استخراج ژن

استخراج ژن

براي جدا كردن ژن از DNA نوتركيب، از همان آنزيم محدودكننده‌اي استفاده مي‌كنيم كه قبلا براي ساختن DNA نوتركيب استفاده كرده بوديم. به‌كمك اين آنزيم DNA نوتركيب را به ژن و پلازميد تجزيه مي‌كنيم. به اين ترتيب در لوله‌ي آزمايش مخلوطي از دو مولكول داريم. يكي ژن و ديگري پلازميد كه بايد از هم تفكيك شوند. تفكيك اين دو به‌كمك ” الكتروفوز در ژل “ انجام مي‌شود. اندازه‌ي ژن از اندازه‌ي پلازميد كوچك‌تر است و بنابراين در ژل، دو نوار خواهيم ديد كه يكي مربوط به ژن است و ديگري مربوط به پلازميد. در مرحله بعد، مهندسان ژنتيك، مولكول‌هاي ژن را از ژل استخراج مي‌كنند. به اين ترتيب انبوهي از نسخه‌هاي ژن مورد نظر از ژل جدا مي‌شود و براي مصرف‌هاي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

الكتروفوز در ژل

الكتروفوز در ژل روشي است براي جدا كردن مولكول‌هاي DNA براساس اندازه‌ي آن‌ها. اين روش براي پروتئين‌ها نيز كاربرد دارد.

در الكتروفوز، مولكول‌ها در يك ميدان الكتريكي قرار مي‌گيرند. مولكول‌هاي DNA بار منفي دارند و بنابراين به سمت قطب مثبت حركت مي‌كنند. بين دو قطب + و - ، ژل وجود دارد. ژل، ماده‌اي است با منافذ ريز و درشت متعدد. مولكول‌ها هنگام حركت، لازم است از اين منافذ عبور كنند. مولكول‌هاي كوچك‌تر، سريع‌تر عبور مي‌كنند اما مولكول‌هاي بزرگ‌تر، ديرتر. به اين ترتيب مولكول‌هاي كوچك‌ و بزرگ از يكديگر جدا مي‌شوند. هرچه DNA به قطب + نزديك‌تر باشد، كوچك‌تر است و هرچه به قطب – نزديك‌تر باشد، بزرگ‌تر. بعد از آن‌كه DNA ها از هم جدا شدند جريان برق را قطع مي‌كنند. به اين ترتيب حركت مولكول‌ها متوقف مي‌شود. DNAهايي كه هم‌اندازه هستند در كنار يكديگر خواهند ايستاد. از كنارهم قرار گرفتن مولكول‌هاي DNA هم‌اندازه،‌ نواري تشكيل خواهد شد كه در ژل الكتروفوز قابل مشاهده است.

مهندسي ژنتيك در گياهان

يكي از خاصيت‌هاي مهم گياهان اين است كه مي‌توان در آزمايشگاه، از يك سلول گياه، يك گياه بالغ پديد آورد. اين خاصيت را ” باززايي “ مي‌گويند.
بنابراين، اگر بتوان فقط يك سلول گياه را تغيير داد، مي‌توان با كنترل رشد و تمايز آن سلول در آزمايشگاه، يك گياه بالغ با خصوصيات جديد توليد كرد.
وكتوري كه براي انتقال ژن‌ها به درون سلول‌هاي گياهي به‌كار مي‌رود،‌ پلازميدي است كه از باكتري Agrobacterium tumefaciens استخراج مي‌شود. در طبيعت، اين باكتري گياهان را آلوده مي‌كند و تومورهايي را به‌نام گال‌هاي تاجي در آن‌ها ايجاد مي‌كند. پلازميدي كه مسؤول ايجاد تومور است، ”پلازميد Ti“ ناميده مي‌شود. پلازميد Ti قسمتي از DNA خود را، كه TDNA نام دارد، به درون DNA كروموزومي سلول گياه ميزبان وارد مي‌كند. براي اهداف مهندسي ژنتيك، پژوهشگران از پلازميدي استفاده مي‌كنند كه خاصيت بيماري‌زايي آن ازبين رفته است.
ژني را كه مي‌خواهند وارد گياه كنند، درون پلازميد Ti قرار مي‌دهند. پلازميد نوتركيبي را كه به اين ترتيب ساخته مي‌شود مي‌توان به دو صورت به‌كار گرفت:
(1) مي‌توان آن را به باكتري آگرو باكتريوم بازگرداند و بعد با اين باكتري، گياهي را كه در محيط كشت قرار دارد، آلوده كرد.
(2) مي‌توان آن را مستقيما به درون سلول‌هاي گياه وارد كرد. به اين ترتيب پلازميد به درون DNA كروموزومي وارد مي‌شود. با بهره‌گيري از خاصيت باززايي سلول‌هايي كه پلازميد را دريافت كرده‌اند، مي‌توان گياهان بالغي ساخت كه نه تنها حاوي ژن مورد نظر باشند، بلكه بتوانند آن را به نسل‌هاي بعد نيز انتقال دهند.
مشكلي كه در راه استفاده از آگروباكتريوم وجود دارد اين است كه فقط گياهان دولپه با اين باكتري آلوده مي‌شوند. گياهان تك لپه، مثل ذرت و گندم كه از نظر اقتصادي حائز اهميت‌اند، نمي‌توانند با آگروباكتريوم آلوده شوند. مهندسان ژنتيك براي وارد كردن DNA به اين سلول‌ها از روش‌هاي جديد‌تري بهره مي‌گيرند كه يكي از آن‌ها، استفاده از تفنگ ژني است.

