القائمة الرئيسية

الصفحات

درس الھندسة الوراثیة: مبادئھا وتقنیاتھا

الھندسة الوراثیة: مبادئھا وتقنیاتھا 

تمھید :  تمكن علماء الوراثة منذ السبعینات من نقل وتوظیف مورثات متنوعة ضمن خلایا أخرى أجنبیة، الشيء الذي یعطي خلایا ھجینة لم تكن موجودة من قبل في الطبیعة. بعد ذلك تم الانتقال من التجارب المخبریة إلى المجال الصناعي، حیث تأسست صناعة حقیقیة تعتمد على التغییر الوراثي للخلایا الحیة بواسطة نقل المورثات. تسمى التقنیات المعتمدة في ھذا التغییر الوراثي بالھندسة الوراثیة. 

  1. ما المقصود بالھندسة الوراثیة، وما ھي مبادئھا؟ 
  2.  ما ھي التقنیات التي تعتمد علیھا الھندسة الوراثیة؟ 
  3.  ما ھي مجالات تطبیق الھندسة الوراثیة؟

Ι – مفھوم التغییر الوراثي ؟ 

1 -  الانتقال الطبیعي لمورثات البكتیریا At إلى نبات:

 أ – معطیات تجریبیة : أنظر الوثیقة 1 .

 ب – تحلیل المعطیات التجریبیة : 

1  - نستنتج من معطیات ھذه التجربة أن البكتیریا Agrobacterium tumefaciens ھي المسؤولة عن ظھور الورم السرطاني عند النباتات السلیمة.

2 - التغیرات التي تطرأ على خلایا السنخ بواسطة البكتیریا At ھي التكاثر العشوائي والسریع غیر المنتظم لخلایا النبتة دونما حاجة إلى الھرمونات النباتیة المسؤولة أصلا عن نمو خلایا السنخ. 

3 - الفرضیة: نقلت الباكتیریا At إلى الخلایا النباتیة مادة ما أدت إلى تغییر على مستوى الخبر الوراثي وبالتالي اكتساب الخلایا النباتیة صفة التكاثر العشوائي.

4 - ربما أن التغیر في جینوم الخلایا النباتیة ناتج عن إدخال مورثات بكتیریة إلى الخلایا النباتیة، ھذه المورثات ھي التي تتحكم في تركیب النوبالین والأكتوبین.

5 - نلاحظ أنھ تحت تأثیر الحرارة، یتم تفكیك البلاسمید المسؤول عن تركیب النوبالین، وینتج عن ھذا التفكك عدم إصابة النبتة بالورم، فالبلاسمید ادن ھو المسؤول عن القدرة الممرضة للبكتیریا. 

6 - إن البكتیریا A1 فقدت قدرتھا الممرضة لغیاب البلاسمید. لذا یمكن تصور أن البكتیریا B المتوفرة على البلاسمید المسؤول عن تركیب الأكتوبین ھي التي تؤدي إلى ظھور الورم عند النبتة.

7  - البكتیریا 1 غیر ممرضة ومقاومة للمضادات الحیویة، ادن ھي البكتیریا A1. 

 البكتیریا 2 تحتوي على بلاسمید ومقاومة للمضادات، ادن ھي نمط ھجین یحمل صفات A1 و B . 

 البكتیریا 3 ھي حساسة للمضادات الحیویة، ادن ھي بكتیریا B . 

8 - لقد ظھرت بكتیریا جدیدة تشبھ A1 وتملك بلاسمید البكتیریا B ،وتحدث المرض، نستنتج من ھذا أن البلاسمید یستطیع الانتقال من خلیة بكتیریة إلى أخرى محدثا تغیرا في الصفات، ومن ھذا فان البلاسمید مسؤول عن تغییر الخبر الوراثي. 

