هندسة الخلية

هندسة الخلية- إنماء الخلايا خارج الجسم على أوساط مغذية خاصة ، حيث تنمو وتتكاثر وتشكل ثقافة الأنسجة. هذه طريقة لبناء نوع جديد من الخلايا بناءً على زراعتها وتهجينها وإعادة بنائها. إعادة البناء الخلوييرتبط بتكوين خلية قابلة للحياة من أجزاء منفصلة من خلايا مختلفة (النواة ، السيتوبلازم ، الكروموسومات ، إلخ). بمساعدة هندسة الخلايا ، من الممكن ربط جينومات الأنواع البعيدة جدًا. يظهر الاحتمال الرئيسي لدمج الخلايا الحيوانية الجسدية مع الخلايا النباتية. تتيح دراسة الخلايا الهجينة حل العديد من المشكلات النظرية في علم الأحياء والطب: لمعرفة التأثيرات المتبادلة للنواة والسيتوبلازم ؛ آليات تمايز الخلايا وتنظيم تكاثر الخلايا ، وتحويل الخلايا الطبيعية إلى خلايا سرطانية ، إلخ.

في تهجينالجمع بشكل مصطنع بين خلايا كاملة (بروتوبلاست الخلية) لتشكيل الجينوم الهجين. بمساعدة الإنزيمات أو الموجات فوق الصوتية ، تتم إزالة جدران الخلايا من الخلايا النباتية ويتم توصيل الخلايا الأولية للخلية "العارية". بعد ذلك يتم ترميم وتشكيل جدران الخلايا الكالس- كتلة خلوية غير منظمة ، تسبب تمايز الخلايا التي يتم الحصول عليها من نبات هجين كامل.

تستخدم هندسة الخلايا على نطاق واسع في التكنولوجيا الحيوية ، على سبيل المثال ، الاستخدام الهجينة(الخلايا الهجينة) للحصول على الأجسام المضادة وحيدة النسيلة. استنادًا إلى الخلايا المعدلة وراثيًا ، من الممكن إنشاء أشكال جديدة من النباتات لها سمات مفيدة ومقاومة للظروف والأمراض البيئية المواتية.

الهندسة الوراثية -إعادة ترتيب الجينوم الاصطناعي. فرع من علم الوراثة الجزيئي المرتبط بالإنشاء الهادف في فيتو (في المختبر) لتوليفات جديدة من المواد الجينية القادرة على التكاثر في الخلية المضيفة وتوليف المنتجات الأيضية. مصحوبًا بالنقل الاصطناعي للجينات الضرورية من نوع واحد من الكائنات الحية (البكتيريا والنباتات والحيوانات) إلى نوع آخر ، غالبًا من أصل بعيد. تُستخدم تقنيات الجينات الحديثة في العلاج الجيني ، أي علاج الأمراض الوراثية عن طريق إدخال الجينات "الصحية" للإنسان.

إن أعظم إنجاز للتكنولوجيا الحيوية الحديثة هو التحول الجيني ، ونقل الجينات الأجنبية وغيرها من ناقلات المواد الوراثية إلى خلايا النباتات والحيوانات والكائنات الدقيقة ، وإنتاج الكائنات المحورة جينيا بخصائص وسمات جديدة أو محسنة. هذا الاتجاه استراتيجي من حيث أهدافه وفرصه في المستقبل. يسمح بحل المشكلات الأساسية لاختيار الكائنات البيولوجية من أجل الاستقرار والإنتاجية العالية وجودة المنتج مع تحسين الوضع البيئي في جميع أنواع الصناعات. ومع ذلك ، لتحقيق هذه الأهداف ، من الضروري التغلب على الصعوبات الهائلة في زيادة كفاءة التحول الجيني ، وقبل كل شيء ، في تحديد الجينات ، وإنشاء بنوك الاستنساخ الخاصة بها ، وفك رموز آليات التحديد متعدد الجينات لسمات وخصائص الكائنات البيولوجية ، وضمان التعبير الجيني العالي ، وإنشاء أنظمة ناقلات موثوقة. بالفعل اليوم ، في العديد من المختبرات حول العالم ، بما في ذلك في روسيا ، تم إنشاء نباتات وحيوانات وكائنات دقيقة جديدة معدلة وراثيًا باستخدام طرق الهندسة الوراثية ، والتي حظيت باعتراف تجاري.

التكنولوجيا الحيوية الحديثة

التكنولوجيا الحيوية الحديثةتتلاءم بشكل وثيق مع عدد من التخصصات العلمية ، وتنفذ تطبيقاتها العملية أو تكون أداتها الرئيسية (الشكل 1).

أرز. 1. توصيل التكنولوجيا الحيوية بالعلوم الأخرى (حسب V.I. Kefeli، 1989)

في علم الأحياء الجزيئي ، يتيح استخدام أساليب التكنولوجيا الحيوية تحديد بنية الجينوم ، وفهم آلية التعبير الجيني ، ونموذج أغشية الخلايا من أجل دراسة وظائفها ، وما إلى ذلك. إن بناء الجينات الضرورية بواسطة طرق الهندسة الوراثية والخلوية يجعل من الممكن التحكم في الوراثة والنشاط الحيوي للحيوانات والنباتات والكائنات الحية الدقيقة وإنشاء كائنات ذات خصائص جديدة مفيدة للإنسان ، لم يسبق ملاحظتها في الطبيعة.

تستخدم الصناعة الميكروبيولوجية حاليًا آلاف السلالات من الكائنات الحية الدقيقة المختلفة. في معظم الحالات ، يتم تحسينها عن طريق الطفرات المستحثة والاختيار اللاحق. هذا يسمح بتوليف واسع النطاق للمواد المختلفة.

