Skip to main content
Global

10.1: الاستنساخ والهندسة الوراثية

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    191365

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    التكنولوجيا الحيوية هي استخدام الطرق الاصطناعية لتعديل المواد الوراثية للكائنات الحية أو الخلايا لإنتاج مركبات جديدة أو لأداء وظائف جديدة. تم استخدام التكنولوجيا الحيوية لتحسين الثروة الحيوانية والمحاصيل منذ بداية الزراعة من خلال التربية الانتقائية. منذ اكتشاف بنية الحمض النووي في عام 1953، وخاصة منذ تطوير الأدوات والأساليب لمعالجة الحمض النووي في السبعينيات، أصبحت التكنولوجيا الحيوية مرادفة للتلاعب بالحمض النووي للكائنات الحية على المستوى الجزيئي. التطبيقات الأساسية لهذه التكنولوجيا هي في الطب (لإنتاج اللقاحات والمضادات الحيوية) وفي الزراعة (للتعديل الجيني للمحاصيل). تحتوي التكنولوجيا الحيوية أيضًا على العديد من التطبيقات الصناعية، مثل التخمير ومعالجة الانسكابات النفطية وإنتاج الوقود الحيوي، بالإضافة إلى العديد من التطبيقات المنزلية مثل استخدام الإنزيمات في منظفات الغسيل.

    معالجة المواد الجينية

    لإنجاز التطبيقات الموضحة أعلاه، يجب أن يكون أخصائيو التكنولوجيا الحيوية قادرين على استخراج الأحماض النووية ومعالجتها وتحليلها.

    مراجعة هيكل الحمض النووي

    لفهم التقنيات الأساسية المستخدمة للعمل مع الأحماض النووية، تذكر أن الأحماض النووية عبارة عن جزيئات كبيرة مصنوعة من النيوكليوتيدات (سكر وفوسفات وقاعدة نيتروجينية). كل مجموعة من مجموعات الفوسفات في هذه الجزيئات لها شحنة سالبة صافية. مجموعة كاملة من جزيئات الحمض النووي في نواة الكائنات حقيقية النواة تسمى الجينوم. يحتوي الحمض النووي على خيطين متكاملين مرتبطين بروابط هيدروجينية بين القواعد المزدوجة.

    على عكس الحمض النووي في الخلايا حقيقية النواة، تترك جزيئات الحمض النووي الريبي النواة. يتم تحليل Messenger RNA (mRNA) بشكل متكرر لأنه يمثل جينات ترميز البروتين التي يتم التعبير عنها في الخلية.

    عزل الأحماض النووية

    لدراسة الأحماض النووية أو معالجتها، يجب أولاً استخراج الحمض النووي من الخلايا. يتم استخدام تقنيات مختلفة لاستخراج أنواع مختلفة من الحمض النووي (الشكل\(\PageIndex{1}\)). تتضمن معظم تقنيات استخراج الحمض النووي خطوات لفتح الخلية، ثم استخدام التفاعلات الأنزيمية لتدمير جميع الجزيئات الكبيرة غير المرغوب فيها. يتم فتح الخلايا باستخدام محلول منظف يحتوي على مركبات تخزين مؤقت. لمنع التحلل والتلوث، يتم تعطيل الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والحمض النووي الريبي باستخدام الإنزيمات. ثم يتم إخراج الحمض النووي من المحلول باستخدام الكحول. يشكل الحمض النووي الناتج، لأنه يتكون من بوليمرات طويلة، كتلة هلامية.

    تم توضيح أربعة أنابيب اختبار توضح أربع خطوات لاستخراج الحمض النووي. في البداية، يتم تحلل الخلايا باستخدام منظف يعطل غشاء البلازما. في الحالة الثانية، تتم معالجة محتويات الخلية بالبروتياز لتدمير البروتين، و RNase لتدمير الحمض النووي الريبي. في الحالة الثالثة، يتم تكوير بقايا الخلايا في جهاز طرد مركزي. يتم نقل المادة الطافية (السائل) التي تحتوي على الحمض النووي إلى أنبوب نظيف. في أنبوب الاختبار الرابع، يتم ترسيب الحمض النووي بالإيثانول. إنها تشكل خيوطًا لزجة يمكن تخزينها على قضيب زجاجي.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يوضح هذا الرسم البياني الطريقة الأساسية المستخدمة لاستخراج الحمض النووي.

