مقالات

ماهي الهندسة الوراثية ؟ وماهي تطبيقاتها؟

الهندسة الوراثية

الهندسة الوراثية هي علم تغيير الكائنات الحية عن طريق تغيير المعلومات المشفرة في “الحمض النووي”. يتم تخزين المعلومات الجينية في الحمض النووي باستخدام أربع مواد كيميائية مختلفة تسمى الأدينين والسيتوزين والجوانين والثيمين. باختصار إلى الأحرف “A” و “C” و “G” و “T” ، يتم ربط هذه المواد الكيميائية الأساسية معًا لتشكيل الروابط أو “أزواج القاعدة” التي تجمع بين اللولبين اللذين يشكّلان كل جزيء DNA.

ماهو الجينيوم

يُعرف التسلسل الجيني الكامل لأي كائن حي باسم “الجينوم” الخاص به ويحتوي على الملايين والمليارات من أزواج قواعد الحمض النووي في كثير من الأحيان. على سبيل المثال ، يحتوي الحمض النووي البشري على حوالي ثلاثة مليارات. ومع ذلك ، فبدلاً من العمل مع أزواج القواعد الفردية ، تهتم الهندسة الوراثية بقطاعات أكبر بكثير من الحمض النووي المعروفة باسم الجينات.

يحتوي الجينوم البشري على ما يقرب من 20000 إلى 25000 جينة متميزة ، وقد تم تعيينه لأول مرة بواسطة مشروع الجينوم البشري. إجمالاً ، تحتوي أزواج القواعد الكيميائية للجينوم البشري البالغ عددها ثلاثة مليارات على حوالي 750 ميجا بايت من المعلومات ، والتي يمكن تخزينها اليوم في جيبك على مفتاح ذاكرة USB بسعة 1 جيجا بايت. ربما يكون هذا مثيرًا للتأمل نظرًا لأن أحد القيود الرئيسية الأولية التي واجهها مشروع الجينوم البشري كان سعة تخزين الكمبيوتر المتاحة.

الهندسة الوراثية مجال واسع

الهندسة الوراثية هي مجال واسع للغاية من الأفضل تقسيمه إلى مجالات التطبيق العملي من أجل فهمه بسهولة. على أعلى مستوى ، يمكن تقسيم الهندسة الوراثية إلى أقسام فرعية: إلى إنشاء نباتات وحيوانات وكائنات دقيقة معدلة وراثيًا ، بالإضافة إلى تطبيق الهندسة الوراثية في الرعاية الصحية ، والمعروف أيضًا باسم الطب الوراثي. في المقابل ، يمكن تقسيم الطب الوراثي بشكل مفيد إلى مجالات الاختبار الجيني ، وعلم الوراثة الدوائية ، والعلاج الجيني.

تطبيقات الهندسة الوراثية

تقدم الأقسام التالية مقدمة موجزة عن النباتات المعدلة وراثيًا والحيوانات المعدلة وراثيًا والكائنات الدقيقة المعدلة وراثيًا والاختبارات الجينية وعلم الوراثة الدوائية والعلاج الجيني. تتضمن كل هذه المجالات دراسة السمات الجينية لنوع معين ، و / أو تغيير أو تبادل جين واحد أو عدد قليل من الجينات من أجل تحقيق النتيجة المرجوة. ومع ذلك ، فإن بعض العلماء يذهبون بالفعل إلى أبعد من التعديل الجيني لجين واحد أو عدد قليل من الجينات من أجل إنشاء أشكال حياة مختلفة جذريًا وحتى اصطناعية تمامًا. يتجاوز هذا التطور نطاق ما هو مفصل أدناه ، ويتم تناوله بشكل منفصل في صفحة البيولوجيا التركيبية.

النباتات المعدلة وراثيًا

تأخذ جميع أشكال التعديل الوراثي (GM) جينًا واحدًا أو أكثر من نوع واحد وتدخله في الحمض النووي للآخر من أجل تكوين كائن حي “معدّل وراثيًا” بخصائص مختلفة. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن جعل النبات أكثر مقاومة للأمراض أو الجفاف أو مبيدات الآفات عن طريق إدخال جين غريب من نوع آخر في جينومه. بينما لا يزال العديد من الأشخاص والمنظمات يعترضون على مثل هذه الممارسة ، يجدر بنا أن نتذكر أن تبادل الجينات يحدث باستمرار في العالم الطبيعي وهو أساس عملية الانتقاء الطبيعي التي تبقينا على قيد الحياة.

