Telesmic | پایگاه علمی فرهنگی تلسمیک - ژنتیک و بیوتکنولوژی پزشکی

كاربرد PCR در بيوتكنولوژی

زيست فناوري (بيوتكنولوژي) از جمله واژه‌هاي پر سرو صداي سال هاي اخير است. اين واژه را درست يا نادرست به مفهوم همه چيز براي مردم به كار مي‌برند. زيست‌فناوري را در يك تعريف كلي به كارگيري اندامگان يا ارگانيسم يا فرايندهاي زيستي در صنايع توليدي يا خدماتي دانسته‌اند. تعريف ساده اين پديده نوين عبارت است از: دانشي كه كاربرد يكپارچه زيست شيمي، ميكروب شناسي و فناوري هاي توليد را در سيستم هاي زيستي به دليل استفاده‌اي كه در سرشت بين رشته‌اي علوم دارند مطالعه مي‌كنند. در تعريف ديگر، زيست فناوري را چنين تشريح كرده‌اند:
فنوني كه از موجودات زنده براي ساخت يا تغيير محصولات، ارتقا كيفي گياهان يا حيوانات و تغيير صفات ميكروارگانيسم ها براي كاربردهاي ويژه استفاده مي‌كند.
زيست فناوري داراي دو جزء است: يك جزء آن در پي دستيابي به بهترين كاتاليزور براي يك فرايند يا عملكرد ويژه است و جزء ديگر، سيستم يا واكنش‌گري است كه كاتاليزورها در آن عمل مي‌كنند. 

واژه بيوتكنولوژي (زيست فناوري) نخستين بار در سال 1919 توسط  Karl Ereky به مفهوم كاربرد علوم زيستي و اثر متقابل آن ها در فناوري هاي ساخت بشر به كار برده شد.
به طور كلي زيست فناوري يكي از محورهاي اساسي توسعه در بسياري از كشورها قلمداد شده و در تنظيم راهكارها و برنامه هاي ملي، توجه جدي به آن معطوف شده است.
بيوتكنولوژي، دانشي برگرفته از گرايش هاي مختلف در شاخه هاي علوم زيستي است كه در ارتباط با به كارگيري ارگانيزم هاي زنده، اندامك هاي آن ها، مولكول ها و فـرايـنـدهـاي زيـسـتـي جـهـت بـهـبـود و تـوسعه خدمات پزشكي، داروسازي، صنعتي، شيميايي و كشاورزي است.

روش‌های تغييريافته ‏PCR‏ و كاربرد اين روش‌ها در شناسايی و درمان

واكنش زنجيره‌هاي پليمراز (‏PCR‏) روشي است براي تكثير اختصاصي قطعات ‏DNA‏ كه نخستين بار در سال 1985 گزارش شد. در اين روش قطعه‌اي از ‏DNA‏ به طور انتخابي با به‌كارگيري دو پرايمر اوليگونوكلوئوتيدي و آنزيم پليمراز ‏Tag‏ مي‌توان تا ده هزار برابر تكثير كرد. هريك از اين دو پرايمر به رشته‌هاي مخالفشان در روي ‏DNA‏ هدف متصل شده و مكان آنها به‌گونه‌اي است كه سنتز زنجيره ‏DNA‏ توسط آنزيم پليمراز تنها در ميان دو پرايمر انجام مي‌گيرد.

از آنجا كه زنجيره‌هاي تازه ساخته شده خود مكمل پرايمرها است، اين چرخه مي‌تواند پس از يك مرحله واسرشته شدن زنجيره‌هاي ‏DNA‏ از هم تكرار شود. به عبارتي ‏PCR‏ روشي است براي يك برنامه دوره‌اي مشتمل براي تكرار گرم و سرد كردن و ‏DNA‏ به‌كمك يك آنزيم ‏DNA‏ پليمراز مقاوم به گرما و يك جفت پرايمر تحت تكثير انتخابي قرار مي‌گيرد و از طريق اين روش ‏DNA‏ به صورت تصاعد هندسي زياد مي‌شود. امروزه روش ‏PCR‏ جايگاه بسيار مهمي را در جنبه‌هاي مختلف مهندسي ژنتيك، بيولوژي مولكولي، ميكروب‌شناسي تشخيصي تشخيص سرطان و بيماري‌هاي ژنتيك، تشخيص هويت، جرم شناسي (پزشكي قانوني جهت تشخيص منشأ نمونه اسپرم، خون و ...) تعيين ترادف، باستان‌شناسي، مطالعات تكاملي موجودات و ... پيدا كرده است. كاربرد بيشتر و دقيق‌تر تكنيك ‏PCR‏ در تشخيص، روش‌هاي تغيير يافته‌اي از آن به وجود آمده است كه به تعدادي از آنها اشاره مي‌شود.

