مهندسی ژنتیک

گرگور مندل در اواسط قرن 19 با مطالعه‌ی صفات ظاهر و انجام آزمایشات دورگه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیری بر روی گیاه نخود موفق به ارائه‌‌ی قوانین توارث صفات زیستی شد و در سال 1866 رساله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ی خود را تحت عنوان «آزمایش‌های دورگه‌گیری» به چاپ رساند. کشف این قوانین به منزله‌ی تولد علم ژنتیک بود.

طی 30 سال‌ از زمان شکل گیری، این علم به طور چشم‌گیری رشد کرد. در سال 1882 والتر فلمینگ، سلول‌شناس اتریشی، میتوز را، که طی آن هسته‌ی یک سلول n2 کروموزومی به دو هسته با تعداد کروموزوم برابر با سلول اولیه تقسیم می‌شوند، کشف کرد. در 1892 پرفسور آلمانی، تئودور بوواری، میوز یا تقسیم کاهشی را تعریف کرد. در این تقسیم تعداد کروموزوم‌های سلول نصف می‌شود و 4 گامت (سلول جنسی) حاصل می‌شود. در 1903 یک دانشجوی آمریکایی به نام ساتن اهمیت کاهش کروموزوم قبل از لقاح را نشان داد و نظریه‌ی کروموزومی توارث را ارائه کرد. در این نظریه وی بیان کرد که ژن‌ها بر روی کروموزوم‌ها واقع‌اند. در 1910 مورگان با تحقیق بر روی توارث در مگس سرکه، نحوه‌‌ی قرارگیری ژن‌ها بر روی کروموزوم را بررسی کرد و تکنیک‌هایی برای نقشه‌کشی ژن (gene mapping) ارائه کرد. توسعه‌ی این تکنیک‌ها در سال 1923 منتهی به ارائه‌ی چگونگی قرارگیری بیش از 2000 ژن روی چهار کروموزوم مگس سرکه شد.

علی‌رغم درخشش این مطالعات در زمینه‌ی ژنتیک کلاسیک، تا دهه‌ی 1940 هیچ‌گونه اطلاعاتی درباره‌ی ماهیت مولکولی ژن در دست نبود. در سال 1944 اسوالد آوری با همکاری مک‌لود و مک‌کارتی نشان دادند که اسید نوکلئیک‌ها ماده‌ی ژنتیک سلول هستند در حالی که تا پیش از آن تصور می‌شد پروتئین ماده‌ی ژنتیکی سلول است زیرا ساختمان اسیدنوکلئیک ساده‌تر از آن به نظر می‌رسید که بتواند ماده‌ی ژنتیکی باشد. ده سال بعد از کشفِ آوری، مدل مولکولی DNA به وسیله‌ی واتسون و کریک کشف شد و چگونگی عملیات رونویسی و ترجمه‌ی DNA توضیح داده شد.

از این زمان به بعد رشد علم ژنتیک تا 1990 دچار وقفه شد چرا که تکنیک‌های موجود برای درک مفاهیم اساسی و مهم با جزئیات بیشتر کافی نبودند. در سال 1973 تحقیقات ژنتیک شتاب تازه‌ای گرفت چرا که در این سال‌ها دانیال ناتانر توانست ایده‌ای جدید برای نقشه‌کشی ژن ارائه کند و آن استفاده از آنزیم‌های محدود کننده برای توالی‌یابی DNA بود. آنزیم‌های محدود کننده، آنزیم‌های اندونوکلئازی می‌باشند که DNA را در محل‌هایی با توالی خاص می‌برند. این کشف اساس شکل‌گیری تکنیک کلون کردن DNA توسط نورسن کوهن آمریکایی بود که در سال 1917 توانست با استفاده از آنزیم‌های محدود کننده قطعاتی ازمولکول DNA باکتری استفلوکوکوس را جدا کند و آن را به نوعی پلاسمید پیوند بزند. به این ترتیب نوعی پلاسمید نوترکیب ایجاد کرد و توانست آن را وارد باکتری ایکولای کند که در میزبان جدید تکثیر شد و  DNA نوترکیب ازدیاد یافت.