    يتم دراسة الحمض النووي الريبي لفهم أنماط التعبير الجيني في الخلايا. الحمض النووي الريبي غير مستقر بشكل طبيعي لأن الإنزيمات التي تكسر الحمض النووي الريبي موجودة بشكل شائع في الطبيعة. حتى أن بعضها يفرزه جلدنا ويصعب جدًا تعطيله. على غرار استخراج الحمض النووي، يتضمن استخراج الحمض النووي الريبي استخدام مخازن وإنزيمات مختلفة لتثبيط الجزيئات الكبيرة الأخرى والحفاظ على الحمض النووي الريبي فقط.

    جل إليكتروفوريس

    نظرًا لأن الأحماض النووية هي أيونات سالبة الشحنة عند درجة حموضة محايدة أو قلوية في بيئة مائية، يمكن نقلها بواسطة مجال كهربائي. الرحلان الكهربي الهلامي هو تقنية تستخدم لفصل الجزيئات المشحونة على أساس الحجم والشحنة. يمكن فصل الأحماض النووية ككروموسومات كاملة أو كأجزاء. يتم تحميل الأحماض النووية في فتحة في أحد طرفي مصفوفة الجل، ويتم تطبيق تيار كهربائي، ويتم سحب الجزيئات سالبة الشحنة باتجاه الطرف الآخر من الجل (نهاية القطب الموجب). تتحرك الجزيئات الصغيرة عبر مسام الجل بشكل أسرع من الجزيئات الكبيرة؛ هذا الاختلاف في معدل الهجرة يفصل الشظايا على أساس الحجم. تكون الأحماض النووية في مصفوفة الجل غير مرئية حتى يتم تلوينها بمركب يسمح برؤيتها، مثل الصبغة. تظهر الأجزاء المميزة من الأحماض النووية كنطاقات على مسافات محددة من الجزء العلوي من الجل (نهاية القطب السالب) بناءً على حجمها (الشكل\(\PageIndex{2}\)). يظهر مزيج من العديد من الأجزاء ذات الأحجام المختلفة على شكل مسحة طويلة، في حين أن الحمض النووي الجيني غير المقطوع عادة ما يكون كبيرًا جدًا بحيث لا يمكن تمريره عبر الجل ويشكل نطاقًا كبيرًا واحدًا في الجزء العلوي من الجل.

    تُظهر الصورة خلفية سوداء مع 9 أشرطة عمودية رمادية باهتة (ممرات). في هذه النطاقات توجد أشرطة أفقية بيضاء ضبابية قليلاً بدرجات متفاوتة من السماكات والسطوع. تحتوي الممرات الرمادية الباهتة على الحواف اليسرى واليمنى على الكثير من النطاقات الأفقية، بينما تحتوي السبعة في المنتصف على عدد قليل فقط لكل منها، في مواضع مختلفة.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): تظهر أجزاء من الحمض النووي من ست عينات تم فحصها على مادة هلامية وملطخة بصبغة فلورية وعرضها تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. (مصدر: تعديل عمل جيمس جاكوب، كلية تومبكينز كورتلاند المجتمعية)

