علم الهندسة الجينية وبعض المفاهيم الوراثية

علم الهندسة الجينية Genetic Engineering وبعض المفاهيم الوراثية

تشمل الهندسة الجينية علم الوراثة وأسس البايلوجيا الجزيئية (Molecular Bilogy ) ، ويستهدف هذا المجال مصدر المعلومات الوراثية . ويشمل علم الهندسة الجينية كل التقنيات المستعملة في تغيير الصفات الوراثية كالمعالجة الجينية gene manipulation والتنسيل الجيني Gene cloning والتحوير الوراثي Gene modification وكذلك تقنية الحمض النووي المؤشب Recombinant DNA technology ، وتصب كل هذه المصطلحات الشائعة حاليا فيما يدعى الآن بعلم الهندسة الجينية genetic engineering والذي يستهدف المجالات التطبيقية التالية :

- تحديد وظيفة الجين (المورثة) وتركيبه

- إنتاج المركبات لأهداف علاجية بالطرق الحيوية

- تطبيق الهندسة الجينية على النبات والحيوان والجراثم ( T ransgenic plants, animals and microorganisms) وتقود الدعامة الرئيسية للمعالجة الجينية بخطواتها الأربعة (توليد قطع من الحمض النووي، ربط هذه القطع بالبنيات الناقلة (فيروسات أو بلاسميدات)، ثم إدخالها في الخلايا المراد تطويرها، وأخيرا اختيار التتبعات المرغوبة وعزل التتابع المفرد من جزيئات الحمض النووي DNA لغرض التنسيل الجيني. يمثل الجين في علم الأحياء الجزيئي، الوحدة الأساسية للمعلومات الوراثية، أو بتعبير آخر يستخدم مصطلح الجين للتعبير عن المعلومات الوراثية المنسوخة إلى جزء مفرد السلسلة من الحمض النووي (mRNA) حيث يترجم إلى بروتين محدد. وتعتمد العمليات الحيوية بشكل أساسي على معرفة الشفرة الوراثية genetical code ، وما هي السلاسل المرموزة في مصدر المعلومات الوراثية أو ما يدعى بالقوالب templets .

وتختلف هذه العمليات في الكائنات الحية باختلاف طبيعة الذخيرة الوراثية، بحيث توجد الجينات في الخلايا المنعدمة النوى Prokaryotes بشكل يختلف عما هو عليه الحال في الخلايا المتاكملة النوى Eukaryotes من حيث موقعها وتعبيرها عن وظائفها الحيوية المتباينة، ويعتقد حاليا أن أنظمة الأوبرونات Operons (وحدة الفعل المشترك) هي الأنظمة الشائعة في الخلايا المنعدمة النوى الممثلة في البكتريا. بالإضافة إلى ذلك فإن تركيب الجين وإظهار وظيفته في الخلايا المتاكملة النوى أكثر تعقيدا، ويتجلى ذلك في كون هذه الجينات محتوية على قطع إضافية في الحمض النووي لا يظهر ترميزها في الحمض النووي المرسال، والتي تعرف عادة بالانترونات Introns مدمجة مع تتبعات الترميز Coding sequences والتي تدعى بالاكسونات Exons.

ولوجود الأنترونات أهمية قصوى في كيفية إظهار تعبير المعلومات الوراثية عند الخلايا المتاكملة النوى، وطريقة إزالة هذه الانترونات، قبل البدء في عملية الترجمة ليكون الناتج النهائي mRNA تام الوظيفة وجاهز للتصدير إلى السايتوبلازم. ويعد جين البيتاجلوبلين ( B globuline ) عند الثدييات، والحمض النووي المرسال المعالج، أمثلة جيدة لتوضيح تركيب الجين ووظيفته عند متكاملات النوى. تتضمن عملية الاستنساخ Tran--SS--ion عدة مراحل أساسية هي:

- ارتباط انزيم RNA polymerase مع الحمض النووي (DNA)

- بدء التسلسل واستطالته

- تحرير الـ رن ا (RNA)

تحتاج الترجمة إلى جزيء mRNA مجهز بجزيئات الـ رن ا الناقل tRNA وكذلك الرايبوسومات Ribosomes ، والتي تعتبر المواقع التي تتمثل فيها البروتينات بالإضافة إلى الأنزيمات المختلفة .

