النسخ بالهندسة الوراثية
نسخ أو استنساخ القطع من الدي إن أي عن طريق الهندسة الوراثية.
إن ما يهتم به العلماء في باب الاستنساخ هو نسخ قطع من الدي إن أي كانت هذه القطع عبارة عن جين(مورث)أو جميع الجينوم(أي كل الدي إن أي الموجود في الكائن الحي).و اشهر العمليات التي تجرى هي نسخ قطعة من الدي إن أي. و يحتاج العلماء للقيام بنسخ القطع لأنهم يحتاجون إلى كمية كبيرة من هذه النسخ و ذلك لندرة استخلاصها في كل مرة من داخل الخلية و ذلك لوجود التعقيدات الإنشائية للكروموسومات .و على سبيل المثال فان الجين المنتج لسلسة بيتا في الهيموجلوبين و المعروف بمورث ببيتا جلوبين( Beta-Globin Gene) يمثل فقط 0.00005% من حجم الدي إن أي الكلي في الخلية(و الذي يتراوح ب 3بلايين قاعدة نووية).كما أن الجين العملاق و المعروف بجين الدستروفين( Dystrophin Gene ) و الذي يتراوح حجمه بال2.5 ميقابيز (2.5Megabases ) لا يمثل أكثر من 0.08% من الحجم الكلي للدي إن أي في الخلية.و لذلك فان العلماء يحتاجون إلى إجراء نسخ لهذه الجينات أو القطعة من الدي إن أي لكي يتسنى لهم التعامل بها و إجراء التجارب عليها.و هناك طريقتان رئيسيتان للنسخ:
1- النسخ عن طريق استخدام الخلايا الحية(Cell-Based DNA cloning)
2- النسخ عن طريق غير الخلايا الحية(Cell-Free DNA cloning) و ذلك باستخدام البي سي أر( Polymerase chain reaction PCR).سوف نورد لهذه الطريقة صفحة مستقلة إنشاء الله.
النسخ عن طريق استخدام الخلايا (Cell-Based DNA cloning)
يرتكز النسخ باستخدام الخلايا الحية على ثلاث خطوات:
1- تصميم قطعة مهجنة من الدي إن أي المراد نسخها و دي إن أي من ناقل (Vector) و لدية القدرة على التكاثر.و ذلك عن طريق استخدام الإنزيمات القاطعة(Restriction enzymes).
1- Construction of recombinant DNA molecules by in Vitro attachment to Replicon(Vector).
2- نقل القطعة المهجنة و التي هي بداخل الناقل إلى خلية حية و في العادة تستخدم البكتيريا(Bacteria ) خاصة النوع المعروف بالايكولي (E,coli او الخميرة( Yeast).
2-Transformation using bacteria or yeast
3- اختيار المستعمرات البكتيرية التي تحتوي على الناقل و القطعة المهجنة و السماح لها بالتكاثر.عن طريق أطباق الزراعة(Culture Plates) أو في محاليل سائلة.
3- Selective propagation of cell clones.
4-استخلاص القطع المهجنة و استخراج الدي ان أي منها بكميات كبيرة.
3- Isolation of recombinant DNA clones
1- تصميم القطع مهجنة من الدي إن
يعتمد النسخ باستخدام الخلايا الحية على قدرة القطعة المراد نسخها على الانقسام أو التكاثر الذاتي عندما توضع داخل الخلية الحية.و لا شك أن قطع الدي إن أي العادية ليس لديها القدرة على التكاثر الذاتي و لذلك فان العلماء قاموا بتجاوز هذا الأمر بان ادخلوا القطعة التي يريدون نسخها في ناقل من النواقل( Vectors ) المعروفة بقدرتها على التكاثر الذاتي(راجع موضوع النواقل).و بغض النظر عن نوع الناقل فان طريقة إدخال قطعة الدي ان أي المراد نسخها إلى الناقل تقريبا واحدة.و هذه الخطوات ببساطة كما يلي:
1- بعد أن يتم تحديد القطعة المراد نسخها يضاف إليها إنزيم قاطع محدد و ليكن مثلا إنزيم ( أ )فيقوم هذا الإنزيم بقطع الدي إن أي في مكان محدد حسب التسلسل النووي.
