كيف يقوم العلماء ببناء جزيئات الحمض النووي المؤتلف؟

الحمض النووي المؤتلف هو تسلسل DNA تم إنشاؤه بشكل مصطنع في المختبر. الحمض النووي هو القالب الذي تستخدمه الخلايا لإنتاج البروتينات التي تشكل الكائنات الحية ، ويحدد ترتيب قواعد النيتروجين على طول خيط من الحمض النووي البروتينات التي يتم تكوينها. من خلال عزل أجزاء من الحمض النووي وإعادة تجميعها مع تسلسلات أخرى ، يستطيع الباحثون استنساخ الحمض النووي داخل البكتيريا أو الخلايا المضيفة الأخرى وإنتاج بروتينات مفيدة ، مثل الأنسولين. يسمح الاستنساخ بدراسة أسهل بكثير لتسلسلات معينة من الحمض النووي ، لأنه ينتج كمية كبيرة من الحمض النووي يمكن بعد ذلك تعديلها وتحليلها.

التحول هو عملية يتم من خلالها إدخال جزء من الحمض النووي في البلازميد - دائرة صغيرة ذاتية التكاثر من الحمض النووي. يتم قطع الحمض النووي باستخدام إنزيمات التقييد. يتم إنتاج هذه الإنزيمات في الخلايا البكتيرية كآلية دفاعية ، وتستهدف مواقع معينة على جزيء الحمض النووي وتقطعه. إنزيمات التقييد مفيدة بشكل خاص لأنها تخلق "نهايات لزجة" على أجزاء من الحمض النووي. مثل الفيلكرو ، تسمح هذه النهايات اللاصقة للحمض النووي بالانضمام بسهولة مع الأجزاء التكميلية.

يتعرض كل من الجين المعني والبلازميدات لنفس إنزيم التقييد. هذا يخلق العديد من الجزيئات المختلفة. بعضها عبارة عن بلازميدات تحتوي على الجين المعني ، والبعض الآخر عبارة عن بلازميدات تحتوي على جينات أخرى ، وبعضها عبارة عن بلازميدات معًا. يتم بعد ذلك إعادة تقديم البلازميدات إلى الخلايا البكتيرية ، حيث تتكاثر ، ويتم التعرف على جزيء الحمض النووي المؤتلف المطلوب من خلال أنواع مختلفة من التحليل. على سبيل المثال ، إذا تم تقطيع البلازميد إلى جينة معينة ، يمكن للعلماء البحث عن الخلايا التي تفشل في التعبير عن هذا الجين وبالتالي تحديد إعادة التركيب الناجح.

يعتبر التحول غير البكتيري في الأساس نفس العملية ولكنه يستخدم خلايا غير بكتيرية كمضيفين. يمكن حقن الحمض النووي مباشرة في نواة الخلية المضيفة. قد يقوم الباحثون أيضًا بملء خلية بجزيئات معدنية مجهرية مغطاة بالحمض النووي.

يعتبر ترنسفكأيشن مشابهًا جدًا للتحول ، ولكن يتم استخدام العاثيات بدلاً من البلازميدات. العاثية هي فيروس يصيب البكتيريا. تعد كل من العاثيات والبلازميدات مثالية لهذه العملية لأنها تتكاثر بسرعة داخل خلية بكتيرية.

بمجرد أن يحدد الباحثون الخلايا البكتيرية المعينة التي تحتوي على تسلسل المؤتلف ، يمكنهم زراعة تلك الخلايا في مزرعة وتوليد كميات كبيرة من الجين. من الصعب جعل الخلايا البكتيرية تولد بالفعل بروتينًا من خلية مضيفة بشرية أو حيوانية ، ولكن هناك طرقًا لتعديل التعبير الجيني لتسهيل هذا الإنتاج. إذا تم استخدام الخلايا المنواة كخلايا مضيفة (كما هو الحال في التحول غير البكتيري) ، فستواجه الخلايا مشاكل أقل في التعبير عن الجين المؤتلف.

بمجرد استنساخ الجينات بأعداد كبيرة ، يمكن تخزينها بعد ذلك في مكتبات الحمض النووي ، وتسلسلها ودراستها. مكنت تقنية الحمض النووي المؤتلف من العديد من الاكتشافات المهمة في الطب الشرعي ودراسة الأمراض الوراثية والزراعة والمستحضرات الصيدلانية.