برای ديدن طرز کار تفنگ ژنی، انيميشن زير را ببينيد.

كاربردهاي مهندسي ژنتيك

مهندسي ژنتيك، زندگي آدمي را متحول كرده است. انسان هم‌اكنون قادر است جانداران مختلف را آن‌طور كه مي‌خواهد تغيير دهد. مي‌تواند ميكروب‌ها را به‌گونه‌اي تغيير دهد كه پروتئين‌هاي مورد نياز آدمي را بسازند. جانوران را به‌گونه‌اي تغيير دهد كه براي او دارو بسازند مي‌تواند با تغييرات مخصوصي در گياهان، ارزش اقتصادي آن‌ها را افزايش دهد. هم‌چنين، آدمي مي‌تواند با استفاده از مهندسي ژنتيك، به درمان يا پيشگيري بيماري‌هاي ژنتيكي بپردازد و خيلي كارهاي ديگر. در ادامه كاربردهاي مهندسي ژنتيك را از نظر خواهيم گذراند.

مهندسي ژنتيك در داروي سازي

امروزه، بسياری از داروهای پروتئينی مورد نياز انسان به‌وسيله‌ی مهندسی ژنتيک توليد می‌شود. مهندسان ژنتيک با وارد کردن ژن‌های آدمی به باکتری‌ها، گياهان و جانوران، آنان را به ساختن پروتئين‌های مورد نياز انسان وادار می‌کنند. هورمون انسولين و هورمون رشد انسانی، از اولين داروهايی بودند که به روش مهندسی ژنتيک در باکتری‌ها توليد شدند. فاکتور انعقادی شماره‌ی VIII (هشت)، که مورد نياز گروه بزرگی از بيماران هموفيلی است، مثالی از توليد دارو در جانوران است (فاکتور VIII در باکتری‌ها و گياهان نيز توليد می‌شود). در گذشته اين فاکتورها از خون استخراج می‌شدند متاسفانه بعضی از خون‌های اهدايی حاوی ويروس HIV يا ويروس هپاتيت بودند. تکنولوژی ژن علاوه بر آن‌که خطر آلوده شدن به اين‌گونه بيماری‌ها را از بين می‌برد، از نظر اقتصادی نيز کاملاً مقرون به صرفه است. مثلاً يکی از نادرترين انواع کمبود فاکتورهای خونی، مربوط به فاکتور شماره‌ی XIII (سيزده) است. هزينه‌های گزاف استخراج اين فاکتور از خون از يک‌سو و فراوانی بسيار کم اين بيماری در جامعه از سوی ديگر، موانع اقتصادی فراوانی را در فراهم کردن اين دارو به همراه داشته است. اما مهندسان ژنتيک توانسته‌اند با ساختن فاکتور XIII در گياهان با هزينه‌های قابل قبول، دارويی را که درخواست کمی برای آن در جامعه وجود دارد، توليد کنند و در اختيار بيماران قرار دهند، بدون آن‌که نگران مسائل اقتصادی باشند. مهندسان ژنتيک دام‌ها، مثل گوسفند و بز، را به‌گونه‌ای تغيير داده‌اند که پروتئين‌های مورد نياز انسان در شير اين جانوران ظاهر می‌شود. هر جانداری که در او ژن يا ژن‌هايی از جانداری ديگر وجود داشته باشد، "جاندار تراژن" ناميده می‌شود. تراژن‌ها به‌عنوان کارخانه‌های داروسازی هستند. کارخانه‌هايی که نه آلوده‌کننده‌ی محيط زيست‌اند و نه برهم زننده‌ی زيبايی طبيعت.

