تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الوراثة

بعض تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في  الوراثة
     استخدمت الجينات في تكنولوجيا :
1)  هندسة الجينات لإنتاج ( هرمون الأنسولين، النمو،وعوامل التخثر)
2)  العلاج الجيني استخدام جينات سليمة أو أجزاء منها بدلا من الجينات التي بها خلل
3)  رسم الخريطة الجينية البشرية (الجينوم البشري) .
4)  بصمة DNA .
5)  الأطعمة المعدلة جينيا .

 1) الجينوم البشري :
الجينوم البشري : مجموعة المعلومات الوراثية في الخلية البشرية الواحدة .
وتنتظم أبحاث الجينات في الإنسان ضمن برنامج دولي يسمى مشروع رسم خريطة جينات الإنسان،الهدف منه  (تسلسل القواعد النيتروجينية بالكامل لكل كروموسوم في الجينوم البشري) .
 خطوات رسم خريطة الجينوم البشري :
أ . خريطة الوراثة الخلوية : مخطط  تظهر مواقع الجينات على الكروموسوم على شكل أشرطة ، عند معاملتها بأصباغ خاصة ،حيث إن كل جين أو مجموعة من الجينات تصبغ بلون معين ، ويعتمد ذلك على امتصاص مكوناته لصبغة معينة دون غيرها .
ب . الخريطة الجينية : مخطط  تظهر ألاف العلامات الجينية مرتبة على الكروموسوم وقد تكون لجينات أو أجزاء منها ،بتأثير بمواد متلألئة ، وتساعد هذه الخريطة على تحديد مواقع جينات معينة بشكل دقيق .
ج . الخريطة الفيزيائية : مخطط يظهر فيه قطع صغيرة متداخلة من الكروموسومات ،بواسطة انزيمات تقطيع مختلفة تعمل في مناطق مختلفة ,ويتم استخدام اكثر من انزيم تقطيع لضمان حصول التداخل بين هذه القطع ليتم بعد ذلك اعادة ترتيبها , ويعبر عن المسافة بين العلامات الجينية بقياسات فيزيائية تكون عادة عدد النيوكليوتيدات على طول جزئ DNA .
 د . تحديد تسلسل القواعد النيتروجينية : يحدد تسلسل القواعد النيتروجينية في قطع الكروموسوم المختلفة ، ثم ترتب هذه القطع تبعا للمناطق المتداخلة بين القطع, وتبعا لترتيبها على الكروموسوم  .
أهمية معرفة تسلسل القواعد النتروجينية في الجينوم :
1)  تحديد وظائف الجينات .
2)  تحديد الجينات المسببة للمرض .
3)  تحديد الجينات المشفرة للبروتين .
4)  عزل الجينات لاستخدامها في الصيدلة والزراعة والصناعات الكيميائية .
5)  مقارنة الجينات ضمن إفراد النوع الواحد من الكائنات الحية .
6)  مقارنة جينات الأنواع المختلفة من الكائنات الحية مع بعضها بعضا .
يوسف عبداللهســـؤال :
قطعت انزيمات التقطيع سلسلة من نيوكليوتيدات الجينوم , ونتجت قطع تحمل الترتيب الاتي للقواعد النتروجينية:
GCCTTGG    ,  TAAGCCGA
TGAATAA    ,  CGATTAAGCC
1)  ما التسلسل الاصلي للقواعد النتروجينية في الجينوم؟
2)  ما هي مناطق التداخل ؟

2)العلاج الجيني
        هو عملية نقل جين سليم أو جزء منه إلى داخل  خلية معينة ليحل محل جين مسبب لمرض ما ، أو الجزء من ذلك  الجين المسؤول عن إحداث المرض .
ويطبق العلاج الجيني على كل من الخلايا الجنسية والخلايا الجسمية .
ا. العلاج الجيني للخلايا الجنسية : يتم فيه تغير جينات الجاميتات أو البويضة المخصبة، لذا يورث للأجيال التالية .
ب. العلاج الجيني للخلايا الجسمية:يتم فيه تغير جينات الخلايا الجسمية ،مثل أنسجة العضلات ، والرئة ، والدماغ ، والعظام . وهو علاج لا يورث للأجيال التالية .
آلية العلاج الجيني للخلايا الجسمية :
1) استخدام ناقل بيولوجي مثل  الفيروسات المعدلة جينيا و غير ضارة ( لأنها قادرة على إدخال نسخة الجين السليم إلى داخلها ودمجه مع المادة الوراثية الخاصة بها ونقلها إلى الخلايا الجسمية) ، يتم إدخال القطعة الجينية المحتوية على الجين السليم إلى الفيروس ، فيتم ارتباط بين المادة الوراثية للفيروس مع القطعة الجينية المفقودة .
2) تؤخذ الخلايا الجسمية المصابة وتنميتها في وسط غذائي ، و يجب إن تكون هذه الخلايا قادرة على الانقسام طوال فترة حياة المريض مثل الخلايا الجذعية في نخاع العظم .
3)  إضافة الفيروس المعدل جينيا إلى الخلايا الجسمية فيتم اندماج المادة الوراثية للفيروس مع المادة الوراثية لخلايا نخاع العظم .
4) حقن الخلايا المعدلة جينيا في نخاع عظم المريض ، فتنقسم هذه الخلايا ويتم ترجمة المعلومات الوراثية الى بروتين وعندئذ  وعندئذ تقوم بإنتاج المادة العلاجية المطلوبة التي لم يكن باستطاعة خلايا المريض انتاجها في السابق.

