التعديل الجيني: التعريف ، الأنواع ، العملية ، الأمثلة

أ الجين، من وجهة نظر الكيمياء الحيوية الأساسية ، هو جزء من حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) داخل كل خلية في الكائن الحي تحمل الشفرة الوراثية لتجميع منتج بروتيني معين. على مستوى أكثر فاعلية وديناميكية ، تحدد الجينات الكائنات الحية - الحيوانات والنباتات والفطريات وحتى البكتيريا - وما هي مقدرة لها أن تتطور.

بينما يتأثر سلوك الجينات بالعوامل البيئية (مثل التغذية) وحتى بالجينات الأخرى ، فإن تكوين جيناتك المادة الوراثية تملي بشكل كبير كل شيء عنك ، مرئيًا وغير مرئي ، من حجم جسمك إلى استجابتك للغزاة الميكروبيين ومسببات الحساسية والعوامل الخارجية الأخرى.

وبالتالي ، فإن القدرة على تغيير الجينات أو تعديلها أو هندستها بطرق معينة ستقدم خيار القدرة على ذلك إنشاء كائنات حية مصممة بشكل رائع - بما في ذلك البشر - باستخدام مجموعات معينة من الحمض النووي المعروف باحتوائه على بعض الجينات.

عملية تغيير الكائن الحي الطراز العرقى (بشكل فضفاض ، مجموع جيناته الفردية) ومن ثم يُعرف "مخططه" الجيني باسم تعديل جيني. وتسمى أيضا الهندسة الوراثية، هذا النوع من المناورات البيوكيميائية قد انتقل من عالم الخيال العلمي إلى واقع في العقود الأخيرة.

لقد نقلت التطورات ذات الصلة الحماس تجاه آفاق تحسين صحة الإنسان ونوعية الحياة ومجموعة من القضايا الأخلاقية الشائكة والتي لا مفر منها على جبهات مختلفة.

تعديل جيني هي أي عملية يتم من خلالها التلاعب بالجينات أو تغييرها أو حذفها أو تعديلها من أجل تضخيم أو تغيير أو ضبط خاصية معينة لكائن حي. إنه التلاعب بالسمات على مستوى الجذر - أو الخلوي - المطلق.

ضع في اعتبارك الفرق بين تصفيف شعرك بشكل روتيني بطريقة معينة والقدرة الفعلية على التحكم في لون شعرك وطوله و الترتيب العام (على سبيل المثال ، مستقيم مقابل مجعد) دون استخدام أي منتجات للعناية بالشعر ، بدلاً من الاعتماد على إعطاء مكونات غير مرئية من تعليمات الجسم فيما يتعلق بكيفية تحقيق وضمان النتيجة التجميلية المرغوبة ، وتكتسب فكرة عن ماهية التعديل الوراثي حول.

نظرًا لأن جميع الكائنات الحية تحتوي على الحمض النووي ، يمكن إجراء الهندسة الوراثية على جميع الكائنات الحية ، من البكتيريا إلى النباتات إلى البشر.

أثناء قراءتك لهذا ، يزدهر مجال الهندسة الوراثية بإمكانيات وممارسات جديدة في مجالات الزراعة والطب والتصنيع وغيرها من المجالات.

من المهم أن نفهم الفرق بين الجينات المتغيرة حرفيًا والتصرف بطريقة تستفيد من الجين الموجود.

لا تعمل العديد من الجينات بشكل مستقل عن البيئة التي يعيش فيها الكائن الأم. العادات الغذائية والضغوط من مختلف الأنواع (مثل الأمراض المزمنة التي قد يكون لها أساس وراثي خاص بها أو لا) وأشياء أخرى يمكن أن تؤثر الكائنات الحية التي تواجهها بشكل روتيني على التعبير الجيني ، أو على المستوى الذي تستخدم فيه الجينات لصنع منتجات البروتين التي من أجلها الشفرة.

إذا كنت تنتمي إلى عائلة من الأشخاص الذين يميلون وراثيًا لأن يكونوا أطول وأثقل من المتوسط ​​، وتطمح إلى مهنة رياضية في رياضة تفضل القوة والحجم مثل كرة السلة أو الهوكي ، يمكنك رفع الأثقال وتناول كمية كبيرة من الطعام لزيادة فرصك في أن تكون كبيرًا وقويًا مثل ممكن.

