کاربرد مهندسی ژنتیک در علوم تغذیه و علوم دارویی و علوم پزشکی
شاهین اسعدی دانشجوی ژنتیک مولکولی
مقدمه:
پزشکی مولکولی چیست؟
کاربردهای بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک در علوم تغذیه و علوم دارویی و پزشکی ریشه در تاریخ دارد و تکوین آن از سال‌های بسیار دور آغاز شده و تا بحال ادامه یافته است. از هزاران سال پیش بشر با استفاده ناخودآگاه از فرایندهای زیستی به تولید محصولات تخمیری مانند نان، مشروبات الکلی، لبنیات و ترشی‌جات و سرکه و غیره می‌پرداخت. شـــش هزار سال قبل از میلاد مسیح، سومریان و بابلی‌ها از مخمرها در مشروب سازی استفاده کردند. مصری‌ها، چهار هزار سال قبل با کمک مخمر و خمیر مایه نان می‌پختند. در این دوران فرآیندهای ساده و اولیه بیوتکنولوژی و به ویژه تخمیر توسط انسان بکار گرفته می‌شد.
از سال 1976 با انتقال ژن‌هایی از یک میکروارگانیسم به میکروارگانیسم دیگر عملاً دخالت و کاربردهای مهندسی ژنتیک در علوم تغذیه و علوم دارویی و علوم پزشکی آغاز شد. تا قبل از آن دانشمندان در فرآیندهای بیوتکنولوژی از خصوصیات طبیعی و ذاتی میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌کردند. در اثر پیشرفت در زیست شناسی مولکولی و ژنتیک و شناخت عمیق‌تر اجزاء و مکانیسم‌های سلولی و مولکولی، متخصصین ژنتیک توانستند به اصلاح و تغییر خصوصیات میکروارگانیسم‌ها بپردازند و میکروارگانیسم‌هایی با خصوصیات کاملاً جدید بوجود آورند تا با استفاده از آنها بتوانند ترکیبات جدیدي را با مقادیر بسیار تولید کنند.
در اوائل قرن حاضر بشر با استفاده آگاهانه از تکنیک‌های تخمیر و کشت میکروارگانیسم‌ها در محیط‌های مناسب و متعاقباً استفاده از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک در تولید آنتی‌بیوتیک‌ها، آنزیم‌ها، مواد غذایی، مواد شیمیایی آلی و سایر ترکیبات، به گسترش این علم مبادرت ورزید.
زمینه‌های کاربرد مهندسی ژنتیک در علوم پزشکی
تولید پروتئین‌های بدن انسان: با بکارگیری روش‌های مهندسی ژنتیک می‌توان پروتئین‌های انسانی مانند انسولین، هورمون رشد، فاکتورهای انعقادی، اینترفرون‌ها و … را به مقادیر زیاد تولید کرد و به مصارف درمانی رساند.
تولید واکسن‌های نوترکیب و فاکتورهای تشخیصی: استفاده از روش‌های نوترکیبی و ساختن پروتئین‌هایی با خواص واکسن‌ها (هپاتیت B) و یا پروتئین‌هایی که می‌توان از آنها در تشخیص بیماری‌ها (ایدز) بهره جست را امکان پذیر ساخته است.
پیش‌بینی مخاطرات گسترش بیماری‌ها: روش‌های نوترکیبی DNA در شناخت بهتر بیماری‌هایی که هم‌اکنون در جهان وجود دارند و همچنین در پیش‌بینی خطرهای گسترش برخی بیماری‌های خاص در آینده بکار گرفته شده‌اند.
ژن درمانی: روش ژن درمانی برای معالجه بیماری‌های کم‌خونی داسی شکل، تالاسمی‌ها، کمبود آنزیم آدنوزین دآمیناز، بیماری‌های اختلال انعقادی، دیستروفی‌های عضلانی و برخی دیگر از بیماری‌ها از هم‌اکنون طرح ریزی شده است.
تولید داروهای نوترکیب: پروتئین‌های حیوانی اگر کارآیی لازم را برای درمان بیماری‌های انسانی داشته باشند مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما بیماری‌هایی که قابل درمان با پروتئین‌های حیوانی باشند زیاد نیستند و در اغلب موارد امکان پیدایش عوارضی مثل پاسخ‌های حساسیتی وجود دارد.
