الهندسة الوراثية
DESCRIPTION
الفصل السادس لاحياء ثالث ثانويTRANSCRIPT
المحاضرة النظرية
العاشرة
الهندسة الوراثية Genetic Engineering
ثورة البيوتكنولوجيام ، و يظهر ذلك جليا من خالل الثورة العلمية 21م و 20توالت العجائب خالل القرنين
الهائلة في شتى المجاالت وبخاصة في مجال هندسة المورثات، مما جعلها عالمة بارزة لطموح اإلنسان قد يكون الدافع لها الحاجة أو حب اإلبتكار، تتمثل فيما يأتي:
- زراعة األعضاء البشرية:1 م على يد الطبيب ”كريستيان 1967 حيث تمت أول عملية زرع قلب عام
برنارد“، ثم نجح آخرون في نقل أعضاء أخرى كالكبد و البنكرياس و الرئة.
- اإلخصاب الصناعي:2 م، ثم أنشى ”بنك األمشاج 1979 حيث تمت والدة أول طفل أنابيب في عام
Sperm Bank ،ثم األرحام المؤجرة ،“ ثم األم البديلة، ثم الرحم الصناعي.
- الهندسة الوراثية:3 م، بهدف برمجة الجنس 1973 حيث بدأت فكرة التحكم في الجهاز الوراثي في
البشري وفق تصميمات مسبقة- اإلستنساخ:4
م على يد العالمين ”جيري هول“ و 1993 بدأ بإستنساخ أجنة بشرية في عام ”روبرت ستلمان“، ثم إستنسخت
م من خلية جسدية،ثم إستنسخت قردة من 1997 النعجة ”دوللي“ في فبراير خاليا جنينية في مارس من عام
م.ثم اإلستنساخ البشري على غرار النعجة ”دوللي“ الذي يفرق عنها 1997 بخطورته و ذلك لمساسه بالجوانب
الدينية واألخالقية لإلنسان.- مشروع الجينوم البشري:5
م، و بداء 1987 أول من اثار الفكرة هو العالم ”روبرت سينهايمر“ في عام م بعشرين فريق 1990التنفيذ في عام
أنواع من الخرائط لعدد 3 عمل برئاسة الدكتور ”ويليام هيزلتاين“ و ذلك لرسم ألف 100 كروموسوم تحمل 46
عام.15 مليار دوالر، و مدة 3 جين، ورصد له ميزانية قدرها
ما هي الهندسة الوراثية هي إحدى الفروع التطبيقية لعلم الوراثة، و تختص بمعالجة المادة الوراثية بإستخدام تقنيات خاصة يمكن من خاللها قطع جزيئات حمض
DNA في مكان محدد بدقة بالغة ، و وصلها مع قطع أخرى. )يمكن تسميتها بـ التطعيم الجيني(.
إكتشافها: في السبعينات من القرن العشرين، و بعد دراسة
مستفيضة لما أعلنه العالمان ) واطسون و كريك ” م“( من إكتشافهما للطريقة التي كتبت بها 1953
المعلومات الوراثية، و بالتالي تمكن العلماء من دراسة الوراثة في المعامل )في األطباق و أنابيب اإلختبار ”بطريقة كيموحيوية“( دون إنتظار للتكاثر الطبيعي
للكائن حتى يعطينا هذه المعلومات من نسله المتتابع الذي يستغرق سنوات عديدة.
دور الهندسة الوراثية: هو محاولة جمع صفة )صفات( مفيدة تؤخذ من كائن
)كائنات( و تنقل إلى كائن آخر، و ذلك بعزل الجينات المسئولة عنها و إضافتها للكائن الجديد مما يكسبه
وظائف جديدة لم يسبق له أن إمتلكها سابقا )أي القدرة على إعادة برمجة الكائن بمعلومات وراثية مأخوذة من
كائن آخر بطريقة مسيطر ة (.
المفاهيم األساسية في تقنية الهندسة الوراثية
و * حلزوني، بشكل ملتفين شريطين من مكون الكروموسوم أن عرفنااآلخر الشريط على يقابلها ما لها كيميائية وحدات من مكون شرط كل
كل Tتقابل Aكل) هيدروجينية ( Gتقابل Cو بروابط يرتبطان وضعيفة.