9 - یظھر جرب السنخ على مراحل ھي:

المرحلة الأولى : تنفد البكتیریا في جرح یكون قریبا من سنخ النبات، فتقوم بحقن بلاسمیدھا Ti  نسبة إلى Tumor Inducing أي محرض للورم  في الخلیة النباتیة. ھذا البلاسمید یحتوي على قطعة من ADN تدعى T-ADN  نسبة إلى Transferred ADN .

المرحلة الثانیة : تدمج المورثات T-ADN ضمن ADN الخلیة النباتیة العائلة، لتدخل تلك القطعة ضمن ذخیرتھا الوراثیة.

المرحلة الثالثة : تستنسخ ARNm من مورثات T-ADN ،وتترجم إلى بروتین في سیتوبلازم الخلیة النباتیة. ھذا البروتین ھو أنزیم أوبین سانتیتاز الذي یحفز تفاعل تركیب الأوبین من طرف الخلیة.

المرحلة الرابعة : یؤدي الأوبین المركب إلى تكاثر الخلایا النباتیة بإیقاع مرتفع، مما ینتج عنھ ورم. كما أن الأوبین المفرز خارج الخلیة یؤدي إلى تكاثر البكتیریا At.

2 - خلاصة : 

 إن جرب السنخ ناتج عن تغیر وراثي لخلایا النبتة. ھاتھ الصفة أصبحت وراثیة، ویعتبر بلاسمید البكتیریا عامل نقل المورثة من البكتیریا إلى الخلیة النباتیة. ولقد مكنت دراسة ھذه الظاھرة من وضع الخریطة الوراثیة للبلاسمید Ti عند البكتیریا At . أنظر الوثیقة 3.

ΙΙ – آلیات الھندسة الوراثیة. 

1 -  الوسائل المستعملة في الھندسة الوراثیة : أنظر الوثیقة 4

 أ – بكتیریا Escherichia coli  .

ب – أنزیمات الفصل وأنزیمات الربط : 

a -  أنزیمات الفصل  les enzymes de restriction

 أنزیمات الفصل و أنزیمات الربط Les enzymes de restriction et les Ligases في سنة 1965 اكتشف W.arber  أن البكتیریات المعفنة بالحمات تستطیع مقاومة ھذه الطفیلیات بتقطیع ADN الحمة إلى أجزاء صغیرة بفضل أنزیمات نوعیة تقطع ADN في مواقع محددة بدقة. بعد ذلك استخلصت مئات الأنواع من ھذه الأنزیمات كل واحد یحمل اسم النوع البكتیري الذي استخلص منھ متبوع بالرقم الترتیبي لاكتشافھ.

أنزیمات الفصل ھي أنزیمات نوعیة قادرة على التعرف في مستوى جزیئة ADN على تسلسلات دقیقة من القواعد الازوتیة، وقطع الجزیئة على مستواھا. ویحمل كل أنزیم فصل اسم النوع البكتیري الذي استخلص منھ. 

b- أنزیمات  الربط Les ligases 

ھي أنزیمات نوعیة قادرة على ربط أجزاء ADN مقطوعة (بواسطة أنزیمات الفصل)، وذلك بربط الأطراف الموحدة مع بعضھا حسب مبدأ تكاملیة القواعد الازوتیة. 

ج – الناسخ العكسي :  

2 - مراحل عزل ونقل مورثة من خلیة إلى بكتیریا : أنظر الوثیقة 4

یتطلب نقل مورثة إلى بكتیریا معینة المرور من المراحل التالیة:

أ – عزل المورثة ( جزء من ADN ) .

بعد تحدید الصفة المرغوبة، یتم عزل المورثة التي ترمز لھا، وذلك بطریقتین:   

  • عزل ADN الخلیة التي تحتوي على المورثة المراد نقلھا، ثم یتم تقطیع جزیئة ADN بواسطة أنزیمات الفصل.
  • استخلاص ARNm من الخلیة التي تحتوي على المورثة المراد نقلھا ، وبواسطة الناسخ العكسي یتم تركیب  Complémentaire) ADNc) الذي یكون حاملا للمورثة المرغوبة، ثم تضاف لـ ADNc أطراف موحدة. 

