با چند پرسش و پاسخ درباره مهندسی ژنتیک دانسته های خود را زیاد کنید.

تعریف بیوتکنولوژی

۱. بیوتکنولوژی چیست؟

بیوتکنولوژی کاربرد دانش بیولوژیکی برای به دست آوردن تکنیک ها، مواد و ترکیبات جدید برای مصارف دارویی، پزشکی، کشاورزی، صنعتی و علمی است، یعنی برای استفاده عملی.

اولین زمینه های بیوتکنولوژی کشاورزی و صنایع غذایی بود. امروزه بسیاری از زمینه های عملی دیگر از تکنیک های آن استفاده می کنند.

تعریف مهندسی ژنتیک

۲. مهندسی ژنتیک چیست؟

مهندسی ژنتیک استفاده از دانش ژنتیکی برای دستکاری مصنوعی ژن ها است. یکی از رشته های بیوتکنولوژی است.

۳. در سطح کنونی پیشرفت بیوتکنولوژی، تکنیک های اصلی مهندسی ژنتیک کدامند؟

تکنیک‌های اصلی مهندسی ژنتیک که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: فناوری DNA نوترکیب (که مهندسی ژنتیک نیز نامیده می‌شود)، که در آن قطعات ژنی از یک موجود زنده در ماده ژنتیکی موجودات دیگر برای تولید موجودات نوترکیب وارد می‌شوند. فناوری پیوند هسته، که عموماً به عنوان “کلونینگ” شناخته می شود، که در آن هسته یک سلول به یک سلول تخمکی از همان گونه پیوند زده می شود تا یک کپی ژنتیکی از فرد دهنده (از هسته) ایجاد شود. و فن آوری تقویت DNA یا PCR (واکنش زنجیره ای پلیمراز) که امکان تولید میلیون ها تکرار از قطعات انتخاب شده یک مولکول DNA را فراهم می کند.

فناوری DNA نوترکیب برای ایجاد ارگانیسم های تراریخته مانند باکتری های جهش یافته تولید کننده انسولین استفاده می شود. فناوری پیوند هسته در حال توسعه اولیه است اما به عنوان مثال، اساس ایجاد گوسفند “دالی” است. PCR کاربردهای عملی متعددی دارد، مانند آزمایش‌های پزشکی برای تشخیص میکروارگانیسم‌های موجود در خون و بافت‌ها، انگشت نگاری DNA و گرفتن نمونه‌های DNA برای تحقیقات.

آنزیم های محدود کننده و فناوری DNA نوترکیب

۴. آنزیم های محدود کننده چیست؟ چگونه این آنزیم ها در فناوری DNA نوترکیب شرکت می کنند؟

آنزیم های محدود کننده یا اندونوکلئازهای محدود کننده، آنزیم هایی هستند که در برش قطعات DNA تخصص دارند و هر کدام بر روی مکان های خاصی از مولکول DNA اثر می گذارند. آنزیم های محدود کننده در فناوری DNA نوترکیب برای به دست آوردن قطعاتی از مولکول های DNA با دقت مورد استفاده قرار می گیرند، که بعداً به مولکول های DNA دیگر بریده شده توسط همان آنزیم ها وارد می شوند.

۵. DNA لیگاز چیست؟ چگونه این آنزیم ها در فناوری DNA نوترکیب شرکت می کنند؟

لیگازهای DNA آنزیم هایی هستند که در پیوند زنجیرهای DNA مکمل که مارپیچ دوگانه DNA را تشکیل می دهند تخصص دارند. این آنزیم ها در فناوری DNA نوترکیب برای وارد کردن قطعات DNA برش داده شده توسط آنزیم های محدود کننده به مولکول های DNA دیگر که تحت تأثیر همان اندونوکلئازها قرار می گیرند، استفاده می شود.

