التكنولوجيا الحيوية
B i o t e c h n o l o g y
تطبيقات التكنولوجيا الحيوية
1)البصمة الوراثية
- البصمة الوراثية هي خريطة قَطع تُبيِّن توزيع قِطع DNA في عيِّنة DNA التي يراد تحليلها، وتُؤخَذ من نواة خلية حيَّة، مثل:
1)خلايا الدم البيضاء.
2) وجذور الشعر.
3)والخلايا الطلائية.
- تُعَدُّ هذه الخريطة باستخدام منطقة تحوي أعدادًا مُتغيِّرةً من تسلسلات DNA المُتكرِّرة (VNTR).
- وهي تختلف من شخص إلى آخر.
- وتتشابه فقط في التوائم المُتطابِقة.
- لذا تُستخدَم في القضايا القانونية، مثل: تحديد النسب، والتحقيق في الجرائم. وكذلك تُستخدَم في تحديد هوية الضحايا في الكوارث الطبيعة.
- ففي حالة تحديد النسب، تُحلَّل هذه الخريطة، ثم تُقارَن بنتائج عيِّنات الفحص للأبوين؛ إذ تكون بعض قطع DNA للطفل من الأُمِّ، وبعضها الآخر من الأب. أنظر الشكل الآتي.
أستنتج: أيُّ الطفلين هو طفل لهذه العائلة؟
- الطفل الثاني.
2)هندسة الجينات
- يُقصَد بها تعديل DNA للكائن الحيِّ؛ ما يُغيِّر المعلومات الوراثية فيه.
- وتبعًا لذلك، يتغيَّر نوع البروتينات التي يُكوِّنها، وكمِّيتها؛ ما يؤدي لإنتاج مواد جديدة، أو أداء وظائف جديدة.
- تعتمد هذه العملية على عزل جينات مُُحدَّدة من DNA المُتبرِّع، ثم إضافتها إلى DNA المُستقبِل لإنتاج DNA المعاد تركيبه .
- تُعَدُّ بكتيريا E. coli أحد أقدم الكائنات الحيَّة المُعدَّلة وراثيًّا، وكان الهدف من تعديلها هو إنتاج الأنسولين البشري المعاد تركيبه.
تطبيقات هندسة الجينات
أ)تطبيقات طبية Medical Applications
- استُخدِمت هندسة الجينات في إنتاج اللقاحات والبروتينات العلاجية، مثل:
1- هرمون الأنسولين.
2- وهرمون النمو.
3- ومادة تُستعمَل لعلاج العقم، تُسمّى الفولستم.
4- وكذلك استُخدِمت في العلاج الجيني بتثبيط الجين المسؤول عن إحداث المرض، أو بإدخال نسخة من الجين السليم في خلايا فرد مصاب بمرض وراثي ناتج من اجتماع جينين مُتنحِّيين؛ لتعويض نقص البروتين الوظيفي في الخلايا.
- من الأمراض التي يُمكِن معالجتها جينيًّا:
1- مرض التليُّف الكيسي.
2- وأنواع مُعيَّنة من نزف الدم.
3- ومرض مناعي يُسمّى ADA-SCID.
أنظر الشكل الآتي الذي يُبيِّن خطوات العلاج الجيني.
أتتبَّع خطوات العلاج الجيني.
- أ. استخلاص خلايا المريض.
ب. تعديل الفيروس بإضافة الجين المرغوب.
ج. ادخال الفيروس المعدل جينيًّا إلى خلايا المريض.
د. حقن المريض بالخلايا المعدلة جينيًّا .
* من التحدِّيات التي تُواجِه استخدام العلاج الجيني:
- التأكُّد من اندماج الجين المرغوب في المادة الوراثية للخلية التي تحتاج إليه، ثم التأكُّد أنَّ الجين سيكون نشطًا، واختيار ناقل مناسب لا يُحدِث ردود فعل مناعية.
ب) تطبيقات زراعية
- تُعدَّل النباتات جينيًّا لإكسابها صفات مرغوبة، مثل:
1- زيادة القيمة الغذائية للنبات.
2- وملاءمة الظروف البيئية.
3-ومقاومة الآفات الزراعية.
4- وزيادة إنتاج المحاصيل الزراعية.
- تعتمد هندسة الجينات في النبات على:
1- تعديل البلازميد جينيًّا.
2- ونقله إلى بكتيريا تُهاجِم خلايا النبات، وتَدخل خلاياه.