 ب – إدماج المورثة داخل متعضي ناقل .

نستخرج من خلیة E.coli ناقل معزول (= بلاسمید). یتم قطع البلاسمید بواسطة أنزیم الفصل. ثم یتم ربط ADN البلاسمید بالجزء من ADN المراد نقلھ بواسطة أنزیم الربط. فنحصل بذلك على بلاسمید مغیر یتم إدخالھ داخل متعضي ناقل (خلیة E.coli )

 3 - تلمیم المورثة ورصد البكتیریا المغیرة وراثیا :

 أ – رصد البكتیریات المغیرة وراثیا بواسطة المضادات الحیویة . أنظر الوثیقة 6

نلاحظ أن البلاسمید المستعمل في ھذه الحالة یتمیز بوجود مورثتین: المورثة A( مقاومة المضاد الحیوي A) والمورثة B (مقاومة المضاد الحیوي B )

یُلاحظ على أن المورثة المُدمجة تتموضع وسط المورثة المسؤولة عن مقاومة المضاد الحیويA ،إذن بعد دمجھ للمورثة الجدیدة، فقد البلاسمید المورثة A دون أن یفقد المورثة B .ادن البكتیریا الحاملة للبلاسمید المغیر ستكون حساسة للمضاد الحیوي A ومقاومة للمضاد الحیوي B .وھكذا یتم رصدھا باستعمال ھذه المضادات الحیویة كما یلي:

  1. عند زرع البكتیریا في وسط زرع یضم المضاد الحیوي A ،ستنمو فقط البكتیریات التي تتوفر على المورثة المقاومة لـ A ،وتختفي التي لا تتوفر على مورثة المقاومة لـ A .ھذه الأخیرة ھي 2 ،3 ،4 ،7 .
  2. عند زرع البكتیریا في وسط زرع یضم المضاد الحیوي B ،تنمو فقط البكتیریات التي تتوفر على المورثة المقاومة لـ B ،وھي 1 ،6 ،7 ،وتختفي التي لا تتوفر على مورثة المقاومة لـ B. 

إذن البكتیریا المغیرة وراثیا ستكون في نفس الوقت مقاومة للمضاد الحیوي B ،وحساسة للمضاد الحیوي A ،وبالتالي فھي البكتیریا 7 .التي یتم زرعھا بعد ذلك حتى یتم تعبیر البروتین المرغوب.

 ب – رصد البكتیریات المغیرة وراثیا بواسطة المجسات المشعة.

یمكن كذلك رصد البكتیریات المغیرة وراثیا من خلال تقنیة أخرى وھي استعمال المجسات المشعة: م تعتمد ھذه التقنیة على رصد المورثة الرغوبة، باستعمال مجسات مشعة، وھي عبارة عن قطع ADN أو ARNm مشعة ومكملة لمتتالیة الـ ADN لجزء ممیز من المورثة المستھدفة. یتم بعد ذلك تحدید تموضع الإشعاع باستعمال شریط إشعاعي. یدل الإشعاع في الشریط، على موقع تواجد المجسات المشعة، وبالتالي موقع تواجد البكتیریات الحاملة للمورثة المرغوبة. تمثل الوثیقة 7 أھم مراحل ھذا التقنیة.

4 - تعبیر المورثة. 

بعد الحصول على اللمات التي تحتوي على المورثة المطلوبة، یتم زرع ھذه الخلایا المغیرة في مخمرات صناعیة لتتكاثر وتنتج أكبر كمیة من المادة الناتجة عن ترجمة المورثة المدمجة في البلاسمید. لكي تقوم البكتیریا بإنتاج بروتینات لا تحتاجھا، تضاف إلى المورثة المرغوبة وحدات وظیفیة منظمة.

خلاصة : تعریف الھندسة الوراثیة 

الھندسة الوراثیة ھي استخلاص جزء من ADN حامل لمورثة مطلوبة، وزرعھ في خلایا أخرى (بكتیریا أو خلایا الخمیرة... ). وھكذا یتم الحصول اصطناعیا على خلایا ھجینة لم تكن موجودة من قبل في الطبیعة، قادرة على إنتاج بروتینات معینة مطلوبة. 