بدین ترتیب فصل جدیدی در علم ژنتیک آغاز شد و آن تولد مهندسی ژنتیک است که اساس آن تولید DNA نوترکیب با استفاده از کلونینگ ژن می‌باشد. ژن کلونینگ منجر به ایجاد روش‌های سریع و کارآمد توالی‌یابی DNA شد و در نهایت در سال 1990 با انجام پروژه‌ی مهم توالی‌یابی ژنوم (شامل پروژه‌ی ژنوم انسان که در سال 2000 کامل شد) استفاده از این روش‌ها و تکنیک‌ها به نقطه‌ی اوج خود رسید. اما کاربرد کلونینگ ژن فراتر از تعیین توالی DNA است. با استفاده از این تکنیک دانشمندان زیست مولکولی توانستند به مطالعه‌ی چگونگی تنظیم ژن‌ها بپردازند و تأثیر اختلال تنظیم ژن را در بیماری‌هایی نظیر سرطان دریابند. همچنین این تکنیک‌ها در تولید انبوه پروتئین‌های خاص نظیر انسولین که ترکیبات مهم در پزشکی و فرایندهای صنعتی می‌باشند کاربرد دارند.

روش‌های زیادی در مهندسی ژنتیک وجود دارد اما به‌طور اساسی شامل چهار مرحله‌ی زیر است:

1- جدا کردن ژن مورد نظر (ایزولاسیون).

2- الحاق (Insertion ) ژن جدا شده به وکتور (ناقل).

3- انتقال (Transformation) وکتور به سلول‌‌های هدف.

4- جداسازی سلول‌هایی که وکتور دریافت کرده‌اند از آن‌هایی که وکتور دریافت نکرده‌اند.

در مرحله‌ی ایزولاسیون دانشمندان ژن مورد نظر را تعیین می‌کنند. برای این امر معمولاً از بررسی عملکرد ژن استفاده می‌کنند. برای بدست آوردن ژن مورد نظر از  کتابخانه‌های cDNA و gDNA و یا به‌کارگیری تکنیک PCR استفاده می‌شود.

در مرحله‌ی الحاق، ژن جدا شده را به وکتور، که می‌تواند پلاسمید، DNA ویروس و یا وکتورهای دیگر باشد، منتقل می‌شود. در این مرحله پلاسمید یا DNA ویروس را با آنزیم‌های محدود کننده‌ای که دارای جایگاه شناسایی در این مولکول‌ها باشند، می‌برند و قطعه‌ی  DNAایزوله شده را که دارای انتهای مکمل دو انتهای باز شده‌ی وکتور است توسط آنزیم لیگاز به وکتور متصل می‌کنند.

برای انتقال وکتور به موجود هدف از روش‌های مختلف استفاده می‌شود. اگر موجود هدف یک یوکاریوت باشد معمولا از لیپوزوم، تفنگ ژنی و یا ویروس آن موجود استفاده می‌شود. در اکثر موارد جاندار هدف یک پروکاریوت (باکتری) است. انتقال به باکتری‌ها ساده‌تر از یوکاریوت‌ها و معمولاً در محیط‌های کشت مناسب باکتری‌ها قادر به دریافت پلاسمید نوترکیب می‌باشد.

اولین دارویی که از طریق مهندسی ژنتیک تولید شد هورمون رشد انسانی بود که در سال 1982 توسط یک شرکت آمریکایی به نام Drug Adninstrat Food & صورت گرفت. دانشمندان برای تولید انسولین از باکتری دارای پلاسمیدی نوترکیب با ژن انسولین استفاده کردند. این باکتری به این ترتیب قادر به تولید و ترشح انسولین گشت. سپس دانشمندان به تولید هورمون رشد انسانی و واکسن هپاتیت پرداختند.

یکی از بهترین کاربرد‌های مهندسی ژنتیک اصلاح ژنتیکی موجودات از قبیل گیاهان و سبزیجات و انقلاب حاصل از آن در کشاورزی, اصلاح نباتات و تولید و تأمین غذای انسان‌ها و دام‌ها می‌باشد. اصلاح ژنتیکی موجودات این پتانسیل را دارد که برای مثال میوه‌‌هایی با قابلیت تولید واکسن در خود ایجاد کرد و واکسیناسیون دهانی و با هزینه‌ی کمتر انجام داد.

