المحتوى
- TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
- الهندسة الوراثية لتغيير الكائن الحي
- كان الاختيار الاصطناعي أول هندسة وراثية
- أول كائن هندسي وراثي
- الأشكال القديمة الأخرى للهندسة الوراثية
- الهندسة الوراثية الحديثة
- الجمع بين الحمض النووي من نوعين
- التاريخ الحديث للهندسة الوراثية
- العلاقة بين الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية
- التكنولوجيا الحيوية الصناعية والوقود
- التكنولوجيا الحيوية الطبية وشركات الأدوية
- التكنولوجيا الحيوية وردود الفعل
التكنولوجيا الحيوية هو مجال علوم الحياة الذي يستخدم الكائنات الحية والأنظمة البيولوجية لإنشاء كائنات حية أو معدلة أو منتجات مفيدة. عنصرا رئيسيا في التكنولوجيا الحيوية الهندسة الوراثية.
المفهوم الشائع للتكنولوجيا الحيوية هو أحد التجارب التي تحدث في المختبرات والتقدم الصناعي المتطور ، ولكن التكنولوجيا الحيوية أكثر اندماجًا في الحياة اليومية لمعظم الناس مما تبدو عليه.
تعد اللقاحات التي تحصل عليها ، وصلصة الصويا ، والجبن والخبز التي تشتريها من متجر البقالة ، والبلاستيك في بيئتك اليومية ، وملابسك القطنية المقاومة للتجاعيد ، والتنظيف بعد أخبار تسرب النفط وغير ذلك الكثير من الأمثلة على التكنولوجيا الحيوية. انهم جميعا "توظيف" الميكروبات الحية لإنشاء منتج.
فحتى اختبار دم مرض لايم ، أو العلاج الكيميائي لسرطان الثدي أو حقن الأنسولين قد يكون نتيجة للتكنولوجيا الحيوية.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
تعتمد التكنولوجيا الحيوية على مجال الهندسة الوراثية ، الذي يعدل الحمض النووي لتغيير وظيفة أو غيرها من سمات الكائنات الحية.
الأمثلة المبكرة على ذلك هي التربية الانتقائية للنباتات والحيوانات منذ آلاف السنين. اليوم ، يقوم العلماء بتحرير أو نقل الحمض النووي من نوع إلى آخر. تسخر التكنولوجيا الحيوية هذه العمليات لمجموعة واسعة من الصناعات ، بما في ذلك الطب والغذاء والزراعة والتصنيع والوقود الحيوي.
الهندسة الوراثية لتغيير الكائن الحي
التكنولوجيا الحيوية لن تكون ممكنة بدون الهندسة الوراثية. من الناحية الحديثة ، تتعامل هذه العملية مع المعلومات الوراثية للخلايا باستخدام التقنيات المختبرية من أجل تغيير سمات الكائنات الحية.
قد يستخدم العلماء الهندسة الوراثية من أجل تغيير الطريقة التي ينظر بها الكائن الحي أو يتصرف أو يعمل أو يتفاعل مع مواد معينة أو محفزات في بيئته. الهندسة الوراثية ممكنة في جميع الخلايا الحية ؛ وهذا يشمل الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والخلايا الفردية للكائنات متعددة الخلايا ، مثل النباتات والحيوانات. حتى الجينوم البشري يمكن تحريره باستخدام هذه التقنيات.
في بعض الأحيان ، يغير العلماء المعلومات الوراثية في الخلية عن طريق تغيير جيناتها مباشرة. في حالات أخرى ، يتم زرع أجزاء من الحمض النووي من كائن حي في خلايا كائن حي آخر. تسمى الخلايا الهجينة الجديدة المعدلة وراثيا.
كان الاختيار الاصطناعي أول هندسة وراثية
قد تبدو الهندسة الوراثية بمثابة تقدم تكنولوجي حديث للغاية ، لكنها كانت مستخدمة لعقود من الزمن في العديد من المجالات. في الواقع ، للهندسة الوراثية الحديثة جذورها في الممارسات الإنسانية القديمة التي عرفها تشارلز داروين أولاً الانتقاء الاصطناعي.