ΙΙΙ – أمثلة لتطبیقات الھندسة الوراثیة. 

1 - الإنتاج الصناعي للأنسولین Insuline أنظر الوثیقة 8.

1 - للأنسولین نفس الدور عند مختلف الثدییات، إلا أنھ یظھر بعض الاختلافات في التركیب الكیمیائي. ولذلك فاستعمال الأنسولین الحیواني عند الإنسان، یؤدي إلى ظھور حالات أرجیة. ومن ھنا تظھر أھمیة اللجوء إلى الھندسة الوراثیة لإنتاج أنسولین مطابق للأنسولین البشري. كما أن ھذا الأنسولین یكون بكمیات وافرة، وبكلفة أقل.

2 - مراحل تطبیق الھندسة الوراثیة لإنتاج الأنسولین البشري :

  1.  عزل الصبغي المتضمن للمورثة المعنیة. 
  2.  قطع ADN المراد استعمالھ بواسطة أنزیم الفصل. (تظھر على ADN المقطوع أطرافا موحدة). 
  3.  استخراج البلاسمید (ناقل) من بكتیریا. 
  4.  قطع ADN البلاسمید بواسطة أنزیم الفصل. (یملك ADN البلاسمید المقطوع أطرافا موحدة، والتي تتكامل مع أطراف ADN البشري المعزول). 
  5.  دمج المورثة على البلاسمید بواسطة أنزیم الربط. + نقل البلاسمید إلى داخل البكتیریا. 
  6.  رصد البكتیریات المغیرة وراثیا. 
  7.  تلمیم البكتیریات للحصول على لمات تتوفر على المورثة المراد نقلھا.
  8.  حث البكتیریات المغیرة وراثیا على إنتاج الأنسولین. 

2 -  نقل القدرة على محاربة الحشرات الضارة أنظر وثیقة 9 والوثیقة 10 .

بالاعتماد على معطیات ھذه الوثیقة ومعطیات الوثیقة 10 ،استخرج: 

  1. تأثیر أسروعات الفراشة الناریة على نبات الذرة. 
  2. (مراحل التعدیل الوراثي لنبات الذرة والھدف من ھذا التعدیل. 
1 - لمقاومة أسروعات الفراشات الناریة، استعمل المزارعون المبیدات الحشریة، إلا أنھا أعطت نتائج جد محدودة. لأنھ بعد انفقاس البیض، تتوغل الأسروعات داخل ساق النبتة وبذلك فھي تحتمي من تأثیر المبید. إضافة إلى ھذا، للمبیدات انعكاسات سلبیة على صحة الإنسان.
2 - بفضل الھندسة الوراثیة، أمكن الحصول على نبتات مقاومة للأسروعات وذلك عن طریق ادماح مورثة إنتاج البروتین السام المأخوذ من البكتیریا B.t ضمن الذخیرة الوراثیة لخلیة نباتیة تتطور إلى نبات یستطیع أن ینتج البروتین السام الذي یقتل كل أسروع أكل من ھذا النبات. ویتم ھذا التعدیل الوراثي عبر المراحل التالیة:

  1. تعرف المورثة ذات النفع عند المتعضي المعطي
  2. عزل المورثة المسؤولة عن تركیب البروتین السام المقاوم للأسروعة من المادة الوراثیة للبكتیریا. 
  3.  دمج المورثة المعنیة داخل بلاسمید ناقل. 
  4.  نقل البلاسمید المغیر وراثیا إلى خلایا نباتیة، إما بشكل میكانیكي أو بشكل بیولوجي. 
  5.  رصد وانتقاء الخلایا المغیرة وراثیا. 
  6.  إنبات نبتات مغیرة وراثیا في وسط ملائم، للحصول على شتلات جدیدة مقاومة للأسروعة.

reaction:

تعليقات