3) الأطعمة المعدلة جينيا
      استخدم العلماء هندسة الجينات لتحسين خصائص كثيرة من النباتات بتغير بعض صفاتها .
ومن هذه الخصائص : أ. مقاومة النباتات للحشرات .
                           ب. بطء نضوج الثمار وكبر حجمها وجودة طعمها .
 مثال : تعديل البندورة الشتوية جينيا
تغير خصائصها لتصبح مرغوبا فيها وذات صفات مميزة وتنتج طوال ايام السنة .
1)  عزل الجين الذي يؤدي إلى جعل ثمار البندورة سريعة الفساد .
2) تعديل هذا الجين واستنساخه داخل عائل مناسب ، ثم إعادته إلى خلايا البندورة من جديد ، مما يبطئ من عملية تليين الثمار وفسادها .
3)  زرع النبات وتنميته .
4)  ترك الثمار عدة أياما على الأغصان ،وذلك لاظهار  الصفة المرغوب فيها .
ملحوظــــــــــة : يمكن إن تسبب الأطعمة المعدلة جينيا إعراض جانبية كالحساسية عند بعض الناس , فلهذا يبدي البعض تخوفا من استخدامها .

4) البصمة الوراثية (بصمة DNA)
         الفحص ألمخبري للدم أو لنسيج معين من الجسم لا يمثل دليلا أكيدا على التعرف على الأشخاص أو تحديد هويتهم بدقة ، لان الكثير من الناس لهم فصيلة الدم نفسها أو النوع نفسه من النسيج ، بالإضافة يجب أن تكون الأنسجة حديثة و بكميات كافية للفحص .
إما استخدام بصمات (DNA ) تساعد على التعرف على الأشخاص و تحديد هويتهم بدقة كبيرة
البصمة الوراثية : هي قطع من DNA وتكون مميزة للفرد ،أي تسلسل النيوكلوتيدات في  DNA  خلايا شخص ما ، و لا يتكرر في أي شخص أخر ما عدا التوائم المتماثلة .
أهميتها :
1)  التعرف على الأشخاص أو تحديد هويتهم بدقة كبيرة  .
2)  إثبات الأبوة لطفل معين أو نفيها ( حيث أن DNA  الطفل يكون نصفه من الأم والنصف  الآخر من الأب )
3)  نفي أو اثبات الجريمة عن الشخص المشتبه به .

يوسف عبداللهخطوات استخدام بصمة DNA :
1)  تؤخذ عينة من الدم أو الجلد أو السائل المنوي أو جذور الشعر (خلايا يمكن الحصول منها على الكروموسومات ) .
2) استخلاص سلاسل DNA  من كروموسومات العينات وتقطع في مواقع معينة إلى قطع بوساطة إنزيمات ,وتكون القطع مختلفة في الحجم و الطول حسب نوع الانزيم , كما تكون مختلفة من شخص لآخر ما عدا التوائم المتماثلة.
3) تفصل قطع DNA  باستخدام الفصل الكهربائي الهلامي ، إذ تمرر هذه القطع في مادة هلامية معرضة لتيار كهربائي ويحدد طول كل قطعة وشحنتها البعد الذي تتحركه القطع  في المادة الهلامية .
4) تعرض المادة الهلامية إلى مواد متلألئة، ثم تصويرها بالأشعة السينية (X) حيث تظهر قطع DNA على شكل مجموعات من الخطوط السوداء على صورة الأشعة وتسمى هذه الخطوط بصمة DNA .
5)  مقارنة مجموعة الخطوط السوداء للعينات ، والعينات القريبة أكثر من بعضها هي التي تحدد المرتكب للجريمة .
ســـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــؤال (1) :
       الشكل التالي يوضح بصمة (DNA ) لكل من قتيل وشخصين مشتبه بهما في جريمة القتل , وعينة من مسرح الجريمة .   أي الشخصين المشتبه بهما ارتكب الجريمة ؟ وضح اجابتك .

مسرح الجريمة
المشتبه الأول
المشتبه الثاني
الضحية
ســـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــؤال (2) :
       في مستشفى للولادة وضعت كل من زوجة عمر وزوجة احمد طفلين (ذكر و أنثى) في نفس الوقت, ووضع الطفلين في نفس الحاضنة ,أخذت عائلة عمر الطفل الذكر وأسموه صهيب ,وأخذت عائلة احمد الأنثى وأسموها مرام  .
وبعد مرور شهر اشتبهت عائلة عمر في كون الطفل الذكر هو ابنها ,فلجأت الى القضاء لحسم الموضوع , فطلب القاضي :
1) فحص الدم لجميع أفراد العائلتين    ,    2) بصمات (DNA) لجميع أفراد العائلتين .
نتائـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــج الفحـص
  أ. فصائل الدم لجميع الأفراد كانت كما يلي :


  عائلة عمـــــــــــــر
      عائلة احمد
الذكـــــــــر
صهــــيب
الأنثــــــــى
مـــــــــرام
     الأب
    الأم
    الأب
    الأم
ABO  
O   
A   
A    
B    
O    
O   
Rh   
    +
    ــ
     +
     +
     +
    ــ
يوسف عبداللهب.بصمات (DNA) لجميع الأفراد كانت كما يلي .

        عائلة عمــــــــــــــر
        عائلة احمـــــــــــد
الذكـــــــــــــر
صهــــــيب
الأنثـــــــــى
مـــــــــــرام
    الأب
      الأم
     الأب
     الأم

الســــــــــــؤال : أي نتائج الفحصين يحسم الموضوع ؟ وضح ذلك .