الأحياء للثانوية العامة الدرس الأول الدعامة في النبات المنهج الجديد

تعريف علم الهندسة الوراثية 

هي عملية استخدام تقنية التعديل فى الحمض النووي (DNA) لتغيير التركيب الجيني للكائن الحي. و حديثا غير البشر الجينات وقام العلماء بالتعديل عليها مما مكنهم بشكل غير مباشر من التحكم في التكاثر وادخال الصفات المرغوبة التى قد تكون زيادة فى الحجم أو زيادة فى الانتاجية. في أغلب الأحيان تتضمن الهندسة الوراثية المعالجة المباشرة لجين واحد أو أكثر. أو يُضاف جين من نوع آخر إلى جينوم الكائن الحي لمنحه الصفة المرغوبة التى يسعى خلفها الانسان. لقد كانت البكتريا هي أول الكائنات التي تم تعديلها وراثيا ثم تبعها الحيوان والنبات, و حاليا تدخل الهندسة الوراثية في مجالات عديدة لا نبالغ ان قلنا أنها دخلت فى كل نواحى الحياة سواء كانت طبية, صيدلة أو زراعية لأنتاج محاصيل تقاوم البكتريا والحشرات وغيرها . 

 خطوات اجراء الهندسة الوراثية

من المُهم جدًّا معرفة كيفية اجراء الهندسة الوراثية والخطوات التي تمرُّ قبل التطرق الى تطبيقاتها واستخداماتها؛ لأن ذلك سيساعد على الفهم الصحيح والمبنى على أسس عليمة لهذه التطبيقات والاستخدامات،  وتشتمل هذه الخطوات على اربع خطوات:

- الخطوة الأولى: يتم فيها القيام بعزل الجين المطلوب استنساخه وذلك عن طريق تحديد الجين أو العامل الوراثي الذي نرغب بإدخاله إلى الخلايا المستهدفة، ويُمكن معرفة العامل الوراثي المطلوب استنساخه عن طريق معلومات سابقة عن هذه المورثات، ومن ثم يتم استنساخه عن طريق عمل نسخ لـ(DNA).

- الخطوة الثانية: يتم خلالها إدخال الجين المستنسخ فى الخطوة الأولى إلى حامل مناسب مثل وغالبا ما يكون أحد نوعين اما الحوامل الفيروسية أو الحوامل البلازميدية، وهي كائنات صغيرة لا تُرى بالعين المجردة كما أنها سريعة التكاثر وتنتج أعداد كبيرة بعد تكاثرها وهذا هام جدا.

- الخطوة الثالثة: إدخال الجينات التى نتجت من الخطوة الثانية إلى الخلايا التي يُراد تعديلها.

- الخطوة الرابعة: يتم فيها عزل وفصل الخلايا التي تم تعديلها وراثيًّا عن الخلايا الطبيعية، ومن ثم تنشيطها وإجراء عمليات التكاثر عليها لأكثرها والحصول على أعداد أو كميات كبيرة منها.

﹠وبعد الانتهاء من الخطوات السابقة، يتم دراسة الخلايا التي تم تعديلها وراثيًّا بنجاح، ومقارنتها بالخلايا الطبيعية، ومعرفة الفروقات بينهما وهل هذه الفروقات الناتجة تعتبر ذات مغزى اقتصادى أم لا. 