تولید انسولین نوترکیب: انسولین دو ویژگی دارد که تولید آن از طریق روش‌های DNA نوترکیب را تسهیل می‌کند؛ اول اینکه انسولین انسان بعد از ترجمه تغییر نمی‌یابد و مولکول‌های قند به آن افزوده نمی‌شود، بنابراین انسولین نوترکیب ساخته شده در باکتری‌ها فعال خواهد بود. دومین مزیت انسولین اندازه مولکولی بسیار کوچک آن می‌باشد. انسولین از دو رشته پلی‌پپتیدی تشکیل شده است که یکی دارای 21 آمینواسید (زنجیره A) و دیگری 30 آمینواسید (زنجیره B) است. در انسان این دو رشته بصورت پیش‌ساز پره‌پروانسولین ساخته می‌شوند که شامل زنجیره های A و B است که با واسطه دو پل دی‌سولفیدی به هم متصل باقی می‌مانند. چندین راهکار برای بدست آوردن انسولین نوترکیب بکار بسته شده است؛ یکی از اولین پروژه‌ها شامل ساخت مصنوعی ژن‌های زنجیره‌های A و B و سپس تولید آن بصورت پروتئین فیوژن در اشریشیاکلی می‌باشد.
ساخت و بیان ژن‌های مصنوعی انسولین: در اواخر دهه 1970 ایده ساخت ژن مصنوعی ابداع شد. در آن زمان ساخت الیگونوکلئوتیدها در ابتدای کار خود بود و روش‌های موجود برای ساخت مولکول‌های DNA مصنوعی بسیار سخت‌تر از روش‌های خودکار فعلی بود. به این دلیل ساخت ژن‌های کد کننده زنجیره های A و B تا سال 1978 امکان پذیر نشد. فرآیند مورد استفاده برای ساخت مصنوعی ژن انسولین عبارت از ساخت توالی‌های سه نوکلئوتیدی تمام کدون‌های ممکن و سپس متصل کردن آنها به یکدیگر بر اساس توالی آمینو اسیدی زنجیره‌های A و B بود. دو پلاسمید نوترکیب یکی حاوی ژن مصنوعی زنجیره A و دیگری ژن مصنوعی زنجیره B توسط مهندسی ژنتیک ساخته شد. هر دو ژن مصنوعی را در چارچوب خواندن lacz موجود در حامل pBR322 وارد کردند و بنابراین ژن‌ها تحت کنترل پروموتر قدرتمند lac قرار گرفتند تا پروتئین‌ها بیان شدند که چند آمینواسید ابتدایی بتاگالاکتوزیداز را در بخش ابتدایی خود داشتند. هر ژن به گونه‌ای کلون شده بود که بخش بتا-گالاکتوزیداز و زنجیر مربوط به انســولین با یک آمینو اسید متیونین جدا شود. بنابراین امکان برش دادن پلی‌پپتیدهای انسولین از بخش بتاگالاکتوزیدی با استفاده از سیانوژن بروماید وجود خالص شده را در محیط A و B داشت. سپس زنجیره‌های آزمایشگاهی را با ایجاد پل‌های دی‌سولفیدی به هم وصل کردند.
مراحل مهندسی ژنتیک
- انتخاب ژن مورد نظر
- جداسازی ژن مورد نظر
- وارد کردن ژن مورد نظر در حامل
- تکثیر ژن در میزبان مناسب
- انتقال حامل ژن به سلول هدف
- تکثیر سلول هدف
- تولید انبوه محصول یا ایجاد صفت مورد نظر
کلونینگ چیست؟
کلونینگ که معادل عربی آن استنساخ و در فارسی به آن شبیه سازی گفته می‌شود از کلمه‌اي یونانی مشتق شده است که معنی شاخه می‌دهد. کلونینگ یکی از پیچیده‌ترین مراحل فرآیند مهندسی ژنتیک بشمار می‌رود. مراد از کلون سازی به وجود آوردن موجوداتی است که از نظر ژنتیکی مشابه یکدیگرند.
تکنیک‌های کلون سازی
Roslin Technique: تکنیک روسلین نوعی از انتقال هسته سلول پیکری است که توسط محققان مؤسسه روسلین بنا شد. این محققان این روش را برای تولید دالی Dolly بکار بردند. در این فرآیند سلول‌های سوماتیک با هسته کامل رشد کرده و تقسیم می‌شوند و سپس از تغذیه دور نگه داشته شده تا به حالت غیر فعال درآیند. یک سلول تخم که هسته آن خارج شده است نزدیک یک سلول سوماتیک قرار داده می‌شود. هر دو سلول تحت شوک امواج الکتریکی قرار می‌گیرند. سلول‌ها ترکیب می‌شوند و این تخم حاصل رشد کرده و به جنین تبدیل می‌شود، سپس جنین در بدن فرد حامل قرار داده می‌شود.
Honolulu Technique: این تکنیک توسط دکتر تروهیکو واکایاما از دانشگاه هاوایی ابداع شد. در این روش هسته سلول سوماتیک را خارج کرده و آن را به داخل یک تخم فاقد هسته وارد می‌کنند. این تخم در یک کشت و محلول شیمیایی شسته می‌شود و جنین در حال رشد در بدن حامل جایگزین می‌شود و رشد می‌یابد.
