التقانة الحيوية

• تتبع مراحل تطور التقانة الحيوية تاريخياً.
• تعرف تركيب جزيء ⁦DNA⁩ بالرسم.
• توضيح خطوات تقنية هندسة الجينات.
• الموازنة بين آليات تطبيق هندسة الجينات الحديثة.

التقانة الحيوية: هل حسّنت حياتنا؟

تعتمد كثير من الدول المتقدمة في مشاريعها الإنتاجية المربحة وبكل اختصاصاتها (الطبية، والزراعية، والصناعية، والبيئية) على التقانة الحيوية فما المقصود بالتقانة الحيوية؟ وما أهم التقنيات المستخدمة لتحسين السلالات الحية؟

• دورها: أصبحت محط أنظار العلماء؛ لما لها من دور في تحسين السلالات الحية عبر تقنيات هندسة الجينات.

ما التقانة الحيوية؟ وعلى أي علوم تقوم؟

• أساسها العلمي: يشمل عدداً من الفروع العلمية، أهمها:
• علم الأحياء الجزيئية، وعلم الخلية، والكيمياء الحيوية.
• وعلم الوراثة، وعلم الأحياء الدقيقة، وعلم النبات، وعلم المناعة.
• مدى عملياتها: تتراوح بين عمليات قديمة مثل التخمر، وحديثة مثل الهندسة الوراثية.

من الألبان والأجبان إلى الخريطة الجينية للإنسان

منذ آلاف السنين والإنسان يحصل على حاجاته من الغذاء بالاعتماد على التنوع الحيوي، وانتقاء الحيوانات والنباتات المناسبة لتربيتها وإكثارها

• قبل ثلاثة آلاف سنة قبل الميلاد: تعرف الإنسان على طرق صناعة الألبان والأجبان، وتخمير العنب.
• نهاية القرن الماضي: ازدهرت التقانة الحيوية التقليدية، وتميزت باستخدام الكائنات الحية الدقيقة؛ لإنتاج المضادات الحيوية والأنزيمات وغيرها.
• العام ١٩٥٣: استطاع العالمان واطسون وكريك اكتشاف الشكل الأساسي للمادة الوراثية ⁦DNA⁩.

الحمض النووي والهندسة الوراثية عبر العقود

• ما تلاه: التعرف على الكثير من المعلومات حول كيفية قيامه بحفظ المعلومات الوراثية وتخزينها ونقلها من جيل إلى جيل.
• أثره: أسهم في تطور الوراثة الجزيئية؛ الذي ساعد في تحديد خرائط جينية ورسمها لبعض الكائنات الحية.
• السبعينيات: انطلقت التقانة الحيوية الحديثة، إذ كانت أولى التجارب في الهندسة الوراثية.
• الثمانينيات: ظهر هرمون الأنسولين كأول منتج تجاري من الهندسة الوراثية، وانتشرت زراعة الأنسجة على نطاق واسع.
• الثمانينيات أيضاً: تطور نقل الأجنة في الإنتاج الحيواني.
• التسعينيات: جرى التوسع في عمل خرائط جينية لمجموعة واسعة من الكائنات الحية.
• بداية القرن الحادي والعشرين: عمل الخريطة الجينية للإنسان (٢٠ - ٢٥ ألف جين).
• طرق التقانة الحيوية: من بينها التهجين، والهندسة الوراثية، وزراعة الأنسجة.

الجينات والحمض النووي: ما الذي نهندسه؟

المسؤول عن انتقال الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء هي الجينات

• الجينات: تتابعات من الحمض النووي منقوص الأكسجين ⁦(DNA)⁩ محمولة على الكروموسومات في الخلية.

• تركيب ⁦DNA⁩: سلسلتان لولبيتان تلتفان حول بعض، وكل منهما يتكون من وحدات بنائية تدعى النيوكليوتيدات.
• ويتألف كل نيوكليوتيد من:
• جزيء سكر خماسي (رايبوز منقوص الأكسجين)،
• ومجموعة فوسفات
• وقاعدة نيتروجينية
• ويختلف تركيب النيوكليوتيدات بعضها عن بعض على نوع قاعدتها النيتروجينية.
• وترتبط القواعد النيتروجينية فيما بينها بروابط هيدروجينية.

• أدنين ⁦(A)⁩: تكون متقابلة مع القاعدة النيتروجينية ثايمين ⁦(T)⁩ في السلسلة الثانية، وترتبط معها برابطتين من الروابط الهيدروجينية.
• غوانين ⁦(G)⁩: تكون متقابلة مع القاعدة النيتروجينية سايتوسين ⁦(C)⁩، وترتبط معها بثلاثة روابط هيدروجينية.
• سلسلة القواعد: تشكل مخزون المعلومات الوراثية، التي تميز الكائنات الحية بعضها عن بعض.