الحلزون * فتح بعد شريطين إلى الكروموسومات تنفصل الخلية إنقسام عند. جديدين حلزونين فيتكون نفسه ينسخ كقالب شريط كل ويصبح المزدوج،
الـ * مادة من إضافي حلقي جزيئ يوجد البكتيريا مثل الكائنات بعض DNAفيحول“ ) Plasmidيسمى ” القمر تحرك مثل األساسي الكروموسوم حول يتحرك
.) كالبنسلين( ) األدوية لبعض البكتيريا مقاومة الصفات لبعض جينات يحمل و ، األرض
. آخر * كائن إلى البالزميد جينات نقل يمكن
ذلك و تجاربهم إلجراء الوراثية الهندسة علماء لدى المفضل الحي الكائن البكتيريا تعتبر: التالية لألسباب
•1. رخيصة- و سهلة تنميتها•2. ساعة- نصف كل جديدا جيال تنتج•3. الوراثية- الصفات في تباين بها متعددة سالالت لها• ) بخاصة* ) و كوالي إيشيريشيا ساللة على دراستهم في العلماء ركز
النسيج“ K12الساللة ” و الجروح على و اإلنسان قولون في تعيش التي. بالمخ المحيط
الطبيعة في الجينات تنقلبـ :-3يتم هي طرق
:-Transformation- التحول 1ة إضاـف بسـبب ا البكتيرـي ي ـف يحدث ة الوراثـي اإلتحادات ن ـم نوع و ب DNAـه غرـي
وسيط عامل يتطلب ال هذا و بكتيرية نمو بيءة إلى
: جريفث العالم تجربةالرئة ) ذات بكتيريا :Diplococus pnemococusدرس ساللتين( لها التي
لهـا ) يرمـز ملسـاء مسـتعمراتها ة معدـي معديـة( Sسـاللة ر غـي سـاللة و ،خشنة ) (.Rمستعمراتها
خاليا- 1 .Sحقن الفأر فمات فأر فيخاليا- 2 .Rحقن الفأر يتأثر فلم فأر فيخاليا- 3 .Sحقن ) الفأر ) يتأثر فلم ميتة أصبحت بالحرارة تسخينها بعدخاليا- 4 خاليا Sسخن معها نمى .Rو الفأر فمات الفأر بها حقن ثم ،
التفسير: “ ــا ” خالي بعــض ــن بأ حدث ــا م ــي مكارث و ــد مكلوي ة إفري العلماء فســر
الـساللة Rالـساللة ا خالـي إـلى تحوـلت الممرـضة ـأن Sغـير و و الممرـضة،DNA ” الـساللة اـستقبلت حـيث المحول العاـمل “ Sالـساللة ” R“ DNAـهو
معدية . فأصبحت
:-Transductionالنقل- 2الفيروس يحـقن DNAحـيث مـستخدما داخلها ـفي الفيروس يتكاـثر ـثم ، بكتيرـيا ـفي ـبه الخاص
ــ بكتيرـية DNAال ا خالـي الجديدة الفيروـسات تهاـجم ة البكتيرـي ة الخلـي موت بـعد و ، ا بـه الخاصبـ تحقنها و . DNAأخرى السابقة البكتيرية الخلية
:-Conjugationاإلقتران- 3 ) م ) ـت عشوائيا ة قريـب ا بكتيرـي طح ـس ى عـل غير ـص ؤ نـت اق بإلـص ا البكتيرـي ا خالـي إحدى تقوم ث حـي
حمض الـ DNAيمرر ليس و البالزميد سيطرة تحت .DNAإليها،
الـسيطرة* ـمن درـجة تـحت الوراثـية الهندـسة ـفي كناقالت الفيروـسات و البالزمـيد اـستخدمت. النقل خطوات كل على