3- ثم دمج الجين ذي الصفات المرغوبة مع DNA للنبات.
5- فتظهر الصفات الجديدة في النبات المُعدَّل جينيًّا، أنظر الشكل الآتي
* من الأمثلة على استخدام هندسة الجينات في النباتات:
1- تعديل نبات الأرز جينيًّا لإنتاج كمِّيات أكثر من فيتامين A.
2- وتعديل نبات القطن بإضافة جين مسؤول عن بروتين يُؤثِّر في جهاز الحشرات الهضمي ليصبح محصولا مُقاوِمًا للحشرات؛ ما يُقلِّل الفاقد من المحصول بسبب الآفات الزراعية.
*ومن الأمثلة على استخدام هندسة الجينات في تحسين الإنتاج الحيواني:
1- تعديل بعض صفات الحيوان لزيادة إنتاجه من الحليب، أو البيض، أو اللحوم.
2- وزيادة مقاومة الأمراض في الحيوانات.
3- واستخدام فئران التجارب المُعدَّلة جينيا في دراسة تطوُّر الأمراض وتأثير الأدوية.
|
الربط بالصحة اضطراب طيف التوحُّد Hoxd 4 و DNA المحيط به، وتقصيّ دوره في نمو الدماغ الخلفي في الأَجِنَّة وتطوُّره. وقد توصَّل العلماء إلى أنَّ النمو غير الطبيعي في الجزء الخلفي من الدماغ يُسهِم في تطوُّر اضطراب طيف التوحُّد. |
الاستنساخ
-وضّح المقصود بالاستنساخ؟
- إنتاج كائن حيّ مُتعدِّد الخلايا من خلية واحدة، بحيث يتطابق وراثيًّا مع الكائن الحيِّ الذي تبرَّع بالخلية الأصلية المُستنسَخة.
أ)الاستنساخ في النبات Plant Cloning
- يُستنسَخ نبات الأوركيد؛ نظرًا إلى أهميته الاقتصادية، وصعوبة تكثيره خضريًّا، وتُستنسَخ
نباتات أُخرى؛ لخصائصها المُميَّزة، مثل: جودة المحصول، ومقاومة مُسبِّبات الأمراض النباتية.
- استنسخ العالِِم ستيوارد نبات الجَزَر باستخدام خلايا الجذر لإنتاج نباتات جَزَر كثيرة، مُتماثِلة وراثيًّا، ومُُماثِلة للنبات الأصلي.
- لتعرُّف خطوات استنساخ النباتات، أنظر الشكل الآتي.
ب) الاستنساخ في الحيوانات Animals Cloning
- استنسخ العلماء الأغنام والبقر والقطط والفئران عن طريق استبدال نواة خلية جسمية
سليمة ثنائية المجموعة الكروموسومية ومأخوذة من الحيوان المراد استنساخه بنواة بويضة
غير مُخصَّبة، ثم تحفيز البويضة ثنائية المجموعة الكروموسومية على الانقسام؛ فيتكوَّن الجنين
الذي يُزرَع في رحم أنثى أُخرى، وتكون صفات النسل الناتج مُماثِلة لصفات الحيوان الذي أُخِذت
منه الخلية الجسمية.
- في عام 1996 م، استُنسِخت النعجة دولّلي، أنظر الشكل الآتي، وكان ذلك بدايةً لاستنساخ عديد من الكائنات الحيَّة.
|
الربط بالدين - قررت جميع والهيئات والمؤسسات الشرعية بالإجماع منع وتحريم الإستنساخ - أما في ما يخص استنساخ النباتات والحيوانات لأغراض البحث العلمي أو العلاج أو |
مشروع الجينوم البشري
- يُقصَد بمشروع الجينوم البشري تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في كامل DNA للإنسان،
وتعرُّف مواقع الجينات وترتيبها في الكروموسومات جميعها، أنظر الشكل الآتي.
- درسْتُ سابقًا أنَّ هذا المشروع قد استغرق مدَّة طويلة.
- واليوم أصبح مُمكِنًا معرفةُ تسلسل الجينوم البشري في أقل من يوم واحد نتيجة التطوُّرات التي شهدتها التكنولوجيا الحيوية.
- يستفاد من هذا المشروع في:
* تشخيص الأمراض الوراثية.
* وتعرُّف علاجاتها.
* وتحديد الأمراض التي تنتج من أليلات سائدة أو مُتنحِّية، ويتحكَّم فيها جين واحد، مثل: مرض هنتنغتون، والتليُّف الكيسي.