لا يمكن الحصول على بعض البروتينات والمستقلبات الثانوية إلا عن طريق استنبات الخلايا حقيقية النواة. يمكن أن تعمل الخلايا النباتية كمصدر لعدد من المركبات - الأتروبين ، والنيكوتين ، والقلويدات ، والصابونين ، وما إلى ذلك. تنتج الخلايا الحيوانية والبشرية أيضًا عددًا من المركبات النشطة بيولوجيًا. على سبيل المثال ، خلايا الغدة النخامية - ليبوتروبين ، وهو منشط لتفكك الدهون ، وسوماتوتروبين ، وهو هرمون ينظم النمو.

تم إنشاء مزارع مستمرة من الخلايا الحيوانية تنتج أجسامًا مضادة وحيدة النسيلة تستخدم على نطاق واسع لتشخيص الأمراض. في الكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الدقيقة وعلم الخلايا ، تعتبر طرق تثبيت كل من الإنزيمات والخلايا الكاملة للكائنات الحية الدقيقة والنباتات والحيوانات ذات أهمية لا شك فيها. في الطب البيطري ، تُستخدم على نطاق واسع طرق التكنولوجيا الحيوية مثل زراعة الخلايا والأجنة ، والتكوُّن في المختبر ، والتلقيح الاصطناعي. كل هذا يشير إلى أن التكنولوجيا الحيوية ستصبح مصدرًا ليس فقط للمواد الغذائية والأدوية الجديدة ، ولكن أيضًا للحصول على الطاقة والمواد الكيميائية الجديدة ، وكذلك الكائنات الحية ذات الخصائص المرغوبة.

يعتمد الانتقاء التقليدي للكائنات الدقيقة (البكتيريا والفطريات بشكل أساسي) على الطفرات التجريبية واختيار السلالات الأكثر إنتاجية. ولكن حتى هنا توجد بعض الخصائص المميزة. جينوم البكتيريا أحادي العدد ، أي طفرات تظهر بالفعل في الجيل الأول. على الرغم من أن احتمال حدوث طفرة طبيعية في الكائنات الحية الدقيقة هو نفسه كما هو الحال في جميع الكائنات الحية الأخرى (طفرة واحدة لكل مليون فرد لكل جين) ، فإن معدل التكاثر المرتفع للغاية يجعل من الممكن العثور على طفرة مفيدة للجين المعني للباحث.

نتيجة للطفرات والاختيار الاصطناعي ، زادت إنتاجية سلالات فطر البنسيليوم بأكثر من 1000 مرة. تُستخدم منتجات الصناعة الميكروبيولوجية في الخبز والتخمير وصناعة النبيذ وتحضير العديد من منتجات الألبان. بمساعدة الصناعة الميكروبيولوجية ، يتم الحصول على المضادات الحيوية والأحماض الأمينية والبروتينات والهرمونات والإنزيمات المختلفة والفيتامينات وأكثر من ذلك بكثير.

تستخدم الكائنات الحية الدقيقة في معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية ، وتحسين جودة التربة. في الوقت الحاضر ، تم تطوير طرق للحصول على المنجنيز والنحاس والكروم في تطوير مقالب المناجم القديمة بمساعدة البكتيريا ، حيث تكون طرق التعدين التقليدية غير مربحة اقتصاديًا.

التكنولوجيا الحيوية- استخدام الكائنات الحية وعملياتها البيولوجية في إنتاج المواد اللازمة للإنسان. أهداف التكنولوجيا الحيوية هي البكتيريا والفطريات وخلايا الأنسجة النباتية والحيوانية. تزرع على وسائط المغذيات في مفاعلات حيوية خاصة.

أحدث طرق التربيةالكائنات الحية الدقيقة والنباتات والحيوانات هي الهندسة الخلوية والكروموسومية والوراثية.

الهندسة الوراثية

الهندسة الوراثية- مجموعة من التقنيات التي تسمح لك بعزل الجين المطلوب من جينوم كائن حي وإدخاله في جينوم كائن حي آخر. يتم استدعاء النباتات والحيوانات التي يتم فيها إدخال جينات "غريبة" في الجينوم المعدلة وراثياوالبكتيريا والفطريات تحول. الهدف التقليدي للهندسة الوراثية هو Escherichia coli ، وهي بكتيريا تعيش في الأمعاء البشرية. بمساعدتها يتم الحصول على هرمون النمو - سوماتوتروبين ، هرمون الأنسولين ، الذي تم الحصول عليه سابقًا من بنكرياس الأبقار والخنازير ، بروتين الإنترفيرون ، الذي يساعد على التعامل مع العدوى الفيروسية.

تتضمن عملية تكوين البكتيريا المحولة الخطوات التالية.

1. تقييد- "الاستغناء" عن الجينات الضرورية. يتم تنفيذه بمساعدة "مقص جيني" خاص ، إنزيمات - التقييد.
2. قم بإنشاء متجه- التركيب الجيني الخاص ، حيث يتم إدخال الجين المقصود في جينوم خلية أخرى. أساس تكوين ناقل هي البلازميدات. يُخيط الجين في البلازميد باستخدام مجموعة أخرى من الإنزيمات - ligases. يجب أن يحتوي المتجه على كل ما هو ضروري للتحكم في تشغيل هذا الجين - محفز ، ومُنهي ، وجين عامل ، وجين منظم ، بالإضافة إلى جينات الواسم التي تمنح الخلية المتلقية خصائص جديدة تجعل من الممكن تمييز هذه الخلية عن الخلايا الأصلية.
3. تحويل- إدخال الناقل في البكتيريا.
4. تحري- اختيار البكتيريا التي تعمل فيها الجينات المدخلة بنجاح.
5. استنساخالبكتيريا المحولة.

1 - خلية بها البلازميد الأصلي ؛ 2 - البلازميد المعزول ؛ 3 - إنشاء ناقلات ؛ 4 - البلازميد المؤتلف (ناقل) ؛ 5 - خلية مع البلازميد المؤتلف.