2- يضاف نفس الإنزيم للناقل و الذي يقوم بقطعة أيضا في نفس التسلسل النووي.
3- تضاف القطع المراد نسخها بعد قطعها بالإنزيم القاطع إلى الناقل المقطّع. فتتداخل التسلسلات النووية بين الناقل و بين قطع الدي إن أي المراد نسخها. فنشاء من ذلك قطعة مهجنة من الناقل و بداخله القطعة المراد نسخها.و ترتبط قطعة الدي إن أي البلازميد من أطرافها برابطة هيدروجينية و هي رابطة ضعيفة لذلك يضاف إنزيم يسمى ليقيز أو اللاصق(Ligase ) لكي يحول الترابط بين قطعة الدي إن أي و التناقل إلى رابطة قوية(Covalent Bond )
إن أكثر لناقلات استخداما هي البلازميد و لكن يمكن استخدام الفيج أو الياك أو أي ناقل أخر.و الذي يحدد نوع الناقل المراد استخدامه هو في العادة كبر القطعة المراد استنساخها.ففي حالة القطع الصغيرة يستخدم البلازميد أو الفيج بينما يستخدم الياك أو الباك في حالة القطع الكبيرة.
2- نقل القطعة المهجنة و التي هي بداخل الناقل إلى خلية حية
في الغالب تستعمل البكتيريا خاصة النوع المعروف الايكولي(E.Coli) في عملية الزراعة و ذلك لسهولة إدخال الناقل إليها، و إلى سرعة انقسامها (تنقسم البكتريا تقريبا كل 20 دقيقة)، إضافة إلى توفر طرق الاختيار خاصة التي تعتمد على خاصة الحماية من المضادات الحيوية.و يدخل البلازميد أو الفيج تلقائيا إلى داخل البكتيريا بينما الناقلات الأخرى تحتاج إلى مساعدة ،و في العادة بتغيير تركيز الأملاح المحيطة بالبكتيريا أو تعرض إلى نبضة كهربائية لكي يسمح الجدار المحيط بالبكتيريا بدخول الناقلات.و من طبيعة البكتريا إنها تنقسم تلقائيا و بشكل سريع و كذلك البلازميدات.
3- اختيار المستعمرات البكتيرية التي تحتوي على الناقل و القطعة المهجنة
مع تكاثر الخلايا البكتيرية و تكاثر البلازميد التي بداخلها ينتج لدينا أعداد كثيرة من المستعمرات البكتيرية و بها البلازميد المهجن.و لكن قد يكون في داخل الطبق الذي زرع فيه البكتريا بعض البكتريا التي لا تحتوي على البلازميد المهجن و لكي يمكن التعرف على البكتيريا التي تحتوي على البلازميد المهجن فنه في العادة يقام باستعمال ناقلات عليها جينات واقية من المضادات الحيوية، كالجين الواقي من المضاد الحيوي امبيسيلين أو لاتترسيلين و غيرها. و بذلك فالمضاد الحيوي سوف يمنع تكاثر أي خلية بكتيرية لا تحتوي على البلازميد المهجن و الذي علي الجين الواقي من المضاد الحيوي.
4- استخلاص القطع المهجنة و استخراج الدي ان أي منها بكميات كبيرة.
بعد أن يُتعرف على المستعمرات التي تحتوي على البلازميد المهجن فانه يمكن نقلها إلى طبق جديد و يحافظ عليها و تغذى لكي تستمر بالتكاثر.و هذه البكتيريا يكون فيها أعداد كثيرة من البلازميد و بذلك تنتهي عملية النسخ.و يستفاد من هذه القطع المنسوخة في القيام بالمزيد من البحوث أو التجارب عليها كان يقام مثلا إنتاج مكتبة من الدي إن أي أو محاولة استنتاج التسلسل النووي للقطعة.كما يمكن تحوير هذه العملية بحيث يحتوي البلازميد على قطعة من سي دي إن أي(cDNA) بدل و من ثم تحوير المراحل الأخيرة من الزراعة لإنتاج بروتين بدلا من الدي إن أي. و هذه الطريقة هي التي تستعمل في إنتاج بعض الهرمونات كهرمون النمو .