لكن هذا يختلف عن القدرة على إدخال جينات جديدة في الحمض النووي الخاص بك والتي تضمن فعليًا a مستوى يمكن التنبؤ به لنمو العضلات والعظام ، وفي النهاية ، الإنسان بكل السمات النموذجية لـ a نجم رياضي.

توجد أنواع عديدة من تقنيات الهندسة الوراثية ، ولا تتطلب جميعها معالجة المادة الوراثية باستخدام معدات معملية متطورة.

في الواقع ، أي عملية تنطوي على التلاعب النشط والمنهجي للكائن الحي تجمع الجينات، أو مجموع الجينات في أي مجموعة تتكاثر عن طريق التكاثر (أي جنسياً) ، مؤهلة لتكون هندسة وراثية. بعض هذه العمليات ، بالطبع ، هي بالفعل في طليعة التكنولوجيا.

الانتقاء الاصطناعي: يسمى أيضًا الانتقاء البسيط أو التربية الانتقائية ، الانتقاء الاصطناعي هو اختيار الكائنات الأم ذات النمط الجيني المعروف لها إنتاج ذرية بكميات لن تحدث إذا كانت الطبيعة وحدها هي المهندس ، أو على الأقل لن تحدث إلا خلال فترة زمنية أطول بكثير مقاييس.

عندما يختار المزارعون أو مربو الكلاب النباتات أو الحيوانات التي يجب تربيتها من أجل ضمان النسل ببعض الخصائص التي يجدها البشر مرغوبة لسبب ما ، فهم يمارسون شكلاً جينيًا يوميًا تعديل.

الطفرات المستحثة: هذا هو استخدام الأشعة السينية أو المواد الكيميائية للحث على حدوث طفرات (تغييرات غير مخطط لها ، وغالبًا ما تكون عفوية في الحمض النووي) في جينات معينة أو تسلسل الحمض النووي للبكتيريا. يمكن أن يؤدي إلى اكتشاف المتغيرات الجينية التي تعمل بشكل أفضل (أو أسوأ إذا لزم الأمر) من الجين "الطبيعي". يمكن أن تساعد هذه العملية في إنشاء "خطوط" جديدة من الكائنات الحية.

الطفرات ، رغم أنها غالبًا ما تكون ضارة ، فهي أيضًا المصدر الأساسي للتنوع الجيني في الحياة على الأرض. نتيجة لذلك ، تحفيزهم بأعداد كبيرة ، مع التأكد من إنشاء مجموعات من الكائنات الحية الأقل ملاءمة أيضًا يزيد من احتمالية حدوث طفرة مفيدة ، والتي يمكن استغلالها بعد ذلك للأغراض البشرية باستخدام مواد إضافية التقنيات.

النواقل الفيروسية أو البلازميدية: يمكن للعلماء إدخال جين في العاثية (فيروس يصيب البكتيريا أو أقاربها بدائية النواة ، العتائق) أو بلازميد ناقلات ، ثم ضع البلازميد المعدل أو العاثية في خلايا أخرى من أجل إدخال الجين الجديد في تلك الخلايا.

تشمل تطبيقات هذه العمليات زيادة المقاومة للأمراض ، والتغلب على مقاومة المضادات الحيوية وتحسين قدرة الكائن الحي على مقاومة الضغوطات البيئية مثل درجات الحرارة القصوى و السموم. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يؤدي استخدام هذه النواقل إلى تضخيم خاصية موجودة بدلاً من إنشاء خاصية جديدة.

باستخدام تقنية تربية النبات ، يمكن "طلب" النبات للزهور في كثير من الأحيان ، أو يمكن تحفيز البكتيريا على إنتاج بروتين أو مادة كيميائية لا تفعلها عادة.