الجينات حقيقية النواة ، على عكس الجينات بدائية النواة ، لها بنية فسيفساء (exons ، introns). لا توجد معالجة في الخلايا البكتيرية ، ولا يتم فصل الترجمة في الزمان والمكان عن النسخ. في هذا الصدد ، من الأكثر كفاءة استخدام الجينات المصنعة صناعيا للزرع. القالب لهذا التوليف هو مرنا. بمساعدة إنزيم النسخ العكسي للإنزيم ، يتم تصنيع سلسلة DNA لأول مرة على هذا الرنا المرسال. ثم يتم الانتهاء من حبلا آخر عليه بمساعدة بوليميراز الحمض النووي.

هندسة الكروموسومات

هندسة الكروموسومات- مجموعة من التقنيات التي تسمح بالتلاعب بالكروموسومات. تعتمد إحدى مجموعات الطرق على إدخال زوج من الكروموسومات المتجانسة الأجنبية في النمط الجيني لكائن نباتي يتحكم في تطور الصفات المرغوبة ( خطوط مكملة) ، أو استبدال زوج واحد من الكروموسومات المتجانسة بآخر ( خطوط مستبدلة). في الخطوط المستبدلة والمكملة التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة ، يتم جمع السمات التي تجعل النباتات أقرب إلى "الصنف المثالي".

طريقة أحادية الصيغة الصبغيةعلى أساس زراعة نباتات أحادية الصيغة الصبغية مع مضاعفة الكروموسومات لاحقًا. على سبيل المثال ، تُزرع النباتات أحادية الصيغة الصبغية التي تحتوي على 10 كروموسومات من حبوب لقاح الذرة ( ن= 10) ، ثم تتضاعف الكروموسومات وتصبح ثنائية الصبغيات ( ن= 20) ، نباتات متماثلة اللواقح بالكامل في غضون 2-3 سنوات فقط بدلاً من 6-8 سنوات من زواج الأقارب.

يمكن أن يشمل ذلك أيضًا طريقة للحصول على النباتات متعددة الصيغة الصبغية(انظر المحاضرة 23 تربية النبات).

هندسة الخلية

هندسة الخلية- بناء نوع جديد من الخلايا يعتمد على زراعتها وتهجينها وإعادة بنائها.

يمكن لخلايا النباتات والحيوانات ، الموضوعة في وسط غذائي يحتوي على جميع المواد الضرورية للحياة ، أن تنقسم وتتشكل مزارع الخلايا. تمتلك الخلايا النباتية أيضًا خاصية تامة، أي أنهم قادرون ، في ظل ظروف معينة ، على تكوين نبات كامل. لذلك ، من الممكن نشر النباتات في أنابيب الاختبار عن طريق وضع الخلايا في وسط مغذٍ معين. هذا ينطبق بشكل خاص على النباتات النادرة أو القيمة.

بمساعدة مزارع الخلايا ، من الممكن الحصول على مواد نشطة بيولوجيًا ذات قيمة (ثقافة خلية الجينسنغ). يسمح الحصول على الخلايا الهجينة ودراستها بحل العديد من مشكلات البيولوجيا النظرية (آليات تمايز الخلايا ، وتكاثر الخلايا ، وما إلى ذلك). الخلايا التي تم الحصول عليها نتيجة اندماج الخلايا الجسدية التي تنتمي إلى أنواع مختلفة (البطاطس والطماطم والتفاح والكرز ، إلخ) هي الأساس لإنشاء أشكال جديدة من النباتات. في التكنولوجيا الحيوية ، يتم استخدام الأجسام المضادة وحيدة النسيلة الهجين- هجين من الخلايا الليمفاوية مع الخلايا السرطانية. تنتج الأورام الهجينة أجسامًا مضادة ، مثل الخلايا الليمفاوية ، ولديها القدرة على التكاثر في الثقافة إلى أجل غير مسمى ، مثل الخلايا السرطانية.

تتيح لك طريقة زرع نوى الخلايا الجسدية في البويضات الحصول على نسخة جينية من الحيوان ، أي أنها تجعل ذلك ممكنًا استنساخالحيوانات. في الوقت الحاضر ، تم الحصول على ضفادع مستنسخة ، وتم الحصول على النتائج الأولى لاستنساخ الثدييات.

طريقة اندماج الأجنة في المراحل المبكرة تجعل من الممكن خلق خيمريالحيوانات. وبهذه الطريقة ، تم الحصول على فئران خيمرية (اندماج أجنة فئران بيضاء وسوداء) ، وهي حيوان خيمري من الأغنام والماعز.

17.06.2010

1.21. الهندسة الخلوية والوراثية. التكنولوجيا الحيوية

هندسة الخلية - هذا اتجاه في العلم وممارسة التربية التي تدرس طرق تهجين الخلايا الجسدية التي تنتمي إلى أنواع مختلفة ، وإمكانية استنساخ الأنسجة أو الكائنات الحية الكاملة من الخلايا الفردية.

إحدى الطرق الشائعة لتربية النبات هي الطريقة أحادية الصيغة الصبغية - الحصول على نباتات أحادية الصيغة الصبغية كاملة من الحيوانات المنوية أو البويضات.

تم الحصول على خلايا هجينة تجمع بين خصائص الخلايا الليمفاوية في الدم والورم ، وتتكاثر بنشاط الخلايا. هذا يسمح لك بسرعة وبكميات مناسبة للحصول على الأجسام المضادة.

زراعة الأنسجة- تستخدم للحصول في المختبر على أنسجة نباتية أو حيوانية ، وأحيانًا كائنات كاملة. في إنتاج المحاصيل ، يتم استخدامه لتسريع إنتاج خطوط ثنائية الصبغيات نقية بعد معالجة الأشكال الأصلية بالكولشيسين.

