في البدء كان يطلق على عملية نسخ وتعديل وزرع الجينات اسم الهندسة الوراثية وهو اسم عام لا يحدد فكرة معينة أو تقنية. ولكنه يعني كل ما يقام به من تغيير أو تعديل المادة الوراثية .
 |
| : Genetic engineering الهندسة الوراثية |
بعد ذلك تم تعريف مفهوم Genetic engineering: بانه مصطلح علمي يعبر عن تلك التقنية الحديثة التي تستغل للتحكم في بعض موروثات الخلية الحية ( من أجل تغيير صفاتها ) وتحفيزها للعمل باستخدام الطرق المختبرية، وعلى الرغم من حداثة الموضوع الا انه تطور بشكل سريع وكثرة مسمياته فقد اطلق عليه اسم Gene technology ( تقنية المورث ) و ال DNA Recombination ( إعادة التوليف الوراثي ) واحيانا تعرف الهندسة الوراثية بشكل مبسط ) هي التلاعب بالمحتوى الوراثي لكائن معين من اجل تغيير صفات الوراثية .
فوائد الهندسة الوراثية :
استخدم هذا العلم لخدمة البشرية في كافة المجالات منها :
مجال تطوير المحاصيل الزراعية :
- انتاج نباتات مقاومة للأمراض الفايروسية.
- انتاج ثمار ذات جودة وتقاوم التلف .
- انتاج نباتات مقاومة للحشرات .
في مجال الإنتاج الحيواني :
- انتاج حيوانات معدلة وراثيا.
- المعالجة الجينية للحيوانات .
- تقسيم جنين الماشية والحصول على توائم ثنائية و ثلاثية ورباعية.
في مجال العلاج الطبي :
- انتاج لقاحات ضد الأمراض.
- العلاج الجيني Gene therapy .
- تشخيص الخلل الوراثي .
- هناك علم جديد يسمى هندسة الأنسجة تعتمد فكرته في زراعة خلايا معينة مثل خلايا الكبد في نوع خاص من رقائق البلاستيك أو البليمرات الذي يعتبر وسطا مناسبا في توفر المناخ والغذاء المناسب فتنمو الخلايا حتى يمتلأ الفراغ البلاستيكي فيتم زراعته دون أن يرفضه الجسم.
مقاومة التلوث البيئي :
- انتاج بكتريا محالة الفضلات مياه المجاري .
- انتاج بكتريا تقاوم التلوث البحري.
محاذير الهندسة الوراثية :
- قد تسفر عن توليد سلالات جديدة من المخلوقات الحية ، كما ان هذه السلالات يمكن أن تشكل خطرا على التوازن الحيوي في الأرض.
- صعوبة التنبؤ بنتائج التجارب التي تنتج في حقل الهندسة الوراثية.
ان الأخطاء التي تنتج عن الهندسة الوراثية هي أخطاء غير معكوسة ( Irreversible ) أي لا يمكن تصحيحها . الاستنساخ ( الاستنسال او الكلونة) Cloning :
كلمة نسخة ( clone ) هي مجموعة من الخلايا أو المخلوقات الحية المتطابقة جينيا ( أي مادتها الوراثية متطابقة ) نتجت من خلية واحدة أو مخلوق واحد عن طريق التكاثر اللاجنسي .
اما الاستنساخ أو الاستمال ( Cloning ) هو عملية انتاج نسخة متطابقة وراثيا للخلية أو المخلوق الأصلي عن طريق غرس جزيئات ال DNA في ناقل كلونة ( vector ) مناسب ليتم إدخالها إلى كائن آخر لا يحتوي أصلا على مثل هذه الجزيئات بحيث تستطيع التكاثر بصورة مستمرة في المضيف الجديد والحصول على كميات كبيرة من الجين المرغوب .
والهدف من عملية استنساخ الجينات هي :
- معرفة تركيب الجين أي تسلسل النيوكلوتيدات في تلك الجين .