“ ” “ و ” ؛ البشرـية الخالـيا وظاـئف راقـية بوظاـئف يقوم البكتيرـيا بـسيط كاـئن جـعل فكرة برزت وينقل؟ و الجين يعزل كيف لكن
• : الجواب والبكتيريـا فـي الموجودة اإلنزيمات مـن مجموعـة العلماء مـن فريـق إكتشـف عندمـا
ـأي ) بـقص اإلنزيمات هذه تقوم ث حـي ا ه DNAلحمايتـه يجعـل ا مـم ا البكتيرـي ي ـف ل يدـخ ب غرـي” ) ــ ب ميت ـس و ة الفاعلـي م القـطع عدـي الـتي“ Restriction enzymes or Endonuclesesإنزيمات
و نـح ا منـه ــ 300عرف ال يـقص ا منـه ـكل م ـمن ) DNAإنزـي خاص تعاـقب ي ـف محدد ع موـق ـفيعـن للبحـث شديدة ة رغـب ي ـف المقصـوص القواعـد أطراف ل يجـع م ـم ة النيتروجينـي القواعـد
الصقة ” نهايات تسمى ولهذا معها لتزدوج مكملة “.Sticky endsقواعدمكسـورتين • ن قطعتـي ط رـب ى عـل القدرة ا لـه أخرى إلنزيمات ن آخرـي علماء إكتشاف ن ـأ ا كـم
ــ ال ن ـسموها ”DNAـم ه و الحـم قـطع “Ligasesإنزيمات لـحم و وـصل ـفي لإلـسراع تـستخدمDNA. لحمها المطلوب
الــ* لقـطع الالزـمة العدة إمتالك ـتم هكذا، إعادة DNAو و إـصالحه ـثم ـمن و خاـصة مواـقع ـفيال ) هندسة إعادة أي غريبة أخرى قطع مع (.DNAربطه الرغبة حسب
التجربة األساس في الهندسة الوراثية الغريبة إلى البكتيريا:DNAإدخال قطع ال
عام ن ”1973ـفي األمريكيـي ن العالمـي ن ـم ل ـك تطاع إـس و“ Herbert Boyerم”Stanly Cohen “
ملخصــها و ، ــة الوراثي بالهندســة عرف فيمــا األســاس عدة ــة تجرب إجراءكالتالي:
الـ- 1 شريط لكسر القطع إنزيمات .DNAإستخدام صغيرة قطع إلىالناقـل- ”2 أـو الحامـل الجديدة“ Vectorإختيار الخليـة إلـى الجيـن لنقـل المناسـب
الـ) يكون ما غالبا Plasmid.)
القطع- ”3 إنزيمات بإستخدام الناقل بالزميد “.Restriction enzymesفتحالـ- 4 قطع مع DNAخلط نقله .DNAالمراد البالزميد الــ- 5 قـطع ـمع DNAلـحم نقـله إنزيمات DNAالمراد بإـستخدام البالزمـيد
إلنتاج“ Ligasesاللحم ” DNA متزاوجRecombinant DNA.
الـ- 6 إدخال المطلوب الخالـيا من كبيرة مجموـعة بإصابة للناـقل إليها DNAالسماح.) كالبكتيريا) 7. التجربة- نجاح مدى عن للكشف صناعية بيئة في الخاليا تنمى
أثارت الهندســة الوراثيــة جدال كــبيرا فــي مختلــف ــان، و كان ــق باإلنس ــا يتعل ــة فيم ــاط خاص األوســن ــ ــة ال يمك ــ ــن حدوث أضرار بالغ ــ هناك خوف مالـسيطرة عليـها، و لكنـها ـفي الواـقع ـسالح يتوـقف
ضرره و نفعه على إنسانية اإلنسان نفسه.