    تفاعل البوليميراز المتسلسل

    غالبًا ما يتطلب تحليل الحمض النووي التركيز على منطقة واحدة أو أكثر من مناطق الجينوم المحددة. كما أنه غالبًا ما يتضمن حالات لا تتوفر فيها سوى نسخة واحدة أو بضع نسخ من جزيء الحمض النووي لمزيد من التحليل. هذه الكميات غير كافية لمعظم الإجراءات، مثل الرحلان الكهربي الهلامي. تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) هو تقنية تستخدم لزيادة عدد نسخ مناطق معينة من الحمض النووي بسرعة لمزيد من التحليلات (الشكل\(\PageIndex{3}\)). يستخدم PCR شكلاً خاصًا من بوليميراز الحمض النووي، والإنزيم الذي يكرر الحمض النووي، وتسلسلات النيوكليوتيد القصيرة الأخرى التي تسمى البادئات التي تتزاوج أساسًا مع جزء معين من الحمض النووي الذي يتم نسخه. يستخدم PCR لأغراض عديدة في المختبرات. وتشمل هذه: 1) تحديد مالك عينة الحمض النووي المتبقية في مسرح الجريمة؛ 2) تحليل الأبوة؛ 3) مقارنة كميات صغيرة من الحمض النووي القديم مع الكائنات الحية الحديثة؛ و 4) تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في منطقة معينة.

    يوضح الشكل PCR في 4 خطوات. أولاً، يتم تغيير طبيعة الشريط المزدوج للحمض النووي عند 95 درجة مئوية لفصل الخيوط. يتم بعد ذلك تلدين الجدائل عند حوالي 50 درجة مئوية باستخدام البرايمر. ثم يقوم بوليميراز الحمض النووي بتمديد السلاسل الجديدة عند 72 درجة مئوية. توضح الخطوة الرابعة أن هذا الإجراء يحدث عدة مرات، مما يؤدي إلى زيادة نسخ الحمض النووي الأصلي.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): يستخدم تفاعل البوليميراز المتسلسل، أو PCR، لإنتاج نسخ عديدة من تسلسل معين من الحمض النووي باستخدام شكل خاص من بوليميراز الحمض النووي.

    الاستنساخ

    بشكل عام، الاستنساخ يعني إنشاء نسخة متماثلة مثالية. عادةً ما يتم استخدام الكلمة لوصف إنشاء نسخة متطابقة وراثيًا. في علم الأحياء، يشار إلى إعادة إنشاء كائن حي كامل باسم «الاستنساخ التناسلي». قبل وقت طويل من محاولات استنساخ كائن حي بأكمله، تعلم الباحثون كيفية نسخ مساحات قصيرة من الحمض النووي - وهي عملية يشار إليها باسم الاستنساخ الجزيئي.

    الاستنساخ الجزيئي

    يسمح الاستنساخ بإنشاء نسخ متعددة من الجينات والتعبير عن الجينات ودراسة جينات معينة. للحصول على جزء الحمض النووي في خلية بكتيرية في شكل سيتم نسخه أو التعبير عنه، يتم إدخال الجزء أولاً في البلازميد. البلازميد (يُطلق عليه أيضًا المتجه في هذا السياق) هو جزيء DNA دائري صغير يتكاثر بشكل مستقل عن الحمض النووي الكروموسومي في البكتيريا. في الاستنساخ، يمكن استخدام جزيئات البلازميد لتوفير «وسيلة» لإدخال جزء الحمض النووي المطلوب. عادة ما يتم إعادة إدخال البلازميدات المعدلة إلى مضيف بكتيري لتكرارها. عندما تنقسم البكتيريا، فإنها تنسخ الحمض النووي الخاص بها (بما في ذلك البلازميدات). يتم نسخ جزء الحمض النووي الذي تم إدخاله مع بقية الحمض النووي البكتيري. في الخلية البكتيرية، يُشار إلى جزء الحمض النووي من الجينوم البشري (أو كائن حي آخر قيد الدراسة) باسم الحمض النووي الأجنبي لتمييزه عن الحمض النووي للبكتيريا (الحمض النووي المضيف).

