مهندسي ژنتيك و چشم اندازها

[پیمان هادی فرکوش]

مهندسی ژنتیک شامل تکنیکهایی مانند جداسازی ، خالص سازی ، وارد کردن و تظاهر یک ژن خاص در یک میزبان است که نهایتا منجر به بروز یک صفت خاص و یا یک محصول مورد نظر می‌شود.
اطلاعات اولیه

برای انتقال ژن سلولهای پستانداران ، کشت سلولهای جانوری لازم است. اولین بار در سال 1907 کشت سلولی جانوری انجام گرفت و تحول جدیدی در شناخت متابولیزم و ژنتیک سلول جانوری بوجود آمد. برای کشت سلولهای جانوری ابتدا بافت مورد نظر با آنزیم تریپسین تیمار می‌شود و سپس در محیط کشت مناسب رشد کرده و یک لایه سلول را تشکیل می‌دهد. نکته مهم در مورد کشت سلولی این است که سویه سلولی قبل از مرگ 50 - 100 بار تقسیم می‌شوند ولی با سلولهای نئوپلاستیک (سرطانی) می‌توان لایه‌های سلولی تولید نمود که عمر طولانی دارند.

برای کشت سلولی نه تنها PH و یا نیازمندیهای سلولی باید مهیا باشد، بلکه محیط باید ایزونوئیک و استریل بوده وفشار اسمزی آن 290 - 310 میلی اسمول در لیتر باشد. از کشت سلولی برای تعیین سمیت داروها ، نوترکیبی و تولید واکسن استفاده می‌شود. با وجود آنکه بعضی از ژنهای انسانی مانند ژن انسولین به باکتریها کلون شده و باکتری قادر به تولید انسولین است. ولی بعضی از پروتئینها اگر گلیکولیز نشوند و یا ساختمان ثانویه نیابند خاصیت پروتئین مورد نظر را نخواهند داشت. از اینرو برای تولید بعضی از مواد کشت سلولی لازم و ضروری می‌باشد. اما این تکنیک گران است و هم ویروسهای موجود در سرم برای تهیه مواد دارویی و یا واکسن می‌توانند مشکل آفرین باشند. و باید در فکر راههای بهتری باشیم.
ژن درمانی

• تا کنون صدها بیمار تحت مداوای ژن درمانی قرار گرفته‌اند. محققین راههای دستیابی به ژن درمانی سلولهای بدن را توسعه داده‌اند. رایجترین تکنیک Exvivo Thraphy شناخته شده است. در این روش یا ژن معیوب برداشته می‌شود و یا ژن سالم وارد کشت سلولی می‌شود. در این روش درمانی ، معمولا سلولهای خونی مورد نظر هستند. زیرا بسیاری از عیوب ژنتیکی عملکرد یکی از انواع این سلولها یا سایر سلولها را تغییر می‌دهند. تلاشهای امروزه متوجه سلولهای مغز استخوان است آنها سلولهای ناقص هستند که باعث تشکیل سلولهای خونی در جریان گردش خون می‌شوند. و فناناپذیر هستند.
  
  
• راه دیگر ژن درمانی ، استفاده از ژن در محل معین می‌باشد (Insitu). مثلا تزریق ژن سالم در عضله حیواناتی که دارای سوء تغذیه عضلانی هستند. این روش هنوز ناتوان است ولی برای درمان سرطان به کار گرفته شده است ولی چون ژنها بطور اتفاقی به داخل DNA کروموزومها راه می‌یابند، می‌توانند مصون باشند و عواقب شدیدی داشته باشند. برای مثال اگر ژنهای سالم ، ژنهای محافظ تومور را که معمولا از بدن در برابر تومورها ، حفاظت می‌کند، از بین ببرند، نتیجه آن سرطان خواهد بود.
  
  
• برای انتقال ژن به سلول یوکاریوت از روشهای مختلف مانند پودر طلا ، کلسیم ، ویروس و لیپوزومها استفاده می‌شود. لیپوزومها غشاهای لیپیدی شبیه به غشاء سیتوپلاسمی حاوی ذره DNA می‌باشند که جذب سلولها می‌شوند.