تم إنشاء أحد أوائل النباتات المعدلة وراثيًا في جامعة كاليفورنيا في عام 1986. وهنا ، تم تغيير بعض نباتات التبغ وراثيًا بواسطة جين من ذبابة اليراع لجعلها مضيئة بيولوجيًا. وكانت النتيجة أن التبغ المعدّل وراثيًا قادر على إصدار توهج. أثار هذا الأمر كثيرًا على خيال الجمهور ، على الرغم من أن نية العلماء كانت السماح لهم بتتبع النقل الناجح للجينات بين الأنواع ، بدلاً من حصاد النباتات المتوهجة!

كان أول مصنع تجاري معدّل وراثيًا هو طماطم Flavr Savr. تم إنشاء هذا بواسطة Calgene ، وتم ترخيصه للاستهلاك البشري في عام 1994. على وجه التحديد ، استخدم Calgene تقنية “إسكات الجينات” لإغلاق الجين الذي يتسبب في تعفن الطماطم ، وبالتالي السماح للمنتجات المعدلة وراثيًا بالبقاء ثابتة لفترة أطول بعد الحصاد. بعد طماطم Flavr Savr ، بدأت شركة تسمى Monsanto في تقديم مجموعة من الذرة والمحاصيل المعدلة وراثيًا الأخرى. اليوم ، حوالي 90 في المائة من الذرة والقطن وفول الصويا المزروع في الولايات المتحدة معدلة وراثيًا. كما تزرع الصين والبرازيل والأرجنتين وكندا وباراغواي وجنوب إفريقيا كميات كبيرة من المحاصيل المعدلة وراثيًا. ومع ذلك ، على الرغم من المحصول المحسن ومقاومة مبيدات الآفات ومقاومة الأمراض مما تقدمه المنتجات المعدلة وراثيًا ، لا تزال المحاصيل المعدلة وراثيًا في جميع أنحاء أوروبا محظورة.

الحيوانات المعدلة وراثيا

الحيوانات المعدلة وراثيا قد تم إنشاؤها بالفعل. بالعودة إلى عام 1986 ، تم تعديل أول الفئران المعدلة وراثيا لتطور السرطان. منذ ذلك الوقت ، أصبح إنشاء الفئران والجرذان المعدلة وراثيًا لأغراض البحث أمرًا روتينيًا تقريبًا ، مع وجود شركة Ozgene التي تنتج القوارض المعدلة وراثيًا لأكثر من عشرين عامًا.

تم الآن أيضًا إنشاء سلالة جديدة من “البيئة المحيطة” بواسطة برنامج أبحاث الخنازير المعدلة وراثيًا Guelph Transgenic Pig Research لإنتاج شكل أكثر صداقة للبيئة من السماد. في عام 1996 ، نجح معهد روزلين في اسكتلندا أيضًا في استنساخ خروف يُدعى “دوللي” عن طريق زرع نواة خلية ضرع من خروف في خلية بويضة فارغة من أخرى. منذ ذلك الوقت ، تم استخدام نفس التقنية لاستنساخ الخنازير والكلاب والخيول.

اليوم ، نحن على شفا الموافقة على أول مخلوق معدل وراثيًا يدخل سلسلة الغذاء البشرية. تم إنشاء AquAdvantage من قبل شركة تدعى Aqua Bounty Technologies ، وهو سمك سلمون معدّل وراثيًا يحتوي على جينات المحيطات وسلمون شينوك مقسمة في الحمض النووي الخاص به. والنتيجة هي سمكة تنمو إلى الحجم الكامل خلال 18 شهرًا بدلاً من 36 شهرًا. في حين أن الموافقة المعلقة على AquAdvantage للاستهلاك البشري قد تكون مثيرة للجدل ، في مواجهة نقص الغذاء في المستقبل ، قد نحتاج إلى مجموعة كاملة من هذه الحيوانات سريعة النمو من أجل درء المجاعة الجماعية.

الكائنات الدقيقة المعدلة وراثيًا

على مدى قرون ، تم استخدام عمليات التخمير الطبيعية لإنتاج منتجات مثل الجبن والبيرة واللبن الزبادي. ومع ذلك ، منذ ولادة الهندسة الوراثية في سبعينيات القرن الماضي ، تم تقسيم الجينات أيضًا بين الكائنات الحية الدقيقة من أجل تمكين إنشاء منتجات باستخدام بكتيريا الإشريكية القولونية المعدلة وراثيًا والكائنات الدقيقة الأخرى. في الواقع ، تعد التكنولوجيا الحيوية اليوم صناعة عالمية بقيمة 200 مليار دولار.

اليوم ، تُستخدم بكتيريا الإشريكية القولونية المعدلة وراثيًا لإنتاج جميع أنواع الأشياء بما في ذلك الكيموسين (كما هو مطلوب في صناعة الجبن) ، بالإضافة إلى الأنسولين الاصطناعي وهرمونات النمو البشري والجيل الأول من البلاستيك الحيوي والوقود الحيوي. وتجدر الاشارة إلى أن الجيل القادم من الأدوية والوقود الحيوي والبلاستيك الحيوي يلوح في الأفق الآن.