اختيار اصطناعي ، وهو ما يسمى أيضا التربية الانتقائية، هي طريقة لاختيار أزواج التزاوج عن عمد للنباتات والحيوانات أو غيرها من الكائنات الحية على أساس الصفات المطلوبة. والسبب في ذلك هو خلق ذرية مع تلك الصفات ، وتكرار العملية مع الأجيال المقبلة لتعزيز الصفات في السكان تدريجيا.
على الرغم من أن الانتقاء الصناعي لا يتطلب الفحص المجهري أو غيره من معدات المختبرات المتقدمة ، إلا أنه شكل فعال من أشكال الهندسة الوراثية. على الرغم من أنها بدأت كطريقة قديمة ، إلا أن البشر ما زالوا يستخدمونها اليوم.
من الأمثلة الشائعة ما يلي:
أول كائن هندسي وراثي
أول مثال معروف على مشاركة البشر في الانتقاء الاصطناعي للكائن الحي هو ظهور Canis lupus familiaris، أو كما هو معروف أكثر ، الكلب. منذ حوالي 32000 عام ، كان البشر في منطقة شرق آسيا التي أصبحت الآن الصين ، يعيشون في مجموعات لجمع الصيادين. تابعت الذئاب الوحشية المجموعات البشرية وكسرت الذبائح التي تركها الصيادون وراءهم.
يعتقد العلماء أنه من المرجح أن البشر سمحوا فقط للذئاب المنقصة التي لم تكن تهديدًا للعيش. وبهذه الطريقة ، بدأ تفريق الكلاب من الذئاب عن طريق الانتقاء الذاتي ، حيث أصبح الأفراد ذوو السمات التي سمحت لهم بالتسامح مع وجود البشر هم الصحابة المستأنسة لجامعي الصياد.
في النهاية ، بدأ البشر في تدجين الحيوانات عن عمد ومن ثم تولد أجيال من الكلاب للسمات المرغوبة ، وخاصة الانقياد. أصبحت الكلاب الموالية والرفقة واقية للبشر. على مر الآلاف من السنين ، قام البشر بتربيةهم بشكل انتقائي لسمات محددة مثل طول المعطف واللون ، وحجم العين وطول الخطم ، وحجم الجسم ، والتخلص والمزيد.
تضم الذئاب البرية في شرق آسيا منذ 32000 عام والتي انقسمت منذ 32000 عام إلى كلاب نحو 350 سلالة مختلفة من الكلاب. ترتبط تلك الكلاب المبكرة ارتباطًا وثيقًا بالكلاب الحديثة التي تسمى الكلاب الصينية الأصلية.
الأشكال القديمة الأخرى للهندسة الوراثية
انتقاء اصطناعي يتجلى بطرق أخرى في الثقافات البشرية القديمة أيضًا. عندما انتقل البشر نحو المجتمعات الزراعية ، استخدموا الانتقاء الصناعي مع عدد متزايد من الأنواع النباتية والحيوانية.
قاموا بتدجين الحيوانات من خلال تربيةهم جيلًا بعد جيل ، فقط تزاوج النسل الذي أظهر الصفات المطلوبة. هذه الصفات تعتمد على الغرض من الحيوان. على سبيل المثال ، يتم استخدام الخيول المستأنسة الحديثة بشكل شائع في العديد من الثقافات مثل النقل وكحزمة الحيوانات ، وهي جزء من مجموعة من الحيوانات تسمى عادة وحوش العبء.
لذلك ، فإن السمات التي قد يبحث عنها مربو الخيول هي الانقياد والقوة ، وكذلك المتانة في البرد أو الحرارة ، والقدرة على التكاثر في الأسر.
استخدمت المجتمعات القديمة الهندسة الوراثية بطرق أخرى غير الانتقاء الاصطناعي ، أيضًا. قبل 6000 سنة ، استخدم المصريون الخميرة لخميرة الخبز والخميرة المخمرة لصنع النبيذ والبيرة.
الهندسة الوراثية الحديثة
تحدث الهندسة الوراثية الحديثة في المختبر بدلاً من التكاثر الانتقائي ، حيث يتم نسخ الجينات ونقلها من قطعة واحدة من الحمض النووي إلى آخر ، أو من خلية كائن حي إلى الحمض النووي لكائن آخر. هذا يعتمد على حلقة من الحمض النووي تسمى أ البلازميد.
