نگاه اجمالی

میتوز از پدیده‌های جالب و قابل مشاهده به کمک میکروسکوپهای نوری در سلولهای زنده است. میتوز پدیده‌ای ممتد است ولی به دلیل سهولت در مطالعه آن را در چند مرحله بررسی می‌کنند.توانایی تکثیر از ویژگی‌های اصلی سلولهای زنده است. با در نظر گرفتن این که پیکر یک انسان بالغ از حدود 1014 سلول تشکیل شده که همه از تقسیمات یک سلول تخم اولیه ایجاد شده‌اند، اهمیت تکثیر یاخته‌ای و فراوانی آن مشخص می‌شود. در یک انسان بالغ نیز که رشد پایان یافته است، تکثیر سلولی که لازمه آن تقسیم سلولی است، برای ترمیم سلولهای تحلیل رفته لازم است. به عنوان مثال عمر گلبولهای قرمز خون 120 روز می‌باشد که باید پس از این مدت با گلبولهای قرمز جدید جایگزین شوند.



تصویر


 

چرخه سلولی

زمان و مجموعه تغییرات و تحولاتی را که از آغاز یک تقسیم سلولی تا رسیدن به شروع تقسیم متوالی بعدی در سلول اتفاق می‌افتد، چرخه یاخته‌ای یا چرخه سلولی می‌نامند. زمان این چرخه در سلول‌های مختلف و نسبت به سن و شرایط مختلف ، متفاوت است؛ به عنوان مثال ، در شرایط بهینه زیست در باکتری هر 20 دقیقه یکبار تقسیم صورت می‌گیرد و در شرایط معمولی این زمان به 1 ساعت می‌رسد. در اغلب سلولهای بدن انسان زمان متوسط چرخه سلولی حدود 16 تا 24 تقسیم سلولی 1 تا 2 ساعت است. این چرخه سلولی شامل دو مرحله اصلی: 1ـ تقسیم (M) و 2ـ اینترفاز (مرحله استراحت) است.

اینترفاز

در اینترفاز 3 مرحله وجود دارد. مرحله S یا سنتز (Synthesis) که در این مرحله همانندسازی DNA انجام می‌شود و مقدار DNA سلول به 2 برابر افزایش می‌یابد. مرحله قبل از S را مرحله پیش‌سنتز یا G1 و مرحله پس از S را مرحله پس‌سنتز یا G2 نامند. در بعضی از سلولهای زنده مثل سلول تخم مرحله G1 وجود ندارد و در برخی دیگر مثل نورونها G1 بسیار طولانی است بطوری که گفته می‌شود سلول وارد مرحله G0 شده است که در این G0 سلول تمایز می‌یابد و دیگر به چرخه سلولی برنمی‌گردد و سرنوشت سلول پس از تمایز مرگ خواهد ‌بود.

تقسیم یاخته‌ای

در یوکاریوتها برای تقسیم یاخته‌ای دو فرایند اساسی را که اغلب وابسته بهم هستند، در نظر می‌گیرند: یکی تقسیم هسته که می‌تواند به روش میتوز یا میوز باشد و دیگریتقسیم سیتوپلاسم که آن را سیتوکینز می‌نامند. گرچه در اغلب موارد به دنبال تقسیم هسته ، سیتوپلاسم نیز تقسیم می‌شود و در نتیجه دو سلول جدید از تقسیم سلول اولیه حاصل می‌شود، اما این وضع حالت همیشگی نیست و در موارد زیادی به دنبال تقسیم هسته ، الزاما سیتوپلاسم تقسیم نمی‌شود. به‌ عنوان مثال ، این حالت در سلولهای عضلانی مخطط انسان دیده می‌شود (حالت سنوسیتی) یعنی سلولهایی با بیش از یک هسته.

عوامل موثر در میتوز




 

تصویر


 

سانتریولها

سانتریولها اجزای سلولی لوله‌مانندی هستند که در تمام سلولهای جانوری و در گیاهان ابتدایی و عده زیادی از جلبکها به جز جلبک قرمز وجود دارند. این اجزای سلول در گیاهان عالی وجود ندارند. یکی از نقشهای سانتریولها دخالت در تقسیم میتوز به هنگام تشکیل دوک میتوزی است. البته تمام سلولهایی که دوک میتوزی تشکیل می‌دهند الزاما سانتریول ندارند، مثل گیاهان عالی. به هر جفت سانتریول عمود بر هم به همراه ماده پیرامونی متصل به آن ، سانتروزوم می‌گویند.

کروماتین

ترکیب اصلی هسته ، کروماتین است که همان کروموزوم اینترفازی است. شبکه کروماتین از درهم رفتن رشته‌های کروماتینی تشکیل شده و این رشته‌ها در حقیقت حالت بسیار کم ‌تراکم شده‌ای از کروموزومها هستند. در کروماتین مجموعه مولکولی پیچیده از DNA ، پروتئینهای وابسته به آن و نیز مقداری از RNAها وجود دارند.

کروموزوم

یک کروموزوم از همانندسازی و نیز به هم پیچیدگی و تابیدگی هر رشته کروماتین مرحله انترفازی در سلول‌های یوکاریوتی تا رسیدن به ضخامت 1000 تا 1400نانومتر ایجاد می‌شود. هر کروموزوم متافازی شامل دو کروماتید است. هر کروماتید بخشی از کروموزوم است که نیمی از سراسر طول کروموزوم را تشکیل می‌دهد. این دو کروماتید از ناحیه سانترومر بهم وصلند. طرفین سانترومر کروموزوم را دو بخش پروتئینی پیله‌مانند و متراکم به اسم کینه توکور می‌پوشاند که این کینه توکورها از مراکز سازمان‌دهی رشته‌های دوک میتوزی هستند.

مراحل میتوز

پروفاز

طولانی‌ترین مرحله تقسیم میتوزی است که با تحول عمده‌ای در سیتوپلاسم و هسته همراه است. در شروع پروفاز هسته تقریبا موقعیت مرکزی پیدا می‌کند (در وسط سلول قرار می‌گیرد) و دیوارهای آن قابل مشاهده است. در سیتوپلاسم دو دیپلوزوم مشاهده می‌شود که هر دیپلوزوم از دو سانتریول که به صورت تقریبا عمود برهم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. دو دیپلوزوم از هم فاصله می‌گیرند و بین این دو دوک میتوزی تشکیل می‌گردد. در داخل هسته نیز کروموزوم‌ها تدریجا متراکم شده و وقتی این تراکم شدید شد، پوشش هسته از بین می‌رود. از اواسط پروفاز پوشش هسته قطعه‌قطعه می‌شود و در پایان پروفاز تنها قطعات کوچکی از آن در سیتوپلاسم قابل تشخیص است. شیره هسته نیز با سیتوزول آمیخته می‌شود.

در پروفاز به دلیل تراکم شدید کروماتین ، رونویسی RNAها به‌تدریج کاهش می‌یابد؛ RNAهای ریبوزومی رونویسی نمی‌شوند و این وضع موجب تحلیل رفتن و سپس ناپدید شدن هستکها می‌شود. خرد شدن پوشش هسته‌ای به ریز لوله‌های دوک امکان می‌دهد فضایی را که قبلا بوسیله شیره هسته اشغال شده بود، در اختیار بگیرند و به این ترتیب مرحله جدیدی آغاز می‌شود که آن را پیش متافاز نامند. این مرحله گذرا با جابجایی ابتدا نوسان‌دار و سپس جهت‌دار کروموزوم‌ها همراه است که موجب می‌شود کروموزوم‌ها در سطح میانی سلول قرار گیرند.

متافاز

در این مرحله دو دیپلوزوم در دو قطب سلول مقابل هم قرار گرفته‌اند. اطراف هر کدام رشته‌های دوکی و مابین آنها رشته‌های دوکی قطبی یا ممتد کشیده شده است. پوشش هسته محو شده و کروموزوم‌های دو کروماتیدی در وسط دوک در امتداد صفحه عرضی به اسم صفحه متافازی یا صفحه استوایی قرار می‌گیرند. کروموزوم‌ها بصورت حلقه‌ای بیش و کم منظم با فاصله‌ای برابر از دو قطب دوک قرار می‌گیرند.

دو کروماتید هر کروموزوم در این مرحله موقعیت خاصی دارند. این کروماتیدها از هم مشخص شده و بطور نسبی از هم جدا شده‌اند. دو انتهای آنها کم و بیش به سوی قطب‌های دوک متوجه است. در حالیکه ناحیه سانترومر (محل اتصال دو کروماتید خواهری) به سوی بخش میانی در صفحه استوا قرار دارد.



تصویر


 

آنافاز

مرحله کوتاهی است که در آن ماده ژنتیکی همانندسازی شده (دو کروماتید) از ناحیه سانترومر از هم تفکیک می‌شوند و به اصطلاح سانترومر به دو بخش تقسیم می‌شود. هر نیمه هر سانترومر همراه یک کروماتید و کینه توکور وابسته به آن ، یک کروموزوم آنافازی را تشکیل می‌دهند. دو کروموزوم تک کروماتیدی حاصل به دو قطب مهاجرت می‌کنند و طوری این عمل انجام می‌گیرد که همواره ناحیه کینه توکور و سانترومر متصل به آن زودتر از بازوهای کروموزوم‌ها به قطبین می‌رسند.

بطوری که کروموزومهای آنافازی اشکال خمیده‌ای شبیه عدد 7 و در نیمه مقابل یاخته شبیه 8 به خود می‌گیرند. در پایان آنافاز در هر قطب هسته‌ای از کروموزومهای پسری مجتمع هستند که تعدادشان با تعداد کروموزومهای یاخته مادری برابر و همان 2n است. با این تفاوت که هر کروموزم تک کروماتیدی است.

تلوفاز

در این مرحله تراکم کروموزومهای جمع‌ شده در هر قطب ، به تدریج کاهش می‌یابد و مجموعه پوشش هسته‌ای لامینا در اطرف توده کروموزومی شروع به سازمان‌یابی دوباره می‌کنند و هسته‌ها بازسازی شده، هستکها نیز ساخته می‌شوند.

تقسیم سیتوپلاسم

مجموعه پدیده‌هایی که شرح داده شد تقسیم هسته‌ای یا کاریوکینز است که اغلب با تقسیم سیتوپلاسم نیز همراه است. در سلول‌های جانوری تقسیم سلول از اواخر آنافاز با تشکیل یک فشردگی حلقوی ، عمود بر محور طولی دوک میتوزی شروع می‌شود. با شروع این فشردگی حلقوی ، از تراکم ریبوزومها ، حفره‌های سیتوپلاسمی ، قطعاتی از شبکه آندوپلاسمی در بخش میانی یاخته مجموعه‌ای به اسم جسم میانی تشکیل می‌گردد و فشردگی حلقوی میانی به روش به سوی مرکز و به سوی جسم میانی پیش می‌رود تا سرانجام سیتوپلاسم نیز به دو بخش تقسیم ‌شود و دو سلول جدید از هم جدا شوند. در ضمن این جریانات دوک میتوزی نیز از بین رفته و اسکلت سلولی بازسازی می‌شود.



تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 21:36 | نویسنده : NTM |

مقدمه

تقسیم میوز شامل دو بخش میوز اول و میوز دوم است. در اثر تقسیم میوز ، گامتها بوجود می‌آیند. این تقسیم عموما قبل از تشکیل گامتها یا همزمان با تولید آنها صورت می‌گیرد. این فرایند سبب می‌شود که در موقع تشکیل تخم ، تعدادکروموزومها مضاعف نشود. تقسیم میوز در اندام تولید مثلی نر و ماده که محتوی سلولهای دیپلوئیدی مخصوصی است، صورت می‌گیرد. این سلولها دو تقسیم متوالی را طی می‌کنند، اما کروموزومها فقط یک بار مضاعف می‌شوند. از این تقسیم چهار سلول حاصل می‌آید که تعداد کروموزومهای هر یک نصف تعداد اولیه است.



تصویر


 

بخش اول میوز

بخش اول میوز همانند میتوز خود شامل چهار مرحله است.

پروفاز اول

مرحله پروفاز در میوز اول روند پیچیده‌ای است که بسیار کندتر از میتوز صورت می‌گیرد و شامل پنج مرحله است:


  • زیرمرحله لپتوتن:

    آغاز پروفاز با افزایش حجم هسته‌ای مشخص می‌شود. کروموزومها به صورت تخمهای دراز ، نازک و تاب خورده به شکل دانه‌های تسبیح به نام کرومومر ظاهر می‌شوند. این ریز مرحله را لپتوتن گویند. کروموزومها منفرد به نظر می‌رسند، در حالی که بیشتر DNAی یاخته قبلا دو برابر شده و کروموزومها دارای دو کروماتید هستند. بر اساس گفته «براون» ، سنتز DNA تا مرحله لپتوتن ادامه دارد و زمان چرخه یاخته‌ای را تشکیل می‌دهد.

  • زیرمرحله زیگوتن:

    در این مرحله کروموزومهای همساخت به ترتیب ویژه‌ای جفت می‌شوند. نیرویی که دو جفت کروموزوم را به سوی یکدیگر می‌کشد، هنوز مشخص نشده است. این روند را سیناپس می‌گویند و جفت کروموزومهای همساخت را بی‌والانت (تتراد) می‌گویند.

  • زیرمرحله پاکی‌تن:

    در این مرحله هستک از نظر اندازه رشد می‌کند و کروموزومها کوتاهتر و ضخیخم‌تر می‌شوند. حال هر کدام یک تتراد هستند که از دو کروموزوم همساخت یا 4 کروماتید تشکیل شده‌اند. هر کروماتید از یک تتراد ، به دور کروماتید خواهر خود می‌پیچد و کوتاهتر و ضخیم‌تر می‌شود. هر کروموزوم همساخت سانترومر مستقل دارد. بنابراین هر کروماتید سانترومر خاص خود را دارا است.

    مهمترین رویداد در زیرمرحله پاکی‌تن ، تشکیل کیاسما به هنگامی است که دو کروماتید خواهر از هر کروموزوم همساخت ، قطعاتی را بین خود مبادله می‌کنند. تبادل قطعات بین دو کروماتید از دو کروموزوم همساخت را کراسینگ اور (تقاطع کروموزومی) گویند. زیرمرحله پاکی‌تن طولانی است. در پایان این زیرمرحله ، نیرویی سبب جدا شدن کروماتیدها از یکدیگر می‌شود.

  • زیرمرحله دیپلوتن:

    در این مرحله کروموزومها ، جدا شدن از یکدیگر را آغاز می‌کنند، اما چون در بعضی نقاط تبادل صورت گرفته است، لذا در این نقاط متصل به یکدیگر باقی می‌مانند. این ریز مرحله حقیقتا کیاسما نام دارد و از نظر ژنتیکی دارای اهمیت فراوانی است، زیرا تبادل بین کروماتیدهای ناخواهری در این زیرمرحله صورت می‌گیرد. کراسینگ اور به تبادل ژنها می‌انجامد و سبب تشکیل کروماتیدهای نوترکیب می‌شود. در ژنتیک مولکولی ، کراسینگ اور به عنوان وسیله تجربی برای نقشه برداری کروموزومی بکار می‌رود.

  • زیرمرحله دیاکینز:

    در این مرحله ، کروموزومها کوتاهتر و ضخیم‌تر شده و کیاسما ناپدید می‌شود. کروموزومهای همساخت از دو سو به سمت محیط هسته کشیده می‌شوند، اما جدا شدن کامل کروماتیدها صورت نمی‌گیرد. کروموزومهای همساخت فقط در انتها متصل به یکدیگر باقی می‌مانند و ساختار حلقه مانند عریضی را تشکیل می‌دهند. به علاوه هستک و غشای هسته ناپدید می‌شود و دوک بطور کامل تشکیل می‌گردد. کرومزومهای تتراد در صفحه متافاز قرار می‌گیرند.

متافاز اول

این مرحله پس از دیاکینز آغاز می‌شود و همانند متافاز میتوز است. کروموزومهای همساخت در صفحه استوایی باقی می‌مانند و از طریق سانترومرها به رشته‌های دوک متصل می‌شوند.

آنافاز اول

در آنافاز اول ، کروماتیدهای خواهر از هر کروموزوم همساخت که به وسیله سانترومر به یکدیگر متصل‌اند، به قطبهای مربوط به خود می‌روند. کیاسما کاملا متلاشی می‌شود و کروماتیدهای ناخواهری از هم جدا می‌گردند. این کروماتیدها ، با کروموزومهای پدری و مادری خود تفاوت دارند. در مقایسه با آنافاز میتوز که در آن هر کروموزوم یک کروماتید دارد، هر کروموزوم در مرحله آنافاز میوز ، از دو کروماتید تشکیل شده است که احتمالا یکی از کروماتیدها ، نوترکیب است.

تلوفاز اول

در این مرحله کوتاه ، پیچش کروماتیدها باز شده و کروماتیدها دراز می‌شوند و تا مدتی در حالت فشردگی باقی می‌مانند. غشای هسته در اطراف هر گروه کروماتید تشکیل می‌گردد و دو هسته مجزا بوجود می‌آیند. در بعضی موجودات پس از تشکیل غشاها در هسته ، هر هسته دختر قبل از اینکه دومین تقسیم میوز آغاز شود، مدتی در مرحله اینترفاز باقی می‌ماند. باید توجه داشت که بین دو تقسیم میوز (ساختمان DNA|DNA)) ساخته نمی‌شود.



تصویر


 

مرحله دوم میوز

این مرحله تقسیم همانند میتوز است، اما با این تفاوت که کروموزومها از دو کروماتید تشکیل شده‌اند. در این نوع تقسیم هر دو هسته خواهر از مراحل پروفاز ، متافاز ، آنافاز و تلوفاز دوم می‌گذرند. در این مرحله مضاعف شدن DNA صورت نمی‌گیرد.

پروفاز دوم

پروفاز این مرحله بسیار کوتاه است. دوک تشکیل می‌شود و کروموزومهای دو کروماتیدی و مضاعف روی آن قرار می‌گیرند.

متافاز دوم

در متافاز دوم ، کروموزومها به قسمت وسط دوک می‌روند و در آنجا مستقر می‌شوند. نکته جالب توجه این است در متافاز میوز اول سانترومرهای کروموزومهای همساخت از یکدیگر جدا می‌شوند، در حالی که در میوز دوم سانترومرهای کروماتیدهای خواهری از یکدیگر فاصله می‌گیرند.

آنافاز دوم

در آنافاز دوم میوز کروماتیدهای هر کروموزوم از هم جدا می‌شوند و به دو قطب سلول می‌روند.

تلوفاز دوم

در تلوفاز دوم میوز ، تقسیم میوزی کامل می‌شود و چهار سلول بوجود می‌آید. در بسیاری از جانداران ماده ، سیتوپلاسم سلولها در میوز بطور نامساوی تقسیم می‌شود و فقط یک سلول به جای چهار سلول حاصل می‌آید که سیتوپلاسم فراوان دارد و مبدل به تخمک می‌شود. سه سلول کوچک باقیمانده معمولا می‌میرند. در بعضی از جانداران نر چهار سلول حاصل مبدل به اسپرم می‌شوند



تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 21:35 | نویسنده : NTM |

مقدمه

پروتئینها از اتصال اسیدهای آمینه به یکدیگر از طریق پیوند پپتیدی بدست می‌آیند. تشکیل پیوند پپتیدی و قرار گرفتن ترتیب اسیدهای آمینه که برای هر پروتئین اختصاصی است، به سادگی امکان پذیر نیست. به همین دلیل می‌بایست در یاخته مکانیسم ویژه‌ای وجود داشته باشد که بتواند ویژگی پروتئینها را حفظ کند. بیوسنتز پروتئینها در واقع ترجمه ترتیب نوکلئوتیدی اسید نوکلئیک DNA در مولکول پروتئین است. انتقال اطلاعات از DNA به مولکول پروتئین بوسیله RNAها ، بویژه mRNA امکانپذیر است. بدین ترتیب برای هر پروتئین ، mRNA اختصاصی آن پروتئین وجود دارد.


تصویر




به عبارت دیگر هر پروتئین در روی DNA ، ژن اختصاصی دارد که اطلاعات آن ژن در mRNA رونویسی و در مولکول ترجمه می‌شود. در بیوسنتز پروتئینهایی که در ساختارشان بیش از چند اسید آمینه دارند، وجود یک مکانیسم سنتزی که در آن ترکیبات و عوامل بسیاری دخالت می‌کنند، الزامی است. این مکانیسم به یک سیستم رمز یاب نیاز دارد که بطور خودکار واحد اسید آمینه معینی را در موقعیت ویژه‌ای از زنجیره پروتئینی قرار می‌دهد.