تولید حیوانات ترانس ژن

• تولید موشهای با جثه بزرگ ، انتقال بیماری انسان به موش ، تولید گوسفند با شیر و پشم فراوان و تولید خوک با جثه بزرگ از هدفهای تولید حیوانات ترانس ژن می باشد. اکثر حیوانات ترانس ژن ، موش می‌باشد. چون هم تخمک و هم فرزند فراوان تولید می‌کند، برای انتقال ژن به درون تخمک موش ، تخمک را با پیپت مخصوص متصل به خلاء نگهداری می‌کنند و با سوزن ریز DNA وارد هسته می‌کنند. تخمک تغییر یافته را به موش انتقال می‌دهند.
  
  
• برای تولید گاو و گوسفند ترانس ژن ، نمی‌توان مانند روش موش پیش رفت. برای تولید گوسفندان با پشم فراوان ژن سنتز سیستئین (نوعی اسید آمینه) باکتری را در شبکه حیوان وارد کرده و در سیرابی SH₂ و اسید آمینه متیونین به دام افتاده و سیستئین سنتز می‌شود. سیستئین باعث سنتز راتین شده و این حیوانات پشم زیادی تولید می‌کنند. گاوهای ترانس ژن قادر به تولید انترفرون می‌باشند.
  
  
• شاید حیوانات ترانس ژن هورمون و شیر زیاد تولید کنند، ولی مستعد به عفونت می‌باشند. و فاقد فاکتور انعقاد خون هستند. اکثرا نازا می‌باشند و در جوانی گرایش به مرگ دارند. آزمایشات در مورد تولید خوکهای ترانس ژنی که جثه بزرگ دارند نشان داده است که آرتریت ، التهاب قلب ، زخم معده و حساسیتهای پوستی در آنها زیاد است. بنابراین این سوال مطرح است که آیا پشم زیاد گوسفند از نظر اقتصادی با عمر کوتاه او برابری می‌کند؟

انتقال ژنها به درون سلولهای پستانداران

درک ما از تنظیم بیان ژن در یوکاریوتها بطور گسترده بر مبنای وارد نمودن ژنها یا سایر قطعات تعریف شده‌ای از DNA به درون باکتریها و ارزیابی توانایی ژن به عملکرد طبیعی ، اساس یافته است.

• Ca⁺² ، جذب DNA توسط سلولهای مهره داران را تحریک می‌کند: مکانیزم جذب DNA مخلوط با Ca⁺² توسط سلولها ، واضح نیست. اما حقیقت این است که سلولهای فوق دانه‌های ریز DNA را فاگوسیتوز می‌کنند و بعدها بخش کوچکی از مولکول DNA بطور ثابت در درون DNA کروموزومی سلولها ادغام می‌شود. از آنجایی که فقط بخش بسیار کوچکی از DNA اضافه شده سرانجام بطور عملی به درون DNA سلولی ادغام می‌شود. تکنیکهای نشانگر باید پیشرفت کنند تا سلولهایی که دارای DNA ادغام شده هستند، بطور انتخابی تکثیر شوند و در برابر سلولهای تغییر نیافته شناسایی شوند.
  
  
• تیمیدین کیناز (TK) به عنوان نشانگر انتخابی در یوکاریوتها: بهترین مارکر شناسایی شده تا کنون ژن تیمیدین کیناز می‌باشد. این آنزیم در مسیر بیولوژیکی بیوسنتز پیریمیدین استفاده می‌شود. آنزیم فوق تیمیدین را که بوسیله تجزیه DNA تشکیل شده است می‌گیرد و آنرا به صورت دزوکسی تیمیدین مونوفسفات فسفریله می‌کند که با اضافه کردن دو گروه فسفریله نشده یا زنده ماندن سلولها ضروری نیست و سلولهایی که کاملا فاقد این آنزیم هستند، زنده می‌مانند.
  
