آموزشی مهندسی ژنتیک

[HAN]

مهندسی ژنتیک، به‌عنوان بخشی از دانش زیست‌فناوری؛ به مجموعه روش‌هایی گفته می‌شود که به منظور جداسازی، خالص‌سازی، واردکردن و بیان یک ژن خاص در یک میزبان بکار می‌روند و نهایتاً منجر به بروز یک صفت خاص یا تولید محصول مورد نظر در جاندار میزبان می‌شود. کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریباً نامحدود به نظر می‌رسد.

 

[HAN]

این علم کاربردهای زیادی در علوم پایه، داروسازی،علوم دامی، تولیدات صنعتی، کشاورزی و علوم پزشکی دارد. در زمینه علوم پایه، بررسی‌هایی مانند مکانیسم‌های همانندسازی دنا و بیان ژن‌ها در پروکاریوت‌ها، یوکاریوت‌ها و ویروس‌ها و همچنین چگونگی ساخته شدن و تغییرات پروتئین‌های داخلی سلول و همچنین سازوکار ایجاد سرطان از جمله کاربردهای مهندسی ژنتیک است.

 

[HAN]

در زمینه کشاورزی که بستر بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک است، تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی، تولید گیاهان پرمحصول و تولید گاوها و دام های پرتولید و دارای شیر و گوشت بیشتر، را می‌توان نام برد؛ و در زمینه کاربردهای پزشکی، تشخیص بیماری‌های ارثی، تولید انسولین انسانی، تولید هورمون رشد انسان و… را می‌توان نام برد.

 

[HAN]

در سال‌های اخیر گسترش و توسعهٔ تکنیک‌های سنتز دی‌ان‌ای نوترکیب انقلابی را در درمان بسیاری از بیماری‌های انسانی از جمله انواع سرطان‌ها، اغلب بیماری‌های خود ایمنی نظیر دیابت و همچنین تشخیص، پیشگیری و درمان بسیاری از بیماری‌های مادرزادی فراهم آورده‌است.

 

[HAN]

تاریخچه

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 آن‌ها مشخص نمی‌شود، بلکه پس از مدت زمانی که می‌گذرد ارزش آن‌ها معلوم می‌شود.

 

[HAN]

یکی از مثال‌های روشن این مسئله کشف ساختمان سه بعدی DNA به وسیلهٔ جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۳ بود. این ساختمان نسبتاً ساده باعث شد تا دانشمندان سیستم‌های مختلف ژنتیکی را بررسی کنند. اما مطلب به همین‌جا، ختم نشد و دانشمندان مختلف سعی کردند که از این اطلاعات استفاده نمایند. هدف آن‌ها نیز بیان ساده‌ای داشت. آن‌ها خواستند تا یک DNA را از یک موجود بگیرند و در موجود دیگر وارد نمایند تا اثرات آن ژن در موجود ثانویه بروز کند.

 

[HAN]

این علم نوین که به تدریج جای خود را در بین علوم دیگر پیدا کرد، با عناوینی چون زیست‌شناسی مولکولی، مهندسی ژنتیک و نهایتاً دی ان ای نوترکیب شناخته می‌شود. مثال معروفی از کاربردهای مهندسی ژنتیک تولید سویه ای از باکتری اشرشیاکلی است که قادر به سنتز انسولین انسانی است. تولید گیاهان مقاوم به تنش‌های شوری و خشکی از دیگر مثال‌های شناخته شدهٔ کاربردهای مهندسی ژنتیک است.

 

[HAN]

مراحل مهندسی ژنتیک


۱- ساخت DNA نوترکیب

ساخت دنا نوترکیب یکی از اصلی‌ترین مراحل مهندسی ژنتیک است. از این رو حتی به مهندسی ژنتیک، فناوری ساخت دنا نوترکیب نیز گفته می‌شود. برای ساخت دنا 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 (دنا کوچک، حلقوی که در بعضی از باکتری‌ها 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 دنا از آنزیم‌های محدودکننده استفاده می‌شود. آنزیم‌های محدودکننده آنزیم‌هایی باکتریایی هستند. یعنی فقط ژن رمزکننده این آنزیم‌های پروتیینی در باکتری‌ها موجود می‌باشد و سلول‌های یوکاریوتی ژن رمزکننده این دسته از آنزیم‌ها را ندارند.

 

[HAN]

۲- کلون کردن

بعد از ساخت دنا نوترکیب نوبت به کلون یا همسانه سازکردن دنا می‌رسد. هر گاه از یک ژن، نسخه‌های یکسان متعدد ساخته شود، ژن کلون شده‌است. برای فهم بیشتر، به مهندسی ژنتیک در باکتری می‌پردازیم. برای کلون کردن ژن، ابتدا دنا نوترکیب را در مجاورت باکتری قرار می‌دهیم. بعضی از باکتری‌ها توانایی جذب دنا نوترکیب را دارند و آن را جذب می‌کنند. دناهای نوترکیب جذب شده، دستگاه همانندسازی باکتری را در اختیار گرفته و مستقل از همانندسازی باکتری، همانندسازی می‌کند (یکی از ویژگی‌های پلازمید باکتری، همانندسازی مستقل از سلول اصلی است).مانند باکتری اشرشیا کلای‌. چون ژن خارجی در دنا نوترکیب قرار دارد، با هر بار همانندسازی دنا نوترکیب (ژن خارجی به علاوه پلازمید)، به تعداد ژن خارجی افزوده می‌شود.

 

[HAN]

۳- غربال کردن (تمیز دادن)

در این مرحله باید باکتری‌هایی که دنا نوترکیب را جذب کرده‌اند از باکتری‌هایی که آن را جذب نکرده‌اند تمیز داده شوند. برای تمیز دادن از آنتی‌بیوتیک‌ها استفاده می‌شود. نکته قابل ذکر دیگر در مورد پلازمیدها این است که حاوی ژن‌هایی می‌باشند که با دنا اصلی باکتری متفاوت است. یکی از این ژن‌ها، ژن مقاوم به آنتی‌بیوتیک است. یعنی باکتری‌هایی که این ژن را دارند، توانایی مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک را با ساخت پروتیین دارا می‌باشند. به عنوان مثال برای غربال کردن می‌توان از آنتی‌بیوتیک تترا سایکلین استفاده کرد. تترا سایکلین به محیط کشت اضافه می‌شود و باکتری‌هایی که دنا نوترکیب را جذب کرده‌اند سالم می‌مانند و آن‌های که آن را جذب نکرده‌اند از بین می‌روند. (در همه پلازمیدها ژن مقاوم به تترا سایکلین وجود ندارد. ممکن است ژن مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک دیگری وجود داشته باشد.)