التكاثر الخضري - يستخدم للحفاظ على أنواع نباتات الزينة والمزروعة والخضروات والفاكهة.

الهندسة الوراثية- تغيير مصطنع هادف في النمط الجيني للكائنات الدقيقة من أجل الحصول على مزارع ذات خصائص محددة سلفًا.

الطريقة الرئيسية للهندسة الوراثية هي اختيار الجينات الضرورية واستنساخها وإدخالها في بيئة وراثية جديدة. تتضمن الطريقة خطوات العمل التالية:

1. عزل الجينات
2. توليفها مع جزيء DNA للخلية التي يمكنها إعادة إنتاج الجين المتبرع في خلية أخرى (إدراجها في البلازميد) - DNA دائري ؛
3. إدخال البلازميد في جينوم الخلية البكتيرية - المتلقي ؛
4. اختيار الخلايا البكتيرية اللازمة للاستخدام العملي ؛
5. يمتد البحث في مجال الهندسة الوراثية ليس فقط إلى الكائنات الدقيقة ، ولكن أيضًا إلى البشر. إنها ذات صلة خاصة في علاج الأمراض المرتبطة بالاضطرابات في جهاز المناعة ، في نظام تخثر الدم ، في علم الأورام.

التكنولوجيا الحيوية- عملية استخدام الكائنات الحية والعمليات البيولوجية في إنتاج الأدوية والأسمدة ومنتجات وقاية النبات البيولوجية ؛ لمعالجة المياه العادمة البيولوجية ، للاستخراج البيولوجي للمعادن القيمة من مياه البحر ، إلخ.

إن إدراج الجين المسؤول عن تكوين الأنسولين لدى البشر في جينوم الإشريكية القولونية جعل من الممكن إنشاء الإنتاج الصناعي لهذا الهرمون.

آفاق الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية:

• خلق كائنات مفيدة للبشر ؛
• الحصول على أدوية جديدة
• تصحيح وتصحيح الأمراض الوراثية.

تطور

التطور العضوي - هذه عملية تاريخية للتحولات التكيفية للطبيعة الحية على جميع مستويات تنظيم الكائنات الحية ، والتي تتميز بعدم رجوعها واتجاه تقدمي عام. تعتمد العملية التطورية على اختيار التغييرات الوراثية العشوائية في المعلومات الجينية التي تزود الكائنات الحية بفرص تفضيلية للبقاء والتكاثر في ظل ظروف بيئية معينة. هذه التغييرات ، التي تتجلى ظاهريًا ، يتم التقاطها عن طريق الانتقاء الطبيعي ، ويتم الحفاظ عليها وتعزيزها في عملية تكوين النشوء. يتم التخلص من التغييرات التي تقلل من قابلية الكائنات الحية والأنواع للحياة.

كان مبتكر النظرية التطورية الأولى هو جان بابتيست لامارك ، الذي دافع عن فكرة تنوع الأنواع وتطورها الهادف من الأشكال البسيطة إلى الأشكال المعقدة. ومع ذلك ، فإن التنازل عن رغبة داخلية في التقدم (الهدف) للكائنات الحية ، وكذلك التصريحات حول وراثة السمات المكتسبة خلال حياة الفرد ، لم تؤكدها الدراسات اللاحقة. تبين أن فكرة التأثير المباشر والملائم دائمًا للبيئة الخارجية على الكائن الحي ورد فعلها المناسب على هذا التأثير كانت خاطئة. يعود الفضل في تطوير الأفكار التطورية وإنشاء نظرية شاملة للتطور إلى C.

هندسة الخلايا هي اتجاه في العلم وممارسة التكاثر التي تدرس طرق تهجين الخلايا الجسدية التي تنتمي إلى أنواع مختلفة ، وإمكانية استنساخ الأنسجة أو الكائنات الحية بأكملها من الخلايا الفردية.

إحدى الطرق الشائعة لتربية النبات هي الطريقة أحادية الصيغة الصبغية - الحصول على نباتات أحادية الصيغة الصبغية كاملة من الحيوانات المنوية أو البويضات.

تم الحصول على خلايا هجينة تجمع بين خصائص الخلايا الليمفاوية في الدم والورم ، وتتكاثر بنشاط الخلايا. هذا يسمح لك بسرعة وبكميات مناسبة للحصول على الأجسام المضادة.

زراعة الأنسجة- تستخدم للحصول في المختبر على أنسجة نباتية أو حيوانية ، وأحيانًا كائنات كاملة. في إنتاج المحاصيل ، يتم استخدامه لتسريع إنتاج خطوط ثنائية الصبغيات نقية بعد معالجة الأشكال الأصلية بالكولشيسين.

الهندسة الوراثية- تغيير مصطنع هادف في النمط الجيني للكائنات الدقيقة من أجل الحصول على مزارع ذات خصائص محددة سلفًا.

الطريقة الرئيسية- عزل الجينات الضرورية واستنساخها وإدخالها في بيئة وراثية جديدة. تتضمن الطريقة خطوات العمل التالية:

- عزل الجين ، وتوليفه مع جزيء الحمض النووي للخلية ، والذي يمكنه إعادة إنتاج الجين المتبرع في خلية أخرى (تضمينه في البلازميد) ؛

- إدخال البلازميد في جينوم الخلية البكتيرية - المتلقي ؛

- اختيار الخلايا البكتيرية اللازمة للاستخدام العملي ؛

- لا يقتصر البحث في مجال الهندسة الوراثية على الكائنات الحية الدقيقة فحسب ، بل يشمل أيضًا البشر. إنها ذات صلة خاصة في علاج الأمراض المرتبطة بالاضطرابات في جهاز المناعة ، في نظام تخثر الدم ، في علم الأورام.