- دراسة وظيفته استعمال الجين لانتاج بروتينات الاستعمالها كادوية مثل الانسولين .
الخطوات الأساسية في تقنية استنساخ الجينات في الهندسة الوراثية
- عزل وتنقية جزيئة ال DNA المرغوب كلونتها والتي تعرف بال DNA الغربية Foreigen DNA ، حيث يتم تكسير جدران الخلية بشكل هاديء بحيث لا يؤثر على ال DNA ومن ثم فصلها عن باقي مكونات الخلية توفير ناقل كلونة مناسب (doning vector) بحيث يكون نقية تحمل عليه قطعة ال DNA الغربية ( المرغوبة )
- من اهم نواقل الكلونة : البلازميدات – العاليات – الكوزميدات تقطيع جزيئة ال DNA الغريبة إلى قطع صغيرة قابلة للكلونة ويتم ذلك باستخدام انزيمات قاطعة ( cutting enzyme ) كما تسمى الانزيمات التقييد Restriction enzyme ربط قطع ال DNA الغربية مع ناقل الكلونة لتكوين الجزيئة الهجينة (Recombinant DNA ) يتم ذلك باستخدام انزيم الربط DNA Ligase الذي يربط قطع ال DNA من مناشيء مختلفة.
- ادخال الجزيئة الهجينة إلى داخل المضيف ( خلية بكتيرية أو خلية حقيقية النواة ) بواسطة التحول الوراثي Transduction أو التحول العالي Transformation انتقاء الخلايا المستقبلة للجزيئة الهجينة Recombinant الحاملة للجين المرغوب ، ثم تنمي في وسط مناسب للحصول على أعداد هائلة منها
تطبيقات الهندسة الوراثية :
أولا : التطبيقات الطبية.
من اهم التطبيقات الطبية للهندسة الوراثية هو تشخيص الأمراض الوراثية حيث يعاني الانسان من عدة مئات من الأمراض الوراثية الناشئة عن حدوث طفرة وراثية في أحد جيناته مما يؤدي الى فقدان أو حدوث خلل في فعالية البروتين المنتج ونتيجة لذلك تظهر اعراض المرض التي تختلف في طبيعتها وشدتها اعتمادا على نوع الجين الطافر وتعد الأمراض المتعلقة باضطرابات الهيموكلوبين من أكثر الأمراض الوراثية أهمية وشيوعا ولعل مرض فقر الدم المنجلي
ثانيا : التطبيقات الصناعية :
تعتبر إنتاج هرمون الأنسولين من بكتيريا E. coli المهندسة وراثيًا من أبرز أمثلة تطبيقات الهندسة الوراثية. تم التركيز على كلونة جين الأنسولين البشري في هذه البكتيريا للحصول على كميات كبيرة من الأنسولين لاستخدامها في العلاج. يتكون بروتين الأنسولين من سلسلتين ببتيديتين، كما تحتوي السلسلة A على 21 حامضًا أمينيًا، والسلسلة B على 30 حامضًا. يتم بناء الجينين المخصصين للسلسلتين كيميائيًا. ثم يتم كلونتهما في بلازميد ناقل وإدخالهما إلى E. coli لإنتاج الأنسولين. وقد خضع الأنسولين المنتج للاختبارات للتأكد من سلامته.
تتضمن التطبيقات الصناعية الأخرى للهندسة الوراثية إنتاج البروتين أحادي الخلية. وهو بروتين يتم الحصول عليه من الأحياء المجهرية وحيدة الخلية. يُعتبر هذا البروتين مصدرًا رخيصًا يُستخدم بشكل رئيسي في إنتاج الأعلاف للحيوانات. مع تزايد الحاجة لهذا البروتين، تم تطوير تقنيات جديدة لزيادة كفاءة الإنتاج. كما تُستخدم بكتيريا methylotrophus على نطاق واسع في تحويل الميثانول إلى بروتين، حيث تم كلونة جين Glutamate dehydrogenase من E. coli لزيادة كفاءة تحويل الكربون بنسبة 7.4%، مما يقلل من كلفة الإنتاج.
