 

[BARAN_KH_Z]

شبیه‌سازی[۱]، همانندسازی (و کلون‌سازی یا همسانه‌سازی[۲]) (به انگلیسی: Cloning) فرایند ساختن یک کلون یا همسان از چیزی است. در زیست‌شناسی به‌طور کلی به فرایندهایی که برای آفرینش کپی از پاره‌هایی از دی‌ان‌ای (همسانه‌سازی DNA)، سلول‌ها (شبیه‌سازی یاخته‌ای) یا جاندار (مانند شبیه‌سازی انسان)، به کار می‌رود گفته می‌شود. این اصطلاح در مواردی که اندامگان‌ها نظیر باکتری، حشره یا گیاه به‌طور غیرجنسی تولیدمثل می‌کنند، نیز به کار می‌رود.

 

[BARAN_KH_Z]

در زیست‌شناسی، شبیه‌سازی به فرایند تولید تعدادی از افراد که از لحاظ ژنتیکی مشابه هم هستند، گفته می‌شود. این شکل شبیه‌سازی زمانی در طبیعت رخ می‌دهد که ارگانیسم‌های همچون باکتری‌ها، حشرات یا گیاهان تولیدمثل غیر جنسی انجام دهند. در زیست فناوری (بیوتکنولوژی)، کلونینگ به روش‌های مورد استفاده به منظور ایجاد کپی‌هایی از قطعات DNA (کلونینگ مولکولی)، سلو ل‌ها (کلونینگ سلولی) یا ارگانیسم‌ها گفته می‌شود. اصطلاح کلونینگ همچنین ممکن است به ایجاد کپی‌های متعدد از یک محصول مانند رسانه دیجیتال یا نرم‌افزار اشاره داشته باشد.

 

[BARAN_KH_Z]

کلونینگ شکلی طبیعی از تولیدمثل است که موجب گسترش اشکال مختلف زندگی طی بیشتر از ۵۰ هزار سال گذشته شده‌است. این روش در تولیدمثل قارچ‌ها، گیاهان و باکتری‌ها و همچنین برای تکثیر کلونی‌های کلونال استفاده می‌شود[۳][۴] زغال اخته، فندق و درختان پاندو از جمله گیاهانی هستند که با این روش تکثیر می‌شوند.

 

[BARAN_KH_Z]

به فرایندهایی که طی آن از یک مولکول نسخه‌های متعدد ساخته می‌شود کلونینگ مولکولی گفته می‌شود. از این روش معمولاً به منظور تکثیر قطعات DNA ی حاوی یک ژن کامل استفاده می‌شود اما می‌توان از آن برای تکثیر هر بخشی از ژن و هر توالی DNA مانند پروموتورها (راه اندازها)، توالی‌های غیرکدکننده و قطعات تصادفی DNA، استفاده نمود. این فرایند در دامنه وسیعی از آزمایش‌های زیستی از انگشت نگاری ژنتیکی تا تولید انبوه پروتئین‌ها کابرد دارد.

به منظور تکثیر هر توالی DNA در یک موجود زنده، توالی بایستی به یک ناحیه تکثیر (بخشی از DNA که می‌تواند تکثیر خود و توالیهای مرتبط را کنترل و هدایت کند) متصل شود. انواع مختلفی از وکتورهای (حاملین) اختصاصی کلونینگ (قطعات کوچکی از DNA که می-توانند وارد یک قطعه DNA خارجی شوند) وجود دارد که برای اهداف مختلفی همچون تولید پروتئین، نشانه گذاری‌های تمایلی، تولید قطعات RNA و DNA استفاده می‌شوند. کلونینگ هر قطعه DNA شامل چهار مرحله است:

قطعه قطعه کردن: شکستن قسمتی از رشته DNA
اتصال (چسباندن): چسباندن قطعات DNA به یکدیگر در توالی مورد نظر
انتقال (ترانسفکشن): قرار دادن قطعه DNA در داخل سلول میزبان
غربالگری/ انتخاب: انتخاب سلول‌هایی که DNA جدید به شکل موفقیت‌آمیزی با آن‌ها انتقال پیدا کرده‌است.
استراتژی کلونینگ را می‌توان به‌طور خلاصه این گونه بیان کرد که در ابتدا DNA موردنظر جداسازی می‌شود. پس از این مرحله روشی جهت اتصال قطعات ایجاد شده با وکتور مناسب لازم است. وکتور که معمولاً یک مولکول حلقوی است با استفاده از آنزیم‌های محدودکننده، خطی شده و تحت شرایط مناسب، توسط آنزیمی به نام DNA لیگاز به قطعه مورد نظر متصل و بعد از این مرحله وکتور به داخل سلول میزبان منتقل می‌شود. چندین روش مختلف از جمله حساسیت شیمیایی سلول، ریزتزریقی و بیولیستیک برای انتقال وکتور به داخل سلول میزبان وجود دارد. بعد از انتقال وکتور، سلول‌های میزبان کشت داده می‌شوند. با توجه به اینکه کارایی این روش معمولاً پایین است بنابراین پس از این مرحله نیاز است تا سلول‌هایی که با موفقیت وکتور حاوی توالی DNA موردنظر را دریافت کرده‌اند شناسایی شوند. به‌طور مثال وکتورهای کلونینگ، حاوی ژن‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک بوده که در نقش یک نشانگر انتخابی عمل می‌کنند. با کشت سلول‌های میزبان در محیط حاوی آنتی‌بیوتیک تنها سلول‌هایی که وکتور حاوی ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک را دریافت کرده باشند توانایی رشد را خواهند داشت.

 

[BARAN_KH_Z]

کلونینگ یک سلول به معنای تبدیل یک سلول به جمعیتی از سلول‌ها می‌باشد. این فرایند در مورد ارگانیسم‌های تک سلولی مانند باکتری و مخمر به‌طور قابل ملاحظه‌ای ساده و تنها نیازمند تلقیح محیط مناسب است در حالیکه کشت‌های سلولی حاصل از ارگانیسم‌های چندسلولی کاری به مراتب سخت‌تر می‌باشد چون سلول‌های گرفته شده از موجودات پر سلولی نمی‌توانند به آسانی در محیط کشت رشد کنند. یک روش ایجاد رده‌های سلولی خالص حاصل از بافت‌ها، استفاده از حلقه‌های کلونینگ (سیلندرها) می‌باشد.[۷]

در این روش یک سوسپانسیون از تک سلول‌های حاصل از بافت مورد نظر تهیه می‌شود سپس برای انتخاب سلول‌هایی با ویژگی‌های خاص آن‌ها را در معرض یک عامل جهش زا یا داروی خاص قرار داده و برای ایجاد کلونی‌های مجزا حاصل از سلوهای منفرد، سوسپانسیون رقیق شده را در محیط جامد مناسب کشت داده می‌شود. سوسپانسیون سلولی بایستی در حدی رقیق شود که سلول‌ها به‌طور مجزا روی محیط کشت قرار گرفته و از تکثیر هر کدام یک کلنی حاصل شود. در مراحل ابتدایی رشد کلنی‌ها که از تعداد محدودی سلول تشکیل شده‌اند یک حلقه ضدعفونی شده (حلقه کلونینگ) اطراف کلنی قرار داده و مقدار کمی تریپسین درون حلقه اضافه می‌شود. سپس سلول‌های آن کلنی جمع‌آوری شده و به یک ظرف کشت مجزا انتقال داده می‌شوند.