استنساخ. من وجهة نظر بيولوجية ، الاستنساخ هو التكاثر الخضري للنباتات والحيوانات التي يحمل نسلها معلومات وراثية مماثلة للأب. في الطبيعة ، يتم استنساخ النباتات والفطريات والبروتوزوا. الكائنات الحية التي تتكاثر نباتيا. في العقود الأخيرة ، تم استخدام هذا المصطلح عندما يتم زرع نوى كائن حي في بيضة كائن آخر. ومن الأمثلة على هذا الاستنساخ النعجة دوللي الشهيرة ، التي تم الحصول عليها في إنجلترا عام 1997.

التكنولوجيا الحيوية- عملية استخدام الكائنات الحية والعمليات البيولوجية في إنتاج الأدوية والأسمدة ومنتجات وقاية النبات البيولوجية ؛ لمعالجة المياه العادمة البيولوجية ، للاستخراج البيولوجي للمعادن القيمة من مياه البحر ، إلخ.

إن إدراج الجين المسؤول عن تكوين الأنسولين لدى البشر في جينوم الإشريكية القولونية جعل من الممكن إنشاء الإنتاج الصناعي لهذا الهرمون.

نجحت الزراعة في التعديل الوراثي لعشرات المحاصيل الغذائية والعلفية. في تربية الحيوانات ، أدى استخدام هرمون النمو المنتج بالتكنولوجيا الحيوية إلى زيادة إنتاجية الحليب ؛

باستخدام فيروس معدل وراثيا لخلق لقاح ضد الهربس في الخنازير. بمساعدة الجينات المركبة حديثًا التي تم إدخالها إلى البكتيريا ، يتم الحصول على عدد من أهم المواد الفعالة بيولوجيًا ، ولا سيما الهرمونات والإنترفيرون. شكل إنتاجهم فرعًا مهمًا من فروع التكنولوجيا الحيوية.

مع تطور الهندسة الوراثية والخلوية ، هناك قلق متزايد في المجتمع حول إمكانية التلاعب بالمواد الوراثية. بعض المخاوف لها ما يبررها من الناحية النظرية. على سبيل المثال ، من المستحيل استبعاد زرع الجينات التي تزيد من مقاومة بعض البكتيريا للمضادات الحيوية ، وخلق أشكال جديدة من المنتجات الغذائية ، لكن هذه الأعمال تخضع لسيطرة الحكومات والمجتمع. على أي حال ، فإن خطر المرض وسوء التغذية والصدمات الأخرى أعلى بكثير من خطر الأبحاث الجينية.

آفاق الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية:

- خلق كائنات مفيدة للإنسان ؛

- الحصول على أدوية جديدة ؛

- تصحيح وتصحيح الأمراض الوراثية.