ژن درمانی و درمان سرطان

 «ژن درمانی» اصطلاحی کلی است که تعدادی از روش های متفاوت و جدید درمان سرطان را در بر می گیرد. آنچه در تمام موارد مشکوک است نیاز به روشی برای وارد کردن یک ژن به داخل سلول های تومور وجود دارد. در حال حاضر، حامل های ویروسی بهترین انتخاب ها بوده و بیشترین موارد استفاده را دارند.

البته انواع گوناگون ویروس ها دارای مزایا و معایبی هستند:

رترو ویروس ها : مناسب هستند اما فقط سلول های در حال تقسیم را آلوده می سازند.

آدنو ویروس ها : هم سلول های در حال تقسیم و هم سلول های عقیم را آلوده می کنند. این آلودگی واکنش ایمنی در بر دارد به گونه ای که کاربرد های متعدد آن مشکل است.

هرپس ویروس ها : به دلیل بزرگ تر بودن جذاب هستند، به همین دلیل امکان بسته بندی شدن DNA بیشتری در آن میسر است. این در حالی است که بیماریزایی بیشتری دارد و کنترل آن مشکل است.

بیوتکنولوژی پلیس قضایی - جنایی

(انگشت نگاری  DNA)

ویژگی های همه موجودات زنده، از جمله انسان، بوسیله اطلاعات نهفته در DNA که از والدین به ارث میرسند مشخص میشود. مولکول DNA شبیه نردبانی است که بدور خود پیچیده و پایه های آن در همه افراد یکسان است ولی پله های این نردبان در افراد مختلف با هم تفاوت دارد. هر پله این نردبان از یک جفت باز آلی تشکیل شده که طرز قرار گرفتن آنها تعیین کننده نوع پروتئین است. درست مانند حروف الفبا که ترتیب قرار گرفتن آنها، کلمات و جملات مختلف را بوجود می آورد.

موجودات زنده متفاوت به نظر میرسند و یا ویژگی های متفاوت دارند. زیرا توالی DNAی آنها با یکدیگر فرق میکند. تفاوت موجودات زنده با هم هرچه بیشتر باشد، تفاوتهای توالی DNAی آنها بیشتر است. انگشت نگاری DNA روش بسیاری سریعی برای مقایسه توالی های DNAی هر دو موجود زنده است.

تنها یک دهم از یک درصد DNA در اشخاص مختلف با هم متفاوت است. برای تشخیص هویت افراد، دانشمندان جنایی در حدود 10 منطقه را که در اشخاص مختلف متفاوت است بررسی می کنند و از اطلاعات بدست آمده برای تهیه نقشه ای از DNA که انگشت نگاری DNA یا پروفابل DNA نامیده میشود استفاده می کنند. پس مانند انگشت نگاری که به وسیله کاراگاهان و پلیس جنایی در طی دهه 1930 مورد استفاده قرار گرفت، هر یک از افراد بشر دارای یک اثر DNAی منحصر به فرد است. انگشت نگاری DNA بر خلاف انگشت نگاری رایج که حاصل از اثر شیارهای موجود روی انگشتان دست است و بوسیله عمل جراحی میتواند تغییر یابد، برای هر سلول بافت و اندام یک فرد یکسانی است. این اثر بوسیله عمل جراحی هم تغییر پذیر نیست. لذا انگشت نگاری DNA وسیله تشخیص مناسبی برای شناسایی افراد مختلف است، این تکنولوژی به قدری توانمند است که مثلا حتی لکه خونی از آبراهام لینکلن میتواند برای وجود نوعی نقص ژنتیکی نظیر (سندرم مارفان) مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرد.

پروژه ژنوم انسان

ژنوم چیست؟

همه جانداران دارای ماده ای شیمیایی بنام  DNA هستند که حا وی اطلاعات لازم برای ساختن و تولید مثل آنهاست. یک ژنوم همه  DNA یک ارگانیسم، شامل ژنهای آنهاست. ژنها اطلاعات لازم برای ساختن پروتئینهای مورد نیازهمه جانداران را با خود حمل می کنند. این پروتئینها مشخص می کنند که یک ارگانیسم چه ویژگیهایی باید چه شکلی باشد یا سیستم بدنی آن باید چگونه عمل کند (مثلا سوخت و ساز غذا را چگونه انجام دهد یا در برابر بیماریها چگونه پایداری کند).

