مهندسی ژنتیک به زبان ساده

هندسی ژنتیک به زبان ساده:

مهندسی ژنتیک شاخه نورسته بیوتکنولوژی می باشد که شامل پیرایش ژن، کلون کردن DNA نوترکیب، فن آوری و کشت بافت می باشد. مهندسی ژنتیک یا دستکاری ژنتیکی(Genetic Manipulation ) ممکن است به صورت زیر تعریف شود :

آفرینش خارج سلولی ( به طور مثال در آزمایشگاه) شکل جدید یا سازماندهی جدید DNA  به طریقی که وضعیت ژنتیکی تغییر یافته اجازه حضور در طبیعت، تداوم، و تکثیر داشته باشد . به طور خلاصه مهندسی ژنتیک دست کاری ژنها تحت شرایط کنترل شده آزمایشگاهی است .

به طور کلی مهندسی ژنتیک شامل دو گام است: 1- اتصال ژن یا قطعه DNA  مورد نظر به کروموزوم های کوچک خود تکثیر در آزمایشگاه -2- معرفی مینی کروموزوم نوترکیب به سلول میزبان تا در آنجا تکثیر شود. گام اول شامل سنتزDNA  نوترکیب و گام دوم کلون کردن ژن (Gene Cloning) است . فناوری های تهیه DNA نوترکیب و کلون کردن ژن قویترین ابزارهای می باشند که در زمینه زیست شناسی به وجود آمده اند .

اساسا مهندسی ژنتیک قادر است هر ژن از هر موجود زنده ای را جداسازی و تشریح نماید و اطلاعات جدیدی درباره فرایندهای زیستی تولید کند. همچنین می توان تغییرات ژنتیکی با دقت طرح ریزی شده ای در موجودات زنده شامل میکروارگانیزم ها، گیاهان و حیوانات انجام داد.

مهندسی ژنتیک شامل دستکاری مواد ژنتیکی یک ارگانیزم به منظور رسیدن به یک بیان تغییر یافته از ژن مورد انتخاب است .مهندسی ژنتیک با شناسایی و جداسازی ژن مورد نظر و الحاق این ژن به ارگانیزم دیگر سر و کار دارد .  در نهایت محصول ژن مورد نظر به وسیله تولید ترکیب خاص در آن ارگانیزم بروز می یابد.

گام های مختلف مهندسی ژنتیک عبارتند از:

استخراج ژن(Gene Isolation): ژن مورد نظر شناسایی، استخراج، و تخلیص می شود. به DNA استخراج شده DNA  دهنده (Donor DNA) یا DNA  هدف (Target DNA) نیز گفته میشود .

انتخاب حامل (Vector): حامل عبارتست از یک مولکول DNA خود تکثیر یا رپلیکون که ژن مورد نظر به آن متصل شده است . مولکول حامل به همراه DNA  خارجی که واردش شده است به مولکول DNA شیمریک(Chimeric DNA) و یا نوترکیب معروف است .حامل به عنوان ناقل عمل کرده و ژن را وارد سلول میزبان می کند .بنابر این حامل به عنوان وسیله نقلیه کلون کردن یا یک مولکول ناقل معروف است. برای هر سیستم حامل های مناسبی شناسایی می شود. معمولا مولکول هایDNA ویروسی و پلاسمیدها به عنوان حامل به کار میروند .اما روش های اخیر شامل انتقال فیزیکیDNA  باروش های مختلفی است .
کلون کردن ژن مورد نظر:

به وسیله قرار دادن ژن مورد نظر داخل سلول میزبان به کمک حامل می توان به نسخه های زیادی از ژن مورد نظر دست یافت. ژن مورد نظر به همراه حاملش داخل سلول میزبان تکثیر می یابد. تعداد زیادی نسخه یکسان از ژن مورد نظر به منظور انتقال های بعدی ژن مذکور به سلول هدف تولید می شوند .امروزه کلون کردن ژن فرایندی سریع و ماشینی با استفاده از دستگاه واکنش زنجیره ای پلیمراز(PCR) است.

انتقال اختصاصی ژن:

سر انجام ژن مورد نظر به سلول های میزبان منتقل می شود . سلول های که ژن را دریافت نموده اند انتخاب و تکثیر می شوند و به وسیله آنها گیاهان و حیوانات مهندسی ژنتیک شده تولید میشوند .

بیان ژن (Gene Expression):

ژن مورد نظر محصولات خود و در نتیجه صفات مورد علاقه ما را در محیط میزبان جدید بیان میکند.

در واقع مهندسی ژنتیک مولکول DNA نوترکیب را در یک موجود زنده میزبان متفاوت تکثیر میکند . توانایی عبور از موانع طبیعی و قرار دادن ژن های هر موجود زنده ای در داخل یک موجود زنده غیر مرتبط یکی از خصوصیات مهم دستکاری ژن می باشد .دومین خصوصیت مهم این است که قطعه مشخص و نسبتا کوچک DNA موجود زنده در میزبان تکثیر می یابد .بنابر این مهندسی ژنتیک دریچه ای را به روی دامنه ای از دست آوردهای زیست مولکولی شامل تعیین توالی نوکلئوتیدی، جهش زایی در جایگاه مستقیم(Site Directed Mutagenesis) و دستکاری توالی ژنی که سبب بروز سطح بالایی از پلی پپتیدها ی رمز شده به وسیله آن ژن در موجود زنده میزبان میشود، باز مینماید .