کلونینگ DNA
نمای شماتیک روش کلونینگ DNA: شناسایی و جداسازی ژن کد کننده پروتئین دلخواه + طراحی و ساخت حامل بیان حاوی ژن و سیستم کنترل و انتقال حامل به سلول میزبان مناسب
پروسه کشف داروهای بیوتکنولوژی
تولید منوکلونال آنتی‌بادی از طریق مهندسی ژنتیک
- تزریق آنتی‌ژن انسانی به موش
- تحریک و افزایش سلول‌های B تولید کننده آنتی‌بادی
- نامیرایی سلول‌های B با سلول‌های میلوما و ایجاد هیبریدوما
- تولید زیاد آنتی‌بادی توسط هیبریدوما
تکنولوژی آنتی‌سنس از طریق مهندسی ژنتیک
آنتی‌سنس راهی برای کاهش میزان پروتئین
سؤالاتی که پاسخ می‌خواهند…
- از لحاظ اجتماعی و حقوقی انسان شبیه سازی شده به چه کسی نسبت داده می‌شود؟ زیرا همانطور که گفته شد در فرآیند کلونینگ نیازی به جنس مذکر نیست!
- آیا ممکن است بعضی کشورها از این سلاح ژنتیکی برای تکثیر یک نژاد و نابودی نژادهای دیگر استفاده کنند؟
- آیا ممکن است انسانی را بدون اراده و اطلاعش شبیه سازی کرد؟
- از لحاظ اجتماعی چه در تغییری در رابطه پدران و فرزندان و زنان و شوهران در نتیجه شبیه سازی بوجود می‌آید؟
- در صورت فوت انسان شبیه سازی شده قوانین حقوقی مانند میراث یا قوانین کیفری چگونه در مورد او اجرا می‌شود؟
- آیا ممکن است از انسان شبیه سازی شده بعنوان قطعات مصنوعی برای پیوند اعضاء استفاده شود؟
- و اما فرجام سخن اینکه آیا انسان شبیه سازی شده واقعاً انسان است یا فقط یک کپی از سلول‌ها و اندام‌های انسانی است؟
از تمامی اساتید منجمله جناب آقای دکتر سیدعلی رحمانی و سرکار خانم دکتر فائقه صادقی و آقای دکتر علی نظیرزاده متخصصین ژنتیک پزشکی و جناب آقای دکتر احد حیدری مهندس ژنتیک و ریاست محترم دانشکده علوم پایه جناب آقای دکتر مهدی احمدی سابق و معاونت محترم دانشگاه جناب آقای دکتر مهدی قیامی‌راد استاد معین ایمونولوژی و ریاست محترم دانشگاه آزاد اسلامی اهر و جناب آقای دکتر محمد خلیلی که بنده حقیر را در نگارش این مقاله یاری فرموده‌اند کمال تشکر و قدردانی دارم.
:REFERENCES
WWW.Genetic engineering and Its applications.com
WWW.Genetic engineering Williams,Jeff G.com
WWW.Genetic engineering Dreams and Nightmares Oxford University Press.com
WWW.Genetic engineering Texas Medical genetic University.com
WWW.Genetic engineering Kyoto Medical University Tokyo Japan.com
WWW.BioTechnologhy in Medicine .com
WWW.Genetic engineering in NOVA.com
Molecular Cell Biologhy Harvy ludish text book
Molecular Human Genetic Stron T- Strakhan text book
WWW.Gen X , Benjamin Lewin.com
WWW.Principles of Genetics dr.peter snustad Minnesota university U.S.A .com
WWW.Health Molecular Cytologhy Study.com
WWW.Principles of Genetics pro.dr.Michael J.Simmons Minnesota university U.S.A . com
WWW.Principles of Cancer Genetics Fred Bunz.com
WWW.Genetics Basis of Human Cancer Vogelstein and Kinzler.com
WWW.Biologhy of Cancer Weinberg.com
Brown T.A.(2010):Gene Cloning and DNA analysis,6th edn.Blackwell Science.
Alberts B.& Johanson A.and et al.(2002):Molecular Biologhy of the Cell.4th edn.NewYork:Garland Science Publications.
Bernard R.G.& Pasternak J.J.(2003):Molecular Biologhy,3rd edn.Washington:ASM Press.
Weaver R.F.(2002):Molecular Biologhy,2nd edn.Boston:McGrow-Hill.
Winter P.C.&Hickey G.I.et al.(1998):Genetics,Bios scientific publication.
فرگشت در تاریخ علم ژنتیک (قسمت اول)
برای دانلود پی دی اف بر روی لینک زیر کلیک کنید
ورود / ثبت نام