يتطلب العمل مع الأحماض النووية إلى معالجة وتقدير وتحليل جزيئاتها، ويتطلب فهم الطرق الروتينية والتعامل مع الأحماض النووية، فهم طرق عزلها من مصادرها المختلفة (فيروسات - بكتريا - نبات - حيوان) ويجب أن تكون هذه الطرق المستخدمة دقيقة قدر الإمكان، وعادة ما كون الطرق الأنزيمية هي المفضلة، ليتسنى الحفاظ على تركيب جزيئات هذه الأحماض النووية، وبالتالي الحفاظ على وظائفها الحيوية.

يحتاج مهندس الجينات التمكن من قطع الحامض النووي DNA من مصادر مختلفة وربطه، وكذلك قدرته على نقل الحامض عبر الخطوات العلمية المختلفة، بالإضافة إلى نسخ جزيئات الـ DNA المؤشبة وتعريفها. إن الوسائل اللازمة لتنفيذ هذه المعالجات هي الأنزيمات والتي تدعى بأنزيمات القطع (التحديد ) Restriction enzymes والتي يمكن عزلها وتنقيتها من الكائنات الحية على نطاق واسع .

وتعد أنزيمات القطع (التي تقطع الـ DNA في مواقع محددة) من أهم المجموعات الأنزيمية لمعالجة الـ DNA. وتوجد هذه الأنزيمات في خلايا الجراثم (البكتريا)، إذ تعمل كجزء من آلية تدعى بنظام القطع والتحوير Restriction- modification ، إذ يميئ في هذه الآلية أي جزء خارجي من الدنا قد يظهر في الخلية. ولغرض منع الأنزيمات من العمل على DNA الخلوي (الضيف) فإن أنزيمات التحوير تغير من طبيعة الدنا الضيف بإضافة مجموعة مثيلات لقواعد نايتروجينية خاصة لتتابع محدد حيث تمنع أنزيمات القطع من قص أو قطع الـ DNA .

يعتبر أنزيم ربط الحمض النووي والمسمى ب DNA-ligase من الأنزيمات المهمة التي تستخدم بشكل واسع في الهندسة الوراثية، لربط السلاسل المنتجة، والتي تعطي للمهندس الوراثي الحرية في بناء هذه الجزيئات المؤشبة. إن هذه التقنيات المستخدمة ما هي إلا تقنيات أنابيب اختبار وبدون الحاجة إلى النظام الحي .

تكمن أهداف الهندسة الوراثية في حقيقيات النوى المتكاملة (الراقية) في مجالين :

- إدخال الحمض النووي المؤشب إلى خلايا النبات والحيوان ضمن مزرعة نسيجية لدراسة أسس التعبير الجيني كمادة للبحث أو لإنتاج البروتينات المفيدة.

- إدخال بنية وراثية لكائن حي لتنمية كائنات حية متطورة عبر الجينات transgenic والتي تحمل فيها جميع خلاياها التحوير الوراثي. وللغرض الأخير مشاكل تقنية مثل صعوبة الإدخال المبكر للحمض النووي المؤشب ضمن تطور الناقل، ويمكن إدخال النواقل المستخدمة لخلايا النبات والحيوان مباشرة بواسطة التقنيات الجديدة أو باستخدام آلية حيوية حينما تكون النواقل على شكل فيروسات أو عوامل إصابة أخرى كالبكتيريا مثل Agrobacteria. تكمن فعالية إيصال الحمض النووي إلى الخلايا المستهدفة في كونها عامل حاسم لتحديد أي نجاح لأي تجربة تنسيل وبشكل خاص عندما يكون هناك عدد كبير من الكائنات الحية المعاد الضم فيها .