بصمة الجينات
“ فــي * ” لســتر جامعــة مــن جيفرس إليــك العالــم تمكــنــة الوراثيـ الشفرة ــي فـ إختالفات إكتشاف ــن مـ ــا بريطانيـ
خاص“ Intronاإلنترون لمنطـقة ” بتركـيب شـخص ـكل ينفرد واإلصـبع ) بصـمة ل ن 3000: 1بنسـبة( مـث ـم نادر نوع عدا مليون
تورث ” و المتطابقـة، م مندل التواـئ ن لقوانـي للنسـل“ طبقاو اأـلم ـمن اإلختالفات هذه نـصف عـلى الطـفل يحـصل بحـيثــائص خص ــع يجم ــج مزي فيتكون ــب، األ ــن م ــر اآلخ ــف النصاألنماط. بإختالف الجينات بصـــــــمة وتختلـــــــف الوالدين
. العالم شعوب في للجينات الجغرافية
عام * ــي ــد ” 1997ف رولن ــتراليان األس العالمان ــن تمك م “ ــ“ ” ال عزل ن ـم ز جوـن ماكسـويل و م DNAفان ـت أشياء ن ـم
منـي ) – – – – – عينـة دم عينـة كوب تليفون مفاتيـح لمسـهابـصمة – ....( عـمل ـثم األظاـفر تـحت ـمن جـلد الجـسم شعيراتا قضاـي حاالت فـي ي جناـئ ل كدلـي ة أشـع م فيـل ى عـل للجيناتالكوارث، - – – ضحاـيا الـسطو جراـئم اإلغتـصاب البنوة إثبات
إلــى تصــل نجاح المتقدمــة%. 96بنســبة الدول هذا شجــع ولدى اإلـصبع بـصمة ـمع المواطنـين لجينات بـصمة حـفظ عـلى
. المختصة الجهات
بصمة الجينات
التالعب المسيطر عليه بالمعلومات و الصفات الوراثية
عنهـا* مختلفـة خاليـا إلـى نقلهـا و الجينات عزل لكيفيـة التوصـل بعـدــ ) ب ة التقنـي هذه سـميت Recombinant المتزاوج DNAتقنية تماما
DNA )أجهزة ــا أنهـ ــى علـ ــة الحيـ للكائنات اعلماء نظرة ــبحت اصـ و ،ــ ال ى عـل ة محموـل برامج ـب ة الموجـه ا مورثاتـه ل قـب ن ـم مأمورة تتـصرف
DNA. الحاجة وفق المعلومات هذه معالجة في فكروا و ،
القرن* ــن م الســبعينات ــة نهاي مســمى 20فــي أصــبح م،ســماء لمعــت حيــث التجارة قمــة يعنــي الوراثيــة الهندســة
مثل : ة التقنـي هذه ى عـل د تعتـم , Transgene , GenexشركاتBiogene , Genetech , Cell Tech..
فــي * إســتخدامه يمكـن فكمــا حديــن، ذو ســالح الجينات هندســة إــنالحياة ‘ ر لتدمـي إـستخدامه يمـكن لإلنـسان المفيدة المجاالت ـمن د العدـي
. األرض على
األطـقم* ع لتطوـي ة المختلـف التقنيات ك يمتـل ان اإلنـس بح أـصالحيـة ) الكائنات جميـع فـي أـو الوراثيـة نباتات كانـت سـواء
دقيـقة كائنات ـأو وظائفـها( حيوانات لتغيـير الوراثـية للجراـحةــ ” بـ يعرف مــا هــو و ــة دنيئ ألغراض تســتغل قــد ــة الطبيعي
.“ الجينات قرصنة
:-تقييم السالمة البيولوجيةيكون الوراثيـــة التعديالت بعـــض ألـــن نظراتسبب ـقد تغيرات بإحداث ذلك و نبيل، غير هدفهاح لواـئ و م نـظ ع وـض م ـت ة، للبيـئ و ـأ ان لإلنـس أضرارالقيام فيهـا يشترط الجينات، نقـل تحكـم ة، دولـي
الهيئـــة ” ، تقييـــم الســـالمةبإختبارات ” تراقبهـــاة البيـئ ة لحماـي ة ض“ EPAاألمريكـي بـع ن ـأ و خاصـة
الوراـثي ل بالتعدـي ن المشتغلـي الشركات و العلماء. محتملة سلبيات وجود بعدم دفاعهم في يبالغون
وراثيا المعدل المنتـج ن ـأ باإلختبارات ثبـت إذايـستخدم ـأن يمـكن ة، البيـئ و اإلنـسان عـلى مأمونالمســتهلك، حــق مــن ألنــه بالمنتــج التعريــف مــعو مشتقاتهـا، و اللحوم أكلـه مـن يتضرر قـد الذيتنشاقه إـس خالل ن ـم ى حـت و ـأ ة، النباتـي المنتجاتلقاح بحبوب ــن المحملي ــل للعس ــه أكل ــو أ للهواء