ثالثا : التطبيقات الزراعية في الهندسة الوراثية
من المعروف لدينا ان الهدف الرئيسي للكلونة في النبات هو الحصول على نباتات ذات مواصفات مرغوبة ممكن أن تساهم بشكل فعال في توفير الأمن الغذائي للبشرية وتنحصر معظم البحوث التطبيقية الزراعية في عدة محاور منها :
المقاومة للفايروسات :
تسبب الفايروسات امراضا عديدة للنباتات مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة. وقد استغلت تقنيات الهندسة الوراثية من اجل تطوير نباتات مقاومة لهذه الأمراض وذلك من خلال كلونة جينات غريبة تكسب النبات المضيف صفة المقاومة وقد تم بالفعل تطوير نبات التبغ المقاوم للإصابة بفيروس التبغ الفسيفسائي ( TMV (Tobaco mosaic virus فقد وجد أن النبات المصاب بفايروس غير مرضي أو قليل الضراوة ولا يعرف سبب هذه المقاومة على وجه التحديد. ولكن وجد أن النبات المصاب بفايروس غير مرضي ينتج بروتينا جديدا قد يكون السبب أو هو المسؤول عن المقاومة .
وقد تم على هذا أساس كلونة الجين المشفر البروتين غلاف فايروس التبغ الفسيفسائي ليقع تحت سيطرة حفاز ٣٥٥ المشتق من فايروس القرنابيط الفسيفساني ثم ادخال الجين الهجين الى نسيج نبات التبغ Ti. كما اظهر الجين الغريب قدرة عالية على التعبير expression في نسيج التبغ. حيث انتجت كميات كبيرة من بروتين غلاف فايروس التبغ ونتيجة. لذلك أظهرت النباتات الحاملة لهذا الجين انخفاضا كبيرا في حساسيتها للإصابة بفيروس التبغ الفسيفسائي الحي – يتضح من ذلك إمكانية استخدام كلونة الجينات في طوير نباتات مقاومة للأمراض الفايروسية.
المقاومة الفطريات :
من المجالات الأخرى التي استخدمت فيها تقنيات الهندسة الوراثية التطوير النباتات فقد تم تطوير نباتات مقاومة للفطريات المرضية . وقد استغلت المعلومات المتوفرة عن علاقة الفطريات المرضية بالنباتات في تطوير طرق مختلفة للحصول على نباتات مقاومة . كما اعتمدت احدى هذه الطرق استغلال فعالية الانزيم المحلل للكايتين وهو انزيم الكايتليز ( chitinase). الذي تنتجة النباتات المصابة والذي يعمل على منع نمو hyphae القطر من خلال تحليله لمادة الكايتين الموجودة في جدار الفطريات. فقد تم كلونة جين chia المشتق من بكتريا serratia marcescens في ناقل كلونة مناسب وإدخاله في بكتريا E.coli التي بدات بإنتاج الانزيم المحلل للكايتين.
واظهرت هذه البكتريا الهجينة قابلية جيدة على تثبيط نمو الفطر Fusarium oxysporium في المختبر. كما درس تأثير هذه البكتريا الهجينة على مرض القبول في البازلاء. وذلك بغمر بادرات نبات البازلاء في مزرعة البكتريا المنتجة لهذا الانزيم ومن ثم زرعها في تربة حاوية على الفطر F. oxysporium. واظهرت النتائج انخفاض نسبة إصابة النباتات المعاملة مقارنة بالنباتات غير المعاملة. ادخل هذا الجين بعد ذلك الى نبات التبغ بعد كلونته في أحد بلازميدات Ti ، وجد أن النبات الهجين اصبح مقاوما لهذا الفطر.