    توجد البلازميدات بشكل طبيعي في المجموعات البكتيرية (مثل Escherichia coli) ولديها جينات يمكن أن تساهم بسمات مواتية للكائن الحي، مثل مقاومة المضادات الحيوية (القدرة على عدم التأثر بالمضادات الحيوية). تم تصميم البلازميدات بدرجة عالية كناقلات للاستنساخ الجزيئي وللإنتاج اللاحق على نطاق واسع لجزيئات مهمة، مثل الأنسولين. من الخصائص القيمة لناقلات البلازميد السهولة التي يمكن بها إدخال جزء من الحمض النووي الأجنبي. تحتوي ناقلات البلازميد هذه على العديد من تسلسلات الحمض النووي القصيرة التي يمكن قطعها باستخدام إنزيمات التقييد المختلفة المتاحة بشكل شائع. تتعرف إنزيمات التقييد (وتسمى أيضًا كريات الدم البيضاء المقيّدة) على تسلسلات محددة من الحمض النووي وتقطعها بطريقة يمكن التنبؤ بها؛ ويتم إنتاجها بشكل طبيعي بواسطة البكتيريا كآلية دفاع ضد الحمض النووي الأجنبي. تقوم العديد من إنزيمات التقييد بعمل جروح متداخلة في شريطي الحمض النووي، بحيث تحتوي الأطراف المقطوعة على نتوء أحادي الجديلة من 2 إلى 4 نيوكليوتيد. التسلسل الذي يتعرف عليه إنزيم التقييد هو تسلسل من أربعة إلى ثمانية نوكليوتيد وهو عبارة عن متلازمة متناظرة. كما هو الحال مع كلمة palindrome، يعني هذا أن التسلسل يقرأ نفس الشيء للأمام وللخلف. في معظم الحالات، يقرأ التسلسل نفس الشيء للأمام على خيط واحد وللخلف على الشريط التكميلي. عندما يتم إجراء القطع المتدرج في تسلسل مثل هذا، تكون التراكبات مكملة (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

    في الجزء أ، يُظهر الشكل خيطًا من الحمض النووي الشبيه بالسلم. في الجزء ب، يتم قطع الحمض النووي على كلا الخطين بين الجوانين. في الجزء C، تم فصل الجدائل، تاركًا أطرافًا لاصقة تكميلية على كل منها بنيوكليوتيدات غير متصلة من 5 إلى 3 بوصات G و A و T و C.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): في موقع التعرف على إنزيم تقييد ستة نوكليوتيد هذا (أ)، لاحظ أن تسلسل ستة نيوكليوتيدات يقرأ نفس الشيء في الاتجاه من 5 إلى 3 أقدام على خيط واحد كما هو الحال في الاتجاه من 5 إلى 3 على الحبل التكميلي. يُعرف هذا باسم المتلازمة المتناظرة. (ب) يتسبب إنزيم التقييد في تكسير خيوط الحمض النووي، و (ج) يؤدي القطع في الحمض النووي إلى «أطراف لزجة». يمكن أن تلتصق قطعة أخرى من الحمض النووي مقطوعة على كلا الطرفين بنفس إنزيم التقييد بهذه الأطراف اللاصقة ويتم إدخالها في الفجوة الناتجة عن هذا القطع.

    نظرًا لأن هذه التراكمات قادرة على العودة معًا عن طريق الترابط الهيدروجيني مع التراكمات التكميلية على قطعة من الحمض النووي المقطوعة بنفس إنزيم التقييد، فإن هذه تسمى «الأطراف اللاصقة». تسمى عملية تكوين روابط هيدروجينية بين التسلسلات التكميلية على خيوط مفردة لتشكيل الحمض النووي المزدوج بالتلدين. إضافة إنزيم يسمى DNA ligase، والذي يشارك في تكاثر الحمض النووي في الخلايا، ينضم بشكل دائم إلى شظايا الحمض النووي عندما تتجمع الأطراف اللاصقة معًا. بهذه الطريقة، يمكن تقسيم أي جزء من الحمض النووي بين طرفي الحمض النووي البلازمي الذي تم قطعه بنفس إنزيم التقييد (الشكل\(\PageIndex{5}\)).