براي درمان بسياري از بيماري‌هاي ويروسي، داروي مشخصي وجود ندارد و بنابراين بهترين كار،‌ پيشگيري از ابتلاي به آن است. پيشگيري به‌وسيله‌ي واكنش انجام مي‌شود. در گذشته واكسن‌ها يا با ميكروب‌هاي كشته شده يا ضعيف شده تهيه مي‌شدند. خطري كه در اين روش‌ها وجود داشت اين بود كه اگر در كشتن يا تضعيف ميكروب‌ها اشتباهي رخ دهد، خود واكسن مي‌تواند باعث بروز بيماري شود. واكسن‌هايي كه با روش مهندسي ژنتيك توليد مي‌شوند، اين خطر را ندارد.
براي توليد واكسن به روش مهندسي ژنتيك،‌ بخشي از پروتئين‌هاي سطحي ميكروب (آنتي‌ ژن‌ها) كه بيماري‌زا نيست اما مي‌تواند دستگاه ايمني بدن را تحريك كند، انتخاب مي‌شود سپس ژن اين پروتئين‌ها به درون ويروس ديگري كه بيماري‌زا نيست وارد مي‌شود.

اين ويروس تراژن آنتي‌ژن‌هاي سطحي مورد نظر را در سطح خود خواهد ساخت. با ورود اين ويروس تراژن به بدن آدمي، دستگاه ايمني بدن نسبت به آنتي‌ژن‌هاي سطحي تحريك شده، بدن در برابر ويروسي كه اين آنتي‌ژن‌ها از آن گرفته شده بودند مقاوم مي‌شود.

مهندسي ژنتيك در كشاورزي

مهندسي ژنتيك در گياهان اهداف گوناگوني دارد. مثال‌هاي زير، نمونه‌اي از به‌كارگيري تكنولوژي ژن در كشاورزي است.
ذرت

تكنولوژي ژن براي مقاوم كردن ذرت نسبت به حشره‌اي كه آفت آن است استفاده شده است. مهندسان ژنتيك يكي از ژن‌هاي باكتري Bacillus thuringiensis را به ذرت وارد كرده‌اند. اين ژن،‌ پروتئيني مي‌سازد كه براي حشره‌ي آفت سمي است اما براي آدمي ضرري ندارد.
گوجه فرنگي

مهندسان ژنتيك توانسته‌اند فرايند رسيدن گوجه فرنگي‌ها را آهسته‌تر كنند. به اين ترتيب گوجه‌ فرنگي‌ها را مدت زمان بيش‌تري قابل نگه‌داري هستند.
اين در گوجه فرنگي‌ها، پروتئين جديدي ساخته نمي‌شود بلكه از فعاليت آنزيم مسوول در رسيدگي گوجه فرنگي ممانعت مي‌شود.

سويا

با به‌كارگيري ژن‌هاي باكتريايي، گياهان سويا نسبت به علف‌كش‌ها مقاوم شده‌اند. بنابراين كشاورزان مي‌توانند به آساني از علف‌كش‌ها براي ازبين بردن علف‌هاي هرز استفاده كنند بدون آن‌كه گياهان سوياي آن‌ها آسيب ببيند

مهندسي ژنتيك در پزشكي

مهندسي ژنتيك در تشخيص، پيشگيري و درمان بيماري‌ها توانايي‌هاي زيادي دارد. ” ژن‌ درماني “، مثالي از اين‌گونه توانمندي‌هاست. ژن‌‌ درماني اولين بار براي درمان دختر بچه‌اي مبتلا به SCID (نوعي سندروم نقص ايمني) به‌كار گرفته شد.
در اين بيماري آنزيم آدنوزين د آميناز (ADA) ساخته نمي‌شود. ADA در تكامل لنفوسيت‌هاي B و T نقش دارد. مهندسان ژنتيك سلول‌هاي مغز استخوان را از بدن وي خارج كرده، يك نسخه‌ي سالم از ژن ADA را به درون اين سلول‌ها وارد كردند. بعد از اطمينان از ورود ژن و به‌كار افتادن آن، سلول‌هاي تغيير يافته را به مغز استخوان باز گرداندند بعد از مدتي، مقدار آنزيم ADA در خون اين كودك رو به افزايش نهاد و حال وي رو به بهبودي نهاد.
توجه داشته باشيد كه سلول‌هاي مغز استخوان، داراي قابليت تقسيم فراوان هستند و علاوه بر آن، منشا سلول‌هاي خوني‌اند. بنابراين، سلول‌هاي حاصل از سلول‌هاي تغيير يافته‌ي مغز استخوان، همگي حاوي ژن ADA خواهند بود.
چنان‌كه ديديم، ژن درماني يعني قرار دادن نسخه‌ي سالم از يك ژن درون سلول‌هاي فردي كه داراي نسخه‌اي معيوب از آن ژن است. هيپركسترو لمياي فاميلي، سيستيك فايبروزيس (CF)و بعضي از سرطان‌ها تاكنون تحت ژن درماني قرار گرفته‌اند (توجه داشته باشيد كه نحوه‌ي ورود ژن و نوع سلول‌هاي مقصد در مورد هر بيماري متفاوت است).