من اختيار الجين إلى زراعة البكتيريا

يمكن تلخيص تقنية هندسة الجينات بالخطوات الآتية:

• أولاً: اختيار الكائن الحي الذي يحتوي على الصفة الوراثية المرغوبة.
• ثانياً: اختيار مقطع الـ ⁦DNA⁩ الذي يحتوي على الجين المطلوب كالجين المسؤول عن إنتاج الأنسولين مثلاً، وقطعه بمساعدة أنزيم خاص.
• ثالثاً: اختيار كائن حي يحتوي على البلازميد مثل البكتيريا والخميرة.
• رابعاً: قص البلازميد في منطقة معينة باستخدام أنزيمات القطع نفسها.
• خامساً: ربط مقطع الـ ⁦DNA⁩ المقصوص مع البلازميد لإنتاج الـ ⁦DNA⁩ المعدل باستخدام أنزيم ربط مناسب.
• سادساً: إدخال الـ ⁦DNA⁩ المعدل لكائن حي آخر كالبكتيريا مثلاً.
• سابعاً: زراعة البكتيريا في أوعية معقمة في وسط مناسب، واستخلاص المادة المطلوبة بعد مرور فترة مناسبة في الحاضنة لاستخدامها في الأغراض المخصصة لها.

نبات يقاوم الآفات بجين مضاف

يستخدم أحياناً في مجال هندسة الجينات آليات مختلفة لإنتاج كائنات حية تحمل صفات غير موجودة فيها أصلاً

• تكنولوجيا ⁦DNA⁩ معاد التركيب: يتم من خلالها إدخال أو تعديل على ⁦DNA⁩ كائن حي لإكسابه صفات معينة، مثل إنتاج نبات مقاوم للآفات.

• أولاً: يتم استخلاص البلازميد من البكتيريا، ويضاف إليه الجين المرغوب إدخاله، مثل جين مقاومة الآفات.
• ثانياً: إدخال البلازميد إلى الخلية النباتية المراد تعديلها فيندمج مع ⁦DNA⁩ أحد كروموسوماتها.
• ثالثاً: عندما تنقسم الخلية النباتية، فإن كل خلية ناتجة عن الانقسام تحصل على نسخة من الجين المضاف عن طريق تضاعف ⁦DNA⁩.
• النتيجة: تصبح خلايا النباتات مزودة بهذا الجين، الذي يضفي صفة مقاومة الآفات.

نشاط: أصناف جديدة على مائدتنا

لوحظ في الآونة الأخيرة توفر أصناف من الفواكه والخضراوات بصفات جديدة كالطعم واللون والشكل.

حليب الماشية يحمل هرمون الإنسان

يمكن كذلك إنتاج حيوانات مهندسة جينياً، لإنتاج أنواع مختلفة من البروتينات البشرية مثل الهرمونات والأنزيمات البشرية في حليب بعض الحيوانات كالماشية

• أولاً: تؤخذ بويضة من أنثى الحيوان (الماشية مثلاً) ويتم إخصابها خارجياً.
• ثانياً: يؤخذ الجين المرغوب تكثيره من خلية إنسان، مثل جين هرمون النمو، ويتم ربطه بمحفز لجين يعمل في خلايا الغدد اللبنية.
• الحقن: يحقن الجين الناتج في نواة البويضة المخصبة قبل انقسامها الأول، ليصبح جزءاً من جيناتها.

• ثالثاً: تزرع البويضة المخصبة في رحم أنثى حيوان مهيأة للحمل.
• النتيجة: إذا نجحت العملية يتم ولادة حيوان له القدرة على إنتاج هرمون النمو في حليبه طوال حياته.
• رابعاً: يعزل الهرمون، ويتم معالجته وتنقيته واستخدامه.

اختبر نفسك: أسئلة الفصل

س١: ضع دائرة حول رمز الإجابة الصحيحة للأسئلة الآتية:

من العالمان اللذان اكتشفا تركيب الـ ⁦DNA⁩؟

• أ. كريف وكريك

• ب. واطسون وكريك

• ج. آفري وكريك

• د. آفري وماكليود

أي من الآتية تعد من صور التقانة الحيوية التقليدية؟

• أ. الهندسة الوراثية

• ب. ⁦DNA⁩ معاد التركيب

• ج. الحيوانات المهندسة جينياً

• د. التخمر

أي من الآتية صحيح بالنسبة للحيوانات المهندسة جينياً في مجال إنتاج الهرمونات؟

• أ. يتم عزل الهرمون المطلوب من حليب الأنثى المانحة للبويضة.

• ب. يتم عزل الهرمون المطلوب من حليب الأنثى المانحة للجين.

• ج. يتم عزل الهرمون المطلوب من حليب الأنثى المولودة بعد التعديل.

• د. يتم عزل الهرمون المطلوب من حليب الأنثى محتضنة البويضة المخصبة.

أي من القواعد النيتروجينية الآتية في إحدى السلاسل تكون متقابلة مع القاعدة النيتروجينية أدنين ⁦A⁩ في السلسلة الثانية؟

• أ. سايتوسين ⁦C⁩

• ب. ثايمين ⁦T⁩

• ج. جوانين ⁦G⁩

• د. أدنين ⁦A⁩

س٢: وضح المقصود بكل من: التقانة الحيوية، هندسة الجينات، الجين، البلازميد.

س٣: تتبع خطوات إنتاج نبات يحمل صفات جديدة اعتماداً على تقنية الـ ⁦DNA⁩ معاد التركيب.

س٤: بين بمخطط سهمي خطوات هندسة الجينات (الهندسة الوراثية).