بنار این به نظر میرسد که مهندسی ژنتیک می تواند موجودات زنده ای با هر ویژگی دلخواه تولید نماید . توانایی ما برای طراحی دقیق تغییرات ژنتیکی در سلول های زنده کاربردهای بالقوه زیادی برای رفاه بشر دارد . اگر از مهندسی ژنتیک عاقلانه استفاده شود انتظار میرود که سطح کیفیت زندگی بشر افزایش یابد .اگرچه تنها آینده ، گستره و دستاوردهای این فناوری را تعیین مینماید.

برخي كاربردهاي مهندسي ژنتيك

• تخمیرهای میکروبی:

تعدادی از محصولات مهم صنعتی بوسیله میکروارگانیزم‌ها ساخته می‌شوند که از بین آن ها، آنتی بیوتیک‌ها مهمترین گروه هستند. به وسیله مهندسی ژنتیک می‌توان میکروارگانیزم‌هایی ایجاد کرد که آنتی بیوتیک بیشتری تولید کنند و یا مشتقی از آنتی بیوتیک اولیه را بسازند.

• واکسن‌های ویروسی:

واکسن ماده‌ای است که می‌تواند سیستم ایمنی را علیه یک عامل عفونی تحریک کند. معمولا از ویروس‌های کشته شده به عنوان واکسن استفاده می‌شود، ولی همواره اين خطر احتمالی وجود دارد که ویروس به‌طور کامل غیر فعال نشده باشد. از آنجایی که معمولا قسمت فعال و ایمنی‌زایی ویروس، پروتئین‌های پوشش آن هستند، می‌توان پروتئین‌های پوششی را به تنهایی و بدون قسمت‌های دیگر تهیه کرد. برای این کار ژن مربوط به پروتئین پوششی را در یک باکتری و یا در یک ویروس غیر بیماری‌زا کلون می‌کنند و از آنها به عنوان واکسنهای بی‌خطر استفاده می‌كنند.

• تولید پروتئین‌های خاص:

تولید پروتئین‌های خاص از نظر پزشکی و تجاری ارزش دارد. تولید تجاری پروتئینهای انسان از طریق استخراج از بافتها یا مایعات بدن غیر ممکن یا بسیار گران است. با کلون کردن ژن‌های مربوط به این پروتئینها در باکتریها، تولید تجاری این پروتئین‌ها امکان‌پذیر می‌شود.

• توليدحیوانات و گیاهان تغییر یافته ژنتيكي:

علاوه بر تولید محصولات ارزشمند به وسیله میکروب‌ها، از مهندسی ژنتیک می‌توان به منظور ایجاد گیاهان و جانوران تغییر یافته ژنتيكي استفاده کرد. به این گیاهان و جانوران تغییر یافته ژنتیکی، ترا ريخته يا ترانس‌ژنيك (Transgenetic) مي‌گويند. تغییرات ژنی این موجودات، مواردی چون تولید محصولات بیشتر ، تغییر کیفیت گوشت و سبزیجات و تولید پروتئین‌های خاص که بوسیله باکتری‌ها، نمی‌توان تولید کرد، را در بر می‌گیرد. این کار بطور کلی از طریق وارد کردن ژن‌های نوترکیب در دوران جنینی به جانوران و در کشت بافت به گیاهان انجام می‌شود. هدف نهايي از توليد حيوانات شبيه‌سازي شده‌اي چون رويانا در ايران نيز دسترسي به دانش توليد حيوانات ترانس‌ژنيك و استفاده از شير آن ها به منظور درمان برخي از بيماري هاست. (تولّد بز به روش آي‌ وي ام، خبري خوش براي هموفيلي‌ها) البته استفاده از گياهان ترا ريخته در تمام دنيا موافقان و مخالفاني دارد. كارشناسان محيط‌زيست از مخالفان سرسخت توليد اين محصولات هستند.

• تنظیم ژن‌ها و ژن درمانی:

استفاده اولیه مهندسی ژنتیک در تولید محصولات مفید صنعتی و یا بهبود تولید بود، ولی مطالعات اخیر بر روی کنترل ژن‌های خاص بنا شده است. امروزه قسمت اعظم تحقیقات پایه در مهندسی ژنتیک بر روی Antisense RNA پایه گذاری شده است که نقش مهمی در تنظیم ژنتیکی بیان ژنها به عهده دارد. است.همچنین مطالعات گسترده‌ای بر روی امکان درمان بیماریهای ژنتیکی از طریق وارد کردن ژن سالم یعنی ژن درمانی در حال انجام است.

تولید هورمون‌ها:

توليد هورمون‌هاي انساني يكي از كاربردهاي مهندسي ژنتيك است. تولید هورمون انسولین انسانی اولین داروی تولید شده به وسیله مهندسی ژنتیک بود که مصرف عمومی پیدا کرد.