إن ما يهتم به العلماء في باب الاستنساخ هو نسخ قطع من الدي إن أي كانت هذه القطع عبارة عن جين(مورث)أو جميع الجينوم(أي كل الدي إن أي الموجود في الكائن الحي).و اشهر العمليات التي تجرى هي نسخ قطعة من الدي إن أي. و يحتاج العلماء للقيام بنسخ القطع لأنهم يحتاجون إلى كمية كبيرة من هذه النسخ و ذلك لندرة استخلاصها في كل مرة من داخل الخلية و ذلك لوجود التعقيدات الإنشائية للكروموسومات .و على سبيل المثال فان الجين المنتج لسلسة بيتا في الهيموجلوبين و المعروف بمورث ببيتا جلوبين( Beta-Globin Gene) يمثل فقط 0.00005% من حجم الدي إن أي الكلي في الخلية(و الذي يتراوح ب 3بلايين قاعدة نووية).كما أن الجين العملاق و المعروف بجين الدستروفين( Dystrophin Gene ) و الذي يتراوح حجمه بال2.5 ميقابيز (2.5Megabases ) لا يمثل أكثر من 0.08% من الحجم الكلي للدي إن أي في الخلية.و لذلك فان العلماء يحتاجون إلى إجراء نسخ لهذه الجينات أو القطعة من الدي إن أي لكي يتسنى لهم التعامل بها و إجراء التجارب عليها.و هناك طريقتان رئيسيتان للنسخ:
1- النسخ عن طريق استخدام الخلايا الحية(Cell-Based DNA cloning)
2- النسخ عن طريق غير الخلايا الحية(Cell-Free DNA cloning) و ذلك باستخدام البي سي أر( Polymerase chain reaction PCR).سوف نورد لهذه الطريقة صفحة مستقلة إنشاء الله.
النسخ عن طريق استخدام الخلايا (Cell-Based DNA cloning)
يرتكز النسخ باستخدام الخلايا الحية على ثلاث خطوات:
1- تصميم قطعة مهجنة من الدي إن أي المراد نسخها و دي إن أي من ناقل (Vector) و لدية القدرة على التكاثر.و ذلك عن طريق استخدام الإنزيمات القاطعة(Restriction enzymes).
1- Construction of recombinant DNA molecules by in Vitro attachment to Replicon(Vector).
2- نقل القطعة المهجنة و التي هي بداخل الناقل إلى خلية حية و في العادة تستخدم البكتيريا(Bacteria ) خاصة النوع المعروف بالايكولي (E,coli او الخميرة( Yeast).
2-Transformation using bacteria or yeast
3- اختيار المستعمرات البكتيرية التي تحتوي على الناقل و القطعة المهجنة و السماح لها بالتكاثر.عن طريق أطباق الزراعة(Culture Plates) أو في محاليل سائلة.
3- Selective propagation of cell clones.
4-استخلاص القطع المهجنة و استخراج الدي ان أي منها بكميات كبيرة.
3- Isolation of recombinant DNA clones
1- تصميم القطع مهجنة من الدي إن يعتمد النسخ باستخدام الخلايا الحية على قدرة القطعة المراد نسخها على الانقسام أو التكاثر الذاتي عندما توضع داخل الخلية الحية.و لا شك أن قطع الدي إن أي العادية ليس لديها القدرة على التكاثر الذاتي و لذلك فان العلماء قاموا بتجاوز هذا الأمر بان ادخلوا القطعة التي يريدون نسخها في ناقل من النواقل( Vectors ) المعروفة بقدرتها على التكاثر الذاتي(راجع موضوع النواقل).و بغض النظر عن نوع الناقل فان طريقة إدخال قطعة الدي ان أي المراد نسخها إلى الناقل تقريبا واحدة.و هذه الخطوات ببساطة كما يلي:
1- بعد أن يتم تحديد القطعة المراد نسخها يضاف إليها إنزيم قاطع محدد و ليكن مثلا إنزيم ( أ )فيقوم هذا الإنزيم بقطع الدي إن أي في مكان محدد حسب التسلسل النووي.