البلازميدات موجودة في الخلايا البكتيرية والخميرة ، وهي منفصلة عن الكروموسومات. على الرغم من أن كلاهما يحتوي على الحمض النووي ، إلا أن البلازميدات ليست ضرورية عادة للخلية. بينما تحتوي الكروموسومات البكتيرية على آلاف الجينات ، فإن البلازميدات تحتوي فقط على عدد الجينات التي يمكنك الاعتماد عليها من ناحية. هذا يجعلها أبسط بكثير في التلاعب والتحليل.
اكتشاف في 1960s من تقييد النويدات، المعروف أيضا باسم أنزيمات التقييد، أدى إلى طفرة في تحرير الجينات. هذه الانزيمات تقطع الحمض النووي في مواقع محددة في سلسلة قاعده ازواج.
أزواج قاعدة هي المستعبدين النيوكليوتيدات التي تشكل حبلا الحمض النووي. اعتمادًا على أنواع البكتيريا ، سيتم تخصيص إنزيم التقييد للتعرف على سلاسل مختلفة من أزواج الأساس وقطعها.
المحتوى ذو الصلة: تعريف البيولوجيا الجزيئية
اكتشف العلماء أنهم كانوا قادرين على استخدام إنزيمات التقييد لقطع قطع من حلقات البلازميد. ثم تمكنوا من إدخال الحمض النووي من مصدر مختلف.
انزيم آخر يسمى يغاز الحمض النووي يعلق الحمض النووي الغريب على البلازميد الأصلي في الفجوة الفارغة التي خلفها تسلسل الحمض النووي المفقود. والنتيجة النهائية لهذه العملية هي البلازميد مع شريحة الجينات الغريبة ، والتي تسمى أ قوه موجهة.
إذا كان مصدر الحمض النووي نوعًا مختلفًا ، فسيتم استدعاء البلازميد الجديد الحمض النووي المؤتلفأو الكمير كائن خرافي. بمجرد إعادة إدخال البلازميد في الخلية البكتيرية ، يتم التعبير عن الجينات الجديدة كما لو كانت البكتيريا تمتلك دائمًا تلك التركيبة الجينية. عندما تتكاثر البكتيريا وتتكاثر ، سيتم نسخ الجين أيضًا.
الجمع بين الحمض النووي من نوعين
إذا كان الهدف هو إدخال الحمض النووي الجديد في خلية كائن غير البكتيريا ، فهناك حاجة إلى تقنيات مختلفة. واحد من هؤلاء هو بندقية الجينات، الذي ينفجر جزيئات صغيرة جدًا من عناصر المعادن الثقيلة المغلفة مع الحمض النووي المؤتلف في الأنسجة النباتية أو الحيوانية.
اثنين من التقنيات الأخرى تتطلب تسخير قوة عمليات الأمراض المعدية. سلالة بكتيرية تسمى أغروباكتريوم توميفاسيانز يصيب النباتات ، مما تسبب في نمو الأورام في النبات. يزيل العلماء الجينات المسببة للأمراض من البلازميد المسؤول عن الأورام ، ويسمى منظمة الشفافية الدوليةأو البلازميد المسبب للورم. يستبدلون هذه الجينات بأي جينات يريدون نقلها إلى النبات بحيث يصبح النبات "مصابًا" بالحمض النووي المرغوب فيه.
المحتوى ذو الصلة: بيولوجيا الخلية: نظرة عامة على خلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة
غالبًا ما تغزو الفيروسات خلايا أخرى ، من البكتيريا إلى الخلايا البشرية ، وتدخل الحمض النووي الخاص بها. أ ناقل فيروسي يستخدمه العلماء لنقل الحمض النووي إلى خلية نباتية أو حيوانية. تتم إزالة الجينات المسببة للأمراض واستبدالها بالجينات المطلوبة ، والتي قد تشمل جينات العلامة للإشارة إلى حدوث عملية النقل.
التاريخ الحديث للهندسة الوراثية
كانت أول مثال على التعديل الوراثي الحديث في عام 1973 ، عندما قام هيربرت بوير وستانلي كوهين بنقل جين من سلالة من البكتيريا إلى أخرى. الجين المشفر لمقاومة المضادات الحيوية.