الاختبارات الجينية

منذ الانتهاء من مشروع الجينوم البشري ، كانت الآمال كبيرة في تطبيق الهندسة الوراثية في مجال الرعاية الصحية. بينما كان التقدم أبطأ مما توقعته وسائل الإعلام – ولا يزال دور معظم الجينات في الحمض النووي البشري بعيدًا عن الفهم – يتوفر بالفعل أكثر من 1000 اختبار جيني بشري. هذه تمكن الأزواج الذين ينتظرون طفلاً باستخدام الإخصاب في المختبر (IVF) من فحص الأجنة بحثًا عن الطفرات الجينية التي تسبب التليف الكيسي ومرض الخلايا المنجلية والضمور العضلي النخاعي ومجموعة من الحالات الأخرى. أصبح من الممكن الآن الحصول على اختبار جيني للعديد من الحالات عبر الإنترنت ، والعملية الآن مباشرة مثل النقرة.

كما يجري بحث رئيسي في علم الوراثة للسرطان. على سبيل المثال ، تم إنشاء الاتحاد الدولي لجينوم السرطان لتوليد بيانات وراثية لما يصل إلى خمسين نوعًا من أكثر أنواع السرطان شيوعًا. مع مرور الوقت ، يجب أن يسمح هذا العمل للأطباء باختبار وتشخيص السرطانات بناءً على خصائصها الجينية. في المستقبل ، قد ينتج عن ذلك أيضًا علاجات جينية للسرطان.

منذ أن اكتمل مشروع الجينوم البشري بالكامل في عام 2003 ، تعلم العلماء أن دور الجينات الفردية في الحمض النووي البشري أكثر تعقيدًا بكثير مما كان يعتقد في البداية. ليس أقلها ، أن “التعبير” (أو مستوى التنشيط) للجين لا يقل أهمية طبية عن التركيب الجيني. لذلك من المحتمل أن يتطلب التقدم الكبير في الاختبارات الجينية – ناهيك عن العلاجات الجينية – أن يكون الأطباء قادرين على اختبار المرضى لأكثر بكثير من الطفرات في واحد أو بضعة جينات. لحسن الحظ ، من المحتمل أيضًا أن يصبح هذا ممكنًا ، وقريبًا نسبيًا.

عندما اكتمل مشروع الجينوم البشري بالكامل في عام 2003 ، استغرق تسلسل الجينوم البشري الفردي ثلاثة عشر عامًا وكلف ثلاثة مليارات دولار. ومع ذلك ، اليوم ، تستطيع شركة في كاليفورنيا تُدعى Illumina بالفعل تسلسل جينوم بشري فردي في ثمانية أيام مقابل حوالي 10000 دولار. بحلول منتصف هذا العقد ، توقعت شركة تسمى Pacific Biosciences بالفعل أنها ستكون قادرة على ترتيب تسلسل الجينوم البشري الفردي في خمس عشرة دقيقة مقابل أقل من 1000 دولار. ما سيجعله هذا التقدم المذهل ممكنًا هو نهج جديد تمامًا للطب يسمى علم الوراثة الدوائية.

علم الوراثة الدوائية

علم الوراثة الدوائية – المعروف أيضًا باسم علم الصيدلة الجيني – هو دراسة كيفية تأثير الجينات على استجابة الشخص للأدوية. كان من الواضح دائمًا أن الأشخاص المختلفين يستجيبون بشكل مختلف لنفس الدواء. ومع ذلك ، عادة لا يعرف السبب. وعد علم الوراثة الدوائية هو تغيير هذا الوضع من خلال السماح للأطباء باختيار العلاجات على أساس التركيب الجيني لكل مريض على حدة.

سيسمح علم الوراثة الدوائية أيضًا بحساب الوصفات الطبية بناءً على الجينات الوراثية للشخص بدلاً من الوزن والعمر البحتين. ستكون اللقاحات أيضًا قادرة على استهدافها وراثيًا ، مع سلالات مختلفة لمحات مختلفة من الحمض النووي للمريض. بالإضافة إلى ذلك ، سيسمح علم الوراثة الدوائية بإدخال الأدوية التي تعمل بشكل جيد جدًا لدى بعض الأشخاص ولكنها تسبب آثارًا جانبية كبيرة لدى آخرين إلى السوق بأمان حيث سيكون معروفًا من سيتفاعل معها بشكل سيئ ومن لن يتفاعل معها.