۶. پلاسمیدها چیست؟

پلاسمیدها مولکول های دایره ای DNA هستند که در مواد ژنتیکی برخی از باکتری ها وجود دارند. آنها ممکن است حاوی ژن‌های مسئول مقاومت باکتریایی به برخی آنتی‌بیوتیک‌ها و همچنین ژن‌های تولید پروتئین‌هایی باشند که باعث بیماری‌زایی (خصومت بیماری‌زا) می‌شوند.

  • بررسی مهندسی ژنتیک – تنوع تصویر: پلاسمید

۷. چگونه از مهندسی ژنتیک برای ایجاد باکتری های قادر به تولید انسولین انسانی استفاده می شود؟

در تولید انسولین انسانی توسط باکتری ها، ژن انسولین انسانی در مواد ژنتیکی این میکروارگانیسم ها گنجانده می شود. باکتری های جهش یافته تکثیر می شوند و دودمان هایی از باکتری های تولید کننده انسولین را تشکیل می دهند.

باکتری ها حاوی رشته های دایره ای از DNA به نام پلاسمیدها هستند که کروموزوم های کوچکی هستند که به عنوان کمکی برای DNA اولیه عمل می کنند. برای ایجاد باکتری جهش یافته قادر به تولید انسولین، یک پلاسمید تحت تأثیر آنزیم های محدود کننده (اندونوکلئازهای محدود کننده) متخصص در برش قطعات DNA قرار می گیرد. پلاسمید دایره ای یک بار توسط آنزیم محدود کننده باز می شود. از همان آنزیم برای برش مولکول DNA انسانی حاوی ژن انسولین استفاده می شود. سپس قطعه DNA انسان حاوی ژن انسولین از طریق لیگازهای DNA به پلاسمید در انتهای آن متصل می شود. سپس پلاسمید نوترکیب حاوی ژن انسولین انسانی به باکتری وارد می شود.

یکی دیگر از هورمون های انسانی که قبلاً توسط باکتری های نوترکیب تولید می شود GH (سوماتوتروپین یا هورمون رشد) است.

قرار دادن مولکول‌های DNA در سلول‌های یک فرد در ژن درمانی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد که درمانی امیدوارکننده برای بیماری‌های ژنتیکی است. در ژن درمانی، سلول‌های ارگانیسمی که در تولید پروتئین معین کمبود دارند، قطعات DNA حاوی ژن پروتئین را (از طریق ناقل‌هایی مانند ویروس) دریافت می‌کنند و سپس شروع به سنتز پروتئین می‌کنند.

شبیه سازی ژنتیکی

۸. شبیه سازی چیست؟

شبیه سازی، تولید ارگانیسمی است که از نظر ژنتیکی با موجودی مشابه دیگر از طریق مهندسی ژنتیک یکسان است.

اساس شبیه سازی فناوری پیوند هسته است. یک هسته از یک سلول استخراج می شود، به طور کلی از یک سلول جنینی (تمایز نشده) و این هسته در یک سلول تولید مثلی که قبلا انحلال شده است (به طور کلی یک سلول تخمک) وارد می شود. سپس تخمک در اندامی که در آن رشد جنینی انجام می شود، کاشته می شود. اگر رشد جنینی رخ دهد، ارگانیسم جدید دارای محتوای ژنتیکی یکسانی با ارگانیسم ارگانیسمی است که هسته سلولی آن در پیوند استفاده شده است.

واکنش زنجیره ای پلیمراز

۹. PCR چیست؟ PCR چگونه کار می کند؟

PCR، واکنش زنجیره‌ای پلیمراز، روشی برای سنتز نسخه‌های زیادی از نواحی خاص یک مولکول DNA است که به عنوان مناطق هدف شناخته می‌شوند. مخترع آن، کری مولیس، برنده جایزه نوبل شیمی در سال ۱۹۹۳ شد.