    رسم توضيحي يوضح خطوات تكوين بلازميدات الحمض النووي المؤتلف وإدخالها في البكتيريا ثم اختيار البكتيريا التي نجحت في امتصاص البلازميد المؤتلف فقط. الخطوات هي كما يلي: يتم قطع كل من الحمض النووي الأجنبي والبلازميد بنفس إنزيم التقييد. يحدث موقع التقييد مرة واحدة فقط في البلازميد في منتصف جين الإنزيم (LaCz). يترك إنزيم التقييد أطرافًا لزجة تكميلية على جزء الحمض النووي الأجنبي والبلازميد. يسمح ذلك بإدخال الحمض النووي الأجنبي في البلازميد عندما تصبح الأطراف اللاصقة صلبة. تؤدي إضافة ليغاز الحمض النووي إلى إعادة ربط العمود الفقري للحمض النووي. هذه هي البلازميدات المؤتلفة. يتم دمج البلازميدات مع ثقافة البكتيريا الحية. لا تأخذ العديد من البكتيريا أي بلازميدات إلى خلاياها، ويأخذ الكثير منها البلازميدات التي لا تحتوي على الحمض النووي الأجنبي فيها، ويأخذ عدد قليل منها البلازميد المؤتلف. لا تستطيع البكتيريا التي تمتص البلازميد المؤتلف إنتاج الإنزيم من الجين الذي تم إدخال الجزء فيه (LaCz). كما أنها تحمل جينًا لمقاومة المضاد الحيوي الأمبيسلين، الذي كان موجودًا في البلازميد الأصلي. للعثور على البكتيريا التي تحتوي على البلازميد المؤتلف، تنمو البكتيريا على طبق يحتوي على المضاد الحيوي الأمبيسلين والمادة التي يتغير لونها عند تعرضها للإنزيم الذي ينتجه جين LaCz. سيقتل الأمبيسلين أي بكتيريا لم تتناول البلازميد. لن يتغير لون المادة عندما يحتوي الجين الخاص بـ LaCz على ملحق الحمض النووي الأجنبي. هذه هي البكتيريا التي تحتوي على البلازميد المؤتلف الذي نريد زراعته.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): يوضح هذا الرسم التخطيطي الخطوات المتضمنة في الاستنساخ الجزيئي.

    تسمى البلازميدات التي تحتوي على حمض نووي أجنبي يتم إدخالها فيها بجزيئات الحمض النووي المؤتلف لأنها تحتوي على مجموعات جديدة من المواد الجينية. تسمى البروتينات التي يتم إنتاجها من جزيئات الحمض النووي المؤتلف البروتينات المؤتلفة. ليست كل البلازميدات المؤتلفة قادرة على التعبير عن الجينات. يمكن أيضًا تصميم البلازميدات للتعبير عن البروتينات فقط عند تحفيزها بعوامل بيئية معينة، حتى يتمكن العلماء من التحكم في التعبير عن البروتينات المؤتلفة.

    الاستنساخ التناسلي

    الاستنساخ التناسلي هو طريقة تستخدم لعمل نسخة أو نسخة متطابقة من كائن حي متعدد الخلايا بأكمله. تخضع معظم الكائنات متعددة الخلايا للتكاثر بالوسائل الجنسية، والتي تتضمن مساهمة الحمض النووي من شخصين (الوالدين)، مما يجعل من المستحيل إنشاء نسخة متطابقة أو نسخة من أي من الوالدين. جعلت التطورات الحديثة في التكنولوجيا الحيوية من الممكن استنساخ الثدييات بشكل تناسلي في المختبر.