في العام التالي ، ابتكر العلماء أول حالة لحيوان معدل وراثيا ، عندما نجح رودولف جاينيش وبيتريس مينتز في إدخال الحمض النووي الغريب في أجنة الفئران.
بدأ العلماء في تطبيق الهندسة الوراثية على مجموعة واسعة من الكائنات الحية ، وذلك لعدد متزايد من التقنيات الجديدة. على سبيل المثال ، طوروا نباتات بمقاومة لمبيدات الأعشاب حتى يتمكن المزارعون من رش الأعشاب الضارة دون الإضرار بمحاصيلهم.
كما قاموا بتعديل الأطعمة ، وخاصة الخضراوات والفواكه ، بحيث ينمووا أكبر بكثير ويدومون لفترة أطول من أبناء عمومتهم غير المعدلين.
العلاقة بين الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية
الهندسة الوراثية هي أساس التكنولوجيا الحيوية ، حيث أن صناعة التكنولوجيا الحيوية هي ، بشكل عام ، مجال واسع يشمل استخدام أنواع حية أخرى لتلبية احتياجات البشر.
كان أسلافك منذ آلاف السنين الذين كانوا يقومون بتربية الكلاب بشكل انتقائي أو بعض المحاصيل يستخدمون التكنولوجيا الحيوية. وكذلك الحال بالنسبة للمزارعين ومربي الكلاب في العصر الحديث ، وكذلك أي مخبز أو مصنع نبيذ.
المحتوى ذو الصلة: كيفية الاتصال بممثلك حول تغير المناخ
التكنولوجيا الحيوية الصناعية والوقود
تستخدم التكنولوجيا الحيوية الصناعية في مصادر الوقود. هذا هو المكان الذي ينشأ فيه مصطلح "الوقود الحيوي". الكائنات الحية الدقيقة تستهلك الدهون وتحولها إلى إيثانول ، وهو مصدر الوقود المستهلك.
يتم استخدام الإنزيمات لإنتاج مواد كيميائية ذات نفايات وتكلفة أقل من الطرق التقليدية ، أو لتنظيف عمليات التصنيع عن طريق تحطيم المنتجات الثانوية الكيميائية.
التكنولوجيا الحيوية الطبية وشركات الأدوية
من العلاج بالخلايا الجذعية إلى اختبارات الدم المحسنة إلى مجموعة متنوعة من الأدوية ، تم تغيير وجه الرعاية الصحية بسبب التكنولوجيا الحيوية. تستخدم شركات التقنية الحيوية الطبية الميكروبات لإنشاء أدوية جديدة ، مثل الأجسام المضادة وحيدة النسيلة (تستخدم هذه الأدوية لعلاج مجموعة متنوعة من الحالات ، بما في ذلك السرطان) ، والمضادات الحيوية واللقاحات والهرمونات.
كان التقدم الطبي الهام هو تطوير عملية لإنتاج الأنسولين الصناعي بمساعدة الهندسة الوراثية والميكروبات. يتم إدخال الحمض النووي للأنسولين البشري في البكتيريا ، التي تتكاثر وتنمو وتنتج الأنسولين ، حتى يمكن جمع الأنسولين وتنقيته.
التكنولوجيا الحيوية وردود الفعل
في عام 1991 ، استخدم Ingo Potrykus بحوث التكنولوجيا الحيوية الزراعية لتطوير نوع من الأرز المدعم بالبيتا كاروتين ، والذي يحوله الجسم إلى فيتامين A ، ويعتبر مثالياً لزراعته في البلدان الآسيوية ، حيث يعد عمى الطفولة الناجم عن نقص فيتامين (أ) خاصًا مشكلة.
أدى سوء الفهم بين مجتمع العلوم والجمهور إلى جدل كبير حول الكائنات المعدلة وراثيا ، أو الكائنات المعدلة وراثيا. كان هناك مثل هذا الخوف والغضب من منتج غذائي معدل وراثيا مثل الأرز الذهبي ، كما يطلق عليه ، أنه على الرغم من أن النباتات جاهزة للتوزيع على المزارعين الآسيويين في عام 1999 ، فإن هذا التوزيع لم يحدث بعد.