ابتدا DNA مورد آزمایش گرم می شود تا مارپیچ دوگانه پاره شود و زنجیره های پلی نوکلئوتیدی در معرض دید قرار گیرند. سپس، توالی‌های مصنوعی کوچکی از DNA که به عنوان پرایمر شناخته می‌شوند و حاوی توالی‌های نوکلئوتیدی شبیه به دنباله‌های انتهای ناحیه مورد مطالعه (به عنوان مثال، ناحیه‌ای حاوی یک ژن شناخته شده منحصر به یک ارگانیسم خاص) اضافه می‌شوند. پرایمرها با DNA اصلی در انتهای ژن جفت می شوند تا تکثیر شوند. آنزیم های معروف به پلیمرازها که تکثیر DNA و عرضه نوکلئوتید را کاتالیز می کنند اضافه می شوند. سپس پرایمرها تکمیل می شوند و ناحیه انتخاب شده تکثیر می شود. در حضور پرایمرهای بیشتر و نوکلئوتیدهای بیشتر، میلیون ها نسخه از آن ناحیه خاص تولید می شود. (PCR حتی در صورت استفاده از حداقل مقدار DNA بسیار حساس است).

اثر انگشت DNA

۱۰. کدام اصل زیست شناسی مولکولی اساس انگشت نگاری DNA است؟

انگشت نگاری DNA، روش شناسایی افراد با استفاده از DNA، بر این واقعیت استوار است که DNA هر فرد (به جز دوقلوهای همسان و کلون های منفرد) حاوی توالی های نوکلئوتیدی منحصر به فرد است.

اگرچه افراد عادی از یک گونه دارای ژن های یکسان در کروموزوم های خود هستند، اما هر فرد دارای آلل های متفاوتی است و حتی در بخش های غیرفعال کروموزوم ها (هتروکروماتین)، تفاوت هایی در توالی نوکلئوتیدی در بین افراد وجود دارد.

خطرات و اخلاق مهندسی ژنتیک

۱۱. چرا فناوری DNA نوترکیب و فناوری پیوند هسته هنوز خطرناک هستند؟

فناوری DNA نوترکیب و فناوری پیوند هسته (کلونینگ) بسیار خطرناک هستند، زیرا می توانند در مدت زمان بسیار کوتاهی تعادل اکولوژیکی را که تکامل میلیون ها سال طول کشیده تا بر روی کره زمین ایجاد کند، اصلاح کنند. در طی فرآیند تکاملی، تحت تأثیر آهسته و تدریجی جهش ها، نوترکیبی های ژنتیکی و انتخاب طبیعی، گونه ها پدید آمدند، اصلاح شدند و میراث ژنتیکی شکل گرفت. با این حال، با مهندسی ژنتیک، انسان‌ها می‌توانند ژن‌ها را مخلوط و اصلاح کنند و تغییراتی را با پیامدهای درازمدت غیرقابل پیش‌بینی ایجاد کنند و خطر ایجاد بیماری‌های جدید گیاهی یا حیوانی، انواع جدیدی از سرطان‌ها و شیوع بیماری‌های جدید را به همراه داشته باشند. این میدانی است که بالقوه خطرناک است مانند دستکاری انرژی هسته ای.

۱۲. مشکل اخلاقی اصلی در مورد شبیه سازی افراد انسانی چیست؟

علاوه بر خطرات بیولوژیکی، یک مشکل اخلاقی بسیار جدی شامل فناوری پیوند هسته مربوط به انسان است: حقوق فردی یک انسان وقتی که یک مرد یا زن به عنوان کپی از دیگری ساخته شود، نقض می شود.

از آنجایی که نمی توان ابتدا پرسید که آیا شخصی که قرار است شبیه سازی شود می خواهد کپی ژنتیکی شخص دیگری باشد یا نه، واضح است که مهم ترین حق بشر در هنگام ساختن یک انسان به عنوان کپی از دیگری نقض می شود: حق آزادی فردی این یک خطر برای دموکراسی است که اساسی ترین اصل آن احترام به آزادی فردی است.

اکنون که تحصیل در رشته مهندسی ژنتیک را به پایان رسانده اید ، این گزینه های شما هستند:

  • این موضوع را مرور کنید، همه پرسش و پاسخ ها را دوباره بخوانید.
  • موضوع بعدی را مطالعه کنید: به منشاء حیات بروید .

منبع: Biology Q&As