غالبًا ما يُطلق على القرن الحادي والعشرين قرن علم الأحياء ، مما يعني أن القيمة التطبيقية للاكتشافات التي تمت على مدى العقود الماضية في علم الأحياء ، وقبل كل شيء ، في علوم مثل علم الوراثة وعلم الأحياء الجزيئي. هذا الأخير ، بدوره ، هو الأساس النظري للتخصصات التطبيقية مثل الهندسة الوراثية والخلوية.
الهندسة الوراثية ، أو تقنية الحمض النووي المؤتلف ، هي تغيير باستخدام الأساليب الكيميائية الحيوية والوراثية للمواد الصبغية - المادة الوراثية الرئيسية للخلايا. من المعروف أن مادة الكروموسومات تتكون من حمض ديوكسي ريبونوكلييك (DNA). يعزل علماء الأحياء أقسامًا معينة من الحمض النووي ، ويربطونها في مجموعات جديدة وينقلونها من خلية إلى أخرى. نتيجة لذلك ، من الممكن إجراء مثل هذه التغييرات في الجينوم التي بالكاد حدثت بشكل طبيعي. في الواقع ، الهندسة الوراثية هي عملية أخذ جينات وأجزاء من الحمض النووي من أحد الأنواع ، مثل الأسماك ، وزرعها في خلايا نوع آخر ، مثل الطماطم. للقيام بذلك ، تمتلك الهندسة الوراثية مجموعة من التقنيات المختلفة من أجل قطع الحمض النووي بشكل عشوائي أو في مناطق معينة من الجين. عن طريق عزل جزء من الحمض النووي ، يمكنك دراسته أو مضاعفته أو لصقه بالحمض النووي للخلايا والكائنات الأخرى. تجعل الهندسة الوراثية من الممكن التغلب على الحواجز بين الأنواع وخلط المعلومات بين الأنواع غير المرتبطة تمامًا.
في الوقت الحاضر ، لقد تعلموا بالفعل كيفية نقل الجينات من حيوان إلى آخر ومن حيوان إلى آخر. تلقى الفئران والخنازير والأغنام والأبقار والأسماك "المعدلة وراثيا". يمكن حقن الحمض النووي مباشرة في البويضة المخصبة للأنواع المتلقية ، أو يمكن استخدام الفيروس كناقل ، والذي ، بعد دخوله الخلية ، سيجلب معه الجين المطلوب. الطريقة الثالثة مرتبطة باستخدام الخلايا الجذعية غير المتخصصة (أي الأسلاف) للجنين. يتم إدخال الجينات في الخلايا الجذعية عن طريق الحقن أو الفيروس ، ويتم حقن الخلايا المعدلة وراثيا الناتجة في جنين آخر يدمج هذه الخلايا الغريبة في أنسجته. تم إدخال الجينات البشرية أيضًا في النباتات ، مثل التبغ ، على أمل الحصول على كميات كبيرة من البروتينات المرغوبة ، وخاصة الأجسام المضادة والإنزيمات ، بهذه الطريقة. في هذه التجارب ، تبين أن نقل الجينات بسيط للغاية. تم اختراع "مسدس جيني" خاص يطلق الحمض النووي مباشرة في أوراق النباتات.
التطبيق العملي للهندسة الوراثية. تتيح التقنيات الحديثة توليف الجينات ، وبمساعدة هذه الجينات المركبة التي يتم إدخالها في البكتيريا ، يتم الحصول على عدد من المواد البيولوجية المهمة جدًا. شكل إنتاجهم فرعًا مهمًا من فروع التكنولوجيا الحيوية.
تم بالفعل الحصول على عدد من الأدوية عن طريق الهندسة الوراثية ، بما في ذلك الأنسولين البشري والعقار المضاد للفيروسات الإنترفيرون. وعلى الرغم من أن هذه التكنولوجيا لا تزال قيد التطوير ، إلا أنها تعد بتحقيق نجاحات هائلة في كل من الطب والزراعة. في الطب ، على سبيل المثال ، هذه طريقة واعدة جدًا لإنتاج اللقاحات وإنتاجها. في الزراعة ، يمكن استخدام الحمض النووي المؤتلف لإنتاج أنواع المحاصيل المقاومة للجفاف والبرد والأمراض والآفات الحشرية ومبيدات الأعشاب.
الانترفيرون ، وهو بروتين يصنعه الجسم استجابة لعدوى فيروسية ، تتم دراسته الآن كعلاج محتمل للسرطان ومرض الإيدز. سوف يستغرق الأمر آلاف اللترات من دم الإنسان لإنتاج كمية الإنترفيرون التي ينتجها لتر واحد فقط من المزرعة البكتيرية. من الواضح أن المكسب من الإنتاج الضخم لهذه المادة كبير جدًا. يلعب الأنسولين ، الذي يتم الحصول عليه من التوليف الميكروبيولوجي ، وهو ضروري لعلاج مرض السكري ، دورًا مهمًا للغاية أيضًا. كما تم تعديل عدد من اللقاحات وراثيًا ويتم اختبارها لاختبار فعاليتها ضد فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) الذي يسبب مرض الإيدز. بمساعدة الحمض النووي المؤتلف ، يتم الحصول على هرمون النمو البشري أيضًا بكميات كافية ، وهو العلاج الوحيد لمرض الطفولة النادر - التقزم النخامي.
مجال آخر واعد في الطب يرتبط بالحمض النووي المؤتلف هو ما يسمى. العلاج الجيني. في هذه الأعمال ، التي لم تغادر بعد المرحلة التجريبية ، يتم إدخال نسخة معدلة وراثيًا من جين يشفر إنزيمًا مضادًا للورم قويًا في الجسم لمحاربة الورم. كما بدأ استخدام العلاج الجيني لمكافحة الاضطرابات الوراثية في جهاز المناعة.
نجحت الزراعة في التعديل الوراثي لعشرات المحاصيل الغذائية والعلفية. في تربية الحيوانات ، أدى استخدام هرمون النمو المنتج بالتكنولوجيا الحيوية إلى زيادة إنتاجية الحليب ؛ باستخدام فيروس معدل وراثيا خلق لقاح ضد الهربس في الخنازير.
العلاج الجيني. في العقد الماضي ، دخل مفهوم العلاج الجيني في ممارسة الطب الحيوي. يُفهم العلاج الجيني على أنه مجموعة من الأساليب التي تسمح بإدخال جينات "الشفاء" في خلايا الكائن الحي للتعويض عن العمليات المرضية الموجودة ومنعها.
تجري حاليًا تجارب سريرية مكثفة لأساليب العلاج الجيني في علاج أمراض مثل السرطان ونقص المناعة وما إلى ذلك. يجب الترحيب بهذا النشاط ودعمه بحيث إذا لم يكن لديك للأسف جينات "جيدة" منذ الولادة ، فيمكنك يومًا ما قم بشرائها من أقرب صيدلية.
ولكن هناك أيضًا الوجه الآخر للعملة. على الرغم من الفوائد الواضحة للبحث والتجارب الجينية ، فقد أدى مفهوم "الهندسة الوراثية" إلى إثارة شكوك ومخاوف مختلفة ، وأصبح مصدر قلق وحتى خلافات سياسية. يخشى الكثير ، على سبيل المثال ، من أن بعض الفيروسات التي تسبب السرطان لدى البشر ستدخل في بكتيريا تعيش بشكل طبيعي في الجسم أو على جلد الشخص ، ومن ثم تسبب هذه البكتيريا السرطان. من الممكن أيضًا أن يتم إدخال جزء من الحمض النووي يحمل جينًا مقاومًا للأدوية في المكورات الرئوية ، مما يتسبب في أن تصبح المكورات الرئوية مقاومة للمضادات الحيوية وأن الالتهاب الرئوي غير قابل للعلاج. هذه الأخطار موجودة بالتأكيد.
في العلاج الجيني الحديث ، في بعض الحالات ، تُستخدم الفيروسات المعدلة كناقلات لتوصيل الجينات ، والتي ، في ظل الظروف الطبيعية ، أثناء العدوى ، تستخدم خلايا الجسم للتكاثر الذاتي ، مما يؤدي في النهاية إلى تدمير الخلايا المصابة وإطلاق ملايين من نسخ من الفيروس الأصلي.