قبل انتشاره ، يصبح تسلسل الجينوم الفردي أمرًا روتينيًا ، ومن المرجح أن تكون تقنية الوراثة الدوائية الحاسمة هي شريحة الجين. الرقائق الجينية عبارة عن مستشعرات طبية بحجم علبة الثقاب ، وتتميز “بمصفوفة دقيقة للحمض النووي”. يحتوي كل مربع في هذه الشبكة على مقتطف معين من الحمض النووي. عندما تتلامس عينة من الحمض النووي للمريض مع رقاقة الجين ، يتسبب هذا في إضاءة بعض مربعاتها ، مما يكشف عن مستوى تنشيط جينات معينة.

العلاج الجيني

الهدف النهائي للطب الوراثي هو علاج الشكاوى الصحية على المستوى الجيني. من المحتمل أن توجد عدة آليات يمكن استخدامها لإدخال جينات إضافية أو بديلة في الحمض النووي للمريض. وتشمل هذه استخدام فيروسات عامل نقل الجينات المعروفة باسم “النواقل” لتوصيل الجينات العلاجية لاستهداف خلايا المريض. بدلا من ذلك ، يمكن تغليف الجينات العلاجية بالجسيمات الشحمية الاصطناعية. تلتصق هذه المواد الدهنية بسطح الخلايا وبالتالي قد تشجع الجينات المرتبطة بها على الدخول فيها.

تجري تجارب العلاج الجيني منذ أكثر من عقد. على سبيل المثال ، طفل يدعى Rhys Evans الذي كان يعاني من نقص المناعة يسمى X-SCID تلقى علاجًا جينيًا في عام 2001. وبينما كان هذا ناجحًا ، أدت الآثار البشرية الأخرى إلى آثار جانبية خطيرة – مثل اللوكيميا – وحتى بعض وفيات المرضى. في عام 2008 ، تم الإبلاغ عن نجاح كبير باستخدام العلاج الجيني لعلاج العمى الوراثي. ومع ذلك ، ربما تظل العلاجات الجينية لمعظم الحالات بعيدة عدة عقود.

التلقيح الاصطناعي

يخضع العلاج الجيني وأبحاث الهندسة الوراثية في البشر حاليًا لتنظيم صارم (إذا بدرجات مختلفة جدًا في أجزاء مختلفة من العالم). ومع ذلك ، نحن نعيش بالفعل حاليا في وقت التلقيح الاصطناعي، حيث يُستخدم التلقيح الاصطناعي الآن على نطاق واسع لمساعدة بعض الأزواج على الإنجاب. في الواقع ، في المملكة المتحدة ، يولد الآن حوالي طفل واحد من بين كل خمسين طفلًا نتيجة التلقيح الاصطناعي. يتم أيضًا فحص الأطفال الذين يتم حملهم عن طريق التلقيح الاصطناعي بشكل روتيني بحثًا عن الأمراض الوراثية. مع اختيار أجنة معينة بوعي للزرع ، يتم اتخاذ الخيارات البشرية بالفعل فيما يتعلق بخصائص الأطفال الناتج. كما تقدم شركة تسمى معاهد الخصوبة في الولايات المتحدة للآباء “برنامج اختيار جنس الجنين”. التكنولوجيا موجودة الآن أيضًا لتمكين فحص شعر الطفل ولون عينيه واختيارهما عن طريق التلقيح الاصطناعي. في حين أن هذا ليس متاحًا تجاريًا بعد ، فقد يصبح كذلك في المستقبل.

عقبات الهندسة الوراثية

الهندسة الوراثية علم في مهده لا يواجه فقط عقبات تقنية معقدة للغاية ، ولكن أيضًا مناقشات أخلاقية حيوية مهمة. قد تكون المحاصيل المعدلة وراثيًا التي توفر غلات محسنة ومقاومة عالية للأمراض هي الحل لنقص الغذاء. ومع ذلك ، فإنها تثير أيضًا مخاوف مفهومة بما في ذلك مخاطر التلوث الجيني المتبادل وإساءة استخدام القوة الاحتكارية حيث تبدأ أجزاء من العالم “الطبيعي” في الحصول على براءة اختراع والتحكم فيها من قبل الشركات الكبرى. يعد التعديل الجيني البشري أكثر إثارة للجدل. في الواقع ، لقد تم الافتراض بأن “فجوة تحسين النسل” قد تظهر بين الدول إذا استمرت الدول المختلفة (مثل الصين والولايات المتحدة) في اتخاذ مواقف أخلاقية مختلفة للغاية فيما يتعلق بالبحوث وممارسة الهندسة العامة البشرية المستقبلية.

المصدر
explainingthefuture

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

شاهد أيضاً
إغلاق
زر الذهاب إلى الأعلى