ترکیبات شرکت کننده در سنتز

RNA پیک (mRNA)

این RNA اطلاعات مربوط به پروتئین ویژه‌ای را از مولکول DNA می‌گیرد و به ماشین سنتز کننده پروتئین انتقال می‌دهد. در ترتیب نوکلئوتیدهای mRNA هر سه نوکلئوتید مجاور بیانگر رمز (کدون) اسید آمینه مشخص هستند و به همین جهت ترتیب نوکلئوتیدها در mRNA بیان کننده ترتیب اسیدهای آمینه در پروتئین است. هر اسید آمینه رمز مشخصی دارد. متیونین و تریپتوفان فقط یک رمز دارند، در حالیکه سایر اسیدهای آمینه واجد دو یا تعداد بیشتری رمز هستند.

رمز میتونین همیشه AUG است که آغاز سنتز را در همه پروتئینها به عهده دارد. در یاخته‌های پروکاریوت و یوکاریوت ، در هر دو پروتئین سازی با میتونین آغاز می‌شود. پروتئینهایی که نخستین اسید آمینه آنها میتونین نیست، پس از آغاز میتونین آغازین از مولکول برداشته می‌شود. سه رمز UGA و UAA و UAG برای پروتئین رمز خوانی نمی‌کنند، بلکه رمزهایی هستند که پایان سنتز زنجیره پروتئین را بیان می‌کنند.

RNA ناقل (tRNA)

tRNA ساختار سوم از نوع L دارد که در آن دو ناحیه پذیرنده و آنتی کدون آزادند و بقیه مولکول تاب خورده است. آنتی کدون (پاد رمز) شامل سه نوکلئوتید است که مکمل رمز ویژه‌ای از mRNA است. tRNA از ناحیه پذیرنده یک اسید آمینه اختصاصی را به خود متصل می‌کند. آنزیم اختصاصی به نام آمینو اسیل- tRNA- سنتتاز این عمل را انجام می‌دهد. در نتیجه برای هر اسید آمینه دست کم یک tRNA اختصاصی وجود دارد. ولی برخی از اسیدهای آمینه بیش از یک نوع tRNA دارند.



تصویر


 

ریبوزومها

ریبوزمها که از اتصال RNA ریبوزومی با تعدادی پروتئین شکل می‌گیرند، شامل دو زیر واحد هستند که از نظر اندازه و نوع پروتئینها در یوکاریوتها متفاوت هستند. دو زیر واحد در حالت عادی از یکدیگر جدا بوده و در یاخته پراکنده‌اند. در حالی که با آغاز سنتز پروتئین ، دو زیر واحد به هم متصل شده و یک مجموعه را تشکیل می‌دهند. در روی ریبوزومها (هر دو زیر واحد) در جایگاه وجود دارد. جایگاه آمینو اسیل که با A نمایش داده می‌شود و جایگاه پپتیدیل که با P مشخص می‌شود. هنگامی که دو زیر واحد به هم متصل می‌شوند، جایگاهها به نحوی قرار می‌گیرند که کاملا بر همدیگر منطبق باشند.

آنزیم پپتیدیل ترانسفراز یا پپتید سنتتاز

اتصال دو اسید آمینه به یکدیگر یا تشکیل پیوند پتیدی را کاتالیز می‌کند.

عوامل آغازگر

این عوامل دراز کننده و پایان دهنده یا آزاد کننده زنجیره هستند.

انرژی لازم

انرژی لازم در واکنشها بوسیله GTP تامین می‌شود.

مراحل سنتز پروتئین(مراحل سنتز در پروکاریوتها)

آغاز سنتز

عواملی که در آغاز سنتز زنجیره پروتئین شرکت دارند، عوامل آغازگر خوانده شده و با علامت اختصاصی IF نشان داده می‌شوند. تا کنون سه نوع آغازگر IF1 , IF2 , IF3 شناسایی و مطالعه شده‌اند. رمز آغازگر سنتز در روی mRNA همیشه مربوط به اسید آمینه متیونین بوده و در پروکاریوتها این اسید آمینه حالت فرمیل دار متیونین است. رمز متیونین و یا فرمیل متیونین سه نوکلئوتید AUG است. در مرحله اول ، عامل IF3 به زیر واحد کوچک ریبوزوم متصل می‌گردد.

سپس mRNA در روی آن طوری قرار می‌گیرد که رمز AUG در جایگاه P ریبوزوم واقع شود. پس از استقرار mRNA در جایگاه خود IF3 آزاد می‌گردد. در مرحله بعد عامل IF2 , GTP به tRNA فرمیل متیونین (fMet) متصل شده و مجموعا بر روی زیر واحد کوچک ریبوزوم که حامل mRNA نیز هست، انتقال می‌یابد. در این حالت زیر واحد بزرگ ریبوزوم به مجموعه فوق به نحوی متصل می‌شود که جایگاه P و A دو زیر واحد به یکدیگر منطبق شوند.



تصویر


 

دراز شدن زنجیره

مرحله‌ای است که طی آن اسیدهای آمینه تشکیل دهنده زنجیره پروتئین مورد نظر ، یکی یکی با سوار شدن بر روی tRNA ویژه خود ، بر روی ریبوزوم انتقال می‌یابند و بین آن پیوند پپتیدی ایجاد می‌شود. در این فرآیند عوامل دراز کننده زنجیره شرکت دارند که با EFG و EFT نشان داده می‌شوند. ابتدا اسید آمینه دوم بر روی tRNA خود سوار می‌شود و عوامل GTP و EFG را به خود متصل می‌کند و مجموعه حاصل به جایگاه A ریبوزوم منتقل می‌شود. پس از اینکه tRNA کاملا در محل خود ثابت شد، EFT آزاد می‌شود و GTP به GDP و Pi تبدیل می‌گردد.

در مرحله بعد بین دو اسید آمینه که یکی در جایگاه P و دیگری در جایگاه A قرار دارد، پیوند پپتیدی تشکیل می‌شود. این عمل بوسیله آنزیم پپتیدیل ترانسفراز یا پپتیدیل سنتتاز کاتالیز می‌گردد. در این حالت حرکت ریبوزوم در روی mRNA در جهت 5--->3 به اندازه یک رمز ، موجب می‌شود که tRNA موجود در جایگاه p (که اسید آمینه خود را رها کرده) و tRNA پپتیدیل (که اسید آمینه را بر روی خود حمل می‌کند) از جایگاه A به P انتقال ‌یابد. این مرحله جابجایی نامیده می‌شود و انجام آن به عامل EFG نیاز دارد. جایگاه A که اکنون خالی شده ، برای پذیرش اسید آمینه سوم آماده می‌شود. اتصال واحدهای اسید آمینه به همین ترتیب پیش می‌رود تا اینکه ریبوزوم به انتهای رمز مربوط در روی mRNA برسد.

پایان سنتز زنجیره

پایان سنتز زنجیره پروتئین هنگامی است که ریبوزوم به رمزهای انتهایی روی زنجیره mRNA می‌رسد. در روی mRNA سه رمز پایانی UGA , UAG , UAA وجود دارند، که پایان سنتز زنجیره را اعلام می‌کنند. عواملی که در این مرحله شرکت دارند به نام عوامل آزاد کننده R3 و R2 و R1 معروف هستند. اتصال این عوامل به رمزهای پایانی مربوطه ، باعث می‌شود که آنزیم پپتیدیل سننتاز به جای اینکه پیوند پپتیدی ایجاد کند، مولکول آب را به انتهای زنجیره انتقال دهد. در نتیجه مولکول پروتئین تازه سنتز شده در انتها به عامل COOH پایان می‌یابد و زنجیره آزاد می‌گردد و بلافاصله mRNA و سایر عوامل آزاد شده و دو زیر واحد ریبوزومها نیز از یکدیگر جدا می‌شوند. برای سنتز یک مولکول mRNA چندین ریبوزوم همزمان روی رشته قرار می‌گیرند و در پروتئین سازی شرکت می‌کنند.



تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 21:34 | نویسنده : NTM |

دید کلی

کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریبا نامحدود به نظر می‌رسد. این علم کاربردهای زیادی در علوم پایه و همچنین تولیدات صنعتی ، کشاورزی و علوم پزشکی دارد. در زمینه علوم پایه ، بررسیهایی مانند مکانیزمهای همانند سازی DNA و بیان ژنها در پروکاریوتها ، یوکاریوتها و ویروسها و همچنین چگونگی ساخته شدن و تغییرات پروتئینهای داخلی سلول و همچنین مکانیزم ایجاد سرطان از جمله کاربردهای مهندسی ژنتیک است. در زمینه کشاورزی که زمینه بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک بوده است، تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی ، تولید گیاهان پرمحصول و تولید گاوهای دارای شیر و گوشت بیشتر ، را می‌توان نام برد. در زمینه کاربردهای انسانی ، تشخیص بیماریهای ارثی ، تولید انسولین انسانی ، تولید هورمون رشد انسان و ... را می‌توان نام برد.

img/daneshnameh_up/8/85/16.jpg


 

تاریخچه

اهمیت بعضی از اصول علمی ، در زمان کشف آنها مشخص نمی‌شود، بلکه پس از مدت زمانی که می‌گذرد ارزش آنها معلوم می‌شود. یکی از مثالهای روشن این مساله کشف ساختمان سه بعدی DNA بوسیله واتسون و کریک در سال 1953 بود. این ساختمان نسبتا ساده باعث شد تا دانشمندان سیستمهای مختلف ژنتیکی را بررسی کنند. اما مطلب به همین جا ، ختم نشد و دانشمندان مختلف سعی کردند که از این اطلاعات استفاده نمایند. هدف آنها نیز بیان ساده‌ای داشت. آنها خواستند تا یک DNA را از یک موجود بگیرند و در موجود دیگر وارد نمایند تا اثرات آن ژن در موجود ثانویه بروز کند.

این علم نوین که به تدریج جای خود را در بین علوم دیگر پیدا کرد، با عناوین چون زیست مولکولی ، مهندسی ژنتیک و نهایتا DNA نوترکیب (Recombinant DNA) نامیده می‌شود. مثالی معروف از کارهای مهندسی ژنتیک تولید یک نوع باکتری اشرشیاکلی (E.Coli) است که قادر است انسولین انسانی بسازد. یا تولید گیاهان مقاوم به شوری و خشکی.

مراحل مهندسی ژنتیک

  • انتخاب ژن مورد نظر
  • جداسازی ژن مورد نظر
  • وارد کردن ژن مورد نظر در حامل
  • تکثیر ژن در میزبان مناسب
  • انتقال حامل ژن به سلول هدف
  • تکثیر سلول هدف
  • تولید انبوه محصول یا ایجاد صفت مورد نظر

تولید DNA نوترکیب با استفاده از آنزیمهای محدود‌الاثر(Restriction)

  • گروهی از آنزیم های محدود‌الاثر هنگام برش ، توالیهای مورد شناسایی‌شان را بطور نامتقارن می‌شکنند، در نتیجه در انتهای قطعات DNA حاصله رشته‌های تکی با حدود 4 نوکلئوتید بوجود می‌آید که به این انتهای تک رشته‌ای ، انتهای چسبنده (Sticky end) می‌گویند. یکی از آنزیمها ECORI نام دارد که باعث ایجاد قطعاتی می‌شود که در انتهای خود ، چسبنده می‌باشند.

  • حال فرض کنید که دو قطعه متفاوت DNA بوسیله یک آنزیم محدودالاثر یکسانی برش داده شده‌اند، اگر قطعات حاصل از این برش با هم مخلوط شوند و شرایط مناسب فراهم شود انتهاهای چسبناک که مکمل هم می‌باشند بهم متصل می‌شوند. سپس بوسیله آنزیم DNA لیگاز این رشته‌ها به صورت کووالانسی بهم متصل می‌شوند.

  • هدف اصلی برش DNA در مهندسی ژنتیک ، اتصال دو قطعه DNA به یکدیگر می‌باشد. ولی هنگام اتصال قطعات DNA ممکن است بجای اینکه قطعات DNA بهم متصل شوند، دو سر یک مولکول DNA بار دیگر بهم بچسبند و در نتیجه نوترکیب صورت نگیرد. برای جلوگیری از این کار از آنزیم فسفاتاز قلیایی استفاده می‌کنند. به این صورت که پس از برش دادن حامل بوسیله آنزیم محدودالاثر فسفاتاز را به محیط واکنش می‌افزایند و در نتیجه فسفات انتهای 5 مولکول DNA در هر دو طرف جدا می‌شود و امکان اتصال دو سر مولکول حامل ، بدون DNA تازه ، به یکدیگر از بین می‌رود.

سیستمهای کلون کردن ژن

کلون کردن یک ژن خاص مهمترین مرحله مهندسی ژنتیک است. هدف از کلون کردن ژن به دست آوردن مقادیر زیادی از ژنهای خاص به صورت خالص می‌باشد. هدف اصلی کلون کردن ژن ، انتقال ژن مورد نظر از داخل یک ژنوم بزرگ و پیچیده به داخل یک حامل ساده و کوچک تکثیر آن است.

مراحل کلون کردن ژن

  • جداسازی و قطعه قطعه کردن منبع DNA: منبع DNA می‌تواند، ژنوم کامل یک موجود باشد که در این صورت، باید آن را بوسیله آنزیم محدودالاثر برش داد و قطعات حاصله را برای کلون کردن بکار برد.

  • اتصال به یک حامل کلون (Cloning Vector): حاملهای کلون ، قطعات ژنتیکی کوچکی هستند که بطور مستقل توانایی تکثیر دارند و دارای محل برش بوسیله آنزیمهای محدودالاثر می‌باشند، ولی این برش نباید در محل همانند سازی این حاملها باشد.

  • ورود به داخل میزبان:DNA نوترکیب حاصل به روشهای مختلف وارد باکتری یا میزبان مورد نظر می‌شود.

  • شناسایی و جداسازی کلون حاوی ژن مورد نظر: این مرحله شامل جداسازی میزبانهایی است که ژن مورد نظر بوسیله حامل وارد آنها شده و به نحو موثر بیان می‌شود.

  • تولید تعداد زیاد سلولها و یا باکتریهای حاوی ژن: این کار به منظور جداسازی و بررسی ژن مورد نظر ، انجام می‌گیرد.

حاملهای کلون (Cloning Vector)

پلاسمیدها

قطعات DNA حلقوی هستند. که در داخل سیتوپلاسم باکتریها و جدا از کروموزوم آنها قرار دارند و بطور مستقل تکثیر می‌شوند. پلاسمیدها ، خصوصیات مفیدی برای استفاده به عنوان حامل دارند مانند: اندازه کوچک ، DNA حلقوی ، همانند سازی مستقل ، تکثیر زیاد و شاخصهای مفید دیگر مانند دارا بودن ژنهای مقاومت به آنتی بیوتیک که جداسازی کلنی‌های حاوی پلاسمید را راحتتر می‌کند.

باکتریوفاژها (ویروس باکتری)

  • ویروسها به خاطر داشتن پروتئینهای خاص ، نفوذ بسیار موثر و اختصاصی را به داخل سلولهای میزبان انجام می‌دهند.
  • بعضی ویروسها در قسمتی از چرخه تکثیر خود ، نفوذ پایداری به داخل ژنوم میزبان دارند که این باعث پایداری بیان ژن در داخل سلول میزبان می‌شود.
  • ویروسها دارای پروموتورهای خاصی هستند که بوسیله سلولهای میزبانی شناخته می‌شوند و این باعث بیان مناسب ژنهای کلون شده می‌شود.

کازمیدها (Cosmids)

کازمیدها در حقیقت قطعات حاصل از دو انتهای ژنوم از دو انتهای ژنوم باکتریوفاژها لامبدا قرار بگیرند و در نتیجه وارد سلول Ecoli (باکتری اشرشیاکلی)شوند. در داخل سلول E.Coli این DNA به صورت حلقوی در آمده و مانند یک پلاسمید عمل می کند.

فاسمیدها

یکی دیگر از حامل‌های DNA نوترکیب هستند که ترکیبی از ژنوم باکتریوفاژ و پلاسمیدها هستند.

انتخاب میزبان مناسب

میزبان مورد نظر باید خصوصیاتی از قبیل پایداری ژنتیکی ، ژنوم کاملا شناخته شده مشخصات فیزیولوژیک معلوم ، توانایی پذیرش DNA خارجی ، داشتن یک شاخص خاص برای شناسایی در مواقع لزوم و ... را داشته باشد. یکی از شناخته شده ترین میزبانهای مورد استفاده باکتری E.Coli است. هنگام انجام کارهای ژنتیکی باید با مطالعاتی کافی یک سیستم حامل میزبان مناسب را انتخاب کرد و بکار برد. باسیلوس سوبتلیس (B.Subtilis) در مواردی که هدف از کلون کردن تولید یک پروتئین خالص می‌باشد، بر E.Coli ترجیح دارد. زیرا خصوصیات تخمیری این باکتری برای تولیدات صنعتی مناسب تر است.

روشهای وارد کردن حاملها به داخل میزبان

ویروسها و باکتریوفاژها

برای ویروسها و باکتریوفاژها و همچنین DNA نوترکیب که در داخل کپسید ویروس ها قرار گرفته‌اند (کاسمیدها) روش ورود واضح است و همانند ورود معمولی ویروس ها در سلول های میزبان است.

  • ترانسفورماسیون: برای این کار DNA نوترکیب را با باکتری مجاور می‌کنند. این روش یکی از متداولترین روشهای انتقال است.

  • الکتروپوریشن: در این روش قطعات DNA را در یک محیط دارای بار الکتریکی در مجاورت سلولها قرار می‌دهند. بار الکتریکی باعث ایجاد منافذ ریز در غشای سیتوپلاسمی می‌شود که این خود باعث تسهیل ورود قطعات DNA به داخل سلول می‌گردد.

  • تفنگ ذره‌ای یا تفنگ اسید نوکلئیک: در این روش دقیقا تنگی در مقیاس میکروسکوپی وجود دارد که گلوله آن قطعات DNA می‌باشد و DNA را به داخل سلول ، شلیک می‌کند.


 

img/daneshnameh_up/0/0a/b.Gen.10.gif


 

انتخاب کلونهای تغییر یافته

پس از اینکه DNA نوترکیب ساخته شد و در داخل باکتری میزبان ، انتقال داده شد. حال نوبت به انتخاب کلونهای باکتریایی می‌رسد که DNA نوترکیب مورد نظر به داخل آن انتقال یافته و به نحو موثری در داخل آن بیان شود. 3 خصوصیت در بین حاملین مشترک است. قدرت تکثیر در میزبان ، محل ورود ژن خارجی و یک شاخص انتخابی.

شاخصهای انتخابی موجود بر روی حاملها

مقاومت به آنتی بیوتیکها

مقاومت به آنتی بیوتیکها معمولا یا بوسیله آنزیم هایی ایجاد می‌شود که باعث غیر فعال شدن آنتی بیوتیکها می‌شوند و یا با سنتز پروتئینهایی است که به روشهای مختلف باعث ممانعت از اثر آنتی بیوتیکها می‌شوند. هر دو نوع مکانیزم مقاومت فوق بوسیله قطعات ژنتیکی ، کنترل می‌شوند. این قطعات ژنتیکی را می‌توان در حاملها وارد کرد و از آنها به عنوان شاخصهای انتقال موثر استفاده کرد.

نیازهای متابولیزمی

نیازهای متابولیزمی طیف وسیعی از مواد مختلف را شامل می‌شود. برای این کار از گونه‌های خاص از میزبان استفاده می‌شود که تونایی ساختن یک ماده متابولیزمی ضروری از دست داده‌اند، در نتیجه این باکتریها بر روی محیطهای بدون این ماده متابولیزمی رشد ، نخواهد کرد. برای مثال اگر یک باکتری توانایی تولید اسید امینه لوسین را نداشته باشد. بر روی محیط فاقد لوسین رشد نخواهد کرد.

حال اگر ما از حاملی استفاده کنیم که حاوی ژن سنتز لوسین باشد، باکتریهای میزبان حاوی این حاملها بر روی محیط فاقد لوسین رشد خواهند کرد. پس از اینکه کلنی‌های حاوی ژن نوترکیب انتخاب و جدا شدند، این کلنی‌ها را به میزان دلخواه تکثیر می‌دهند و سپس ژن تکثیر شده را برای بررسیهای بعدی استخراج کرده قرار می‌دهند.