فوق

في ظل الظروف الطبيعية ، يتم مكافحة الفيروسات بواسطة جهاز المناعة ، الذي يتعرف على الخلايا المصابة ويدمرها حتى قبل تكوين النسل الفيروسي. في العلاج الجيني ، يتم تعديل الفيروسات بطريقة تفقد قدرتها على التكاثر في خلايا الجسم. في الجينوم الخاص بهم ، يتم استبعاد منطقة معينة ضرورية لتكاثر الفيروس. بدلا من ذلك ، يتم إدخال جين "شفاء". مثل هذا الفيروس قادر على اختراق الخلايا وتوفير التعبير عن الجين المسؤول عن التأثير العلاجي ، دون تكاثر الفيروس وبالتالي تدمير الخلية. ومع ذلك ، فإن الجهاز المناعي ينظر إلى هذه الخلايا على أنها غريبة ويدمرها. هذه واحدة من المشاكل الرئيسية للعلاج الجيني الحديث ، لأنه من أجل التأثير العلاجي المستقر للجين الذي تم إدخاله ، فإن تعبيره طويل الأمد ضروري. لذلك فإن جهود العديد من المعامل العلمية تهدف إلى التغلب على هذا الحاجز المناعي. لهذا الغرض ، يتم إدخال جينات إضافية في جينوم الفيروس ، والتي تكون منتجاتها مثبطة للمناعة ، أي عمل مثبط للمناعة. يُعد منح الخصائص المثبطة للمناعة للنواقل الفيروسية أمرًا مهمًا أيضًا في العلاج الجيني لأمراض المناعة الذاتية مثل التهاب المفاصل الروماتويدي.
ترتبط مخاطر العلاج الجيني بإدخال مثل هذه الفيروسات المعدلة في البيئة الطبيعية. في هذه الحالة ، هناك احتمال لتبادل المعلومات الجينية مع فيروس من النوع البري ، مما سيؤدي إلى تكوين فيروس جديد قادر على تدمير خلايا الجسم - وهو فيروس يبقى "غير مرئي" للمناعة. النظام. إذا تخيلنا أن مثل هذا الفيروس سينتقل عن طريق الرذاذ المحمول جواً ، ولن تظهر الأعراض إلا بعد فترة زمنية يستحيل خلالها تنفيذ الحجر الصحي الكامل (على سبيل المثال ، شهر واحد) ، فعندئذٍ يمكن أن تكون العواقب على البشرية والمحيط الحيوي تصبح كارثية.
يتم إجراء البحوث الجينية من قبل علماء جادين ومسؤولين ، ويتم باستمرار تحسين طرق تقليل احتمالية الانتشار العرضي للميكروبات التي يحتمل أن تكون خطرة. عند تقييم المخاطر المحتملة التي تخفيها هذه الدراسات ، يجب مقارنتها بالمآسي الحقيقية التي يسببها سوء التغذية والأمراض التي تقتل وتشوه الناس.

فوق

علم تحسين النسل

أدى تطور علم الوراثة إلى ولادة "علم تحسين النسل" - عقيدة وسائل وطرق وشروط تغيير وراثة الإنسان وخلق صفات أكثر كمالا.
تم تقديم مفهوم "تحسين النسل" في عام 1883 من قبل رائد الإحصاء الرياضي ، فرانسيس جالتون (1822-1911) ، مطبقًا فكرة اختيار ابن عمه تشارلز داروين على الإنسان. "علم تحسين النسل علم يتعامل مع جميع المؤثرات التي تعمل على تحسين صفات العرق" ، كما قال في كتابه "تحقيقات قدرة الإنسان وتطورها" ، وتحدث عن أجناس الحيوانات والنباتات ، وخاصة الإنسان. وتجدر الإشارة إلى أن علم تحسين النسل لم يصبح علمًا بعد: لقد كان حركة ، بمعنى أننا نتحدث عن حركة خضراء أو نسوية ، أحيانًا مع لحظة علمية قوية وعالية الجودة. في بريطانيا ، قدم علم تحسين النسل الأساس لـ علم الوراثة الرياضية للسكان ، في روسيا - أساس علم الوراثة البشرية والطبية وعلم الوراثة التجريبي بشكل غير مباشر للسكان. على أساس أحكام تحسين النسل في عدد من البلدان ، على سبيل المثال ، في فرنسا ، تم اتخاذ تدابير لحماية الأمومة والطفولة. في الوقت نفسه ، كان "علماء تحسين النسل" هم من قدموا تبريرًا منطقيًا لـ "قانون جونسون" - قانون الولايات المتحدة لعام 1924 بشأن تقييد الهجرة من أوروبا "للأجناس الدنيا" ، وخاصة الغجر واليهود.
تجدر الإشارة إلى حركة علم تحسين النسل الروسية التي كانت موجودة في 1920-1930. انطلقت مناقشة إمكانيات تحسين النسل ، التي تزامنت مع بدء البحث الجيني والتطور السريع في روسيا ، في إطار التقاليد القوية للطب والبيولوجيا الروسيين. قام علماء الأحياء الروس البارزون Yu.A. Filipchenko (18821930) و N.K. كان لـ Koltsov (1872-1940) تأثير كافٍ للحفاظ على معايير علمية عالية ومعايير أخلاقية في هذه الحركة. برنامج Filipchenko لتحسين النسل ، والذي تضمن دراسة الوراثة البشرية من خلال استبيانات الاستبيان ، والتعليم الوراثي وتحسين النسل ، وتقديم المشورة لتحسين النسل. في سياق أفكار اليوم ، يجب تعريفه على أنه برنامج طبي وراثي.
كان لدى N.K. Koltsov فهم واسع لعلم تحسين النسل وشمل فيه تجميع الأنساب وجغرافيا الأمراض والإحصاءات الحيوية والنظافة الاجتماعية وعدد من الموضوعات الاجتماعية ، ولكن قبل كل شيء ، البحث الذي بدأه وقاده حول علم الوراثة العقلية البشرية الخصائص ، أنواع وراثة العين ولون الشعر ، المعلمات البيوكيميائية للدم وفصائل الدم ، دور الوراثة في تطور تضخم الغدة الدرقية المتوطن ، فحص التوائم أحادية الزيجوت. في تقارير ومقالات تحسين النسل ، أكد Koltsov باستمرار على دور التنوع البيولوجي واستصواب وجود أنظمة تراتبية مفتوحة واسعة النطاق وبيولوجية واجتماعية. لذلك ، ما كان يفعله عندما تحدث عن علم تحسين النسل لا يمكن أن يسمى تحسين النسل الصحيح (بالمعنى الذي أشرت إليه). على العكس من ذلك ، لدينا كل الأسباب لتأكيد أن Koltsov طرح برنامجًا للبحث في مجال علم الوراثة البشرية.
اليوم ، في سياق مشروع الجينوم البشري وتقنيات الهندسة الوراثية ، اتخذت علم تحسين النسل الإيجابي معنى مختلفًا: زرع الجينات المفترض (المستقبلي) من أجل زيادة القدرات الجسدية والعقلية ، الآن لأي شخص. أصبحت المواقف تجاه آفاق تحسين النسل الإيجابي أحد الموضوعات الرئيسية الثلاثة للمناقشة في الجزء الجيني من الندوة حول الآثار الاجتماعية والأخلاقية لمشروع الجينوم البشري في المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة في عام 1991. يجب أن نتذكر ذلك لا يزال تطبيق مثل هذه التقنيات يمثل مشكلة كبيرة ، حيث تظل الكيفية التي يتم بها تشغيل الجينات لدى البشر لغزا. من المعروف أن التحول في سمة وراثية واحدة يستلزم تغييرًا في مجموعة واسعة من العناصر المترابطة ، أي العلامات المرتبطة به.
وبالتالي ، يجب على المرء أن يميز بين الأساس العلمي الطبيعي لعلم تحسين النسل ، أي قوانين الوراثة والبنية الفوقية الفلسفية والاجتماعية. يمكن أن تكون هذه البنية الفوقية إنسانية ورجعية وغير إنسانية وتخدم أفكار الفاشية والعنصرية.