1 - مصطلحات جديدة في ميدان التغذية

- البايوتيكنولوجيا

هو لفظ عام للتعريف بالتقنيات التي تطبق وتلازم الأجسام الحية، من جراثيم ومتعضيات، وحشرات، ونبات، وحيوانات، وما إلى ذلك من الأحياء، لإنتاج مواد غذائية، أو مواد كيماوية ذات أهمية طبية أو فلاحية. ويدخل في هذا التعريف، الأجسام الحية المغيرة أو المحورة وراثيا، من حيوانات ونباتات وجراثيم على حد سواء. والبايوتكنولوجيا مصطلح يهم الصناعة والإنتاج وتطبيق الأساليب، أكثر ما يهم المادة نفسها، ولذلك أصبح هذا المصطلح واسع النطاق، من حيث يهم كل استعمال أو إنتاج تدخل فيه الأحياء أو الأنزيمات من المصدر الإحيائي. وقد اعتقد بعض الناس أن هذا المصطلح يخص علم الأحياء الجزيئي Molecular biology .

- البياستي (BST)

أو هرمون النمو، ويعتبر هذا الهرمون أول منتوج بطريقة الهندسة الوراثية، والذي اعترفت به الولايات المتحدة، واستخدم في إنتاج الحليب عند البقر. بيد أن هدا الهرمون لا يسوق حاليا في أوروبا.

- البي تي (BT)

إشارة مختزلة تحمل الحروف الأولى لجرثوم (Bacillus turingiensis) وتتكون الباءات من أبواغ جرثومة قاتلة للحشرات، تستعمل لمقاومة الحشرات المضرة للنبات .

- الجينات Genes

وهي جزء يمثل صفة وراثية عند الكائنات الحية، وقد تكون هذه الصفة وظيفة، كتمثيل بعض الجزيئات الكيماوية. وهذا الجزء هو الذي ينقل عبر الهندسة الجينية، لتغيير أو تكسيب أي صفة وراثية عند الكائن الحي نباتا أو حيوانا أو جرثوما. والجينات هي الوحدات الوراثية إذ لا يمكن نقل أقل من مورثة لأن كل مورثة تقابلها صفة وراثية.

الهندسة الجينية، ولو أن التعريف يصعب شيئا ما، لتشعب الاختصاصات والميادين، فيمكن حصر التعريف في مبدأ هذا العلم، وهو إدخال صفة وراثية ما، ثابتة أو متنقلة، إلى كائن حي. وقد نعرفها بإعادة تركيب الحامض الحياتي أو النووي، بأخذ جزء من حامض نووي لكائن حي ما، وإضافتها للحامض النووي عند كائن آخر، لإكسابه صفة وراثية جديدة أو خاصية جديدة. والأحياء المغيرة وراثيا هي التي طرأ على تركيب خلقها تغيير، عبر إدخال صفات وراثية جديدة. وما يعبر عنه بالأحياء العبر جينية، هي الأحياء التي طرأ على تركيب صفاتها الوراثية، تغيير اصطناعي أو مفتعل، فتكون البنية الأصلية للتركيب الوراثي، أو النوع الأصلي تغير تلقائيا. وقد تكون العودة إلى النوع الأصلي مستحيلة، نظرا لما يقع في التركيب الجزيئي للحامض النووي، الذي كلما كان كبيرا ليشكل صبغية عند الكائنات الكبيرة، كلما ازدادت عملية تغيير النوع تعقيدا.

مفاهيم عامة في الوراثة

الجين :وحدات وراثية( أي جزء من DNA ) محمولة على الكروموسومات وتنتقل من جيل إلى جيل آخر بواسطة الجاميتات المذكرة والجاميتات المؤنثة ( بويضات وحيوانات منوية ) وتتحكم الجينات في نمو صفات الفرد المتكون .