حاملهای بیان ژن (Expression Vector)

یک حامل بیان ژن حاصل است که نه تنها می‌توان از آن به عنوان حامل کلون استفاده کرد. بلکه این حامل دارای کی توالی تنظیمی می‌باشد که باعث می‌شود که بیان ژن مورد نظر تحت کنترل مهندسی ژنتیک قرار گیرد. یک حامل بیان ژن خوب باید دارای مشخصات زیرا باشد. هر چه قدر تعداد نسخه‌های یک ژن بیشتر باشد، میزان بیان آنها بیشتر خواهد بود. پلاسمیدها از این نظر مناسب هستند. قدرت آغازگری آن خوب باشد. الگوی خواندن آن مناسب باشد. بطور کلی وظیفه مهندسی ژنتیک ایجاد یک حامل مناسب است که بتوانند بطور موثری به داخل میزبان وارد شود به تعداد همانند سازی کند بطور موثر نسخه برداری شود - بطور موثر ترجمه شود.



تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 21:31 | نویسنده : NTM |

نگاه کلی

واژه کروموزم به مفهوم جسم رنگی ، که در سال 1888 بوسیله والدیر بکار گرفته شد. هم اکنون این واژه برای نامیدن رشته‌های رنگ‌پذیر و قابل مشاهده با میکروسکوپهای نوری بکار می‌رود که از همانندسازی و نیز بهم پیچیدگی و تابیدگی هر رشته کروماتین اینترفازی در سلولهای یوکاریوتی تا رسیدن به ضخامت 1000 تا 1400 نانومتر ایجاد می‌شود. در پروکاریوتها نیز ماده ژنتیکی اغلب به حالت یک کروموزوم متراکم می‌شود. در برخی باکتریها علاوه بر کروموزوم اصلی که اغلب ژنها را شامل می‌شود کروموزوم کوچک دیگری که بطور معمول آن را پلاسمید می‌نامند، قابل تشخیص است گر چه تعداد کمی از ژنها بر روی پلاسمید قرار دارند.

اما از آنجا که در بیشتر موارد ژنهای مقاومت به آنتی بیوتیکها بر روی آن جایگزین شده‌اند، از نظر پایداری و بقای نسل باکتری اهمیت زیادی دارد. کروماتین در ساختمان کروموزوم به شکل لوپ دیده می‌شود. لوپها توسط پروتئینهای اتصالی به DNA که مناطق خاصی از DNA را تشخیص می‌دهند پابرجا می‌ماند. سپس مراحل پیچ خوردگی نهایتا نوارهایی را که در کروموزومهای متافازی دیده می‌شود ایجاد می‌کند. هر تیپ کروموزومی یک نوع نواربندی اختصاصی را در ارتباط با نوع رنگ آمیزی نشان می‌دهد. این رنگ آمیزیها منجر به مشخص شدن تعداد و خصوصیات کروموزومهای هر گونه از موجودات زنده می‌گردد. که این خصوصیات تعدادی و مورفولوژیک کروموزومها را کاریوتیپ می‌نامند.



img/daneshnameh_up/e/e9/chromatn.2.jpg


 

مراحل تبدیل رشته کروماتین به کروموزوم

برای تبدیل یک رشته کروماتینی 10 تا 30 نانومتری به یک کروموزوم ، علاوه بر لزوم همانندسازی رشته کروماتین سطوح سازمان یافتگی‌ای را در نظر می‌گیرند که ضمن آن با دخالت H3 ، H1 و پروتئین‌های غیر هیستونی پیچیدگیها و تابیدگیهای رشته کروماتین افزایش می‌یابد، طول آن کم ، ضخامت و تراکمش زیاد می‌شود و به کروموزوم تبدیل می‌گردد. این سطوح سازمان یافتگی و اغلب به صورت رسیدن از رشته 10 تا 30 نانومتری به رشته 90 تا 100 نانومتری تشکیل رشته 30 تا 400 نانومتری و در مراحل بعد با افزایش پیچیدگیها و تابیدگیها ، ایجاد رشته 700 نانومتری و بالاخره تشکیل کروموزوم دارای دو کروماتید و با ضخامت تا 1400 نانومتر در نظر می‌گیرند.

اولین مرحله پیچیدگی و تراکم رشته کروماتین برای تبدیل به کروموزوم با فسفریلاسیون شدید هیستونهای H3 ، H1 همراه است. پس از رها شدن DNA از اکتامر هیستونی ، با دخالت آنزیمهای مسئول همانندسازی ، پیوندهای هیدروژنی بین دو زنجیره گسسته می‌شود، هر زنجیره مکممل خود را می‌سازد و به تدریج با ادامه همانندسازی ، دو مولکول DNA بوجود می‌آید که در هر مولکول یک زنجیره قدیمی و زنجیره دیگر نوساخت است. بخشهای مختلف این دو مولکول DNA که نظیر همدیگر هستند به تدریج که همانندسازیشان پایان می‌پذیرد، با اکتامرهای هیستونی که نیمی از آنها اکتامرهای والدی و نیمی جدید هستند ترکیب می‌شوند.

بعد از تشکیل ساختمان نوکلئوزومی ، دو رشته کروماتین 10 نانومتری و سپس رشته‌های 30 نانومتری ایجاد می‌شوند. هر رشته کروماتین 30 نانومتر سطوح سازمان یافتگی را می‌گذارند، با مجموعه‌ای از پروتئینهای غیر هیستونی زمینه‌ای یا اسکلتی آمیخته می‌شود و به یک کروماتید تبدیل می‌شود. مجموعه دو کروماتید نظیر هم که از محل سانترومر بهم متصل‌اند کروموزوم متافازی را ایجاد می‌کنند.

اجزای ساختمانی کروموزوم

در متافاز که کروموزومها سازمان یافتگی بیشتری دارند، برای هر کروموزوم بخشهای زیر در نظر گرفته می‌شود.

کروماتید

کروماتید بخشی از کروموزوم متافازی است که نیمی از سراسر طول کروموزوم را می‌سازد. دو کروماتید هر کروموزوم از ناحیه سانترومر بهم متصل‌اند. هر کروماتید از ابر پیچیدگیهای رشته کروماتین و آمیختگی آن با پروتئینهای غیر هیستونی اسکلتی یا زمینه‌ای بوجود آمده است. دو کروماتید هر کروموزوم متافازی را که در حکم تصویر آینه‌ای یکدیگر هستند، کروماتیدهای خواهر یا کروماتیدهای نظیر می‌نامند.

در پروفاز و گاهی در اینترفاز ، کروموزوم به صورت رشته‌های بسیار نازکی است که آنها را کرومونما می‌نامند این رشته‌ها مراحل مقدماتی تراکم کروماتید را نشان می‌دهند. کروماتید و کرومونما ، نامی برای مشخص کردن دو ساختمان یکسان اما با دو درجه سازمان یافتگی است. کرومومر نیز از تجمع ماده کروماتینی به صورت دانه‌های کروی ایجاد می‌شود.



img/daneshnameh_up/5/56/chromatin.1.jpg


 

سانترومر

محل اتصال دو کروماتید خواهر هر کروموزوم متافازی را سانترومر نامند. سانترومر بخش نازکی از کروموزوم که جایگاه آنرا فرورفتگی اولیه نیز می‌نامند. ناحیه سانترومر ناحیه بسیار هتروکروماتینی است و بویژه در بخشهای کناری خود دارای ژنها یا ترتیب‌های نوکلوتیدی تکراری است. این بخشهای هتروکروماتین با رنگهای بازی شدت رنگ می‌گیرند. هر کروموزوم علاوه بر سانترومر اصلی ممکن است دارای سانترومر یا سانترومرهای فرعی در محل فشردگیهای ثانویه باشد. فشردگیهای ثانویه با داشتن پیچیدگیهای کمتر از فشردگی اولیه قابل تشخیص‌اند.

کینه توکور

طرفین سانترمر هر کروموزوم را دو بخش پروتئینی پیاله مانند و متراکم به اسم کینه توکور می‌پوشاند. هر کینه توکور دارای سه بخش بیرونی و میانی و درونی است. در ساختمان هر بخش پروتئینهای رشته‌ای با تراکم متفاوتی قابل تشخیص هستند بخش بیرونی متراکم و بخش میانی کم تراکم است. بخش درونی بطور فشرده‌ای با سانترومر اتصال دارد. کینه توکورها از مراکز سازماندهی میکروتوبولها و رشته‌های دوک میتوزی هستند.

تلومر

این اصطلاح برای بخشهای انتهایی کروماتید بکار گرفته می‌شود. تلومرها دارای ویژگیهای سلول شناسی خاصی هستند. در مگس سرکه ترتیب‌های DNAای تلومری که در انتهای همه کروموزومها وجود دارد جدا سازی و بررسی شده است. تلومرها انتهاهای مولکولهای طویل و خطی DNAای هستند که در هر کروماتید وجود دارد. از سوی دیگر وقتی کروموزومها بوسیله عواملی مثل پرتوهای X یا اثر آلکالوئیدها شکسته شوند، انتهاهای آزاد بدون تلومر آنها چسبنده می‌شود و با سایر کروموزومها ادغام می‌شود. علاوه بر نقشی که تلومرها در پایداری کروموزومها دارند، در برخی گونه‌ها به حالت مهیا و بعضی بین دو کروموزوم عمل کرده و نوک به نوک اتصال موقتی پیدا می‌کنند.

فرورفتگی ثانویه

یکی دیگر از ویژگیهای ریخت شناسی کروموزومها هستند که از نظر موقعیت و فواصلشان بر حسب گونه‌ها جای ثابتی دارند. وجود آنها از نظر تشخیص کروموزومها بویژه در یک مجموعه کروموزومی مفید است فرورفتگیهای ثانویه به دلیل عدم ایجاد انحرافهای زاویه‌دار در قطعات کروموزومی از فرورفتگیهای اولیه شناخته می‌شوند.

سازمان دهندگان هستکی

این نواحی فرورفتگیهای ثانویه‌ای هستند که دارای ژنهای رمزدار کننده RNAهای ریبوزومی جز rRNA5S می‌باشند و در تشکیل هستک دخالت دارند. پدیدار شدن فرورفتگی ثانویه به دلیل رونویسی بسیار فعال ژنهای rRNAای است که آنها را از فرورفتگی‌های اولیه مشخص می‌سازد. در انسان سازمان دهندگان هستکی در فرورفتگیهای ثانویه کروموزومهای 13 و 14 و 15 و 21 و22 قرار دارند که همه از کروموزمهای آکروسانتریک و دارای ماهواره هستند.

ماهواره

جسم کوچکی کروی است که از بقیه کروموزوم بوسیله یک فرورفتگی ثانویه جدا می‌شود. ماهواره و فرورفتگی ثانویه از نظر شکل و بزرگی برای هر کروموزوم ویژه ، ثابت هستند. ماهواره‌های کروموزومی بخشهایی از کروموزوم از دیدگاه ریخت شناسی هستند و نبایستی آنها را با ماهواره‌های DNAای که دارای ترتیب‌های DNAای بسیار تکراری می‌باشند اشتباه کرد.



img/daneshnameh_up/7/70/ch.3.jpg


 

انواع کروموزمها از نظر تعداد سانترومر

کروموزومها را از نظر تعداد سانترومرهایشان به کروموزمهای یک سانترومری ، دو سانترومری و چند سانترومری تقسیم می‌کنند وقتی تحت تاثیر عواملی مثل پرتوهای X کروموزمها خرد شوند و قطعاتشان ادغام شود، کروموزومهای به اصطلاح بدون سانترومر ایجاد می‌کنند. این کروموزومها هنگام تقسیم سلولی رفتار عادی مثل سایر کروموزومها را ندارند.

انواع کروموزوم از نظر محل سانترومر

  • کروموزمهای تلوسانتریک: سانترومر در یکی از دو انتهای کروموزومها قرار گرفته است.

  • کروموزومهای آکروسانتریک: سانترومر آنها نزدیک به یکی از دو انتهای کروموزوم قرار گرفته در نتیجه یکی از بازوها نسبتا به دیگری بسیار کوچک است از قطعات کروموزومی از محل قرار گرفتن سانترومر از بازوهای کروموزومی می‌نامند.

  • کروموزمهای متاسانتریک: سانترومر آنها در وسط کروموزوم قرار گرفته و در نتیجه بازوهای کروموزم هم اندازه هستند اکثر کروموزمها دارای یک سانترومر هستند. برخی گونه‌ها سانترومرهای بخش شده‌ای دارند در رشته‌های دوکی به تمامی طول کروموزوم متصلند این کروموزومها را هولوسانتریک گویند.


تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 21:31 | نویسنده : NTM |

دید کلی

ماهیت مولکولی ماده ژنتیکی چیست؟ چطور اطلاعات ژنتیکی از یک نسل به نسل بعد با صحت بالا انتقال می‌یابد؟ تغییرات نادر در ماده ژنتیکی که ماده خام تکامل می‌باشد، چگونه ایجاد می‌شوند؟ چطور اطلاعات ژنتیکی نهایتا به شکل توالیهای اسید آمینه‌ای مولکولهای پروتئینی متنوع موجود در یک سلول زنده ، بیان می‌شود؟ و ... . واحد پایه اطلاعات در سیستمهای زنده ، ژن می‌باشد.

از نظر بیوشیمیایی یک ژن به صورت قطعه‌ای از DNA تعریف می‌شود که اطلاعات مورد نیاز برای ایجاد یک محصول دارای فعالیت بیولوژیک راکد می‌کند. محصول نهایی معمولا یک پروتئین است. ممکن است محصول ژنی وظیفه‌ای یکی از انواع RNA باشد. ذخیره ، حفظ و متابولیزم این واحدهای اطلاعاتی موضوعات بحث را در ژنتیک مولکولی تشکیل می‌دهند. پیشرفتهای اخیر در ژنتیک مولکولی ، منجر به مطرح شدن سه فرآیند اصلی در استفاده از اطلاعات ژنتیکی شده است.


  • اولین فرآیند ، همانند سازی DNA یا نسخه برداری از DNA مادری و تولید مولکولهای DNA با توالیهای نوکلئوتیدی یکسان می‌باشد.

  • دومین فرآیند سنتز RNA از روی DNA است، که طی قسمتهایی از پیام ژنتیکی کد شده در DNA دقیقا به صورت RNA ، نسخه برداری می‌شود.

  • سومین فرآیند ، ترجمه می‌باشد که به موجب آن پیام ژنتیکی کد شده در RNA پیک بر روی ریبوزومها به پلی‌پپتیدی با توالی مشخص از اسیدهای آمینه ترجمه می‌شود.



img/daneshnameh_up/e/e9/chromatn.2.jpg

وقایع مهم در ژنتیک مولکولی تا سال 1944

  • شروع ژنتیک توسط گرگور مندل و با مقاله‌ای بود که وی در سال 1866 در مجموعه مقالات انجمن علوم طبیعی در مورد نخود فرنگی ، به چاپ رساند.
  • تا سال 1900 طول کشید تا سایر زیست شناسان مانند هوگو ، کورنس و شرماک اهمیت کار مندل را درک کنند و این علم پس از رکورد طولانی توالی دوباره یافت.
  • در سال 1903 ، ساتن پیشنهاد کرد که ژنها روی کروموزومها قرار دارند.
  • در سال 1909 ، یوهانس پیشنهاد کرد که عوامل مندلی ژن نامیده شدند.
  • در سال 1910 ، مورگان آزمایشهای زیادی بر روی مگس سرکه انجام داد.
  • در سال 1927 ، مولر کشف کرد که اشعه ایکس ایجاد موتاسیون (جهش) در مگس سرکه می‌نماید.
  • در سال 1941 ، بیدل و تاتوم پیشنهاد کردند که هر ژن فعالیت یک آنزیم را کنترل می‌کند.
  • در سال 1944 ، کتاب زندگی چیست توسط یک فیزیکدان به نام شرودینگر انتشار یافت.

کشف ساختمان DNA

شناخت امروزی ما در مورد مسیرهای اطلاعاتی از همگرایی یافته‌های ژنتیکی ، فیزیکی و شیمیایی در بیوشیمی امروزی حاصل شده است. لین شناخت در کشف ساختمان دو رشته مارپیچی DNA ، توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال 1953 خلاصه گردید. فرضیه ژنتیکی ، مفهوم کد نمودن توسط ژنها را مشخص نمود. با استفاده از روشهای فیزیکی ، تعیین ساختمان مولکولی DNA بوسیله آزمایش انکسار اشعه ایکس ممکن گردید. شیمی نیز ترکیب DNA را آشکار نمود. ساختمان مارپیچی دو رشته‌ای DNA ، چگونگی نسخه برداری آن را نشان داد، نحوه تولید RNA و سنتز پروتئین از روی آن را شفاف کرد.



تصویر

ژنها و کروموزومها

ژنها قطعاتی از یک کروموزوم هستند که اطلاعات مورد نیاز برای یک مولکول DNA یا یک پلی پپتید را دارند. علاوه بر ژنها ، انواع مختلفی از توالیهای مختلف تنظیمی در روی کروموزومها وجود دارد که در همانند سازی ، رونویسی و ... شرکت دارند. کروموزومهای یوکاریوتی دارای دو توالی مهم تکراری DNA می‌باشند که عمل اختصاصی را انجام می‌دهند؛ سانترومرها که نقاط اتصالی برای دوک تقسیم هستند و تلومرها که در دو انتهای کروموزوم وجود دارند. کروماتین در یوکاریوتها به صورت واحدهای نوکلئوزومی قرار دارد.

متابولیزم DNA

سلامت DNA بیشترین اهمیت را برای سلول دارد که آن را می‌توان از پیچیدگی و کثرت سیستمهای آنزیمی شرکت کننده در همانند سازی ، ترمیم و نوترکیبی DNA ، دریافت. همانند سازی DNA با صحت بسیار بالا و در یک دوره زمانی مشخص در طی چرخه سلولی به انجام می رسد. همانند سازی نیمه حفاظتی است، بطوری که هر رشته آن به عنوان قالبی برای تولید رشته جدید DNA مورد استفاده قرار می‌گیرد. سلولها دارای سیستمهای متعددی برای ترمیم DNA هستند. توالیهای DNA در طی واکنشهای نوترکیبی ، در فرآیندهایی که شدیدا هماهنگ با همانند سازی یا ترمیم DNA هستند، نو آرایی می‌شوند.

متابولیزم RNA

رونویسی توسط آنزیم RNA پلیمراز وابسته به DNA کاتالیز می‌شود. رونویسی در چندین فاز ، شامل اتصال RNA پلیمراز به یک جایگاه DNA به نام پروموتور ، شروع سنتز رونویسی ، طویل سازی و خاتمه ، روی می‌دهد. سه نوع RNA ساخته می‌شود؛ RNA پیک که برای ساختن پلی پپتیدها مورد استفاده قرار می‌گیرد. RNA ناقل که در انتقال اسیدهای آمینه بر روی ریبوزومها برای پروتئین سازی ، شرکت دارند و RNA ریبوزومی که در ساختار ریبوزوم شرکت دارند. این RNA ها به صورت پیش ساز ساخته می‌شوند که طی فرآیندهای آنزیمی بالغ می‌شوند.

متابولیزم پروتئین

پروتئینها در یک کمپلکس RNA پروتئینی به نام ریبوزوم ، با یک توالی اسید آمینه‌های خاص در طی ترجمه اطلاعات کد شده در RNA پیک ، سنتز می‌گردند. اسیدهای آمینه‌ای که توسط کدونهای RNA پیک مشخص می‌گردند، از کلمات سه حرفی نوکلئوتیدی تشکیل شده‌اند. برای ترجمه نیاز به مولکولهای RNA ناقل می‌باشد که با شناسایی کدونها ، اسیدهای آمینه را در موقعیتهای متوالی مناسب خود در داخل زنجیر پلی پپتیدی قرار می‌دهند. بعد از سنتز بسیاری از پروتئینها به موقعیتهای خاص خود در داخل سلول هدایت می‌شوند.



تصویر

تنظیم بیان ژن

بیان ژنها توسط فرآیندهایی تنظیم می‌شود که بر روی سرعت تولید و تخریب محصولات ژنی اثر می‌گذارند. بیشتر این تنظیم در سطح شروع رونویسی و بواسطه پروتئینهای تنظیمی رخ می‌دهد که رونویسی را از پروموتورهای اختصاصی مهار یا تحریک می‌کنند. اثر مهارکننده ها را تنظیم منفی و فعال شدن را تنظیم مثبت گویند. پروتئینهای تنظیمی ، پروتئینهای اتصالی DNA هستند که توالیهای اختصاصی از DNA را شناسایی می‌کنند. هورمونها بر روی تنظیم بیان ژن تأثیر دارند. موجودات یوکاریوت و پروکاریوت دارای مکانیزمهای متفاوتی برای تنظیم بیان ژنهای خود دارند.