    يشمل التكاثر الجنسي الطبيعي اتحاد الحيوانات المنوية والبويضة أثناء الإخصاب. كل من هذه الأمشاج أحادية الصبغية، مما يعني أنها تحتوي على مجموعة واحدة من الكروموسومات في نواتها. ثم تصبح الخلية الناتجة، أو الزيجوت، ثنائية الصبغيات وتحتوي على مجموعتين من الكروموسومات. تنقسم هذه الخلية بشكل ثنائي لإنتاج كائن حي متعدد الخلايا. ومع ذلك، فإن اتحاد أي خليتين فقط لا يمكن أن ينتج زيجوت قابل للحياة؛ فهناك مكونات في السيتوبلازم في خلية البويضة ضرورية للتطور المبكر للجنين خلال التقسيمات الخلوية القليلة الأولى. وبدون هذه الأحكام، لن يكون هناك أي تطور لاحق. لذلك، لإنتاج فرد جديد، يلزم وجود مكمل جيني ثنائي الصيغة الصبغية وسيتوبلازم البيض. تتمثل طريقة إنتاج فرد مستنسخ صناعيًا في أخذ خلية بويضة فرد واحد وإزالة النواة أحادية الصبغيات. ثم يتم وضع نواة ثنائية الصيغة الصبغية من خلية جسم الفرد الثاني، المتبرع، في خلية البويضة. ثم يتم تحفيز البويضة على الانقسام حتى يستمر التطور. يبدو هذا بسيطًا، ولكن في الواقع يتطلب الأمر العديد من المحاولات قبل إكمال كل خطوة بنجاح.

    أول حيوان زراعي مستنسخ كان دوللي، وهو خروف ولد في عام 1996. كان معدل نجاح الاستنساخ التناسلي في ذلك الوقت منخفضًا جدًا. عاشت دوللي لمدة ست سنوات وتوفيت بسبب ورم في الرئة (الشكل\(\PageIndex{6}\)). كانت هناك تكهنات بأنه نظرًا لأن الحمض النووي للخلية الذي أدى إلى ظهور دوللي جاء من فرد أكبر سنًا، فقد يكون عمر الحمض النووي قد أثر على متوسط عمرها المتوقع. منذ لعبة Dolly، تم استنساخ العديد من أنواع الحيوانات (مثل الخيول والثيران والماعز) بنجاح.

    كانت هناك محاولات لإنتاج أجنة بشرية مستنسخة كمصادر للخلايا الجذعية الجنينية. في هذا الإجراء، يتم إدخال الحمض النووي من إنسان بالغ إلى خلية بويضة بشرية، ثم يتم تحفيزها على الانقسام. تشبه هذه التقنية التقنية التقنية التي تم استخدامها لإنتاج Dolly، ولكن لا يتم زرع الجنين أبدًا في أم بديلة. تسمى الخلايا المنتجة بالخلايا الجذعية الجنينية لأنها تتمتع بالقدرة على التطور إلى العديد من أنواع الخلايا المختلفة، مثل العضلات أو الخلايا العصبية. يمكن استخدام الخلايا الجذعية للبحث وتوفير التطبيقات العلاجية في نهاية المطاف، مثل استبدال الأنسجة التالفة. فائدة الاستنساخ في هذه الحالة هي أن الخلايا المستخدمة لتجديد الأنسجة الجديدة ستكون مطابقة تمامًا للمتبرع بالحمض النووي الأصلي. على سبيل المثال، لن يحتاج مريض اللوكيميا إلى شقيق له نسيج مطابق لزراعة نخاع العظام.

    آرت كونيكشن

    يوضح الرسم التوضيحي خطوات استنساخ الخروف المسمى Dolly. يتم دمج خلية بويضة مستخرجة من خروف مع خلية ثديية من خروف آخر. ثم تنقسم هذه الخلية المنصهرة إلى مرحلة الكيسة الأريمية وتوضع في رحم النحلة البديلة، حيث تتطور إلى خروف دوللي. دوللي هي الاستنساخ الجيني للمتبرع بالخلايا الثديية.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): كانت دوللي الخروف أول حيوان زراعي يتم استنساخه. لإنشاء Dolly، تمت إزالة النواة من خلية بويضة مانحة. تم وضع البويضة التي تم استئصالها بجوار الخلية الأخرى، ثم صُدمت باندماجها. لقد صُدموا مرة أخرى لبدء الانقسام. تم السماح للخلايا بالانقسام لعدة أيام حتى الوصول إلى مرحلة جنينية مبكرة، قبل أن يتم زرعها في أم بديلة.