ثمار التطور فى علم الهندسة الوراثية

1- إنتاج الأنسولين البكتيري بدلاً من الأنسولين التقليدي المستخلص من الخنازير والأبقار والذى قد يكون له بعض الأثار السلبية على متناوليه من مرضى السكر.
 2- إنتاج بروتينات عالية القيمة الحيوية كغذاء للماشية والدواجن مما يعمل على توفير الكثير من الأموال فى هذا المجال.
3- فى مجال الدواء العمل على إنتاج مواد كيميائية دوائية ومضادات حيوية بتكلفة أقل وبمعدل إنتاج عال مما يوفر هذه المواد للمرضى.
4- الحد من حدوث الجلطة القلبية من خلال إنتاج أنزيم تنشيط البلازمينوجين النسيجي الذي يستعمل لمنع تخثر الدم داخل جهاز الدوران لمرضى الجلطة القلبية.
5- إنتاج عدد كبير من الأمصال واللقاحات ضد الأمراض البشرية والحيوانية والنباتية.
6- إنتاج ألبومين بلازما الدم وهذا له كبير الأثر فى الحد من انتشار الأمراض التى تنتقل عبر الدم من متبرعين دمهم ملوث الى أشخاص اخرين.
7- إنتاج أنواع مختلفة من الحيوانات والنباتات المعدلة وراثيا والتي تتميز بضخامة جسمها وووفرة انتتاجها مقارنة بالأنواع الحالية، ولكن الكثير من هذه التجارب مقيدة بعدد من القوانين المحددة لها.
8- إنتاج أمصال تركيبية خاصة مثل مصل فيروس التهاب الكبد الوبائي والإنفلونزا والتى تتضمن عملية إنتاجها بالطرق التقليدية أخطاراً عدة.
9- إنتاج بروتين الإنترفيرون وراثياً، وهو هرمون هام جدا للانسان له وظائف كثيرة منها معالجة التقزم البشري وبطء النمو.
10-التشخيص المبكر لبعض الأمراض الوراثية مثل الأنيميا المنجلية.
11- إنتاج هرمون اللبن في الماشية لزيادة إنتاج الحليب مما يضمن توفير هذا المنتج الهام.
12- إنتاج بكتيريا بحرية لها القدرة على القضاء على التلوث الناشئ عن التسرب البترولى فى البحار والمحيطات.
13-من الأمور الهامة جدا والتى يعول عليها العلماء حايا أمل كبيرة هو المعالجة بالجينات مثل: إضافة جين إنتاج الأنسولين في الصبغي البشري  لمريض السكر (البول السكرى) مما يؤدي إلى إمكان شفاء المريض شفاء تام، وعلاج بعض أمراض نقص المناعة.

طرق عزل وفصل الجينات الوراثية :

أولا: البلازميدات 

يمثل البلازميد جزيء واحد من DNA موجود على شكل حلقة مغلقة ويحمل بعض الجينات تمكن البكتيريا من مقاومة بعض المضادات الحيوية ويتراوح حجم البلازميدات بين 0.05: 20% من حجم الصبغى أى تمثل من 0.1:250 كيلو قاعدة. وقد اتجهت أنظار العلما لها حيث تمكن العلماء من عزل هذه البلازميدات وإدخالها إلى خلايا بكتيرية أخرى وقد أظهرت هذه البلازميدات مقاومة للمضادات الحيوية. ان من طبيعة هذه البلازميدات أنها لها القددرة على التكاثر ذاتياً داخل الخلايا الجديدة وتنتقل من جيل إلى آخر. ولهذه الخصائص السابقة, فقد استخدمت البلازميدات بعد زرع الجين المرغوب في جزئيها، كنواقل لتحويل الجين من خلية إلى أخرى.

تختلف عدد نسخ البلازميدات من خلية لأخرى فمثلا هناك البلازميدات (PBR322-PBR345)عالية النسخ high copy number. تعتبر البلازميدات من الأهمية بمكان فى علوم البيولوجيا والطب و الصناعة حيث تحتوى على موروثات لها أهمية كبيرة فى هذه المجالات بينما فى علوم الحياة فهى تعتبر أهم النواقل للهندسة الوراثية وتستخدم فى الأبحاث العليمة.

انواع البلازميدات Types of plasmid

تختلف أسس تصنيف البلازميدات الى أنواعها تبعا:

1- التوافق compatibility

2- الاندماج مع الكروموسوم البكتيريchromosome   integration with bacterial

3- امكانية انتقاله الى الخليه البكتيريه الاخرى ability to transfer to another bacteria

4- الوظيفه function  

يطلق على البلازميدات التي ترافق الخليه البكتيريه حتى بعد تضاعفها وانتقالها الى الخلايا الأصلية بالبلازميدات المتوافقه compatible plasmid في حين يطلق على البلازميدات التي يمكن فقدانها من الخليه الأصلية اثناء الانقسام بالبلازميدات غير المتوافقه incompatible plasmid

قد توجد البلازميدات حرة داخل السيتوبلازم وتعرف حينئذ بالبلازميدات غير المندمجه nonintegrated plasmid وقد تكون متحدة مع الكروموسوم البكتيري ويطلق عليها في هذه الحاله ابيسوم  Episome

تطبيقات البلازميدات البكتيريه  

1- استخدامها كناقل لبعض الجينات المراد استنساخها فى مختبرات الهندسه الوراثيه والتقنية الحيوية.