فناوری DNA نوترکیبی

با استفاده از فناوری DNA نو ترکیبی مطالعه ساختمان و عملکرد ژن بسیار آسان شده است. جداسازی یک ژن از یک کروموزوم بزرگ نیاز دارد به، روشهایی برای برش و دوختن قطعات DNA ، وجود ناقلین کوچک که قادر به تکثیر خود بوده و ژنها در داخل آنها قرار داده می‌شوند، روشهایی برای ارائه ناقل حاوی DNA خارجی به سلولی که در آن بتواند تکثیر یافته و کلنیهایی را ایجاد کند و روشهایی برای شناسایی سلولهای حاوی DNA مورد نظر. پیشرفتهای حاصل در این فناوری ، در حال متحول نمودن بسیاری از دیدگاههای پزشکی ، کشاورزی و سایر صنایع می‌باشد

تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 21:30 | نویسنده : NTM |

اطلاعات اولیه

علم ژنتیک یکی از شاخه‌های علوم زیستی است. بوسیله قوانین و مفاهیم موجود در این علم می‌توانیم به تشابه یا عدم تشابه دو موجود نسبت به یکدیگر پی ببریم و بدانیم که چطور و چرا چنین تشابه و یا عدم تشابه در داخل یک جامعه گیاهی و یا جامعه جانوری ، بوجود آمده است. علم ژنتیک علم انتقال اطلاعات بیولوژیکی از یک سلول به سلول دیگر ، از والد به نوزاد و بنابراین از یک نسل به نسل بعد است. ژنتیک با چگونگی این انتقالات که مبنای اختلالات و تشابهات موجود در ارگانیسم‌هاست، سروکار دارد. علم ژنتیک در مورد سرشت فیزیکی و شیمیایی این اطلاعات نیز صحبت می‌کند.



تصویر


 

منبع گوناگونی ژنتیکی چیست؟

چگونه گوناگونی در جمعیت توزیع می‌گردد؟ البته تمام اختلافات ظاهری موجودات زنده توارثی نیست، عوامل محیطی و رشدی موجود نیز مهم بوده و بنابراین برای دانشمندان ژنتیک اهمیت دارد. مدتها قبل از اینکه انسان در مورد مکانیزم ژنتیکی فکر کند، این مکانیزم در طبیعت به صورت موثری عمل می‌کرده است. جوامع گوناگونی از حیوانات و جانوران بوجود آمدند که تفاوتهای موجود در آنها ، در اثر همین مکانیزم ژنتیکی بوجود می‌آمد.

تغییراتی که در اثر مکانیزم ژنتیکی و در طی دوران متمادی در یک جامعه موجود زنده تثبیت شده، تکامل نامیده می‌شود. تغییرات وسیعی نیز در اثر دخالت بشر در مکانیزم ژنها بوجود آمده که برای او مفید بوده است. جانوران و گیاهان وحشی ، اهلی شده‌اند، با انتخاب مصنوعی ، موجودات اهلی بهتر از انواع وحشی در خدمت به بشر واقع شده‌اند.

تاریخچه

علم ژنتیک در اواخر قرن 19 با آزمایشات مندل در نخود فرنگی ، شروع گریدید. با اینکه پیشرفت در اوایل کند بود، ولی در اوایل قرن 20 ، جایگاه مهم خود را در علوم جدید پیدا کرد. آزمایشات متعددی که در این قرن ابتدا در مگس سرکه توسط مورگان و ذرت و سپس میکروارگانیزم‌ها انجام گرفت، طیف این دانش را به حدی وسیع نمود که امروزه در بیشتر شاخه‌های علوم ، از سطح مولکولی گرفته تا محاسبات پیچیده ریاضی ، مورد بررسی قرار می‌گیرد. با کمک مهندسی ژنتیک انتقال صفات بین گونه‌ها و جنسها امکان‌پذیر شده و این شاخه جدید ژنتیک گره گشای بسیاری از مسائل پزشکی و کشاورزی گردیده است.



تصویر


 

رشد تسلسلی مفاهیم ژنتیکی

رشد و گسترش مفاهیم موجود در هر علم ، مبتنی بر واقعیتهایی است که به مرور زمان شناسایی و روی هم انباشته می‌شوند و به این ترتیب رشد تسلسلی آن را بوجود می‌آورند. موارد فهرست‌وار زیر بخشی از مراحل مختلف رشد این علم جوان را تشکیل می‌دهد:


  • توارث از صفات ویژه تمام موجودات زنده است، یعنی اینکه هر موجود زنده همانند خود را در یکی از مراحل زندگی خود تولید می‌کند.

  • در تولید مثل ، عامل یا عواملی از والدین به نتایج منتقل می‌شود. فقط در قرن اخیر بود که دانشمندان به واقعیت این امر پی بردند. پیشرفتهای حاصله در اصلاح تکنیکهای میکروسکوپی در قرن 19 روشن نمود که ماده‌ای از والدین به فرزند انتقال می‌یابد و از این تاریخ به بعد اعتقادات پیشینیان مبنی بر اینکه ، تولید مثل از پدیده‌های خارق‌العاده منشا می‌گیرد، مردود شناخته شد.

  • در داخل یک گونه تغییرات توارثی وجود دارد. با پیدایش مفاهیم و پدیده‌های تکاملی که توسط لامارک و داروین عنوان گردیدند، امکان وجود تغییرات توارثی بین گونه‌ها توجیه شد و تائید گردید که بدون تغییرات ژنتیکی ، تکامل گونه‌ها به این سادگی امکان‌پذیر نبوده است.

  • تغییرات ژنتیکی را می‌توان از تغییرات محیطی جدا نمود. صفات موجودات زنده که کلا فنوتیپ آن را تشکیل می‌دهند، تابعی از ترکیب ژنتیکی آنها (ژنوتیپ) و عوامل محیطی است که این موجود در آن زندگی می‌کند. تظاهر فنوتیپ ، تابع ژنوتیپ و عوامل محیطی است. این عوامل ممکن است فنوتیپ را تغییر دهند، ولی ژنوتیپ را تغییر نمی‌دهند. به عبارت دیگر ، محیط صحنه‌ای است که ژنوتیپ بازیگر آن می‌باشد و فنوتیپ نیز محصولی است که در نتیجه عمل متقابل ژنوتیپ و محیط بوجود می‌آید.

  • ماده‌ای که از یک نسل به نسل دیگر منتقل می‌شود، حامل کلیه اطلاعات و خصوصیات یک فرد به صورت رمز (Code) می‌باشد. در سالهای اخیر ماهیت ماده ژنتیکی شناخته شد و معلوم گردید که ماده منتقله از یک نسل به نسل دیگر DNA است که کلیه اطلاعات و خصوصیات یک فرد بالغ را به صورت رمز دارا می‌باشد.

  • تغییرات آنی ، نادر و غیرقابل پیش بینی شده‌ای در ماده ارثی یک موجود بوجود می‌آید، این تغییرات موتاسیون نام دارند.




 

تصویر

*ژنها واحدهای ارثی هستند.


موضوعات مورد بحث در ژنتیک پایه

ژنتیک مندلی

ژنتیک مندلی یا کروموزومی بخشی از ژنتیک امروزی است که از توارث ژنهای موجود در روی کروموزوم‌ها بحث می‌کند، اما برعکس در ژنتیک غیر مندلی که به ژنتیک غیر کروموزومی نیز معروف است، توارث مواد ژنتیکی موجود در کلروپلاست و میتوکندری ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

تغییرات نسبتهای مندلی

نسبتهای فنوتیپی مندلی در مونوهیبریدها (3:1) ، تحت تاثیر عوامل متعددی چون غالبیت ناقص ، هم بارزی ، ژنهای کشنده ، نافذ بودن و قدرت تظاهر یک ژن و چند آللی قرار می‌گیرد که نسبتهای مندلی را تغییر می‌دهد.

احتمالات

آشنایی با قوانین علم احتمالات ، از نظر درک چگونگی انجام پدپده‌های ژنتیکی ، پیش بینی فنوتیپی ، نتایج حاصله از یک آمیزش و برآورد انطباق نسبت فنوتیپی نسل اول و دوم ، با یکی از مکانیزمهای ژنتیکی دارای اهمیت فوق‌العاده‌ای می‌باشد.

پیوستگی ژنها

پدیده پیوستگی ژنها (Linkage) بوسیله سوتون ، در سال 1903 ، عنوان گردید. سوتون با بیان اینکه کروموزوم‌ها حامل عوامل ارثی (ژنها) هستند، روشن نمود که تعداد ژنها به مراتب بیشتر از تعداد کروموزوم‌ها بوده و بنابراین هر کروموزوم ، می‌تواند حامل ژنهای متعددی باشد.

جهش ژنی

موتاسیون ژنی را در اصل ، بدن توجه به تغییرات ماده ژنتیکی ، برای بیان تغییرات فنوتیپی در جانوران یا گیاهان نیز بکار برده‌اند و بدان مناسبت ، موجودی که فنوتیپ آن در نتیجه موتاسیون تغییر می‌کند را موتان می‌گویند.



تصویر


 

ارتباط ژنتیک با سایر علوم

ژنتیک علمی است جدید و تقریبا از اوایل سالهای 1900 میلادی با ظهور علوم سیتولوژی و سیتوژنتیک جنبه علمی‌تر به خود گرفته است. علم سیتولوژی با ژنتیک قرابت نزدیکی دارد و به کمک این علم می‌توان مورفولوژی ، فیزیولوژی و وظایف ضمائم مختلف یک یاخته را مورد بررسی قرار داد. سیتوژنتیک نیز بخشی از علوم زیستی است که روی کروموزوم ، ضمائم یاخته و ارتباط آن با پدیده‌های ژنتیکی بحث می‌کند و در واقع علم دورگه‌ای از سیتولوژی و ژنتیک به شمار می‌رود.



تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 21:29 | نویسنده : NTM |

اطلاعات اولیه

علم ژنتیک یکی از شاخه‌های علوم زیستی است. بوسیله قوانین و مفاهیم موجود در این علم می‌توانیم به تشابه یا عدم تشابه دو موجود نسبت به یکدیگر پی ببریم و بدانیم که چطور و چرا چنین تشابه و یا عدم تشابه در داخل یک جامعه گیاهی و یا جامعه جانوری ، بوجود آمده است. علم ژنتیک علم انتقال اطلاعات بیولوژیکی از یک سلول به سلول دیگر ، از والد به نوزاد و بنابراین از یک نسل به نسل بعد است. ژنتیک با چگونگی این انتقالات که مبنای اختلالات و تشابهات موجود در ارگانیسم‌هاست، سروکار دارد. علم ژنتیک در مورد سرشت فیزیکی و شیمیایی این اطلاعات نیز صحبت می‌کند.



تصویر

تاریخچه ژنتیک

علم زیست شناسی ، هرچند به صورت توصیفی از قدیمی‌ترین علومی بوده که بشر به آن توجه داشته است. اما از حدود یک قرن پیش این علم وارد مرحله جدیدی شد که بعدا آن را ژنتیک نامیده‌اند و این امر انقلابی در علم زیست شناسی بوجود آورد. در قرن هجدهم ، عده‌ای از پژوهشگران بر آن شدند که نحوه انتقال صفات ارثی را از نسلی به نسل دیگر بررسی کنند. ولی به دو دلیل مهم که یکی عدم انتخاب صفات مناسب و دیگری نداشتن اطلاعات کافی در زمینه ریاضیات بود، به نتیجه‌ای نرسیدند.

اولین کسی که توانست قوانین حاکم بر انتقال صفات ارثی را شناسایی کند، کشیشی اتریشی به نام گریگور مندل بود که در سال 1865 این قوانین را که حاصل آزمایشاتش روی گیاه نخود فرنگی بود، ارائه کرد. اما متاسفانه جامعه علمی آن دوران به دیدگاهها و کشفیات او اهمیت چندانی نداد و نتایج کارهای مندل به دست فراموشی سپرده شد. در سال 1900 میلادی کشف مجدد قوانین ارائه شده از سوی مندل ، توسط درویس ، شرماک و کورنز باعث شد که نظریات او مورد توجه و قبول قرار گرفته و مندل به عنوان پدر علم ژنتیک شناخته شود.

در سال 1953 با کشف ساختمان جایگاه ژنها از سوی جیمز واتسون و فرانسیس کریک ، رشته‌ای جدید در علم زیست شناسی بوجود آمد که زیست شناسی ملکولی نام گرفت . با حدود گذشت یک قرن از کشفیات مندل در خلال سالهای 1971 و 1973 در رشته زیست شناسی ملکولی و ژنتیک که اولی به بررسی ساختمان و مکانیسم عمل ژنها و دومی به بررسی بیماریهای ژنتیک و پیدا کردن درمانی برای آنها می‌پرداخت ، ادغام شدند و رشته‌ای به نام مهندسی ژنتیک را بوجود آوردند که طی اندک زمانی توانست رشته‌های مختلفی اعم از پزشکی ، صنعت و کشاورزی را تحت‌الشعاع خود قرار دهد.

تقسیم بندی علم ژنتیک

ژنتیک را می‌توان به سه گروه تقسیم بندی کرد.

موضوعات مورد بحث در ژنتیک پایه




تصویر

ژنتیک مندلی

ژنتیک مندلی یا کروموزومی بخشی از ژنتیک امروزی است که از توارث ژنهای موجود در روی کروموزوم‌ها بحث می‌کند، اما برعکس در ژنتیک غیر مندلی که به ژنتیک غیر کروموزومی نیز معروف است، توارث مواد ژنتیکی موجود در کلروپلاست و میتوکندری ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

تغییرات نسبتهای مندلی

نسبتهای فنوتیپی مندلی در مونوهیبریدها (3:1) ، تحت تاثیر عوامل متعددی چون غالبیت ناقص ، هم بارزی ، ژنهای کشنده ، نافذ بودن و قدرت تظاهر یک ژن و چند آللی قرار می‌گیرد که نسبتهای مندلی را تغییر می‌دهد.

احتمالات

آشنایی با قوانین علم احتمالات ، از نظر درک چگونگی انجام پدپده‌های ژنتیکی ، پیش بینی فنوتیپی ، نتایج حاصله از یک آمیزش و برآورد انطباق نسبت فنوتیپی نسل اول و دوم ، با یکی از مکانیزمهای ژنتیکی دارای اهمیت فوق‌العاده‌ای می‌باشد.

پیوستگی ژنها

پدیده پیوستگی ژنها (Linkage) بوسیله سوتون ، در سال 1903 ، عنوان گردید. سوتون با بیان اینکه کروموزوم‌ها حامل عوامل ارثی (ژنها) هستند، روشن نمود که تعداد ژنها به مراتب بیشتر از تعداد کروموزوم‌ها بوده و بنابراین هر کروموزوم ، می‌تواند حامل ژنهای متعددی باشد.

جهش ژنی

موتاسیون ژنی را در اصل ، بدن توجه به تغییرات ماده ژنتیکی ، برای بیان تغییرات فنوتیپی در جانوران یا گیاهان نیز بکار برده‌اند و بدان مناسبت ، موجودی که فنوتیپ آن در نتیجه موتاسیون تغییر می‌کند را موتان می‌گویند.

موضوعات مورد بحث در ژنتیک مولکولی

کشف ساختمان DNA

شناخت امروزی ما در مورد مسیرهای اطلاعاتی از همگرایی یافته‌های ژنتیکی ، فیزیکی و شیمیایی در بیوشیمی امروزی حاصل شده است. این شناخت در کشف ساختمان دو رشته مارپیچی DNA ، توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال 1953 خلاصه گردید. .



تصویر

ژنها و کروموزومها

ژنها قطعاتی از یک کروموزوم هستند که اطلاعات مورد نیاز برای یک مولکول DNA یا یک پلی پپتید را دارند. علاوه بر ژنها ، انواع مختلفی از توالیهای مختلف تنظیمی در روی کروموزومها وجود دارد که در همانند سازی ، رونویسی و ... شرکت دارند.

متابولیزم DNA

سلامت DNA بیشترین اهمیت را برای سلول دارد که آن را می‌توان از پیچیدگی و کثرت سیستمهای آنزیمی شرکت کننده در همانند سازی ، ترمیم و نوترکیبی DNA ، دریافت. همانند سازی DNA با صحت بسیار بالا و در یک دوره زمانی مشخص در طی چرخه سلولی به انجام می رسد.

متابولیزم RNA

رونویسی توسط آنزیم RNA پلیمراز وابسته به DNA کاتالیز می‌شود. رونویسی در چندین فاز ، شامل اتصال RNA پلیمراز به یک جایگاه DNA به نام پروموتور ، شروع سنتز رونویسی ، طویل سازی و خاتمه ، روی می‌دهد. سه نوع RNA ساخته می‌شود.

متابولیزم پروتئین

پروتئینها در یک کمپلکس RNA پروتئینی به نام ریبوزوم ، با یک توالی اسید آمینه‌های خاص در طی ترجمه اطلاعات کد شده در RNA پیک ، سنتز می‌گردند.

تنظیم بیان ژن

بیان ژنها توسط فرآیندهایی تنظیم می‌شود که بر روی سرعت تولید و تخریب محصولات ژنی اثر می‌گذارند. بیشتر این تنظیم در سطح شروع رونویسی و بواسطه پروتئینهای تنظیمی رخ می‌دهد که رونویسی را از پروموتورهای اختصاصی مهار یا تحریک می‌کنند.

فناوری DNA نوترکیبی

با استفاده از فناوری DNA نو ترکیبی مطالعه ساختمان و عملکرد ژن بسیار آسان شده است. جداسازی یک ژن از یک کروموزوم بزرگ نیاز دارد به، روشهایی برای برش و دوختن قطعات DNA ، وجود ناقلین کوچک که قادر به تکثیر خود بوده و ژنها در داخل آنها قرار داده می‌شوند، روشهایی برای ارائه ناقل حاوی DNA خارجی به سلولی که در آن بتواند تکثیر یافته و کلنیهایی را ایجاد کند و روشهایی برای شناسایی سلولهای حاوی DNA مورد نظر. پیشرفتهای حاصل در این فناوری ، در حال متحول نمودن بسیاری از دیدگاههای پزشکی ، کشاورزی و سایر صنایع می‌باشد.



تصویر

موضوعات مورد بحث در ژنتیک پزشکی و انسانی

  • مطالعه کروموزوم‌ها یا ژنتیک سلولی (Cytogenetics).

  • بررسی ساختمان و عملکرد هر ژن یا ژنتیک بیوشیمیایی و مولکولی.

  • مطالعه ژنوم، سازمان‌یابی و اعمال آن یا ژنومیک (genomics).

  • بررسی تنوع ژنتیکی در جمعیتهای انسانی و عوامل تعیین کننده فراوانی آللها یا ژنتیک جمعیت.

  • بررسی کنترل ژنتیکی تکامل یا ژنتیک تکامل.

  • استفاده از ژنتیک برای تشخیص و مراقبت از بیمار یا ژنتیک بالینی.

  • مشاوره ژنتیکی که اطلاعاتی پیرامون خطر ابتلا به بیماری را ارائه می‌دهد و در عین حال ، حمایت روانی و آموزشی فراهم می‌کند، به حرفه بهداشتی جدیدی تکامل پیدا کرده است که در آن تمام کادر مشاغل پزشکی ، خود را وقف مراقبت از بیماران و خانواده‌های آنها می‌کنند.

  • علاوه بر تماس مستقیم با بیمار ، ژنتیک پزشکی ، از طریق فراهم سازی تشخیص آزمایشگاهی ، افراد و از طریق برنامه‌های غربالگری (Screening) طراحی شده برای شناسایی اشخاص در معرض خطر ابتلا یا انتقال یک اختلال ژنتیکی ، جمعیت را مراقبت می‌کند.