    لماذا كانت دوللي من عائلة Finn-Dorset وليست خروف اسكتلندي ذو وجه أسود?

    الهندسة الوراثية

    يُطلق على استخدام تقنية الحمض النووي المؤتلف لتعديل الحمض النووي للكائن الحي لتحقيق الصفات المرغوبة الهندسة الوراثية. تعد إضافة الحمض النووي الأجنبي في شكل ناقلات الحمض النووي المؤتلف التي يتم إنشاؤها عن طريق الاستنساخ الجزيئي الطريقة الأكثر شيوعًا للهندسة الوراثية. يُطلق على الكائن الحي الذي يتلقى الحمض النووي المؤتلف اسم الكائن الحي المعدل وراثيًا (GMO). إذا كان الحمض النووي الأجنبي الذي تم إدخاله يأتي من نوع مختلف، فإن الكائن الحي المضيف يسمى المعدلة وراثيًا. تم تعديل البكتيريا والنباتات والحيوانات وراثيًا منذ أوائل السبعينيات للأغراض الأكاديمية والطبية والزراعية والصناعية. سيتم فحص هذه التطبيقات بمزيد من التفصيل في الوحدة التالية.

    مفهوم في العمل

    رمز QR يمثل عنوان URL

    شاهد هذا الفيديو القصير الذي يشرح كيف يصنع العلماء حيوانًا معدلًا وراثيًا.

    على الرغم من أن الطرق الكلاسيكية لدراسة وظيفة الجينات بدأت بنمط ظاهري معين وحددت الأساس الجيني لهذا النمط الظاهري، فإن التقنيات الحديثة تسمح للباحثين بالبدء من مستوى تسلسل الحمض النووي والسؤال: «ماذا يفعل هذا الجين أو عنصر الحمض النووي؟» أدت هذه التقنية، التي تسمى علم الوراثة العكسي، إلى عكس المنهجية الجينية الكلاسيكية. أحد الأمثلة على هذه الطريقة يماثل إتلاف جزء من الجسم لتحديد وظيفته. لا يمكن للحشرة التي تفقد جناحها أن تطير، مما يعني أن وظيفة الجناح هي الطيران. تقارن الطريقة الجينية الكلاسيكية الحشرات التي لا تستطيع الطيران مع الحشرات التي يمكنها الطيران، وتلاحظ أن الحشرات غير الطائرة فقدت أجنحتها. وبالمثل في نهج علم الوراثة العكسي، يوفر تغيير الجينات أو حذفها للباحثين أدلة حول وظيفة الجينات. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام علم الوراثة العكسي لجعل الجين يفرط في التعبير عن نفسه لتحديد التأثيرات المظهرية التي قد تحدث.

    ملخص

    يمكن عزل الأحماض النووية من الخلايا لأغراض مزيد من التحليل عن طريق فتح الخلايا وتدمير جميع الجزيئات الكبيرة الأخرى بشكل إنزيمي. يمكن فصل الكروموسومات المجزأة أو الكاملة على أساس الحجم بواسطة الرحلان الكهربائي الهلامي. يمكن تضخيم الامتدادات القصيرة من الحمض النووي بواسطة PCR. يمكن قطع الحمض النووي (ثم إعادة تقسيمه معًا) باستخدام إنزيمات التقييد. تتيح التقنيات الجزيئية والخلوية للتكنولوجيا الحيوية للباحثين هندسة الكائنات الحية وراثيًا وتعديلها لتحقيق الصفات المرغوبة.