پروژه‌ي ژنوم انسان

هدف پروژه‌‌ي ژنوم انسان، تعيين توالي نوكلئوتيدهاي ژنوم آدمي و تشخيص و تعيين جايگاه ژن‌ها روي هر يك از كروموزوم‌ها است. ژنوم، به‌كل محتواي DNA يك جاندار گفته مي‌شود. در عمل، ژنوم يوكاريوتي عبارت است از مجموعه‌ي كاملي از كروموزوم‌هاي متفاوت يك جاندار. مثلاً ژنوم هسته‌اي انسان عبارت است از 22 كروموزوم اتوزوم و كروموزوم‌هاي جنسي X و Y و ژنوم سيتوپلاسمي انسان عبارت است از DNA ميتوكندريايي.
پروژه‌ي ژنوم انسان در اوايل هزاره سوم به اتمام رسيد هرچند كه ابهامات موجود در آن هنوز در دست بررسي است. در واقع آن‌چه كه امروز در دست است ” پيش‌نويس “DNA انسان است و تا كامل شدن آن و رفع ابهامات موجود، مدتي بايد صبر كرد. با آگاهي از ژنوم انسان، درمان و پيشگيري از بسياري از بيماري‌ها ديگر دشوار نخواهد بود. پروژه‌ي ژنوم در مورد بعضي از جانداران آزمايشگاهي نيز به اجرا درآمده است كه از جمله‌ي آن‌ها مي‌توان به جانداران زير اشاره كرد:
باكتري هموفيلوس آنفلوآترا
باكتري اشريشياكلي
كرم لوله‌اي سينورابديتيس الگانس
گياه آرابيدوپسيس
موش و
مگس سركه

كلون كردن جانداران تراژن

در صنعت، به‌ويژه در داروسازي، از جانداران تراژن استفاده‌ي زياد مي‌شود. جانداران تراژن، در واقع كارخانه‌هاي داروسازي‌اند. بنابراين، هرچه تعداد جانداران‌ تراژن بيش‌تر باشد، داروي بيش‌تري خواهيم داشت. يكي از روش‌هاي تكثير جانداران، كلون كردن آن‌هاست گرچه كلون كردن باكتري‌ها و گياهان مدت‌هاست كه با موفقيت انجام مي‌شود، اما كلون كردن جانوران به‌كمك سلول‌هاي تمايز يافته تا قبل از سال 1997 سابقه نداشته است.
در سال 1997 يان ويلموت براي اولين‌بار توانست از سلول‌هاي پستاني يك گوسفند، بره‌اي متولد كند و به اين ترتيب آن گوسفند را كلون كند. بره‌اي كه متولد شد، دالي نام داشت، روشي كه براي تولد دالي استفاده شد، به شرح زير است:

1. ويلموت، ابتدا سلول تخمك را از يك گوسفند تهيه كرد و هسته‌ي آن را جدا نمود.
2. يكي از سلول‌هاي غده‌ي پستاني گوسفندي را كه قرار بود كلون شود از بقيه‌ي سلول‌ها جدا كرد. توجه داشته باشيد كه اين سلول n2 است.
3. تخمك بدون هسته و سلول پستاني را در كنار يكديگر قرار داد و آن دو را به‌كمك تحريك الكتريكي با يكديگر ادغام كرد.
4. سلولي كه به اين ترتيب پديد آمده است، در واقع اولين سلول جنين است. اين سلول شروع به تقسيم كرد و به‌سمت تشكيل جنين پيش رفت.
5. ويلموت، جنين را در رحم گوسفند ماده‌اي قرار داد. اين گوسفند، نقش مادر را براي جنين ايفا مي‌كند و مادر جانشيني نام دارد.
6. سرانجام دالي متولد شد.

دالي از نظر ژنتيك، مشابه گوسفندي است كه سلول‌هاي پستاني از آن گرفته شده است. از اين‌ روش براي توليد جانوران تراژن (بز، گاو و موش) نيز استفاده شده است. در اوايل سال 2003 نيز در ژانويه 2004 ميلادي اخباري مبتني بر كلون كردن انسان نيز منتشر شد اما صحت اين اخبار از سوي مراجع علمي ذيصلاح مورد تاييد قرار نگرفت. چندي پيش در سال 2003 دالي به يك بيماري ريوي مبتلا شد و دانشمندان به زندگي او خاتمه دادند.

یکشنبه 28 شهریور 1389 3282 بازدید 0 نظر

دنیای زیست

سوسمار طلایی یا همان پتی لوس به زبان مازندرانی