ارتباط ژنتیک با سایر علوم

ژنتیک علمی است جدید و تقریبا از اوایل سالهای 1900 میلادی با ظهور علوم سیتولوژی و سیتوژنتیک جنبه علمی‌تر به خود گرفته است. علم سیتولوژی با ژنتیک قرابت نزدیکی دارد و به کمک این علم می‌توان مورفولوژی ، فیزیولوژی و وظایف ضمائم مختلف یک یاخته را مورد بررسی قرار داد. سیتوژنتیک نیز بخشی از علوم زیستی است که روی کروموزوم ، ضمائم یاخته و ارتباط آن با پدیده‌های ژنتیکی بحث می‌کند و در واقع علم دورگه‌ای از سیتولوژی و ژنتیک به شمار می‌رود

تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 21:28 | نویسنده : NTM |

اولین مرحله مهم در همانندسازی DNA شناسایی جایگاه شروع همانندسازی و شکستن پیوندهای هیدروژنی میان بازهای دو رشته موازی ناهمسو است. این رویداد ابتدا در مناطق غنی از نوکلئوتیدهای A و T رخ می دهد. دلیل این امر پیوندهای هیدروژنی کمتر میان آدنین و تیمین (۲ پیوند) در مقایسه با گوانین و سیتوزین (۳ پیوند) است. آنزیم هلیکاز مسئول شکستن پیوندها و باز کردن دو رشته از هم می باشد. نقطه ای که فرآیند همانندسازی از آن شروع می شود، نقطه آغاز همانندسازی (origin of replication) نام دارد و ساختاری که در این منطقه ایجاد می شود به چنگال همانندسازی (replication fork) معروف است. یکی از مهم ترین مراحل شامل اتصال آنزیم RNA پریماز (RNA primase) در نقطه شروع روی زنجیره الگو می باشد. این آنزیم با ایجاد یک RNA کوچک جلوی رشته الگو، در ابتدای فرآیند همانندسازی، یک انتهای ۳´-OH آزاد بوجود می آورد تا آنزیم DNA پلیمراز از آن به عنوان نقطه آغاز استفاده نماید. پس از شروع همانندسازی مرحله ادامه طویل سازی رشته انجام می شود که شامل اضافه شدن نوکلئوتیدهای مکمل به ترتیب جلوی الگو می باشد. از آنجا که دو رشته DNA موازی ناهمسو هستند، یکی از رشته ها در جهت ۵َ → ۳َ و رشته دیگر در جهت ۳َ → ۵َ می باشد. در صورتی که سنتز DNA تنها در جهت ۳َ → ۵َ انجام می شود. رشته ای که در مقابل رشته الگوی ۵َ → ۳َ سنتز می شود به صورت ممتد و در جهت ۳َ → ۵َ پیش می رود و به رشته رهبر (leading strand) معروف است در صورتی که رشته دیگر که در مقابل رشته ۳َ → ۵َ سنتز می شود به صورت قطعات ناپیوسته به نام قطعات اکازاکی در جهت ۳َ → ۵َ از منطقه ای جلوتر سنتز شده و بعداً به هم متصل می شوند تا رشته کامل را بوجود آورند. این رشته به رشته پیرو (lagging strand) معروف است. آنزیم های DNA پلیمراز دیگر و آنزیم هلیکاز با کمک یکدیگر عمل برداشت قطعات RNA پرایمری، پر کردن جای خالی و در نهایت اتصال میان قطعات اکازاکی را برعهده دارند. در انتهای مرحله طویل سازی، مرحله خاتمه همانندسازی رخ می دهد. این مرحله زمانی اتفاق می افتد که آنزیم DNA پلیمراز به انتهای رشته های الگو می رسد. آنزیم و فاکتورهای پروتئینی کمکی از DNA جدا می شوند و یک مولکول DNA دو رشته ای والدی به دو مولکول DNA دو رشته ای دختری کاملاً یکسان تبدیل می شوند.



تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 20:43 | نویسنده : NTM |

(Gene therapy )

ژن درمانی به انتقال ژن خارجی به سلول های یک فرد اطلاق می شود که این عمل برای درمان بیماری خاصی انجام خواهد شد. ژن درمانی با این هدف انجام می شود که آلل بیمار یا جهش یافته که باعث بروز بیماری شده است با آلل سالم که به سلول بیمار وارد می شود جایگزین گردد.اگر چه هنوز دانشمندان به تکنولوژی مناسب برای ژن درمانی دست نیافته اند، اما روش های پیشنهادی و مورد استفاده کنونی توانسته است موفقیت هایی را کسب نماید.

دانشمندان روش های قانونی و اخلاقی را برای انتقال ژن به طور مستقیم به درون سلول های انسان را گذرانده اند. تا کنون این روش ها تنها بیماری های تک ژنی که در آن فرد یک آلل سالم یا هر دو آلل را از دست داده است، را درمان کرده است. بیماری هایی مانند سیستیک فیبروزیز، هموفیلی، دیستروفی عضلانی دوشن و کم خونی داسی شکل. بهر حال، اعمال روش های ژن درمانی روی سلول های یوکاریوتی مانند انسان در مقایسه با سلول های باکتری ها بسیار سخت تر است. سلول های یوکاریوتی دارای حجم بالای ژنوم هستند و انتقال یک مولکول کوچک با توالی صحیح به درون سلول و هسته و در جایگاه صحیح آن بسیار دشوار است. امروزه بیشتر توجه ژن درمانی به بیماری های وراثتی تک ژنی و سرطان معطوف شده است. روش دیگری به نام استفاده از RNA آنتی سنس برای درمان راه ساده تری است. در این روش آلل سالم جایگزین آلل ناقص نمی شود و بیمار به طور کامل درمان نمی شود بلکه یک مولکول RNA به سلول وارد شده که مکمل mRNA رونویسی شده از ژن ناقص است. این مولکول با mRNA هیبرید شده و مولکول دورشته ای تولید شده نمی تواند توسط ریبوزوم ترجمه شود. در نتیجه از بیان آن و تولید پروتئین ناقص جلوگیری می شود. این روش درمان تنها در برخی موارد مانند برخی از سرطان ها مورد استفاده است زیرا با استفاده از RNA آنتی سنس از ایجاد محصول مضر برای سلول جلوگیری می کنند. در صورتی که برخی از بیماری ها به دلیل کمبود محصول سالم بوجود می آید و نه به دلیل ساخت پروتئین مضر. برای انجام ژن درمانی صحیح در مورد سلول های انسان در ابتدا بایستی به زیست شناسی کاملی در مورد سلول و ژنوم انسان دست پیدا کنیم. این عمل مستلزم زمان بسیار طولانی و ابزار و امکانات پیشرفته تری می باشد. از طرف دیگر سیاست های عمومی در مورد امکان انتقال مواد مهندسی شده به ساختار پیچیده سلول های انسان شدیداً در حال بحث هستند و بسیاری از مردم هنوز این امر را خطرناک تر از اصل بیماری می دانند و حاضر به استفاده از این روش درمانی نیستند. افرادی که در این بحث شرکت می کنند از رشته های مختلف هستند مانند رشته های مختلف زیست شناسی، علوم سیاسی، حقوق، پزشکی، فلسفه، مذهب، …. که هر یک از دیدگاه خود این مسئله را مورد بحث قرار می دهند. در نتیجه باید منتظر شد و به آینده ژن درمانی امیدوار بود



تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 20:42 | نویسنده : NTM |

هر نوکلئوتید از ترکیب نوکلئوزید با یک یا چند گروه فسفات ساخته می شود. گروه فسفات می تواند به کربن شماره ۳ یا کربن شماره ۵ قند ( ۳َ یا ۵َ) متصل شود. اتصال قند و فسفات یک اتصال فسفودی استر است.

پس از متصل شدن گروه فسفات، نام نوکلئوتید نشان دهنده نوع باز، قند و همچنین تعداد و جایگاه اتصال گروه فسفات خواهد بود.

مثال:

نوکلئوتید گوانوزین- ۳َ – مونوفسفات (GMP) نشان می دهد که قند ریبوز در کربن ۱َ به باز آلی گوانین و در کربن ۳َ به یک گروه فسفات متصل است.

نوکلئوتید داکسی آدنوزین- ۵َ- تری فسفات () نشان می دهد که قند داکسی ریبوز در کربن ۱َ به باز آلی آدنین و در کربن ۵َ به ۳ گروه فسفات متصل است.

نوکلئوتیدها واحدهای سازنده زنجیره های DNA و RNA هستند. آنزیم های DNA پلیمراز و RNA پلیمراز با استفاده از نوکلئوتیدهای تری فسفاته زنجیره های طویل و با ترتیب و توالی متفاوت را می سازند. هر آنزیم تنها از نوکلئوتیدهای مربوط به خود استفاده می کند. بدین منظور که DNA پلیمراز تنها از ۴ نوکلئوتید داکسی آدنوزین- ۵َ- تری فسفات، داکسی گوانوزین- ۵َ- تری فسفات، داکسی سیتیدین- ۵َ- تری فسفات و تیمیدین- ۵َ- تری فسفات استفاده می کند. در صورتی که RNA پلیمراز تنها ۴ نوکلئوتید آدنوزین- ۵َ- تری فسفات، گوانوزین- ۵َ- تری فسفات، سیتیدین- ۵َ- تری فسفات و یوریدین- ۵َ- تری فسفات را مورد استفاده قرار می دهد.

اتصال واحدهای نوکلئوتیدی همیشه و همیشه از سمت ۵َ به ۳َ است:

هر مولکول اسید نوکلئیک، DNA یا RNA، دارای یک سر ۵َ و یک سر ۳َ است. سر ۵َ مولکول قسمتی است که فسفات نوکلئوتید انتهایی آن، به هیچ نوکلئوتید دیگری پیوند نشده است یا به عبارتی فسفات آزاد دارد. سر ۳َ مولکول قسمتی است که عامل OH کربن شماره ۳ قند ( ۳َ) با هیچ نوکلئوتید یا فسفات دیگری پیوند نشده است و یا به عبارتی عامل OH آزاد دارد.

به عبارت ساده تر:

نوکلئوتید اول در گروه های فسفات ۵َ خود تغییری نخواهد کرد. نوکلئوتید دوم با از دست دادن دو گروه فسفات خود به عامل OH کربن ۳َ قند نوکلئوتید اول متصل می شود.



تاريخ : جمعه یکم مهر 1390 | 20:41 | نویسنده : NTM |

دانشمندان دانشگاه جان هاپکینز سرنخ های جدیدی پیدا کرده اند که با آخرین یافته ها در مورد رویداد های کشف شده در برخی سرطان ها در ارتباط است: چرا کلاهک های انتهایی DNA در سلول ها که تلومر نامیده می شوند، به جای طولانی شدن کوتاه می شوند؟ در یک مطالعه که به صورت آنلاین در تاریخ ۳۰ ژانویه ۲۰۱۱ در Science Express منتشر شد، محققان دانشگاه جان هاپکینز اعلام کرده اند که موفق به معرفی دو ژن جدید شده اند. احتمالاً جهش در این ژن ها می تواند منجر به طویل تر شدن تلومرها شود.

تلومرها توالی های تکراری انتهای کروموزوم های یوکاریوتی هستند که با هر تقسیم سلولی مقداری از توالی انتهایی آن ها کوتاه تر می شود. بدون تلومر، انتهای کروموزوم ها دچار مشکلات متعددی می شود مانند اتصال به سایر مناطق چسبنده در ژنوم، یا تجزیه توسط آنزیم های اگزونوکلئاز سلولی. با کوتاه شدن تلومر در هر تقسیم، پس از چندین تقسیم متوالی، سلول بدلیل کوتاه شدن کروموزوم ها دیگر قادر به تقسیم نبوده و خواهد مرد. آنزیم تلومراز مسئول همانندسازی ناحیه تلومر است که این عمل در سلول های بنیادی جنینی، سلول های مغز قرمز استخوان و … انجام می شود تا قدرت تکثیر آن ها حفظ شود. همچنین سلول های سرطانی برای تکثیر دائم و سریع خود نیاز به فعال بودن این آنزیم دارند، اگرچه درصد بسیار کمی از سلول های سرطانی بدون کمک آنزیم تلومراز به تکثیر خود ادامه می دهند. دانشمندان در شگفت بودند که چگونه برخی از سلول های سرطانی بدون فعالیت و تولید مازاد آنزیم تلومراز در فرآیندی به نام “طویل سازی تلومری متناوب” قادر هستند که طول تلومرهای خود را حفظ کنند! در نتیجه یافتن ژن هایی که در این مسیر فعالیت می کنند اولین گام در پاسخ به این سوال است و راه های جدیدی برای درمان سرطان پیشرو قرار می دهد.

اولین سرنخ برای یافتن این ژن ها از نقشه کشی ژنوم سلول های تومور نورواندوکرین پانکراس بدست آمد. این دو ژن ATRX و DAXXهستند که محصول بیان آن ها پروتئین هایی است که با DNA برهمکنش می دهد. همچنین این دو ژن با مناطق تلومری هم در ارتباط می باشند. برای انجام پروژه نقشه کشی ژنوم در سلول های توموری، سلول های تومور نوروپانکراتیک پانکراس ۴۱ بیمار را نقشه کشی کردند و در ۲۵ نفر از آن ها تلومر بدون استفاده از آنزیم تلومراز حفظ می شد. در نتیجه بیمارانی که در این دو ژن متحمل جهش شوند، در مقایسه با کسانی که دو ژن سالم دارند، بهتر زنده می مانند. لذا می توان از سالم یا جهش یافته بودن این ژن به عنوان یک تست استفاده کرد و مشخص کرد که آیا بیمار به درمان های تکمیلی پس از برداشت تومور نیاز دارد یا خیر.



تاريخ : پنجشنبه بیست و چهارم شهریور 1390 | 23:13 | نویسنده : NTM |

جنسیت در بسیاری از موجودات فنوتیپ دوبخشی دارد به این معنی که افراد یا ماده هستند یا نر، یا مذکر هستند یا مؤنث. مسیرهای مولکولی تعیین کننده جنسیت بوسیله سهم ژنتیکی برابر والدین به تخم یا زیگوت کنترل می شود. محیطی که تخم در آن رشد و نمو می کند یا برهمکنش بین محیط و تخم، به گونه جانداران وابسته است. در سیستم هایی که برهمکنش های چندگانه یا یک اثر تغییر دهنده ممتد (مانند دما) مؤثر است، یک برآیند دو بخشی، حداقل یک حد آستانه دارد. دانشمندان دانشگاه کانبرا در استرالیا نشان داده اند زمانی که جنسیت به عنوان یک صفت آستانه مشاهده شود، تکامل در آن حد آستانه، می تواند اجازه دهد تحولات جدید بین تعیین جنسیت وابسته به دما (TDS) و تعیین جنسیت ژنوتیپی رخ دهد. این رویداد در میان هتروگامت های نر (XX/XY) و ماده (ZZ/ZW) قابل ملاحظه تر است. این تحولات می توانند بدون تغییرات ژنتیکی حقیقی و جهش های تعیین جنسیت جدید رخ دهد، به طوری که ژن اصلی تعیین کننده جنسیت و جفت کروموزوم جنسی در حالت انتقال ZW-XY حفظ شوند. همچنین این دانشمندان نشان دادند که تکامل در آستانه می تواند با تکامل در محدوده های حفظ جنین جفت شده و تمامی الگوهای مشاهده شده در TSD مهره داران را شرح دهد.



تاريخ : یکشنبه بیستم شهریور 1390 | 17:47 | نویسنده : NTM |


کارگاه آنالیز مولکولی و کلونینگ با هدف افزایش توان شرکت‌کنندگان در زمینه استفاده از تکنیک همسانه‌سازی ژن‌ها و کاربرد آنها در تحقیقات ملکولی توسط مرکز ملی ذخایر ژنتیکی و زیستی ایران برگزار می شود.

تکنولوژی DNAی نوترکیب یا به عبارتی دیگر همسانه‌سازی ملکولی که حاصل کشفیات در زیست‌شناسی ملکولی، شناسایی آنزیم‌های کاربردی در مهندسی ژنتیک و عناصر DNAی خارج کروموزومی باکتریایی (پلاسمیدها) می‌باشد، منجر به انتقال اطلاعات ژنتیکی از یک جاندار به جاندار دیگر می‌شود. با این تکنولوژی می‌توان مرزهای ناممکن را در قلمرو حیات شکست و پا به عرصه خلق موجودات جدید نهاد. کاری که پیش از این ناممکن بود. اما این فن‌آوری بدون دسترسی به آنزیم‌های برش‌دهنده، آنزیم‌های اتصال‌دهنده، روش‌های نوین غربالگری و آشنایی با سایر روش‌های نوین ملکولی امکان‌پذیر نمی‌باشد. لذا آشنایی با تکنیک‌های پیشرفته DNAی نوترکیب می‌تواند برای کلیه محققین بیوتکنولوژی مفید باشد و امکان هر گونه دستورزی ژنتیکی را بر روی موجودات زنده فراهم نماید.

سرفصل های کارگاه
اصول DNAی نوترکیب و توالی‌یابی
جداسازی ژن
کلونینگ محصول PCR و توالی‌های حاصل از هضم آنزیمی
غربالگری
تولید پروتئین‌های نوترکیب در باکتری

دروس عملی
استخراج پلاسمید از باکتری
واکنش هضم آنزیمی
واکنش PCR
خالص‌سازی DNA از روی ژل آگارز
واکنش ligation
آماده‌سازی باکتری‌های مستعد برای دریافت ژن خارجی
تراریزش باکتری





 



تاريخ : جمعه بیست و هشتم مرداد 1390 | 1:5 | نویسنده : NTM |

بر اساس تحقیقات انجام شده بر روی ژنوم انسان، به نظر می آید ویرایش RNA به طور غیر منتظره و در سطح گسترده ای پس از رونویسی صورت می گیرد و در نتیجه این پدیده نه چندان شناخته شده، محصول ترجمه ژن ها کاملاً با توالی DNA منطبق نخواهد بود.

بر اساس تحقیقاتی که به زودی نتایج آن منتشر خواهد شد و بخشی از نتایج آن در نشست سالانه انجمن ژنتیک انسانی آمریکا ارائه شده است، به نظر می آید نزدیک به 97 درصد رونوشت های ژن ها، دچار تغییراتی پس از رونویسی RNA از روی نسخه DNA می گردند. البته مخالفان این نظریه می گویند، این نتایج ممکن است حاصل از خطای توالی یابی باشد.





بر اساس الگوی مورد توافق محققان ژنتیک، در زمان بیان ژن ها، ابتدا رونویسی از روی مولکول DNA ژنوم موجودات صورت گرفته و پس از آن هر یک از کدهای سه نوکلئوتیدی RNA رونویسی شده از روی DNA به عنوان رمز مربوط به یک اسید آمینه در فرآیند تولید پروتئین ها توسط ریبوزوم ها ترجمه می شود. اما به نظر می رسد برخی اوقات مولکول RNA ویرایش شده و برخی بازها تغییر نموده یا ترجمه نمی شوند.


پدیده ویرایش RNA در موجودات گوناگونی مشاهده شده است و به نظر می آید باعث افزایش تنوع محصولات حاصل از یک ژن خاص باشد. بر اساس اطلاعات قبلی، این پدیده به متابولیسم سلولی گیاهان (عمدتاً در میتوکندری صورت می گیرد) و فعالیت مغز در موش ها مرتبط است. اختلال در تنظیم ویرایش RNA در برخی بیماری های انسانی از جمله بیماری های سیستم عصبی مثل صرع مشاهده شده است.

با این وجود، هنوز فراوانی رخ دادن این فرآیند و نقش این رونوشت ویرایش شده در هاله ای از ابهام قرار دارد و برای روشن شدن موضوع لازم است بخش وسیعی از توالی های DNA و RNA هر موجود به طور مستقل مورد بررسی قرار گیرد.

در این تحقیق، محققان دانشگاه پنسیلوانیا توالی های DNA و RNA بیست و هفت فرد مختلف را مورد بررسی قرار دادند. این پژوهش در قالب پروژه توالی یابی ژنوم 1000 داوطلب صورت گرفته است. پژوهشگران توالی RNA استخراج شده از سلول های هر یک از این 27 فرد را مشخص کرده و با توالی ژنومی هر یک از آنها که در پروژه تعیین توالی 1000 نفر مشخص شده بود، مقایسه نمودند.


بر اساس این نتایج، تعداد زیادی ویرایش RNA در بخش های مختلف ژنوم می تواند رخ دهد و پژوهشگران بیش از صد هزار رخداد بالقوه ویرایشی را شناسایی کرده اند. این پژوهشگران تخمین زده اند که 97 درصد رونوشت های هر ژن ویرایش می شوند که به گفته آنان این نرخ به طور غیر منتظره ای بالا است.


بیشتر ویرایش های مشاهده شده شامل دو نوع تغییر می باشد؛ تغییر باز آدنین به اینوزین و تبدیل باز سیتوزین به اوراسیل. اما ویرایش های دیگری نیز در این تحقیق گزارش شده اند که تاکنون مشاهده نشده بود.


هنوز کاملاً روشن نیست که چه بر سر نسخه ویرایش شده RNA می آید و این RNA تجزیه می شود یا به پروتئین ترجمه می شود.