 DNA دارای چهار واحد ساختاری شیمیایی مختلف است که باز نامیده می شوند. این بازها به نام های آدنین (A) ، تیمین (T) ، سیتوزین (C) و گوانین (G) خوانده می شود. ترتیب قرار گرفتن Aها ، Tها ،Gها و Cها  بسیار مهم و مشخص کننده تنوع حیات است. همه موجودات زنده چه انسان و چه موجودات دیگر مانند قارچ، برنج یا مگس سرکه ژنوم ویژه خود را دارند. چون همه موجودات زنده بدلیل شباهت هایی که در توالی DNA  آنها وجود دارند بهم وابسته اند، بنابراین اطلاعات بدست آمده از ژنوم موجوداتی غیرازانسان، اغلب به دانش جدیدی درباره زیست شناسی انسان نیزمی انجامد.

اولین جنین همانند سازی شده انسان

اکنون شکل ابتدایی همانند سازی جنین و جنین تولید شده از تخمک در فرایند موسوم به بکرزایی، همانندسازی برای مقاصد درمانی را در دسترس پژوهشگران قرار داده است.

با اینکه سلولها به صورت نقطه های بسیار ریزی به نظر می رسند، اما وجود آنها نوید دهنده بود. پس از ماهها تلاش در سیزدهم اکتبر 2001 وارد آزمایشگاه پیشرفته تکنولوژی سلولی شدیم تا از طریق میکروسکوپ شاهد حاصل تلاش گروه پژوهش باشیم. در زیر میکروسکوپ، گویهای کوچک سلول های زنده که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نبودند، دیده می شدند. اولین جنین انسانی با استفاده از تکنیک پیوند هسته یا به عبارت دیگر همانندسازی (Cloning) تولید شد و متاسفانه فقط یک جنین تا مرحله تقسیم 6 سلولی پیش رفته و در همان جا متوقف گردید. اما دانشمندان در آزمایش دیگری با برانگیختن تخمکهای انسانی (بدون وجود اسپرم) موفق به همانندسازی به شیوه بکرزایی شده بودند. امیدواریم با این دستاورد بتوانیم به همانندسازی درمانی نزدیکتر شویم. همانندسازی درمانی با همانندسازی تولیدمثلی تفاوت دارد. برای مثال در همانند سازی درمانی از ماده ژنتیکی سلولهای خود بیمار جهت تولید جزایر لوزالمعده برای درمان دیابت یا تولید سلولهای عصبی برای ترمیم رشته های نخاعی استفاده می شود ولی در همانندسازی تولید مثلی جنین همانندسازی شده را به رحم یک زن انتقال می دهند تا نوزادی به دنیا آورد. ما معتقدیم که همانندسازی تولید مثلی هم برای مادر و هم برای جنین بطور بالقوه مخاطره آمیز است و در حال حاضر قابل توجیه نمی باشد و تا زمانی که جنبه های اخلاقی و ایمنی آن ملحوظ نشده باشد، بهتر است متوقف گردد. البته توجیه دیگر طرفداران همانندسازی، کمک به والدینی است که از طریق شیوه های درمانی فعلی صاحب فرزند نمی شوند.

بررسی مولکولی اختلال پوستی ویتیلیگو

                                     پوست و اجزا تشکیل دهنده آن                                  

دراین مقاله ما به بررسی بیماری پوستی به نام ویتیلیگو می پردازیم. وسپس دلایل بروز آن و چگونگی تشخیص و درمان و برخورد با این بیماری را توضیح خواهیم داد. در ابتدا نیازمند دانستن توضیحاتی در مورد پوست و اجزا تشکیل دهنده آن می باشیم. پوست بدن انسان شامل سه لایه است که عبارتند از:

1- روپوست یا اپیدرم (خاجی ترین لایه پوست)

2- غشای میانی پوست یا درم

3- زیر پوست یا هایپودرم

ملانین در روپوست تولید می گردد. هرچه پوست تیره تر باشد این بدان معنی است که ملانین بیشتری در پوست وجود دارد. هنگامی که در معرض نور آفتاب قرار می گیریم، سلول های حاوی ملانین (ملانوسیت) میزان بیشتری ملانین جهت حفاظت پوست از نور فرابنفش خورشید نظیر UV و امواج دیگر، تولید می کنند.