  
• ریز تزریق DNA به درون سلولهای پستانداران: گذشته از اینها ، DNA می‌تواند با استفاده از یک میکرو پیپیت شیشه‌ای با قطر 0.1 میکرون و از طریق تزریق مستقیم خود به درون هسته‌های سلولها ، بطور ثابت به درون سلولهای کشت بافت وارد شود چنین روشی نیازمند تجهیزات پیچیده‌ای است، اما با اینحال یک شخص می‌تواند به 500 - 1000 سلول در هر ساعت DNA تزریق کند و باعث شود که 50 درصد از سلولهای تزریق شده به طرز ثابت ژنهای تزریق شده را ادغام کرده و آن را بیان کنند. برتری این روش این است که اصولا هر قطعه‌ای از DNA می‌تواند به درون هر سلولی وارد شود و هر سلول تغییر یافته مشخص است و هیچ مارکری برای انتخاب لازم نیست.

جداسازی ژنهای منتقل شده

توانایی انتقال ژن به درون سلولهای موش ، جداسازی همان ژن را نیز میسر می سازد. برای انجام این مقصود یا غربالگری و یا روش امدادی استفاده می‌شود. در استراتژی غربالگری DNA ابتدا با تعدادی از آنزیمهای محدود الاثر بریده می‌شود تا اینکه یک یا تعدادی از آنزیمهایی که ژن مورد نظر را برش نمی‌دهند، یافت شوند. کل DNA با این آنزیم بریده می‌شود و به نوع خاصی از DNA مانندپلاسمید وصل می‌شود. بدین طریق همه قطعات DNA یوکاریوتی که شامل DNA حاوی مارکر انتخابی نیز می‌باشند، به مارکر پروکاریوتی ضمیمه و متصل می‌شوند. انتقال ژن بطور معمول انجام می‌پذیرد.

عملا DNA از این پذیرنده اولیه جدا شده و جهت انتقال به جمعیت دوم سلولها ، استفاده می‌شود. سلولهای ثانویه که ژن را دریافت کرده‌اند، فقط شامل ژن مورد نظر خواهند بود. سپس خزانه‌ای از این DNA در فاژ و یا در کاسمید ، تهیه می‌شود. خزانه فوق برای توالی DNA مورد نظر غربال می‌شود که انتظار می‌رود بر روی همان فاژ یا کاسمیدی که حاوی ژن قابل انتخاب است، قرار داشته باشد.
برقراری حضور ژنهای خاص سرطانی انسان بواسطه آزمایشات انتقال ژن

تکنیک مخلوط کردن با Ca⁺² برای انتقال ژن ابتدا برای DNA ویروس توموری استفاده شد تا سلولهای نرمال پستانداران را به سمت فنوتیپ بدخیم وسرطانی تغییر شکل دهد. اخیرا تکنیکهای انتقال ژن برای شناسایی و کلون کردن ژنهایی بکار رفته است که در تشکیل سرطانهای انسان دخالت دارند.

این آزمایشات با این یافته آغاز شد که DNA با وزن مولکولی بالا از سلولهای موش که بطور شیمیایی دگرگون شده بودند و یا از کشتهای سراطانهای انسانی ، جداسازی شد و این DNA توانست فیبروبلاستهای طبیعی سلولهای فیبروبلاستی طبیعی موش ، اضافه شد. سلولهای تیمار شده به مدت چندین هفته در یک محیط کشت حاوی سرم گذاشته شدند و پس از آن ، کانونهای کوچکی از سلولهای سرطانی ، آشکار شد. با تزریق این سلولها به موش ، موش دچار سرطان شد.

چشم انداز

کاربردهای دیگر مهندسی ژنتیک یا فن آوری DNA نو ترکیب در حال آشکار شدن می‌باشد. تاکنون از آنزیمهای تولیدی توسط فن‌آوری DNA نوترکیب دترجینتها ، قندها و پنیر استفاده شده است. از پروتئینهای مهندسی شده به عنوان افزودنی غذاها ، جهت تکمیل ارزش غذایی آنها و ایجاد طعم و بوی خوش ، استفاده می‌گردد. میکرو ارگانیزمهایی در حال مهندسی هستند که دارای مسیرهای متابولیکی تغییر یافته و یا کاملا جدید برای استخراج روغن و مواد معدنی از ذخایر زمینی ، غیر سمی نمودن مواد سمی موجود در فاضلابها ، می‌باشند.