ایمنی زیستی و موجودات تراریخت

ایمنی زیستی و موجودات تراریخت(2)

---

موجود اصلاح ژنتیکی شده چیست؟ موجود اصلاح ژنتیکی شده Genetically modified organism (GMO) سلول یا موجود زنده ای است که محتوای ژنتکی اش در جهت بهبود ویژگی هایش یا انجام یک عملکرد جدید به طور مصنوعی تغییر کرده یا اصلاح شده است.

آیا سیاست ها و دستورالعمل هایی ایمنی آزمایش های GMO ها را تضمین می کند؟ چه کسی این سیاست ها و دستورالعمل ها را اجرا و دیده بانی می کنند؟

---

پیش از این در قسمت اول  موجودات تراریخت معرفی و تاریخچه بیوتکنولوژی GMO ها گفته شد. پیش از هر چیز دیگر در زمینه ی بیوتکنولوژی GMO ها ایمنی است که مورد توجه است. چراکه باید در نظر گرفت طی این آزمایش ها ممکن است گونه هایی عجیب وغریب و مضر ایجاد شده و وارد محیط زیست شود. از این رو در هر کشوری دستورالعمل هایی برای کنترل آزمایشات توسط کمیته ی ملی زیست – ایمنی National Biosafety Committee (NBC) تدوین و اجرا می شود.

کمیته ی ملی زیست ایمنی یک  بدنه ی چند بخش است که کرسی هایی از دانشمندان علوم و فناوری زیستی، نمایندگان نظارت بر سازمان های مرتبط با کشاورزی، نمایندگان محیط زیست و منابع طبیعی و نمایندگان بهداشت و سلامت عمومی آن را تشکیل می دهد.

چه خطرات احتمالی در  رشد و استفاده از موجودات تراریخت وجود دارد؟ چگونه ارزیابی خطرات انجام شده است؟

از جمله خطرات مورد ملاحظه که ارزیابی شده اند عبارتند از:

1. گسترش مقاومت به آنتی بیوتیک در  عوامل بیماری زای دامی یا انسانی

2. گسترش مقاومت آفت به سموم تولید شده به وسیله ی محصولات کشاورزی تراریخت

3. ایجاد غیر عمدی آلرژن ها

4. جریان یافتن و انتقال ژن به گونه های دیگر

5. اثر گذاشت بر روی موجودی که هدف تغییر نبوده است

ارزیابی اولیه ی ریسک در سطح تحقیقاتی آغاز می شود. کمیته ی ایمنی زیستی  مرکز تحقیقات، طرح پیشنهادی برای تحقیق یا تجاری سازی را با استفاده از منطق سود به ریسک، ارزیابی می کند. علاوه  بر اطلاعات پیش زمینه ای جامع درباره ی موجود تراریختی که قرار است خلق شود، از طرفداران طرح خواسته می شود که همه ی خطرات محتمل برنامه ی انتشار موجود تراریخت  را مشخص کند و میزان کاهش خطرات که قرار است اجرا شود  را توصیف کنند.

آنالیزها همچنین، ماهیت والدین جاندار مورد نظر، ساختار ژنتیکی دهنده ی DNA و ناقل، مشخصات موجود زنده و پراکنشش در میحط زیست را تحت پوشش قرار می دهد. طرح پیشنهادی در مرحله ی اول باید ارزیابی های کمیته ی ایمنی زیستی را از سر بگذراند و به تائید برسد. سپس برای بازبینی علمی و فنی به کمیته ی ملی زیست- ایمنی می رود و توصیه ها و پیشنهادات اصلاحی بر روی آن داده می شود.

در فاز تجاری سازی دور دیگری از ارزیاب ها توسط وزارت کشاورزی، سازمان حفاظت از محیط زیست و سازمان بهداشت و سلامت بر روی اثرات نامطلوب بالقوه صورت می گیرد.

آیا GMO ها برای محیط زیست بی خطر هستند؟

همه ی انواع گیاهان یا محصولات تراریخت موجود، پیش از آنکه برای انتشار در کشوری که تولید شده به تائید برسد، مورد به مورد به صورت پایه ای نسبت به  بی خطری برای محیط زیست به طور گسترده بررسی و ارزش گذاری می شوند. برای مثال در ایالات متحده ی امریکا، گیاهان تراریخت پیش از تجاری سازی به طور گسترده ای توسط سه نهاد ناظرتی ارزیابی می شود، شامل: گروه کشاورزی United State Department of Agriculture; (USDA)،  اداره ی غذا و داروFood and Drug Administration (FDA) و آژانس حفاظت از محیط زیست Environmental Protection Agency (EPA).