ناقلات الفيروسات القهقرية: هنا ، يتم وضع أجزاء من الحمض النووي تحتوي على جينات معينة في هذه الأنواع الخاصة من الفيروسات ، والتي تقوم بعد ذلك بنقل المادة الوراثية إلى خلايا كائن حي آخر. يتم دمج هذه المادة في جينوم المضيف بحيث يمكن التعبير عنها جنبًا إلى جنب مع بقية الحمض النووي في ذلك الكائن الحي.

بعبارات واضحة ، يتضمن هذا قطع خيط من DNA المضيف باستخدام إنزيمات خاصة ، وإدخال الجديد الجين في الفجوة الناتجة عن قص الحمض النووي وربطه في طرفي الجين بالمضيف الحمض النووي.

تقنية "أدخل ، أخرج": كما يوحي اسمها ، فإن هذا النوع من التكنولوجيا يسمح بالحذف الكامل أو الجزئي لأجزاء معينة من الحمض النووي أو بعض الجينات ("الضربة القاضية"). على نفس المنوال ، يمكن للمهندسين البشريين وراء هذا الشكل من التعديل الوراثي اختيار وقت وكيفية تشغيل ("الضربة") قسم جديد من الحمض النووي أو الجين الجديد.

حقن الجينات في الكائنات الحية الوليدة: يمكن أن يؤدي حقن الجينات أو النواقل التي تحتوي على جينات في البيض (البويضات) إلى دمج الجينات الجديدة في جينوم الجنين النامي ، والذي يتم التعبير عنه في الكائن الحي في النهاية النتائج.

استنساخ الجينات مثال على استخدام نواقل البلازميد. يتم استخراج البلازميدات ، وهي قطع دائرية من الحمض النووي ، من خلية بكتيرية أو خميرة. أنزيمات التقييد، وهي بروتينات "تقطع" الحمض النووي في أماكن محددة على طول الجزيء ، تُستخدم لقص الحمض النووي ، مما يخلق خيطًا خطيًا من الجزيء الدائري. ثم يتم "لصق" الحمض النووي للجين المطلوب في البلازميد ، والذي يتم إدخاله في الخلايا الأخرى.

أخيرًا ، تبدأ تلك الخلايا في قراءة وترميز الجين الذي تمت إضافته صناعيًا إلى البلازميد.

محتوى ذو صلة: تعريف الحمض النووي الريبي ، الوظيفة ، الهيكل

يتضمن الاستنساخ الجيني أربع خطوات أساسية. في المثال التالي ، هدفك هو إنتاج سلالة من E. القولونية البكتيريا التي تضيء في الظلام. (عادة ، بالطبع ، لا تمتلك هذه البكتيريا هذه الخاصية ؛ إذا فعلوا ذلك ، فإن أماكن مثل أنظمة الصرف الصحي في العالم والعديد من الممرات المائية الطبيعية سوف تتخذ طابعًا مختلفًا تمامًا ، مثل E. القولونية منتشرة في الجهاز الهضمي البشري.)

1. عزل الحمض النووي المطلوب. أولاً ، تحتاج إلى إيجاد أو إنشاء جين يرمز لبروتين بالخاصية المطلوبة - في هذه الحالة ، يتوهج في الظلام. تصنع قناديل البحر معينة مثل هذه البروتينات ، وقد تم تحديد الجين المسؤول. هذا الجين يسمى الهدف DNA. في الوقت نفسه ، تحتاج إلى تحديد نوع البلازميد الذي ستستخدمه ؛ هذا ال ناقلات الحمض النووي.

2. شق الحمض النووي باستخدام إنزيمات التقييد. تسمى هذه البروتينات المذكورة آنفًا أيضًا نوكليازات تقييد، بكثرة في العالم البكتيري. في هذه الخطوة ، تستخدم نفس نوكلياز لقطع كل من الحمض النووي المستهدف والحمض النووي المتجه.

تقطع بعض هذه الإنزيمات مباشرة عبر خيوط جزيء الحمض النووي ، بينما في حالات أخرى تقوم بقطع "متدرج" ، تاركة أطوالًا صغيرة من الحمض النووي أحادي الجديلة مكشوفة. هذا الأخير يسمى نهايات لزجة.