الجين السائد :هوالجين الذي يطغى اثره على الجين المتنحي عند اجتماعهما في خلايا الكائن الحي ويرمز له بحرف لاتيني كبير .

الجين المتنحي : الجين الذي يختفي تأثيره عندما يجتمع مع جين سائد ويرمز له بحرف لاتيني صغير.

الرابطة الهيدروجينية : هي رابطة بين ذرة هيدروجين من جزيء وذرة أكسجين أو نتروجين أو كلور من جزيء مجاور , ويمكن تمثيل هذه الرابطة بين جزيئات الماء كما يأتي :

السيادة التامة (الرجحان التام لصفة وراثية): عندما تجتمع مورثتان متقابلتان متخالفتان معاً في نمط واحد فالمورثة السائدة ( الراجحة ) تعبر عن نفسها ظاهرياً وهذا مايسمى نمط الرجحان التام( أو السيادة التامة) .

الصفة السائدة: هي الصفة الوراثية التي تظهر في الطراز الشكلي للجيل الأول نتيجة تزاوج كائنين يختلفان عن بعضهما في زوج الصفات المتضادة ويرمز لها بحرف لاتيني كبير .

الصفة المتنحية: هي الصفة الوراثية التي لا تظهر في الطراز الشكلي للجيل الأول وتظهر في الجيل الثاني ويرمز لها بحرف لاتيني صغير.

الصفات المرتبطة بالجنس :الصفات المرتبطة بالجنس : صفات تحددها جينات متنحية محمولة على الكروموسوم الجنسي X .

الطرز الجينية : الصفات الوراثية التي يحملها الفرد على شكل جينات . بمعنى أن الطراز الجيني هو تركيب الجينات في الفرد. وهو المسؤول عن تكوين الطراز الشكلي ( المظهري ).

الطرز الشكلية ( المظهرية ) : صفات الكائن الحي المظهرية التي نراها بالعين (مثل الطول والقصر ) أو الوظيفية أو التركيبية الناتجة عن تأثير الجينات وعوامل البيئة .

الكروموسومات: تراكيب خيطية الشكل ، موجودة داخل النواة تحتوي على مادة DNA المسؤولة عن حمل الجينات الوراثية .

يتكون الكروموسوم من 60 % بروتين الهتسون ، 35 % RNA %5 , DNA وتسمى المادة الوراثية التي تحملها الكروموسومات بالجينات

الكروموسومات الجنسية : هي الكروموسومات التي تحدد جنس الفرد ذكراً أم انثى في الذكر XY وفي الانثى XX .

متخالف الجينات " خليط " Heterozygous: وهو الفرد الذي يحتوي في تركيبه الوراثي على جينات وراثية مختلفة وبالرموز Rr أو Tt مثلا ً.

متماثل الجينات Homozygous: وهو الفرد الذي يحتوي في تركيبه الوراثي على عوامل وراثية ( جينات ) متماثلة بالرموز RR أو rr مثلاً .

المرض الوراثي : مرض ينتج من وجود خلل جيني أو خلل في التركيب الكروموسومي أو العدد الكروموسومي في الخلية التناسلية في الخصية أو المبيض.

النبات الهجين ( خليط / غير نقي ): هو نبات يحمل جينين لصفة ما أحدهما سائد والآخر متنح و يرمز لهما بحرف لاتيني كبير وآخر صغير لنفس الحرف .

المصدر: أ.د./شاكر عبد التواب عبد اللطيف

التحميلات المرفقة

نقل الجينات.pptx

Currently 0/5 Stars.
1 2 3 4 5

0 تصويتات / 2969 مشاهدة

نشرت فى 14 مايو 2014 بواسطة profshaker

الهندسة الجينية, مفاهيم وراثية

احفظ

ساحة النقاش

شارك فى النقاش...

عدد زيارات الموقع

427,755

ا.د./ شاكرعبدالتواب عبداللطيف

علم الهندسة الجينية وبعض المفاهيم الوراثية

ساحة النقاش