النباتات .هذه
بعض تطبيقات الهندسة الوراثية
I:في مجال الطب : البشري* ”• اإلنسولين عام“ Humalinإنتاج و 1982في م
من نوع مسببا الخنازير و األبقار من ينتج كان الذي. التركيب في بسيط إلختالف الحساسية
معالجة* • في المستخدمة اإلنترفيرون مركبات إنتاج. السرطان مرضى
األقزمة* • حاالت لمعالجة البشري النمو هرمونات إنتاج. الجسم ممن طبيعيا إفرازها قلت عن الناتجة
رقم* • التجلط عامل “ 8إنتاج و ” الدم سيولة لمرضى الهام. “ الدم ” لجلطات المذيب يوروكينيز إنزيم إنتاج
المزارع* • نفايات على البكتيريا بتنمية غذائي بروتين إنتاج. عليها لتتغذى المصانع و
مثل* ”• الفيتامينات “.B2 – B12 – C – D etcإنتاجالرقط* • السلمون سمك من النمو هرمونات جينات نقل
. األخرى األسماك أنواع من عدد إلى
II:في مجال الزراعة :ــي عام ــن جينيا، 1982ف ــم إنتاج أول نبات مهج م ت
بتقنيات تعتـمد عـلى حذف ـأو إضاـفة مقاـطع بهدف إعادة ـصياغة الشفرة الوراثـية للخلـية إلكـسابها ـصفات ـلم تـكن
موجودة من قبل.مضاعفـــة* علـــى القادرة البذور و النباتات مـــن جديدة أنـواع إنتاج
.) صقيع ) – – جفاف ملوحة البيئية الظروف تحمل و اإلنتاج،
ى* عـل القدرة و األمراض ضـد مناعـة إلكسـابه النبات صـفات تحسـين. اإلنتاج زيادة و المبيدات إستخدام من للحد الآلفات مقاومة
. الخضراء* بالستيداته في البالستيـك لينتج النبات تحويرظروف* تحمــل و ــة، الغذائي القيمــة لتحســين الثمار صــفات ــل تعدي
. التخزين و النقل
الطحالب* من األصباغ و النكهة و الطعم مركبات إنتاج
ــتخدام* ‘ بإسـ البترول، ــع بقـ ــف تنظيـ ــا يمكنهـ ــة دقيقـ كائنات نتاج. الوراثية المادة إتحاد إعادة تطبيقات
من المحاصيل المعدلة وراثيا:•ــويا )40الذرة )• ــ %( – الكتان – 70%( – الكانوال )31%( – فول الصـ
%( – البنجــــر – الباباي – الكوســــة – الطماطــــم – 40القطــــن )البطاطس.
III:في المجاالت العسكرية:مراكـز* إلنشاء الكـبرى الدول تتسـابق ة، الذرـي ل القناـب إنتاج ثورة بعـد
ة ” الجينـي م النـظ انع“ ابحاث مـص ن ـم ة الدقيـق الكائنات ع جـم ى عـل د تعتـمالذخيرة ) مـستودعات و تدمـير – األـسلحة بكتيرـيا الدينامـيت تحـلل بكترـيا
النظــم( الهيدروكربـونات تحليــل و لعزل المعامــل فــي تنميتهــا ثــمالبيولوجيـة ) للكائنات كذا و لهـا عوامـل - - الوراثيــة المدمرة الممرضــة
).... ، ـسيئة “ مطفرة ة ” بيولوجـي ل قناـب إنتاج و الحاـسبات نـظم بإـستخدامبذـلك تحـقق و ضمـير ـمن وازع دون بالبـشر لتفـتك الـصواريخ عـلى تحـمل
بـ ) يعرف ما خالل من مصالحها الدول الجينات بعض (.حرب
أجيال* مكونةـ البكتيريا فتتكاثر ممرـضة، فيروسات من بجينات مطعـمة بكتيريا إنتاجفتخرج مــا مجتمــع فــي إطالقهــا ثــم خاصــة، كبســوالت داخ تحميلهــا يتــم ممرضــة،
بهــا ) لتفتــك الحيــة الكائنات أجســام تغزو و تتكاثــر و بطيــء البكتيريــا موت إحداثبأكمله (.للمجتمع
أـو* البشري، الوراثــي الطاقــم إلصــابة ممرضــة بجينات مطعمــة قمــح حبوب إنتاجاآلفات . بإكثار تسمح بجينات
ة* لمهاجـم و ـأ محددة، ة عرقـي جماعات ة لمهاجـم تسـتخدم ة بيولوجـي أسـلحة ر تطوـي. اإلنسان جسد من معين جزء
. سيئة* تأثيرات ذات أدوية إنتاج