2- تستخدم أيضا البلازميدات فى تصنيع كميات كبيره من البروتينات. 

3- جعل البكتريا قادره على تحليل المواد السامه لمعالجة فضلات المياه.

4-  تستخدم البلازميدات كوسيله لادخال الجين الناقص والمسوؤل عن الحاله المرضيه في جسم الانسان او الحيوان لمعالجة بعض الامراض بدون اثار سلبية على المريض.                                                                                 

 ثانيا: البكتريوفاج Bacreriophage    

  يحاط البكتريوفاج بأغلفة بروتينية يوجد داخلها الحمض النووى DNA, لا يبقى البكتريوفاج داخل الخلية العائل بل يغادرها بعد انتهاء تضاعف مادته الوراثية داخله. وفى بعض الأحيان يترك البكتريوفاج جزء من مادته الوراثية داخل العائل لاستمرار التضاعف كما الحال فى البكتريوفاج M13 لكن بصفة عامة فان الجميع يغادر الخلايا العائلة.

   ان الكثير من الباحثين و العاملين فى مجال الهندسة الوراثية يفضلون البكتريوفاج عن البلازميدات وذلك يرجع الى قدرته الكبيرة على التضاعف واعطاء نتائج بصورة اكبر وافضل منه ب3:4 مرات, كما يمكن تخليقه معمليا وتوفر الحمض النووى له.

    - تستغرق دورة البكتريوفاج حوالى 20- 30 دقيقة داخل الخلية العائل تطلق بعدها الخلايا الجديدة منها من داخل الخلية العائل بعد تحليل جدارها, وقد تبقى المادة الوراثية DNA للبكتريوفاج وتنقسم ألاف الانقسامات وتتحد مع المادة الوراثية للخلية العائل.

   يعتبر البكتريوفاج من النواقل الهامة والمفضلة للهندسة الوراثية لسهولة تضاعفها وسهولة التعامل معها و كذلك احتوائها على مواقع مفردة للعديد من الانزيمات القاطعة.

   المحاصيل المعدلة وراثيا

  خلال عام 2012 شهد العالم طفرة كبيرة وزيادة هائلة فى مساحة المحاصيل المعدلة وراثيا بلغت 100 ضعف ما كانت عليه سابقا, حيث قفزت من 1.7 مليون هكتار عام 1996 الى 170 مليون هكتار عام  2012. ومما يوضح التطور الهائل هذا أن عائدات البرازيل فقط عام 2011 بلغت 200 بليون دولار من المحاصيل المعدلة وراثيا.

   قدرت الاحصائيات حاليا ان حوالى 17 مليون مزارع حول العالم يستخدمون المحاصيل المعدلة وراثيا.

 الفوائد والاسهامات الناتجة في المجال الزراعي لتطبيق الهندسة الوراثية

1 – إدخال  صفات جيدة مرغوبة في النبات المهجنوالتى تمكنه من زيادة الانتاجية.

2 – مقاومة الامراض والأفات والحشرات التي يتعرض لها النبات خلال دورة حياته.

3 – إنتاج نباتات ومحاصيل مقاومة للحرارة والملوحة.

4 – تحسين القيمة الغذائية للنباتات وزيادة نسبة المكونات البروتينية داخله وزيادة إنتاجية هذه المحاصيل مما يعود بالنفع الاقتصادى على الفرد والدولة.

5 – إنتاج العديد من المبيدات الحيوية المقاومة للحشرات والأفات والحد من استخدام المبيدات الكيماوية ذات الاثار السلبية الكبيرة على الانسان والبيئة.

6 – إنتاج الهرمونات والانزيمات لتحويل النشا الي سكر.

7- إنتاج الصبغات الطبيعية ومكسبات الطعم واللون والرائحة وانتاج نباتات قطن ملونة طبيعيا دون الحاجة الى صبغها.

هذه بعض من التطبيقات والاسهامات التى قد تقدمها الهندسة الوراثية للمجال النباتى وسوف نتحدث بالتفصيل فى المقال القادم عن أهم المحاصيل المعدلة وراثيا وكيفية انتاجها واسهامها فى الحياة البشرية

د/ محمد مبروك سلامة 

***********************

***********************