فوق

استنساخ

مشكلة استنساخ الحيوانات ، بسبب الإثارة والأهمية الاجتماعية ، هي حاليًا في مركز الاهتمام ليس فقط من قبل المتخصصين في مجال علم الأحياء ، ولكن أيضًا لعامة الناس ويتم تغطيتها باستمرار في وسائل الإعلام. في الوقت نفسه ، غالبًا ما يواجه المرء تفاؤلًا غير مبرر وتشاؤمًا شديدًا ورفضًا للبحث في هذا المجال. كما لاحظ عدد من المؤلفين ، كلاهما يرجع في المقام الأول إلى عدم كفاءة الأشخاص الذين يقدمون المعلومات ذات الصلة في وسائل الإعلام.
بادئ ذي بدء ، من الضروري تحديد المقصود باستنساخ الحيوانات وما هو الاستنساخ. وفقًا للتعريف المقبول في العلم ، يعد الاستنساخ استنساخًا دقيقًا لكائن حي أو آخر في عدد معين من النسخ. تسمى هذه النسخ المستنسخات. من الطبيعي تمامًا أن تحتوي كل هذه "النسخ" على معلومات وراثية متطابقة ، أي تحمل نفس مجموعة الجينات. في بعض الحالات ، لا يسبب الحصول على استنساخ حيواني الكثير من المفاجأة وهو إجراء روتيني ، وإن لم يكن بهذه البساطة. يحصل علماء الوراثة على مثل هذه الحيوانات المستنسخة عندما تتكاثر الأشياء التي يستخدمونها من خلال التوالد العذري ، أي لاجنسي ، دون إخصاب مسبق. بطبيعة الحال ، فإن الأفراد الذين سينشأون من أحفاد خلية جرثومية أصلية واحدة أو أخرى سيكونون متماثلين وراثيًا ويمكنهم تكوين استنساخ. في بلدنا ، على سبيل المثال ، الأكاديمي V.A. ستروننيكوف. تشتهر الحيوانات المستنسخة من دودة القز التي تربيها في جميع أنحاء العالم. في الوقت نفسه ، تمكن من إثبات أن الأفراد داخل نسخة معينة ليسوا متطابقين ، لكنهم يختلفون عن بعضهم البعض ، وأحيانًا بشكل كبير. في عدد من الحيوانات المستنسخة ، يكون هذا التنوع أكبر منه في المجموعات السكانية المتنوعة وراثيًا.
في علم الأجنة ، تُعرف أيضًا طرق الحصول على الحيوانات المستنسخة. إذا تم تقسيم جنين قنفذ البحر في مرحلة التكسير المبكر بشكل مصطنع إلى الخلايا المكونة له - الخلايا المتفجرة ، فإن كائنًا كاملًا سيتطور من كل منهما. في سياق التطور اللاحق ، تفقد الخلايا الجرثومية هذه القدرة الرائعة وتصبح أكثر تخصصًا. من الممكن أيضًا استخدام نوى ما يسمى بالخلايا الجذعية الجنينية من بعض الأجنة المبكرة المحددة ، والتي لم يتم تخصصها بعد (كما سيكون نسلها). تُزرع هذه النوى في بيض أزيلت منه نواتها ، ومثل هذه البويضات ، التي تتطور إلى كائنات حية جديدة ، يمكن مرة أخرى أن تشكل استنساخًا لحيوانات متطابقة وراثيًا.
في البشر ، تُعرف حالات نوع من الاستنساخ "الطبيعي" - وهذه هي ما يسمى بالتوائم المتطابقة ، والتي تنشأ بسبب الانقسام الطبيعي النادر للبويضة المخصبة إلى قسيمتين انفصاليتين عن بعضهما البعض ثم تتطوران بشكل مستقل بعد ذلك. مثل هذه التوائم (تسمى عادة أحادية الزيجوت) متشابهة جدًا مع بعضها البعض ، ولكنها ليست متطابقة ، أي ليست نسخًا دقيقة من بعضها البعض!