3. اجمع بين الحمض النووي المستهدف والحمض النووي المتجه. أنت الآن تضع نوعي الحمض النووي معًا جنبًا إلى جنب مع إنزيم يسمى ligase DNA، والذي يعمل كنوع متقن من الغراء. يعكس هذا الإنزيم عمل نوكليازات من خلال ضم أطراف الجزيئات معًا. والنتيجة هي أ الوهم، أو خصلة من الحمض النووي معاد التركيب.

• الأنسولين البشري ، من بين العديد من المواد الكيميائية الحيوية الأخرى ، يمكن صنعه باستخدام تقنية إعادة التركيب.

4. أدخل الحمض النووي المؤتلف في الخلية المضيفة. الآن ، لديك الجين الذي تحتاجه ووسيلة لنقله إلى حيث ينتمي. هناك عدد من الطرق للقيام بذلك ، من بينها تحويل، حيث تكتسح ما يسمى بالخلايا المختصة الحمض النووي الجديد ، و التفريد الكهربي، حيث يتم استخدام نبضة كهربائية لتعطيل غشاء الخلية لفترة وجيزة للسماح لجزيء الحمض النووي بدخول الخلية.

الانتقاء الاصطناعي: يمكن لمربي الكلاب اختيار سمات مختلفة ، لا سيما لون المعطف. إذا رأى مربي معين من مستردات لابرادور ارتفاعًا في الطلب على لون معين من السلالة ، فيمكنه أو يمكنها التكاثر بشكل منهجي للون المعني.

العلاج الجيني: في شخص مصاب بجين معيب ، يمكن إدخال نسخة من الجين العامل في خلايا ذلك الشخص بحيث يمكن صنع البروتين المطلوب باستخدام DNA غريب.

المحاصيل المعدلة وراثيا: يمكن استخدام طرق الزراعة المعدلة وراثيًا لإنشاء محاصيل معدلة وراثيًا مثل النباتات المقاومة لمبيدات الأعشاب والمحاصيل التي تنتج المزيد من الفاكهة مقارنةً بالتربية التقليدية ، والنباتات المعدلة وراثيًا التي تقاوم البرد ، والمحاصيل ذات المحصول الكلي المحسن ، والأطعمة ذات القيمة الغذائية الأعلى ، وما إلى ذلك على.

على نطاق أوسع ، في القرن الحادي والعشرين ، ازدهرت الكائنات المعدلة وراثيًا (GMOs) لتصبح قضية ساخنة في الأسواق الأوروبية والأمريكية بسبب كل من سلامة الأغذية ومخاوف أخلاقيات العمل المحيطة بالتعديل الوراثي من المحاصيل.

الحيوانات المعدلة وراثيا: أحد الأمثلة على الأطعمة المعدلة وراثيًا في عالم الثروة الحيوانية هو تربية الدجاج الذي ينمو بشكل أكبر وبسرعة أكبر لإنتاج المزيد من لحوم الثدي. تثير ممارسات تقنية الحمض النووي المؤتلف مثل هذه المخاوف الأخلاقية بسبب الألم والانزعاج الذي يمكن أن يسببه للحيوانات.

التحرير الجيني: مثال على تحرير الجينات ، أو تحرير الجينوم كريسبر، أو متكررة متكررة متناظرة قصيرة متباعدة بانتظام. هذه العملية "مستعارة" من طريقة تستخدمها البكتيريا للدفاع عن نفسها ضد الفيروسات. أنه ينطوي على تعديل جيني مستهدف للغاية لأجزاء مختلفة من الجينوم المستهدف.

في كريسبر ، دليل الحمض النووي الريبي (gRNA) ، وهو جزيء له نفس تسلسل الموقع المستهدف في الجينوم ، يتم دمجه في الخلية المضيفة مع نوكلياز داخلي يسمى Cas9. سوف تلتصق جرنا بموقع الحمض النووي المستهدف ، مما يؤدي إلى سحب Cas9 معها. يمكن أن يؤدي تحرير الجينوم هذا إلى "إزالة" الجين السيئ (مثل المتغير المتورط في التسبب في الإصابة بالسرطان) وفي بعض الحالات يسمح باستبدال الجين السيئ بمتغير مرغوب فيه.