*فضلا عن اكتشاف الجينات التي تُؤثِّر في أمراض أكثر تعقيدًا، مثل: مرض السرطان، وأمراض القلب.
* وقد كان مشروع الجينوم البشري مدخلا للعديد من مشاريع الجينوم المختلفة كما يبين المخطط الآتي.
أتحقَّق: أُوضِّح المقصود من الجينوم البشري.
- تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في كامل DNA للإنسان، وتعرف مواقع الجينات وترتيبها في الكروموسومات جميعها.
المعلوماتية الحيوية
- يُقصَد بالمعلوماتية الحيوية استخدام الحاسوب في جمع تسلسل عدد كبير من النيوكليوتيدات، ومعالجتها، وتحليلها، ودراستها، أو استخدامه في جمع كَمٍّ كبير من المعلومات المُتعلِّقة بالعلوم الحياتية، أنظر الشكل الآتي.
- وهذا يتطلَّب توافر نظام ذي سعة وسرعة كبيرتين.
-تعتمد المعلوماتية الحيوية على أجهزة حاسوب مُتطوِّرة يُمكِنها تخزين كَمٍّ هائل من البيانات وإدارتها، وإنشاء قواعد بيانات تُخزِّن تسلسل الجينوم والمحتوى البروتيني للعيِّنات المدروسة، وتسلسل البروتين وتركيبه.
- فمثلا، COSMIC هي قاعدة بيانات للطفرات الجسمية المُسبِّبة لمرض السرطان.
- و (BLAST) هي قاعدة بيانات تساعد على المقارنة السريعة بين تسلسلات الجينات على جزيئات DNA للكائنات المختلفة والتشابه الجيني بينها؛ ما يُسهِم في تعرُّف وظائف الجينات، وتمييز الجينات المُسبِّبة للاختلالات الوراثية.
أتحقَّق: أُقارِن بين قاعدة بيانات BLAST وقاعدة بيانات COSMIC من حيث نوع البيانات في كلٍّ منهما.
- هي قاعدة بيانات للطفرات الجسمية المُسببة لمرض السرطان. و BLAST هي قاعدة بيانات تساعد
على المقارنة السريعة بين تسلسلات الجينات على جزيئات DNA للكائنات المختلفة والتشابه الجيني بينها؛ ما يُسهِّم في تعرف وظائف الجينات، وتمييز الجينات المُسببة للاختلالات الوراثية .
علم المحتوى البروتيني
- علم يدرس أنواع البروتينات المختلفة، ومدى وفرتها، وتركيبها، ووظائفها، وأثرها في جسم الكائن الحيِّ.
- وهو يتضمَّن معرفة تسلسل الحموض الأمينية في البروتين، انظر الشكل الآتي.
- اعتمادًا على المعلوماتية الحيوية، يُمكِن تعرُّف الجين المسؤول عن إنتاج بروتين ما، وتحديد الأمراض الوراثية، وتشخيصها، وتطوير الأدوية المناسبة لعلاجها.
- يُعَدُّ مشروع رسم خريطة البروتينات للإنسان قاعدة بيانات مرجعية (HPRD) ، يستفاد منها في:
*تعرُّف عدد البروتينات.
*ووظائفها المختلفة.
*وعلاقة البروتينات بالأمراض.
القضايا الأخلاقية المُرتبِطة بالتكنولوجيا الحيوية
- بالرغم من الإيجابيات العديدة لاستخدام التكنولوجيا الحيوية، فإنَّه توجد آثار سلبية لها، مثل:
1- تأثير الجين المنقول في الجينات الأُخرى، مثل: زيادة نشاطها، أو تثبيط عملها.
2- مهاجمة جهاز المناعة للناقل الجيني.
3- التأثير في الأنظمة البيئية، وإصابة الإنسان أو الكائنات الحيَّة الأُخرى بالأمراض.
4- إنتاج سلالات من الكائنات الحيَّة لاستخدامها أسلحة بيولوجية في تدمير البشرية.
5- تعديل صفات الأَجِنَّة غير المَرَضية، مثل: الذكاء، والجمال، والطول.
أتحقَّق: أُوضِّح المقصود بالمحتوى البروتيني.
-دراسة أنواع البروتينات المختلفة، ومدى وفرتها، وتركيبها، ووظائفها، وأثرها في جسم الكائن الحيِّ، وهو يتضمَّن معرفة تسلسل الحموض الأمينية في البروتين.