    قد يشمل الاستنساخ استنساخ أجزاء صغيرة من الحمض النووي (الاستنساخ الجزيئي)، أو استنساخ كائنات حية بأكملها (الاستنساخ التناسلي). في الاستنساخ الجزيئي مع البكتيريا، يتم إدخال جزء الحمض النووي المطلوب في البلازميد البكتيري باستخدام إنزيمات التقييد ويتم امتصاص البلازميد بواسطة بكتيريا، والتي ستعبر بعد ذلك عن الحمض النووي الأجنبي. باستخدام تقنيات أخرى، يمكن إدخال الجينات الأجنبية في الكائنات حقيقية النواة. في كل حالة، تسمى الكائنات الحية بالكائنات المعدلة وراثيًا. في الاستنساخ التناسلي، يتم وضع نواة المتبرع في خلية بويضة مستخرجة، ثم يتم تحفيزها على الانقسام والتطور إلى كائن حي.

    في طرق الوراثة العكسية، يتم تحوير الجين أو إزالته بطريقة ما لتحديد تأثيره على النمط الظاهري للكائن الحي بأكمله كطريقة لتحديد وظيفته.

    اتصالات فنية

    الشكل\(\PageIndex{6}\): لماذا كانت دوللي من عائلة فين-دورست وليست خروف اسكتلندي ذو وجه أسود؟

    إجابة

    لأنه على الرغم من أن الخلية الأصلية جاءت من خروف اسكتلندي ذو وجه أسود وكانت الأم البديلة ذات وجه أسود اسكتلندي، فإن الحمض النووي جاء من Finn-Dorset.

    مسرد المصطلحات

    ملدن
    في علم الأحياء الجزيئي، العملية التي من خلالها يترابط شريطان منفردان من هيدروجين الحمض النووي عند النيوكليوتيدات التكميلية لتشكيل جزيء مزدوج
    التكنولوجيا الحيوية
    استخدام طرق اصطناعية لتعديل المادة الوراثية للكائنات الحية أو الخلايا لإنتاج مركبات جديدة أو لأداء وظائف جديدة
    الاستنساخ
    إنتاج نسخة دقيقة - على وجه التحديد، نسخة جينية دقيقة - من جين أو خلية أو كائن حي
    جل إليكتروفوريس
    تقنية تستخدم لفصل الجزيئات على أساس قدرتها على الانتقال عبر جل شبه صلب استجابة لتيار كهربائي
    الهندسة الوراثية
    تغيير التركيب الجيني للكائن الحي باستخدام الطرق الجزيئية للتكنولوجيا الحيوية
    الكائنات المعدلة وراثيا (GMO)
    كائن حي تم تغيير جينومه بشكل مصطنع
    البلازميد
    جزيء دائري صغير من الحمض النووي الموجود في البكتيريا التي تتكاثر بشكل مستقل عن الكروموسوم البكتيري الرئيسي؛ ترمز البلازميدات لبعض الصفات المهمة للبكتيريا ويمكن استخدامها كناقلات لنقل الحمض النووي إلى البكتيريا في تطبيقات الهندسة الوراثية
    تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)
    تقنية تستخدم لعمل نسخ متعددة من الحمض النووي
    الحمض النووي المؤتلف
    مزيج من شظايا الحمض النووي الناتجة عن الاستنساخ الجزيئي غير الموجود في الطبيعة
    بروتين مؤتلف
    بروتين يتم التعبير عنه من جزيئات الحمض النووي المؤتلف
    إنزيم التقييد
    إنزيم يتعرف على تسلسل معين من النيوكليوتيد في الحمض النووي ويقطع خيطًا مزدوجًا للحمض النووي في موقع التعرف هذا، غالبًا بقطع متدرج يترك خيوطًا مفردة قصيرة أو نهايات «لزجة»
    علم الوراثة العكسي
    شكل من أشكال التحليل الجيني الذي يعالج الحمض النووي لتعطيل منتج الجين أو التأثير عليه لتحليل وظيفة الجين
    الاستنساخ التناسلي
    استنساخ الكائنات الحية بأكملها
    المعدلة وراثيا
    وصف كائن حي يتلقى الحمض النووي من نوع مختلف

    المساهمون والصفات