شبكه های تنظيم كننده ژنتيكی؛

 ژنتيك به زبان رياضی

  تمام موجودات زنده به جز ويروس‌ها از سلول تشكيل شده‌اند. در هسته سلول‌ها، كـرومـوزوم و در كـرومـوزوم، DNA قـرار دارد. DNA مـتـشـكـل از دو بـخـش كـدكـنـنده و غـيـركـدكننده است كه بخش كدكننده آن، ژن ناميده مي‌‌‌شود. ژن‌ها حاوي اطـلاعـات مـورد نـيـاز براي ساخته‌شدن پروتئين‌ها هستند و پروتئين‌ها مولكول‌‌هاي بزرگي هستند كه اساس هر ارگانيسمي‌ را تشكيل مي‌دهند، فرايندي که در طي آن از اطـلاعـات مـوجود در ژن‌ها براي توليد پروتئين‌ها استفاده مي‌‌شود.

رونویسی شامل (Transcription) ژن‌هـا بـه مـولـكـول‌هـاي mRNA و سـپـس توليد پروتئين‌ها با استفاده از اطـلاعـات مـوجـود در mRNA هـا (تـرجـمه يا (Translation است؛ اين فرايند را  "بيان ژن(Gene Expression) مي‌نامند.

راز کروموزوم Y

X شبیه به کروموزوم های دیگر است، ولی راز کروموزوم Y که سازنده جنس مذکر است، هنوز ناگشوده مانده است. کروموزوم های  Y، X زوجی عجیب را تشکیل میدهند.

کروموزوم هایی که در انسان جنسیت او را تعیین می کنند، یعنی X و Y یک جفت کروموزوم عجیب هستند.22 جفت کروموزوم دیگری که در سلولهای ما وجود دارند دارای الگو و شکل شبیه به هم اند. مثل شمعدانی هایی دو قلو! یکی از این جفت کروموزوم های بدن ما از پدر و دیگری از مادر به ارث میرسد. اما هر دو اندازه و ژنهای یکسانی دارند (ژن ها واحدهای DNA برای ساخت پروتئین هستند که بیشتر کارهای بدن را انجام میدهند.) در کوسه ماهی ها کروموزوم Y خیلی از X کوچکتر است. از 2000 تا 3000 ژنی که روی X   قرار گرفته اند چیزی بیشتر از چند ژن مشابه ژنهای Y نیست. تعدادی از ژنهای Y،هم آللی بر روی X ندارند. کروموزوم  Y با قطعات DNAی بی معنی و اضافی (Junk DNA) زیادی که دارد قسمت قسمت شده است.

شبيه سازی انسان و اصلاح ژنتيكی

كلونيگ ( شبيه سازی ) به معنی توليد مثل به روش غير جنسی از افراد انتخاب شده به گونه ای است كه نسل ايجاد شده از آنها از نظر محتوای ژنتيكی همتای والد خود باشد. در واقع كاملاً شبيه همتای خود است. اساس كلونينگ، انتقال هسته سلول پيكری يا بنيادی به تخمك بدون هسته است.

فرآيند انتقال هسته شامل دو قسمت است: 1- خروج هسته از تخمك 2- جايگزين كردن آن به وسيله سلول دهنده. اين تكنيك برای اولين بار سال 1938 ميلادی بوسيله، هانس اسپمن كه بابستن رشته ای مو به دور سلول تخم بارور شده سمندر، آن را به دو قسمت، يكی شامل هسته و ديگر شامل سيتوپلاسم تقسيم كرد، انجام شد و پس از آنكه بخش بدون هسته ( سيتوپلاسم) 4بار تقسيم شده جنين 16 سلول را ايجاد كرد. اسپمن حلقه مويی را باز كرده و به اين ترتيب هسته مجدد به داخل سيتوپلاسم بازگشت، تقسيم سلولی مجدد آغاز شد و اين بار بابستن مجدد حلقه مويی، جنين ايجاد شده به 2 جنين تقسيم شد. نتيجه نهايی، ايجاد سمندرهای دو قلوی همسان بودند. 14 سال بعد در سال 1952، توماس كينگ و بريجز موفق شدند از گونه قورباغه آمريكايی، براي انجام فرآيند خروج هسته استفاده كنند.

سال 1962 جان گردون توانست گونه ای ديگر از قورباغه را با استفاده از هسته سلول كاملاً تمايز يافته روده شبيه سازی كند. اصطلاح كلون در سال 1963 بوسيله هالدانس وارد فرهنگ لغات زيست شناسی شد. مشكلات بسياری در راه كلونينگ پستانداران وجود داشت تا آن كه محققان اسكاتلندی توانستند گوسفند كلون شده بنام دالی (Dolly) را توليد كنند.