نتایج به دست آمده از این تحقیق توسط سایر محققان به چالش کشیده شده است. مخالفان این نظریه بر این باورند که توالی های مورد استفاده توسط این گروه به اندازه کافی دقیق نیستند که بر پایه آنها این مقایسه انجام گیرد و ممکن است این نتیجه گیری بر اساس خطای توالی یابی صورت گرفته باشد. بر این اساس باید توالی یابی تعداد زیادی از ژن هایی که به نظر می آید ویرایش بر روی رونوشت آنها صورت گرفته دوباره انجام شود. هم اکنون این گروه از محققان برای تایید نظریه خود، توالی مجدد این ژن ها را آغاز کرده اند.




تاريخ : جمعه بیست و هشتم مرداد 1390 | 0:59 | نویسنده : NTM |

چالش بزرگی که در حال حاضر دانشمندان در زیست شناسی سامانه ها (Systems Biology) با آن روبرو هستند، بهره‌برداری از انبوهی از داده ها و اطلاعات در سطوح مختلف سلولی و فرآیندهای رشد و نمو موجودات زنده و ادغام و تحلیل این اطلاعات به منظور درک بهتر برهمکنش سطوح مختلف زیستی می‌باشد.

برای دستیابی به این هدف، باید روش­های ریاضی و کامپیوتری مناسبی برای مدلسازی و شبیه‌سازی سامانه‌های پیچیده زیستی طراحی نمود. بدین ترتیب، به ابزاری مناسب برای استخراج اطلاعاتی کارآمد و مفید از این داده‌های خام که در پایگاه‌های داده‌ها جمع‌آوری و نگهداری می‌شوند، نیاز است. ابزارهای مدلسازی به ما در پروراندن ایده‌های نظری و فرضیات با استفاده از داده‌های خامی که در پایگاه‌های داده‌ها نگهداری می‌شوند، کمک می‌کنند.

در این مبحث چندین ابزار که با بهره­گیری از داده­های خام پایگاه­های علوم زیستی به نمایش، مدلسازی، شبیه­سازی و تحلیل این داده ها و استخراج اطلاعات از آنها کمک می­کنند، معرفی می­گردند. این ابزارها عموماً نرم­افزارها و برنامه­های رایانه­ای می­باشند و عمدتاً از طریق اینترنت قابل تهیه بوده و مرتباً نسخه‌های جدید و بهبود یافته آنها به بازار می‌آید. اغلب این نرم‌افزارها در زمینه یک روش یا فن خاصی بوده و کار کردن با آنها به سهولت انجام می‌شود.

 

1-    نرم‌افزارهای عمومی Matlab و Mathematica

Mathematica و Matlab دو ابزار جامع و عمومی برای انجام محاسبات و مشاهده نتایج هر نوع مدل ریاضی می‌باشند. Mathematica با انواع سیستم عامل‌ها مثل ویندوز، لینوکس و یونیکس کار کرده و آخرین نسخه آن در آدرس www.wolfram.com معرفی شده است. این نرم‌افزار دو بخش عمده دارد: هسته مرکزی برنامه که محاسبات را انجام می‌دهد و واسط گرافیکی آن موسوم به GUI که ارتباط تنگاتنگ با هسته مرکزی محاسباتی دارد.

مزیت عمده Mathematica، انجام محاسبات پیچیده خاص بوده و در عین حال سایر برنامه‌ها می‌توانند از هسته مرکزی محاسباتی آن برای ارائه انواع نمودارها بهره‌برداری نمایند. در عین حال ارائه مرتب نسخه‌های جدید این نرم‌افزار که امکان انجام محاسبات جدیدی را دارند، از دیگر مزیت­های این نرم‌افزار می‌باشد. رقیب اصلی Mathematica، نرم‌افزار Matlab می‌باشد که آخرین نسخه آن در آدرس www.mathworks.com معرفی شده است. هر دو نرم‌افزار مشابه یکدیگر می‌باشند و انتخاب یکی از این دو بیشتر به سلیقه کاربر بستگی دارد تا امکانات آنها.

 Matlab نیز دارای توانایی محاسباتی بالا و گرافیک متنوعی می‌باشد. همچنین این برنامه دارای زبان برنامه‌نویسی و عملیات خاص خود بوده که در فایل­های موسوم به M-files نگهداری می‌شود.

علی‌رغم مشابهت‌های فراوان این دو نرم‌افزار، تفاوت­هایی در رفع مشکلات نرم‌افزار، ملحقات، محاسبات نمادین، ذخیره داده‌ها و نمودارها و … وجود دارد.

 

2- Gepasi

http://www.gepasi.org

 

نرم‌افزارهای عمومی دارای ابزارهای فراوانی بوده که بخش اعظم آنها شاید مورد نیاز یک زیست‌شناس نباشد. بسیاری از متخصصان گرایش های مختلف علوم زیستی ترجیح می‌دهند تا از نرم‌افزارها و ابزار تخصصی که برای منظور خاصی طراحی شده است استفاده نمایند.

Gepasi یکی از این نرم‌افزارها است که برای مدلسازی برهمکنش های بیوشیمیایی طراحی شده است. این نرم‌افزار توسط Pedro Mendes نوشته شده و به رایگان در آدرس www.gepasi.org در دسترس می‌باشد.

در این برنامه، واکنش شیمیایی وارد شده و انرژی واکنش توسط معادلات موجود و طبق انتخاب کاربر تعیین می‌شود. وقتی که یک سامانه شناسایی گردد، برنامه این امکان را برای کاربر فراهم می‌کند که اطلاعات متعددی از واکنش­های این سامانه به دست آورده و مدل­هایی مبتنی بر داده‌های موجود را برای سامانه مورد نظر پیشنهاد نماید. این برنامه همچنین امکان خلق مدل­های چند منظوره بر اساس مکان انجام واکنش‌ها (بر مبنای انجام واکنش در سیتوپلاسم یا هسته) را دارد.

این برنامه همچنین می‌تواند اطلاعات مدلسازی شده یک سامانه را در قالب SBML ذخیره نموده و دوباره استفاده نماید. این اطلاعات قابل استفاده در سایر نرم‌افزارهای مبتنی بر این استاندارد نیز می‌باشد.

برنامه Gepasi بسیاری از مواردی را که برای مطالعه واکنش­های بیوشیمیایی لازم است در بر گرفته و کار کردن با آن بسیار راحت است.

 

3- E-Cell

http://ecell.sourceforge.net

 

 نرم‌افزار E-Cell در سال 1996 در ژاپن برای شبیه سازی فرآیندهای سلولی طراحی شد. نسخه اول این نرم‌افزار برای ساخت یک مدل نظری از یک سلول با 127 ژن -که حداقل تعداد ژن مورد نیاز برای رونویسی، ترجمه، تولید انرژی و ساخت فسفولیپید می‌باشد- به کار برده شد. برای ساخت این مدل، مجموعه‌ای از ژن­های یک گونه از میکوپلاسما که دارای کوچکترین ژنوم شناخته شده می‌باشد، مورد استفاده قرار گرفت.

مدل­های بعدی که توسط این نرم‌افزار مورد بررسی قرار گرفت، متابولیسم میتوکندریایی و چندین مسیر و فرآیند مثل زنجیره تنفسی، چرخه TCA، بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب و سامانه انتقال متابولیت بوده‌اند.

آخرین نسخه این برنامه که E-Cell 3 می‌باشد، در آدرس www.e-cell.org معرفی شده است و تحت سیستم عامل‌های ویندوز و لینوکس کار می‌کند.

با توجه به مقیاس زمانی انجام فرآیندهای سلولی، این برنامه الگوریتمی دارد که دارای مقیاس­های زمانی مختلف برای فرآیندهای مختلف سلولی می‌باشد. مثلاً انجام فعالیت یک آنزیم در کسری از ثانیه رخ می‌دهد، در حالی که وقایع تنظیم بیان ژن­ها در چند دقیقه تا چند ساعت صورت می‌گیرند. این برنامه مدل­هایی با استفاده از سه دسته اجزا بنیادی، یعنی مواد، رآکتور و سامانه می‌سازد. مواد، متغیرها بوده و رآکتورها، فرآیندهایی هستند که بر اساس وضع متغیرها عمل می‌کنند. سامانه‌ها دارای اجزای دیگری بوده و بخش­های منطقی و فیزیکی را در بر می‌گیرند و برای ارائه یک مدل سامانه سلولی به کار می‌روند. برنامه E-Cell دارای یک سامانه خودکار به نام GEM (Genome-based E-Cell Modeling) نیز می‌باشد که از داده‌های بانک‌های اطلاعاتی استفاده نموده و به راحتی مدل­هایی براساس توالی‌های ژنومی تولید می‌کند.

 

4-‌ PyBios

http://pybios.molgen.mpg.de

 

PyBios نیز با هدف استفاده در Systems Biology و شبیه سازی و مدلسازی طراحی شده است. برخلاف Gepasi و E-Cell که بر روی کامپیوترهای شخصی نصب می‌شوند، PyBios بر روی سرور اختصاصی خود در آدرس http://pybios.molgen.mpg.de اجرا شده و نرم‌افزاری اینترنتی است.

PyBios چارچوبی برای هدایت مدل­های سینتیکی در هر اندازه و با سطوح دانه بندی متفاوت فراهم می‌کند. این ابزار برای تحلیل مدل­های بیوشیمیایی به منظور پیش‌بینی رفتار مدل­ها در واحد زمان به کار می‌رود. با ارتباط خودکار این نرم‌افزار به پایگاه‌های داده، تجزیه و تحلیل مدل­های عظیم امکان‌پذیر می‌باشد.

در این برنامه امکان کار در سطح سلول، کروموزوم، پلی پپتید، پروتئین، آنزیم، ژن و مجموعه‌های زیستی وجود دارد و این اجزا می‌توانند برای خلق یک مدل محاسباتی استفاده شوند.

 

5- Systems Biology Workbench

http://sbw.kgi.edu

 

هر یک از مدل­هایی که توسط نرم‌افزارهای شبیه ساز ایجاد می‌شود نمی‌توانند پاسخگوی نیازهای روزافزون کاربران باشد و بنابراین نیاز به ابزارهای متنوع با کاربردهای مختلف می‌باشد. برای این منظور محققان با استفاده از فنون آزمایشگاهی و مبانی نظری مختلف، برنامه‌های گوناگونی با زبان­های مختلف و براساس چارچوب­های متفاوت نوشته‌اند. مشکل اصلی در این برنامه‌ها، ذخیره اطلاعات در قالب­های متفاوت بوده که قابل استفاده توسط برنامه‌های دیگر نمی‌باشد. پروژه‌های مختلفی برای رفع این مشکلات اجرا شده است که در یکی از آنها برای ایجاد یک قالب مشترک توصیفی مدل­ها تلاش شده است و در نتیجه آن SBML شکل گرفت.

پروژه دیگر با عنوان System Biology Workbench که به اختصار SBW نامیده شد، نرم‌افزاری بود که برای ارتباط بین نرم‌افزارهای مختلف ساخته شد. این نرم‌افزار در آدرس www.sys-bio.org معرفی شده است.

این نرم‌افزار به عنوان یک قفل شکن مرکزی، امکان تبادل فایل و اطلاعات را بین نرم‌افزارهای گوناگونی که در این مقاله معرفی شده‌اند را فراهم می‌کند.

SBW و SBML تبادل مدل­های زیستی را تسهیل کرده و امکان شبیه سازی بین نرم‌افزارهای مدلسازی را ایجاد کرده‌اند.

 

6- BioSPICE

www.biospice.org

 

این نرم‌افزار که در آدرس www.biospice.org معرفی شده است، بر پایه SBW، امکانات بیشتر و قدرت افزون تری به کاربران برای انجام تبادلات بین ابزارهای مختلف می‌دهد.

 

7- JDesigner

نرم‌افزار Jdesigner تحت ویندوز اجرا شده و همراه برنامه SBW نصب می‌شود. این برنامه به تنهایی یا همراه با SBW قابل اجرا است و در حالت اجرا به تنهایی، یک نرم‌افزار طراحی گرافیکی شبکه برهمکنش­ها می‌باشد. در این حالت، قوانین سینتیکی تعریف شده‌ای در نرم‌افزار وجود دارد و برنامه براساس آن مدلسازی را انجام می‌دهد. از این نرم‌افزار برای شبیه سازی واکنش­ها در طول زمان نیز می‌توان استفاده کرد.

 

8- Cell Designer

http://celldesigner.org

 

نرم‌افزار Cell Designer برای ایجاد شبکه­های واکنش­ها به کار می‌رود و جایگزینی برای برنامه Jdesigner می‌باشد. این نرم‌افزار برای کسانی که از سیستم عامل ویندوز استفاده نمی‌کنند و به جای آن از Mac یا لینوکس بهره می‌برند نیز قابل استفاده است و زبان برنامه  Java می‌باشد. آخرین نسخه این برنامه از آدرس http://celldesigner.org قابل دریافت است.

 

 Cell Designer اشکال متفاوتی برای انواع مولکول ها مثل پروتئین­ها، گیرنده‌ها، کانال­های یونی، متابولیت­های کوچک و … به صورت پیش فرض در نظر گرفته است. همچنین نمادهایی برای واکنش­های مختلف مثل فسفریلاسیون و تغییرات دیگر مولکولی وجود دارد. همچنین نرم‌افزار علائم خاصی برای برخی از انواع واکنش­ها مثل کاتالیز، انتقال عامل، سرکوب و فعال کردن مهیا کرده است.

Cell Designer قالب SBML را می‌پذیرد و بنابراین می‌توان از طریق اینترنت، مدل­هایی که با این استاندارد نوشته شده‌اند را استفاده کرد و این مدل­ها را به صورت یک درختواره نشان داد. با کلیک روی هر بخش از این درختواره می‌توان عناصر آن را در یک پنجره جدید مشاهده با جزئیات بیشتر ملاحظه کرد.

 

9- Petri Nets

http://www.daimi.au.dk

Petri Nets ابزار مدلسازی گرافیکی و محاسباتی سامانه‌های موازی یا مستقل می‌باشد که اساس محاسباتی آن در دهه 60 میلادی توسط Adam Petri ابداع شد.

عناصر اساسی یک Petri Net مکان­ها، گذرگاه‌ها و عناصر ارتباط دهنده این دو عنصر می‌باشند. در تصویر گرافیکی، مکان­ها با دایره و گذرگاه‌های موقتی با مستطیل نمایش داده می‌شوند.

هر کدام از مکان­ها که می‌توانند نماینده یک مولکول باشند، مقداری را به خود اختصاص می‌دهند که با انجام یک مرحله تعداد آن کاهش یافته و به مکان بعد یک نشانه افزوده می‌شود. میزان انجام یک فرآیند با قطر بردارهای اتصالی نمایش داده می‌شود. حاصل کار این شبکه نمایشی از فرآیندهای انجام شده و مقدار مکان­های موجود می‌باشد که بیشتر به یک بازی کامپیوتری شبیه است.

این شبکه‌ها نه تنها با ظاهری مناسب یک سامانه را نمایش داده بلکه توصیفی ریاضی نیز از آن ارائه می‌دهند و برخی خصوصیات از طریق تحلیل­های ریاضی قابل مطالعه می‌باشند.

نسخه‌های تکمیلی نرم‌افزار Petri Nets که در طول سال­ها به نرم‌افزار پایه افزوده شده، آن را تبدیل به ابزار بسیار قدرتمندی در Systems Biology کرده است. مسیرهای بیوشیمیایی با استفاده از این برنامه به خوبی شبیه سازی شده و متابولیت­ها در جایگاه مکان­ها و واکنش­ها نیز در جایگاه گذرگاه‌ها قرار گرفته و ضریب‌های وزنی اتمی نیز رمز کننده ضخامت بردارها می‌باشد. از این راه می‌توان شبکه‌های متابولیسمی و مسیرهای ترارسانی پیام را مدلسازی کرد.

نرم‌افزارها و ابزارهای مرتبط با Petri Nets در آدرس www.daimi.au.dk قابل دستیابی است و اطلاعات زیادی درباره کاربردهای این ابزارها، نحوه کار و همایش­های مرتبط با آن نیز در این سایت وجود دارد.

 

10- STOCKS2

http://www.sysbio.pl/stocks

نرم‌افزار شبیه‌سازی STOCKS2 توسط Andrzey Kierzek و Jacrk Puchalka طراحی شده و به رایگان در آدرس www.sysbio.pl/stocks قابل دسترسی است. این نرم‌افزار بر روی سیستم عامل‌های ویندوز و لینوکس قابل اجرا می‌باشد.

علی‌رغم اینکه تعداد زیادی از هر یک از انواع مختلف مولکول­ های مورد نیاز در سلول حضور دارند اما برخی مولکول­ها که می‌توانند نقش مهمی نیز در سلول داشته باشند، مانند عوامل رونویسی، تعداد کمی دارند. به طور مثال، تنها 10 مولکول سرکوب گر Lac در یک سلول E.coli وجود دارد. پروتئین‌های مداخله کننده در مسیرهای ترارسانی پیام نیز تعداد کمی دارند.

نرم‌افزار STOCKS2 واکنش­های درون سلولی را به دو دسته کند و سریع تقسیم می‌کند. اگر تعداد یک نوع مولکول در زمان شبیه سازی افزایش یابد و باعث افزایش نرخ انجام واکنش شود، نرم‌افزار به طور خودکار این مولکول را در گروه واکنش­های سریع قرار می‌دهد. ورودی این نرم‌افزار در قالب SBML بوده و خروجی آن به صورت یک فایل متنی می‌باشد. نرم‌افزار دارای یک ویرایشگر بوده که در هفت مرحله داده‌ها و متغیرها را از کاربر دریافت می‌کند.

فایل متنی خروجی در حقیقت تعداد مولکول­های خاصی در مدت زمان مورد نظر کاربر بوده که به صورت یک نمودار ارائه می‌شود. عموماً منحنی به دست آمده از این روش مشابهت زیادی با منحنی‌های حاصل از شبیه سازی یک واکنش با استفاده از نرم‌افزارهای دیگر دارد.

 

11- Genetic Programming (GP)

Genetic Programming  حاصل ترکیب متنوعی از الگوریتم­های ژنتیکی است که در سال 1992 توسط Koza ارائه شد و از روش­های برگرفته از تحول (evolution) موجودات استفاده می‌کند. در این برنامه، نسخه‌های مختلف برنامه با یکدیگر به رقابت می‌پردازند تا نهایتاً راه حل یک مسئله به دست آید. GP در زمینه‌های متعددی مورد استفاده قرار می‌گیرد که یکی از آنها که مستقیماً در زیست­شناسی سامانه‌ها کاربرد دارد، مهندسی معکوس مسیرهای متابولیکی می‌باشد. این نرم‌افزار با تعریف شبکه‌هایی از انجام واکنش­های بیوشیمیایی و در نظر گرفتن غلظت­های مختلف آنزیم‌ها، از طریق محاسبات آماری، شبکه صحیح را پیش بینی و شبیه سازی می‌کند.

نرم‌افزارهای مکمل فراوانی برای این برنامه طراحی شده است که با استفاده از آنها امکانات متعددی به برنامه اصلی افزوده می‌شود. 


 



تاريخ : جمعه بیست و هشتم مرداد 1390 | 0:58 | نویسنده : NTM |

ژنها رمزهای شیمیای بنیادی هستند که طبیعت فیزیکی موجودات زنده را تعیین می کنند . ژ نها مسوول ساخت DNA هستند و DNA کنترل کننده سلول است که نحوه گسترش سلول را در تمام جهات تعیین می کند .
مهندسی ژنتیک یا Biotech روابطی است که منجر به ایجاد تغییر در ماده ژنتیکی( DNA )موجودات به روشی می شود که هرگز در طبیعت رخ نمی دهد زیرا نه انتخاب طبیعی و نه موتا سیون باعث پدید آمدن ژنهای طراحی شده انجام می دهیم به اثرات کوتاه مدت – که ممکن است ظاهرامفید باشد -پی ببریم ولی از اثرات طولانی مدت آنها واقعا بیاطلاعیم .
دستکاری ژنتیکی مواد غذایی شامل وارد کردن ژ نهای موجودات زنده به دیگرموجودات می باشد که این روش برای بالابردن مقاومت گیاه در برابر علف کش ها ، کم کردن خسارات ناشی از سرما زدگی یا زیاد کردن سرعت رشد آنها انجام میشود . در نتیجه گونه جدیدی ساخته می شود .
به عقیده بسیاری از صاحب نظران مهندسی ژنتیک نه تنها گامی در جهت بهبود وضعیت بشر امروزی نمی باشد بلکه در تضاد کامل با تنوع زیستی می باشد .