2- يضاف نفس الإنزيم للناقل و الذي يقوم بقطعة أيضا في نفس التسلسل النووي.
3- تضاف القطع المراد نسخها بعد قطعها بالإنزيم القاطع إلى الناقل المقطّع. فتتداخل التسلسلات النووية بين الناقل و بين قطع الدي إن أي المراد نسخها. فنشاء من ذلك قطعة مهجنة من الناقل و بداخله القطعة المراد نسخها.و ترتبط قطعة الدي إن أي البلازميد من أطرافها برابطة هيدروجينية و هي رابطة ضعيفة لذلك يضاف إنزيم يسمى ليقيز أو اللاصق(Ligase ) لكي يحول الترابط بين قطعة الدي إن أي و التناقل إلى رابطة قوية(Covalent Bond )
إن أكثر لناقلات استخداما هي البلازميد و لكن يمكن استخدام الفيج أو الياك أو أي ناقل أخر.و الذي يحدد نوع الناقل المراد استخدامه هو في العادة كبر القطعة المراد استنساخها.ففي حالة القطع الصغيرة يستخدم البلازميد أو الفيج بينما يستخدم الياك أو الباك في حالة القطع الكبيرة.
2- نقل القطعة المهجنة و التي هي بداخل الناقل إلى خلية حية
في الغالب تستعمل البكتيريا خاصة النوع المعروف الايكولي(E.Coli) في عملية الزراعة و ذلك لسهولة إدخال الناقل إليها، و إلى سرعة انقسامها (تنقسم البكتريا تقريبا كل 20 دقيقة)، إضافة إلى توفر طرق الاختيار خاصة التي تعتمد على خاصة الحماية من المضادات الحيوية.و يدخل البلازميد أو الفيج تلقائيا إلى داخل البكتيريا بينما الناقلات الأخرى تحتاج إلى مساعدة ،و في العادة بتغيير تركيز الأملاح المحيطة بالبكتيريا أو تعرض إلى نبضة كهربائية لكي يسمح الجدار المحيط بالبكتيريا بدخول الناقلات.و من طبيعة البكتريا إنها تنقسم تلقائيا و بشكل سريع و كذلك البلازميدات.
3- اختيار المستعمرات البكتيرية التي تحتوي على الناقل و القطعة المهجنة
مع تكاثر الخلايا البكتيرية و تكاثر البلازميد التي بداخلها ينتج لدينا أعداد كثيرة من المستعمرات البكتيرية و بها البلازميد المهجن.و لكن قد يكون في داخل الطبق الذي زرع فيه البكتريا بعض البكتريا التي لا تحتوي على البلازميد المهجن و لكي يمكن التعرف على البكتيريا التي تحتوي على البلازميد المهجن فنه في العادة يقام باستعمال ناقلات عليها جينات واقية من المضادات الحيوية، كالجين الواقي من المضاد الحيوي امبيسيلين أو لاتترسيلين و غيرها. و بذلك فالمضاد الحيوي سوف يمنع تكاثر أي خلية بكتيرية لا تحتوي على البلازميد المهجن و الذي علي الجين الواقي من المضاد الحيوي.
4- استخلاص القطع المهجنة و استخراج الدي ان أي منها بكميات كبيرة.
بعد أن يُتعرف على المستعمرات التي تحتوي على البلازميد المهجن فانه يمكن نقلها إلى طبق جديد و يحافظ عليها و تغذى لكي تستمر بالتكاثر.و هذه البكتيريا يكون فيها أعداد كثيرة من البلازميد و بذلك تنتهي عملية النسخ.و يستفاد من هذه القطع المنسوخة في القيام بالمزيد من البحوث أو التجارب عليها كان يقام مثلا إنتاج مكتبة من الدي إن أي أو محاولة استنتاج التسلسل النووي للقطعة.كما يمكن تحوير هذه العملية بحيث يحتوي البلازميد على قطعة من سي دي إن أي(cDNA) بدل و من ثم تحوير المراحل الأخيرة من الزراعة لإنتاج بروتين بدلا من الدي إن أي. و هذه الطريقة هي التي تستعمل في إنتاج بعض الهرمونات كهرمون النمو .
أكتب تعليق