عناصر مختلفی از محیطی که گیاه کاشته می شود در به کارگیری محصولات تراریخت با دقت مورد توجه قرار می گیرد. برای مثال، به منظور به حداقل رساندن شروع مقاومت آفات به گیاهان تراریخت، یک برنامه ی مدیریتی موثر بر مقاومت در جای خود قرار گرفته که توسط کشاورزان دنبال می شود. این اصل نه تنها برای محصولات تراریخت بلکه برای واریته های گیاهانی که از طریق کشاورزی سنتی پرورش می یابند نیز صادق است. در مورد محصولاتی که اصلاح ژنتیکی شده اند تا پروتئین حشره کش موجود در باکتری خاک زی باسیلوس تورنژینسیس (Bacillus thuringiensis) را بیان کند، EPA  هیچ رویداد ناخواسته ای را در محیط زیست مشاهده نکرد که مرتبط با استفاده ی گسترده از این محصولات باشد. در حقیقت، یک از مزایای اولیه ی مشتق از کاربرد این محصولات تراریخت کاهش چشمگیر استفاده از حشره کش ها و متعاقباً حفظ محیط زیست از تجمع سموم شیمیایی است. به علاوه، مطالعات اخیر مشخص کرده که محصولات بیوتکولوژی تراریخت شده در ایالات متحده بر روی پرندگان، ماهی ها، بی مهرگان آبزی و طیف گسترده ای از حشرات سودمند، بی اثر یا کم اثر است.

درست مانند هر فناوری دیگری، زیست فناوری نوین خطراتی دارد، اما این خطرات قابل شناسایی و مدیریت هستند.

نحوه ی کار با روکش حرارتی

یکی از مهارت های که لازم است در انجام پروژه های هوافضا آموخته شود، روش کار با روکش حرارتی است. در هواپیمای مدل برای پوشاندن رویه بدنه و سازه ی بال و ... از روش های مختلفی استفاده می شود. یک نوع از این روش ها که روشی معمول و مناسب و نسبتا کم هزینه تر است، استفاده از روکش حرارتی مخصوص این کار است. البته دقت کنید که انتخاب روش مناسب برای روکش کردن بستگی به تیپ هواپیما، وزن، نوع موتور و ... دارد.

برای روکش کردن، روکش حرارتی را به ابعاد مورد نیاز بریده و بر روی سطح بدنه گذاشته و با اتوی مخصوص (اتوی مدل) بر روی آن بکشید تا به خوبی بر سطح بدنه بچسبد. این روکش ها دارای چسب در پشت خود هستند که به محض حرارت دیدن آن چسب ها عمل کرده و بر سطحی که روی آن قرار گرفته اند می چسبند.

می توانید با اتوی معمولی نیز این روکش ها را بچسبانید اما باید درجه حرارت مناسب برای روکش کردن را پیدا کنید. به این روش که تکه ای از روکش را می برید و روی چوب اضافه ای قرار می دهید.

ببینید با اتو کردن، روکش چروک شده و جمع می شود یا نه. اگر جمع شد که حرارت زیاد است و اگر که نچسبید حرارت کم است.

نکته ای که درباره روکش حرارتی باید ذکر شود این است که این روکش ها بر اثر حرارت دیدن خود را جمع می کنند. پس نگران چروکی های به وجود آمده بر روی سطح روکش نباشید زیرا با اتوی مخصوص می توانید بر سطح این روکش آنقدر بکشید تا خود را کاملا چسبانده و سطحی کاملا صاف را به خود بگیرد.  البته بهتر است که این اتفاق نیفتد و با درجه حرارت مناسب این کار انجام شود.

چروک های به وجود آمده بر روی بال که در بالا ذکر شدند را در تصویر زیر می بینید.

در این تصویر نیز بعد از اتوکشی نهایی (shrink) را می بینید که چروک ها جمع شده اند.