بقیه در ادامه مطلب



ادامه مطلب
تاريخ : جمعه دهم تیر 1390 | 23:53 | نویسنده : NTM |

با استفاده از روش جدید توالی یابی DNA می‌توان در هر فرد بروز بیماری‌هایی مانند سرطان و دیابت یا احتمال اعتیاد یا سایر رفتارهای شخص را بر اساس توالی ژنتیکی وی پیشگویی کرد. این روش سریع توالی یابی ژنوم هر فرد ممکن است انقلابی در پزشکی ایجاد نماید.

جینز کاندلچ، استاد فیزیک دانشگاه واشنگتن و نویسنده اصلی مقاله‌ای که این روش جدید را در مجله آکادمی ملی علوم آمریکا شرح می‌دهد، می گوید: امیدواریم که در 10 سال آینده هر شخصی بتواند از توالی DNA خود مطلع شده و از این طریق بتواند از وضعیت پزشکی و رفتاری خود را آگاه شود.

با این تکنیک که ترکیبی از زیست‌شناسی و فناوری نانو است از روزنه هایی در ابعاد نانو که از یک باکتری گرفته شده است، استفاده می‌شود. این روزنه ها به اندازه ای هستند که یک رشته از DNA می‌تواند از آن عبور کند.

دانشمندان این روزنه را در یک غشا در محلول کلرید پتاسیم قرار دادند. ولتاژ پایینی برای ایجاد جریان یونی در مسیر روزنه های نانویی اعمال می‌شود و شدت جریان بسته به نوکلئوتیدهایی که از این روزنه می‌گذرند، تغییر می‌کنند. هر یک از نوکلئوتیدهای ستوزین، گوانین، آدنین و تیمین، که توالی DNA را تشکیل می دهند، جریان مختص به خود را ایجاد می کنند.

برای ایجاد این فناوری گروه پژوهشگران بر دو مشکل تکنیکی غلبه نمودند. دستاورد اول ایجاد یک روزنه کوچک بود به طوری که تنها یک مولکول DNA منفرد در هر لحظه از آن عبور کند. در این ارتباط میشل نیدرویز از دانشگاه آلاباما از یک باکتری برای ایجاد این روزنه استفاده نموده است.

در حالت معمول، نوکلئوتیدها با سرعت یک نوکلئوتید در هر میکرو ثانیه از روزنه نانویی می گذرند که برای دریافت علائم از هر مولکول DNA سرعت بالایی می باشد. دستاورد دوم اتصال DNA دو رشته ای به نوکلئوتید بود تا سرعت عبور DNA کاهش یافته و بعد از چند میلی ثانیه، بخش دو رشته‌ای جدا شده تا DNA عبور کرده و مجدداً این بخش برای خواندن نوکلئوتید بعدی متصل می گردد. این تاخیر در حد هزارم ثانیه به اندازه ای بود که علائم الکتریکی از نوکلئوتیدهای هدف گرفته شود. در این حالت، توالی یابی نوکلئوتیدها ممکن می گردد.

این پژوهش به ‌عنوان بخشی از برنامه فناوری تعیین توالی ژنتیکی انسان که از سال 2004 آغاز شده، بوده که تا کنون 10 میلیون دلار هزینه داشته است.



تاريخ : پنجشنبه بیست و دوم اردیبهشت 1390 | 22:38 | نویسنده : NTM |

براساس یک مطالعه تازه، ژنی که مقاومت گیاه برنج در برابر سیل را افزایش می دهد همچنین توانایی آن را در مقاومت برابر خشکسالی تقویت می کند.

محققان دریافتند که این ژن به نام "Sub1A" پس از یک دوره خشکسالی به گیاه اجازه می دهد با رشد جوانه های تازه زنده بماند.





جولیا بیلی-سِرِس از بخش علوم گیاهشناسی و نباتات دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید که نویسنده اصلی این مقاله است گفت: "مقاومت در برابر سیل باعث کاهش استقامت این گیاهان در برابر خشکسالی نمی شود و به نظر می رسد که حتی هنگام خشکسالی به کمک آنها می آید."

نقش این ژن در مقاومت بخشیدن به برنج در زمان بروز سیل - و غرق شدن زیر آب - در سال 2006 شناسایی شد، یعنی درست 12 ماه پس از آنکه نقشه کامل ژنتیکی این محصول حیاتی رمزگشایی شد.

پروفسور بیلی-سِرِس و تیم تحت نظر او می خواستند بدانند که آیا این ژن توانایی برنج در مقابله با سایر فشارهای زیست محیطی - مانند خشکسالی - را کاهش می دهد یا نه.

پروفسور بیلی-سرس می گوید: "یافته های ما حاکیست که این گیاه به خوبی از خشکسالی جان به در می برد و جوانه های تازه می زند. این چیزی است که در سیل هم مشاهده شده بود."

پرورش دهندگان نمونه های تازه از خاصیت ضدسیل این برنج بهره برداری کرده و با آن نمونه ای پرمحصول تولید کرده اند.

محققان گفتند که مرحله بعدی تحقیقات در موسسه تحقیقات بین المللی برنج (IRRI) انجام خواهد شد که طی آن دانشمندان نمونه های حاوی ژن "Sub1A" را به طور آزمایشی کشت خواهند کرد تا معلوم شود در شرایط طبیعی هم خاصیت مشابهی به نمایش می گذارد یا نه.

برنج ماده اصلی غذایی سه میلیارد جمعیت زمین است و بیش از 25 درصد کشت جهان در مناطقی است که شرایط سخت آب و هوایی را تجربه می کنند.


تاريخ : پنجشنبه بیست و دوم اردیبهشت 1390 | 22:29 | نویسنده : NTM |

مقدمه

پیشرفتهایی که در سده اخیر نصیب علم ژنتیک شده است، تا حدود زیادی مرهون مطالعه و بررسی وراثت در باکتریها است. امروزه ثابت شده است که مکانیسمها ژنتیکی در باکتریها از نظر واکنشهای شیمیایی مشابه یاخته‌های یوکاریوت است. پروکاریوتها موجودات ساده و مناسبی برای بررسیهای ژنتیکی هستند. زیرا در آنها تنها یک مولکول DNA در هر یاخته وجود دارد و این DNA دارای ساختار کروموزمی پیچیده‌ای نیست. استفاده از میکروارگانیسمها به عنوان ابزار مطالعه ژنتیکی دارای نقاط ضعفی نیز است.

اول آنکه کوچکی اندازه این موجودات بررسی ویژگیهای ظاهری هر یاخته را دشوار می‌سازد. دوم آنکه تولید مثل جنسی در این موجودات وجود ندارد و یا بطور ناقص دیده می‌شود. پس از اینکه ساختار مولکولی DNA که نخستین بار بوسیله واتسون و کریک معرفی و ارائه شد، نحوه بیوسنتز آن را نیز در یاخته مشخص کردند. در اواخر سالهای 1950 ، کریک اصل بنیادی را مطرح کرد. این اصل بیان کننده چگونگی انتقال اطلاعات ژنتیکی از مولکول DNA به RNA و ترجمه آن در پروتئینها است.

ادامه مطلب
تاريخ : چهارشنبه بیست و یکم اردیبهشت 1390 | 23:43 | نویسنده : NTM |

مقدمه

کشف ماده‌ای که بعدها DNA نام گرفت در سال 1869 بوسیله فردیک میشر انجام شد. این دانشمند هنگام مطالعه بر روی گویچه‌های سفید خون ، هسته سلولها را استخراج کرد و سپس بر روی آن محلول قلیایی ریخت. حاصل این آزمایش ، رسوب لزجی بود که بررسیهای شیمیایی آن نشان داد، ترکیبی از کربن ، هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و درصد بالایی از فسفر می‌باشد. میشر این ماده را نوکلئین نامید. زمانی که ماهیت اسیدی این ماده مشخص گردید، نام آن به اسید دزاکسی ریبونوکلئیک تغییر یافت.

img/daneshnameh_up/7/7b/b.Gen.4.gif

ساختمان رشته‌ای DNA

سرعت پیشرفت تعیین ساختمان DNA بسیار کند بوده است. در سال 1930 کاسل و لوین دریافتند که نوکلئین در واقع اسید دزوکسی ریبونوکلئیک است. برسیهای شیمیایی آن مشخص کرد که زیر واحد تکرار شونده اصلی DNA ، نوکلئوتید می‌باشد که از سه قسمت تشکل شده است. یک قند پنتوز (2- دزوکسی D- ریبوز) ، یک گروه 5-فسفات و از یکی چهار باز آلی نیتروژن‌دار حلقوی آدنین (A) ، گوانین (G) ، سیتوزین (C) و تیمین (T) تشکیل شده است.

از این چهار باز دو باز آدنین و گوانین از بازهای پورینی و دو باز سیتوزین و تیمین از بازهای پیریمیدینی می‌باشند. به مجموعه قند و باز آلی نوکلئوزید گفته می‌شود. گروه فسفات می‌تواند به کربن3 و یا5 متصل شود. به مجموع نوکلئوزید و گروه فسفات متصل به آن نوکلئوتید می‌گویند. با توجه به اینکه یون فسفات می‌تواند هم به کربن 3 و هم به کربن5 متصل شود.

پس دو نوکلئوتید از طریق یک پیوند فسفودی استر بهم متصل می‌شوند. به این صورت که گروه هیدروکسیل یک نوکلئوتید با گروه فسفات نوکلئوتید دیگر واکنش داده و پیوند فسفودی استر را بوجود می‌آورد. از آنجایی که پیوند فسفودی استر ، کربنهای3 و5 دو قند مجاور را بهم متصل می‌کند، این پیوند را پیوند5-3 فسفودی استر نیز می‌نامند. یک زنجیره در اثر اتصال پشت سر هم تعدادی2-دزوکسی ریبونوکلئوتید بوسیله پیوندهای دزوکسی ریبونوکلئوتید تشکیل می‌شود.

تمامی نوکلئوتیدها در یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی دارای جهت یکسان می‌باشند. به این صورت که نوکلئوتید انتهایی در یک سمت زنجیره دارای یک گروه5 آزاد و نوکلئوتید انتهایی در سمت دیگر زنجیره دارای یک گروه3 آزاد می‌باشد. بنابراین زنجیره پلی نوکلئوتیدی دارای جهت بوده و این جهت را به صورت5--->3 نشان می‌دهند. بنابراین اگر در نوکلئوتید ابتدایی کربن5 در بالای حلقه پنتوز و کربن3 در زیر آن باشد، در تمامی نوکلئوتیدهای بعدی زنجیره کربن 5 در بالای حلقه پنتوز جای خواهد داشت.



بقیه در ادامه مطلب



ادامه مطلب
تاريخ : چهارشنبه بیست و یکم اردیبهشت 1390 | 23:38 | نویسنده : NTM |

اطلاعات اولیه

این روش فوق العاده ساده بوده و با استفاده از تغییرات حرارت می‌توان چندین فرآیند را به دنبال همدیگر انجام داد. با این تکنیک می‌توان به عنوان یک روش قدرتمند تشخیص بالینی (Diagnostic) برای وجود موتاسیون‌ها در ژنوم انسانی ، یا برای وارد کردن جهش‌های ویژه به داخل ژن همسانه شده ، استفاده کرد.

PCR بطور دستی و با قرار دادن پر زحمت و انتقال لوله‌های آزمایش بین حمام‌های آب دارای دمای لازم ، بوجود آمد. امروزه دستگاههایی بطور تجارتی تهیه می‌شوند که در آنها جایگاههای لوله‌ای با بلوک فلزی حرارت پذیر تعبیه شده است و قابل برنامه ریزی برای تغییر سریع بین دماهای لازم است. π چرخه PCR ، DNAی مورد نظر را 2π بار تکثیر می‌کند.

تاریخچه

در گذشته معمولا از روش های شیمیایی برای تولید قطعات نوکلئوتیدی استفاده می‌کردند، اما این روش ها پر زحمت بوده و نیاز به مدت زمان طولانی داشتند از سال 1980 به بعد عمدتا از روش PCR در آزمایشگاههای زیست شناسی مولکولی استفاده می‌شود.



بقیه در ادامه مطلب



ادامه مطلب
تاريخ : چهارشنبه بیست و یکم اردیبهشت 1390 | 23:35 | نویسنده : NTM |


1. همسانه سازی ژن ( Gen cloning ) مورد نظر :

همسانه سازی می تواند نمونه خالصی از یک ژن منفرد بطور مجزا از کلیه ژنهای دیگر موجود در سلول فراهم کند . امروزه روشهای مختلفی برای همسانه سازی DNA مورد استفاده قرار می گیرد.

 

2. ایجاد همزمانی (Synchronization ) بین حیوان دهنده و حیوان گیرنده :

در تمامی تکنیکهای مختلفی که در آن ها ، تکنیک انتقال جنین مورد استفاده قرار می گیرد. (تولید حیوانات انتقال ژنی نیز یکی از این تکنیکها است.) از آنجا که جنین های حاصل از این تکنیکها در رحم حیواناتي غیر از حیوانات دهنده ( تخمک یا جنین ) قرار می گیرد ، باید بین حیوانات دهنده و حیوانات گیرنده جنین در سیکل تولید مثلی ، همزمانی ایجاد کرد. در این روش از طریق تزریق گنادو تروپینها با برنامه خاصی که در گونه های مختلف متفاوت است، بین حیوان دهنده و حیوانات گیرنده همزمانی ایجاد می شود . در برخی از گونه ها مانند جوندگان ، حیوانات گیرنده حتماً باید در آبستنی کاذب ( Pseudo pregnancy ) باشند . برای القاء آبستنی کاذب ، شرایط جفت گیری ماده ها با نرهای وابران برداری شده فراهم می شود . زیرا که تحریک شدن گردن رحم ( Cervix ) در جوندگان برای تداوم آبستنی ضروري است .


بقیه در ادامه مطلب


ادامه مطلب
تاريخ : پنجشنبه یکم اردیبهشت 1390 | 12:5 | نویسنده : NTM |
امروزه از مارکرهای مولکولی و به ویژه مارکرهای مبتنی بر DNA به طور گسترده ای در بسیاری زمینه ها از قبیل نقشه یابی و ردیابی ژن ها، تعیین جنسیت، بررسی تنوع ژنتیکی یا روابط ژنتیکی به کار می روند. در ژنتیک جمعیت مارکهای مبتنی بر پروتئین (آلوزایم ها) اولین مارکرهایی بودند که به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتند. روشهای مبتنی بر DNA امروزه بهترین روش هایی هستند که برای تمایز بین موجودات بسیار نزدیک به هم انتخاب می شوند. استفاده از مارکر های مبتنی بر DNA حتی امکان مقایسه های کارآمدی را نیز فراهم می نماید.
1- 1 تعریف ها

بر اساس تعریفی که استنزفلد در 1986 ارایه داد، واژه مارکر معمولاً برای مارکر لوکاس به کار می رود. هر ژنی جایی در طول کروموزوم به نام لوکاس دارد. ژن ها می توانند از طریق جهش به چندین شکل متفاوت تبدیل شوند که آلل (یا شکل های آللی) نامیده می شوند. تمامی شکل های آللی یک ژن در یک جایگاه در کروموزوم های هومولوگ قرار می گیرند. هنگامی که شکلهای آللی یک لوکاس یکسان باشند، گفته می شود که ژنوتیپ، هوموزایگوت (در این لوکاس) است، در حالی که شکلهای آللی متفاوت، هتروزایگوت را ایجاد می نمایند. در موجودات دیپلویید، ژنوتایپ با دو شکل آللی کروموزوم های هومولوگ ایجاد می گردد. بنابراین مارکرهای مولکولی عبارتند از تمامی مارکرهای لوکاس های مربوط به DNA (مارکرها میتوانند بیوشیمایی یا مورفولوژیک نیز باشند).

1-2 مارکر مولکولی مناسب برای ژنتیک جمعیت کدام است؟

یک مارکر مولکولی مناسب باید:

1-1. توارث مندلی داشته باشد: یعنی از نسلی به نسل دیگر منتقل شود.

1-2. پلی مورفیک باشد: یعنی آلل های متعددی را در لوکاس مورد بررسی نشان دهد.

1-3. هم بارز باشد: یعنی بتوان هوموزایگوت و هتروزایگوت را از هم تشخیص داد.

1-4. خنثی باشد: یعنی همه آلل ها شایستگی یکسانی داشته باشند.

1-5. اپیستازی نداشته باشد: یعنی بتوان بدون توجه به سایر لوکاسها ژنوتیپ هر فنوتیپی را تعیین نمود.

1-6. مستقل از محیط باشد: یعنی فنوتایپ از محیط تأثیری نپذیرد.

1-7. در طول ژنوم زیاد تکرار شود.

1-8. تکرارپذیری بالایی داشته باشد.

مارکرهای پرکاربرد در ژنتیک جمعیت عبارتند از: آلوزایم ها، RAPD، RFLP، AFLP، انگشت نگاری مینی ستلایت ها، مایکروستلایت ها و SSR.

انتخاب یک مارکر مولکولی به مناسب بودن آن برای پاسخ دادن به یک پرسش اکولوژیک بستگی دارد. بنابراین آنها برای تخمین جریان ژنها بین جمعیت ها مثلاً به منظور بررسی تنوع مناسبترند یا ترجیح داده می شوند. از طرف دیگر مارکرهای غالب می توانند ژنوتیپ را تخمین بزنند اما نمی توانند فراوانی های آللی را تخمین بزنند. مارکرهای غالب ترجیحاً برای انگشت نگاری به کار رفته و می توانند در شناسایی کلون ها مفید باشند.

برای بررسی تنوع ژنتیکی Cirsium arense از مارکر جدیدی به نام AFLP استفاده شد. این مارکر تمامی ویژگی های یک مارکر های مولکولی مناسب را غیر از همبارز بودن دارد. مارکرهای AFLP مارکرهای غالب هستند. با این حال به علت پلی مورفیسم بالایی که مارکرهای AFLP تشخیص می دهند کارآمدترین مارکر هستند. به خصوص در جایی که روابط نزدیکی وجود دارد. به علاوه از نگاه تکنیکی هیچ اطلاعاتی از توالی DNA نیاز نیست، مارکرهای زیادی را می توان در مدت کوتاهی بررسی نموده و تنها مقدار کمی DNA لازم است.

2. AFLP

پلی مورفیسم طول قطعات تکثیر شده تکنیک جدیدی در انگشت نگاری DNA است که توسط زابیو و ووس (1993) ابداع شد البته به ووس و همکاران (1995) و ووس و کویپر (1997) نیز مراجعه کنید. این روش مبتنی بر تکثیر قطعات برش یافته انتخابی حاصل از هضم کلی DNA ژنومی با PCR است. محصولات تکثیر که قبلاً نشاندار شده اند از طریق الکتروفورز از هم تفکیک می شوند. طول قطعات DNA حاصل بین 60 تا 500 جفت باز است. برای قابل مشاهده نمودن پلی مورفیسم DNA که معمولاً از قطعات کوچک چند جفت بازی DNA (حداکثر تا 500) تشکیل شده ابتدا این قطعات باید تکثیر یابند. این تکثیر اغلب از طریق PCR انجام می گیرد. روش PCR می تواند قطعات خاصی از DNA را طی آغاز دقیق واکنش پلی مریزاسیون که در دو انتهای DNA مورد نظر اتفاق می افتد تکثیر یابد. این آغاز دقیق توسط توالی های الیگونوکلئوتیدی کوتاهی (پرایمرها) انجام می شود که می تواند DNA الگو را در ناحیه مورد نظر ذوب نماید. پرایمرها بین 18 تا 24 جفت باز طول داشته و در آزمایشگاه و مطابق توالی DNA مکمل خود که در ناحیه باز شده رشته سنگین DNA مورد نظر سنتز می شود. PCR ابتدا با یک فاز حرارتی بالا (واسرشت سازی) آغاز می شود که طی آن DNA تک رشته ای تولید می شود. آنزیم تک پلی مراز هر یک از رشته های DNA دو رشته ای را به صورت نقطه آغازی برای سنتز شناسایی کرده و با رسیدن دما به 72 درجه سانتیگراد واکنش پلمریزاسیون را در جهت 5' 3' ادامه می دهد (دمای بهینه طویل شدن). بنابر این برای طراحی پرایمرهای اختصاصی باید توالی های نواحی بازشدگی DNA مورد نظر را بدانیم. در نتیجه اطلاعات ما درباره ژنوم بیشتر شده و مطالعات بسیار دقیق تری می توان انجام داد. این مرحله نیاز به تجهیزات کامل آزمایشگاهی داشته و اغلب بسیار وقت گیر است. اساس روش AFLP طراحی و سنتز پرایمرهای اختیاری و سپس اتصال آنها به قطعاتDNA هدف است. پرایمرهای اختیاری AFLP آداپتور نامیده شده و از توالیهای 20 نوکلئوتیدی شناخته شده ای تشکیل شده اند. توالی های DNA هدف، قطعات DNA حاصل از آنزیم های برشی هستند. این قطعات از هضم کلی DNA ژنومی از اثر ترکیبی دو آنزیم برشی ایجاد می گردند. سپس آداپتورها با کمک آنزیم لیگاز به دو سر قطعات برش یافته متصل می شوند. سرانجام طی یک مرحله PCR آداپتورها به عنوان جایگاه های آغاز تکثیر قطعات برش یافته به کار می روند. مارکرهای AFLPپلی مورفیسم جایگاه برش را آشکار نموده و باید به عنوان مارکرهای غالب در نظر گرفته شوند. زیرا نمی توان هوموزایگوت ها و هتروزایگوت ها را از هم تشخیص داد، مگر این که مطالعات اصلاح نژادی و شجره ای انجام شود تا الگوهای توارث هر قطعه مشخص شود. اما بسیاری از قطعات تخمین هایی از تنوع را در سراسر ژنوم نشان می دهند. بنابراین نمایی کلی از سطح تنوع ژنتیکی موجود مورد مطالعه را نشان نشان می دهند.

2-2- مراحل اصلی انگشت نگاری با AFLP

2-2-1- استخراج DNA

DNA خالص و با وزن مولکولی بالا برای AFLP ضروری است. در اینجا DNA با روش دایل و دایل استخراج شده است(Doyle and Doyle, 1988). این روش بر اساس فرآیند CTAB انجام می شود. برای جزئیات بیشتر به بخش های پروتوکل (3-3) و عیب یابی (4-3) مراجعه نمایید.

2-2-2- هضم با آنزیم های برشی

قطعات برش یافته DNA ژنومی با استفاده از دو آنزیم برشی مختلف به دست آمده اند: یک آنزیم برشی فراوان (آنزیم برشی چهار بازی MseI) و یک آنزیم برشی نادر (آنزیم برشی شش بازی EcoRI). آنزیم رایج تر برای ایجاد قطعات کوچک که به خوبی تکثیر شده و برای تفکیک روی ژل الکتروفورز مناسب ترند در حالی که آنزیم نادرتر تعداد قطعاتی را که را باید تکثیر شوند محدود می نماید.

2-2-3- اتصال آداپتورهای الیگونوکلئوتیدی

آداپتورهای دو رشته ای از یک توالی مرکز و یک توالی اختصاصی برای هر آنزیم تشکیل شده اند. بنابراین آداپتورها برای جایگاه برش هر یک از آنزیم های EcoRI و MseI اختصاصی عمل می کنند. معمولاً مراحل برش آنزیمی و اتصال به آداپتورها در یک مرحله صورت می گیرد. اتصال آداپتور به DNA برش یافته جایگاه برش را دچار تغییر می کند تا از برش ثانویه پس از اتصال آداپتورها جلوگیری نماید. توالی مرکزی آداپتورها از یک توالی شناخته شده 20 نوکلئوتیدی تشکیل شده که بعداً در PCR به عنوان پرایمر به کار می رود.

2-2-4- تکثیر اولیه

این مرحله یک PCRمعمولی است که در آن از آداپتورها به عنوان پرایمر استفاده شده است. این PCR اولیه تکثیر اولیه نیز نامیده می شود که امکان انتخاب اولیه قطعات را از طریق تکثیر قطعات برش یافته DNA که به دو انتهای آن آداپتور متصل است فراهم می نماید. علاوه بر توالی های آداپتورها، پرایمرهای به کار رفته برای تکثیر اولیه یک باز اضافی هم دارند. این باز اضافی امکان یک گزینش مضاعف را از طریق تکثیر یک چهارم از قطعاتی که یک آداپتور به هر یک از دو سر آن متصل است مقدور می نماید. این سه مرحله (استخراج DNA، هضم آنزیمی / اتصال آداپتورها و تکثیر اولیه) را می توان روی یک ژل آگاروز 6/1% الکتروفورز و قابل مشاهده نمود.

2-2-5- تکثیر انتخابی

هدف از انجام این مرحله محدود کردن سطح پلی مورفیسم و نشاندار کردن DNA است. برای انجام این تکثیر، سه نوکلئوتید به انتهای َ3 توالی پرایمر به کار رفته در تکثیر اولیه (= توالی آداپتور + 3 نوکلئوتید). این دو نوکلئوتید اضافی تکثیر را گزینشی تر نموده و تعداد قطعات برش یافته ای که تکثیر می شوند (پلی مورفیسم) را کاهش می دهد. به علاوه یکی از پرایمرها (معمولاً پرایمر EcoRI) با یک ماده فلورسانت نشاندار شده و می توان حرکت DNA را در الکتروفورز ردیابی نمود.



تاريخ : پنجشنبه یکم اردیبهشت 1390 | 11:58 | نویسنده : NTM |
امروزه دانش و فن مهندسي ژنتيك و بيوتكنولوژي مولكولي در عرصه‌هاي بسيار متنوع مانند كشاورزي، تغذيه و مواد غذايي، دامپروري، شاخه‌هاي مختلف علوم پزشكي و صنايع دارويي، صنايع تخميري، صنايع نظامي، انرژي، محيط‌زيست و بهداشت بشر، استفاده‌هاي بسيار ارزشمندي پيدا كرده است. دكتر محمدرضا نوري دلويي، استاد گروه ژنتيك پزشكي دانشگاه علوم پزشكي تهران، در اين مقاله ضمن اشاره مختصر به برخي از كاربردها و توانايي‌هاي اقتصادي مهندسي ژنتيك و بيوتكنولوژي مولكولي در زمينه‌هاي گوناگون پزشكي، كشاورزي و صنعت، چند دستاورد مهم آن پيرامون ژن‌درماني، طرح بين‌المللي ژنوم انسان، سرطان، توليد جانوران و گياهان ترانس‌ژنيك (مهندسي ژنتيك ‌شده) و شبيه‌سازي يا همسانه‌سازي موجودات را نيز بيان مي‌نمايد:

اينكه بيوتكنولوژي جديد براي بشر راه‌حل‌هاي بي‌شماري ارائه مي‌كند، مطلبي كاملاً درست است. در تاريخ علوم تجربي، پژوهش‌هاي بيوتكنولوژي را مي‌توان از معدود مواردي دانست كه در آن تحقيقات بنيادي به سرعت به سطح كاربردي مي‌رسند. در چنين بستري، موفقيت نهايي در بيوتكنولوژي و حصول دستاوردهاي بي‌شمار اقتصادي آن، به پيشرفت واقعي در مباني علوم تجربي و رشته‌هاي علوم پايه بستگي تام دارد. از اين‌رو سرمايه‌گذاري شايسته در علوم مذكور، اساس پيشرفت و توسعه تمام علوم و فنون روز از جمله بيوتكنولوژي خواهد بود. بيوتكنولوژي گذشته از پتانسيل‌هاي قابل توجه نوع سنتي آن كه عمري معادل تمدن بشري دارد، توانسته است با تكيه بر اصول جديد مهندسي ژنتيك و علوم وابسته، در طي حداكثر سه دهه اخير، توانايي‌ها و قابليت‌هاي بسيار متنوع و ارزشمندي را در عرصه‌هاي مختلف به نمايش گذارد. اين تأثيرگذاري‌ها گاه تا حدي بوده است كه به جرأت مي‌توان ادعا كرد پيشرفت‌هاي بزرگ بشر در دست‌يابي به بسياري از موفقيت‌هاي علوم زيستي، مرهون اصول مهندسي ژنتيك و بيوتكنولوژي مولكولي است. در ادامه به گوشه‌هايي از اين كاربردها اشاره مي‌شود:


بقیه در ادامه مطلب



ادامه مطلب
تاريخ : پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390 | 3:12 | نویسنده : NTM |

گرگور مندل در اواسط قرن 19 با مطالعه‌ي صفات ظاهر و انجام آزمايشات دورگه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گيري بر روي گياه نخود موفق به ارائه‌‌ي قوانين توارث صفات زيستي شد و در سال 1866 رساله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ي خود را تحت عنوان «آزمايش‌هاي دورگه‌گيري» به چاپ رساند. کشف اين قوانين به منزله‌ي تولد علم ژنتيک بود.

مهندسي ژنتيک

طي 30 سال‌ از زمان شکل گيري، اين علم به طور چشم‌گيري رشد کرد. در سال 1882 والتر فلمينگ، سلول‌شناس اتريشي، ميتوز را، که طي آن هسته‌ي يک سلول n2 کروموزومي به دو هسته با تعداد کروموزوم برابر با سلول اوليه تقسيم مي‌شوند، کشف کرد. در 1892 پرفسور آلماني، تئودور بوواري، ميوز يا تقسيم کاهشي را تعريف کرد. در اين تقسيم تعداد کروموزوم‌هاي سلول نصف مي‌شود و 4 گامت (سلول جنسي) حاصل مي‌شود. در 1903 يک دانشجوي آمريکايي به نام ساتن اهميت کاهش کروموزوم قبل از لقاح را نشان داد و نظريه‌ي کروموزومي توارث را ارائه کرد. در اين نظريه وي بيان کرد که ژن‌ها بر روي کروموزوم‌ها واقع‌اند. در 1910 مورگان با تحقيق بر روي توارث در مگس سرکه، نحوه‌‌ي قرارگيري ژن‌ها بر روي کروموزوم را بررسي کرد و تکنيک‌هايي براي نقشه‌کشي ژن (gene mapping) ارائه کرد. توسعه‌ي اين تکنيک‌ها در سال 1923 منتهي به ارائه‌ي چگونگي قرارگيري بيش از 2000 ژن روي چهار کروموزوم مگس سرکه شد.

علي‌رغم درخشش اين مطالعات در زمينه‌ي ژنتيک کلاسيک، تا دهه‌ي 1940 هيچ‌گونه اطلاعاتي درباره‌ي ماهيت مولکولي ژن در دست نبود. در سال 1944 اسوالد آوري با همکاري مک‌لود و مک‌کارتي نشان دادند که اسيد نوکلئيک‌ها ماده‌ي ژنتيک سلول هستند در حالي که تا پيش از آن تصور مي‌شد پروتئين ماده‌ي ژنتيکي سلول است زيرا ساختمان اسيدنوکلئيک ساده‌تر از آن به نظر مي‌رسيد که بتواند ماده‌ي ژنتيکي باشد. ده سال بعد از کشفِ آوري، مدل مولکولي DNA به وسيله‌ي واتسون و کريک کشف شد و چگونگي عمليات رونويسي و ترجمه‌ي DNA توضيح داده شد.

از اين زمان به بعد رشد علم ژنتيک تا 1990 دچار وقفه شد چرا که تکنيک‌هاي موجود براي درک مفاهيم اساسي و مهم با جزئيات بيشتر کافي نبودند. در سال 1973 تحقيقات ژنتيک شتاب تازه‌اي گرفت چرا که در اين سال‌ها دانيال ناتانر توانست ايده‌اي جديد براي نقشه‌کشي ژن ارائه کند و آن استفاده از آنزيم‌هاي محدود کننده براي توالي‌يابي DNA بود. آنزيم‌هاي محدود کننده، آنزيم‌هاي اندونوکلئازي مي‌باشند که DNA را در محل‌هايي با توالي خاص مي‌برند. اين کشف اساس شکل‌گيري تکنيک کلون کردن DNA توسط نورسن کوهن آمريکايي بود که در سال 1917 توانست با استفاده از آنزيم‌هاي محدود کننده قطعاتي ازمولکول DNA باکتري استفلوکوکوس را جدا کند و آن را به نوعي پلاسميد پيوند بزند. به اين ترتيب نوعي پلاسميد نوترکيب ايجاد کرد و توانست آن را وارد باکتري ايکولاي کند که در ميزبان جديد تکثير شد و  DNA نوترکيب ازدياد يافت.

بدين ترتيب فصل جديدي در علم ژنتيک آغاز شد و آن تولد مهندسي ژنتيک است که اساس آن توليد DNA نوترکيب با استفاده از کلونينگ ژن مي‌باشد. ژن کلونينگ منجر به ايجاد روش‌هاي سريع و کارآمد توالي‌يابي DNA شد و در نهايت در سال 1990 با انجام پروژه‌ي مهم توالي‌يابي ژنوم (شامل پروژه‌ي ژنوم انسان که در سال 2000 کامل شد) استفاده از اين روش‌ها و تکنيک‌ها به نقطه‌ي اوج خود رسيد. اما کاربرد کلونينگ ژن فراتر از تعيين توالي DNA است. با استفاده از اين تکنيک دانشمندان زيست مولکولي توانستند به مطالعه‌ي چگونگي تنظيم ژن‌ها بپردازند و تأثير اختلال تنظيم ژن را در بيماري‌هايي نظير سرطان دريابند. همچنين اين تکنيک‌ها در توليد انبوه پروتئين‌هاي خاص نظير انسولين که ترکيبات مهم در پزشکي و فرايندهاي صنعتي مي‌باشند کاربرد دارند.

روش‌هاي زيادي در مهندسي ژنتيک وجود دارد اما به‌طور اساسي شامل چهار مرحله‌ي زير است:

1- جدا کردن ژن مورد نظر (ايزولاسيون).

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

3- انتقال (Transformation) وکتور به سلول‌‌هاي هدف.

4- جداسازي سلول‌هايي که وکتور دريافت کرده‌اند از آن‌هايي که وکتور دريافت نکرده‌اند.

در مرحله‌ي ايزولاسيون دانشمندان ژن مورد نظر را تعيين مي‌کنند. براي اين امر معمولاً از بررسي عملکرد ژن استفاده مي‌کنند. براي بدست آوردن ژن مورد نظر از  کتابخانه‌هاي cDNA و gDNA و يا به‌کارگيري تکنيک PCR استفاده مي‌شود.

در مرحله‌ي الحاق، ژن جدا شده را به وکتور، که مي‌تواند پلاسميد، DNA ويروس و يا وکتورهاي ديگر باشد، منتقل مي‌شود. در اين مرحله پلاسميد يا DNA ويروس را با آنزيم‌هاي محدود کننده‌اي که داراي جايگاه شناسايي در اين مولکول‌ها باشند، مي‌برند و قطعه‌ي  DNAايزوله شده را که داراي انتهاي مکمل دو انتهاي باز شده‌ي وکتور است توسط آنزيم ليگاز به وکتور متصل مي‌کنند.

مهندسي ژنتيک

براي انتقال وکتور به موجود هدف از روش‌هاي مختلف استفاده مي‌شود. اگر موجود هدف يک يوکاريوت باشد معمولا از ليپوزوم، تفنگ ژني و يا ويروس آن موجود استفاده مي‌شود. در اکثر موارد جاندار هدف يک پروکاريوت (باکتري) است. انتقال به باکتري‌ها ساده‌تر از يوکاريوت‌ها و معمولاً در محيط‌هاي کشت مناسب باکتري‌ها قادر به دريافت پلاسميد نوترکيب مي‌باشد.

اولين دارويي که از طريق مهندسي ژنتيک توليد شد هورمون رشد انساني بود که در سال 1982 توسط يک شرکت آمريکايي به نام Drug Adninstrat Food & صورت گرفت. دانشمندان براي توليد انسولين از باکتري داراي پلاسميدي نوترکيب با ژن انسولين استفاده کردند. اين باکتري به اين ترتيب قادر به توليد و ترشح انسولين گشت. سپس دانشمندان به توليد هورمون رشد انساني و واکسن هپاتيت پرداختند.

يکي از بهترين کاربرد‌هاي مهندسي ژنتيک اصلاح ژنتيکي موجودات از قبيل گياهان و سبزيجات و انقلاب حاصل از آن در کشاورزي, اصلاح نباتات و توليد و تأمين غذاي انسان‌ها و دام‌ها مي‌باشد. اصلاح ژنتيکي موجودات اين پتانسيل را دارد که براي مثال ميوه‌‌هايي با قابليت توليد واکسن در خود ايجاد کرد و واکسيناسيون دهاني و با هزينه‌ي کمتر انجام داد.



تاريخ : پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390 | 3:8 | نویسنده : NTM |

اشاره:

 بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک دانش جدیدی است که نخستین دستاوردهای آن در هاله ای از بیم و امید ارزیابی می شود. در طول تاریخ بسیاری از پدیده های علمی در مرحله آغازین با تردید و مقاومت شدید روبه رو بوده اند صدها نمونه از وقایع تلخ و شیرینی که بر این اساس رقم خورده، قابل شمارش است، اما کمتر دانشی به اندازه مهندسی ژنتیک با ساختار اصلی و قانونمند سامانه هستی درگیر شده است. در این مرحله بشر بر آن است که با بهره گیری از دانش خود همچنان بر کاستی ها غلبه کند اما بسیاری از این کاستی ها در قوانین پیچیده و شگفت انگیز جهان هستی طبق قانون انتخاب طبیعی پذیرفته شده اند. بنابراین ورود به حوزه حساس و قوانین بسیار ظریف و اثرگذار طبیعت، با واکنش های آمیخته به بیم و امید همراه است. مقاله حاضر در دفاع از دستاوردهای بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک نگاشته شده است.

اختصاص قریب به ۶۰ میلیون هکتار از اراضی زراعی جهان به کشت گیاهان تراریخته (حاصل از مهندسی ژنتیک) در سال ۲۰۰۲ که تولید، مصرف و رهاسازی میلیاردها تن موجودات زنده دست ورزی شده را به دنبال داشته است برای آگاهان و تحلیلگران تردیدی را بر جای نمی گذارد که این فناوری همچنان راه خود را برای سیطره بر جهان کشاورزی ادامه خواهد داد. اگرچه پیشرٿت های ناشی از مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی تحسین برانگیز و غیرقابل انکار است، اما صدای منتقدین و احتیاط پیشگان را نیز باید شنید. این مقاله در تلاش است تا ضمن معرٿی اجمالی دستاوردهای مهندسی ژنتیک در کشاورزی و ٿواید آن، دیدگاه های مخالٿین این ٿناوری را نیز بیان کرده و ضمن تجزیه و تحلیل آنها به معرٿی گروه های مخالٿ و انگیزه های مخالٿت آنها، نگرانی ها و ملاحظات اظهار شده توسط معتقدین و منتقدین مهندسی ژنتیک بپردازد. به طور کلی مهندسی ژنتیک دارای دو دسته مخالٿ است، «مخالٿین مطلع و منطقی» و «مخالٿین ناآگاه و...». نگرانی های ابراز شده نیز از این دو دسته خارج نیستند. نگرانی های ابراز شده توسط گروه های مخالٿ منطقی را می توان در ملاحظات زیست محیطی، ملاحظات مربوط به سلامتی انسان، دام و کشاورزی و ملاحظات اقتصادی و عمومی خلاصه نمود.



ادامه مطلب
تاريخ : سه شنبه نوزدهم بهمن 1389 | 3:22 | نویسنده : NTM |
ناسا اعلام کرده بود یک کنفرانس خبری ویژه برگزار می کند اما خبرهایش چند ساعتی زودتر لو رفت. به نظر می رسد ناسا شکل جدیدی از حیات روی زمین کشف کرده که از نظر ساختار زیستی و ژنتیکی با چیزی که بشر تا به حال می شناخته متفاوت است. 

دانشمندان در دریاچه ای به نام ‏ ‏Mono Lake ‏ در کالیفرنیای آمریکا نوعی باکتری کشف کرده اند که دارای DNA با ساختاری متفاوت است. چیزی که تا به حال در حد تئوری مطرح بوده اما حالا کشف شده است. این باکتری در ساختار دی ان ای خودش به جای فسفر از آرسنیک استفاده می کند. ‏

تمام موجودات زنده روی زمین از ۶ ماده اصلی تشکیل شده اند: کربن، هیدورژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد. تمام موجودات این کره از کوچکترین باکتری گرفته تا انسان و یک نهنگ بزرگ در دریا از یک ساختار ژنتیکی یکسان استفاده می کنند و DNA همه ساختاری مشابه دارد. 



ادامه مطلب
تاريخ : دوشنبه چهارم بهمن 1389 | 17:39 | نویسنده : NTM |