استنساخ الحمض النووي: التعريف ، العملية ، أمثلة

المحتوى

• استنساخ الحمض النووي: تعريف وعملية نظرة عامة
• طريقة المتجهات البلازميد
• طريقة تفاعل البلمرة التسلسلي PCR
• باستخدام ناقلات البلازميد و PCR طرق استنساخ الحمض النووي معا
• أمثلة على استنساخ الحمض النووي للتكنولوجيا الحيوية
• أمثلة على استنساخ الحمض النووي للبحث
• أمثلة على استنساخ الحمض النووي للعلاج الجيني

من الممكن استنساخ كائنات كاملة مثل دوللي الأغنام ، لكن استنساخ الحمض النووي يختلف. ويستخدم تقنيات البيولوجيا الجزيئية لصنع نسخ متطابقة من تسلسل الحمض النووي أو الجينات واحدة.

باستخدام أساليب الهندسة الوراثية ، يتم التعرف على أجزاء من الشفرة الوراثية للحمض النووي ومعزولة. استنساخ الحمض النووي ثم نسخ تسلسل الحمض النووي في القطاعات.

يمكن استخدام النسخ المتطابقة الناتجة لإجراء مزيد من البحوث أو لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية. غالبًا ما يشفر الجين الذي يتم نسخه بروتينًا يمكن أن يشكل جزءًا من العلاجات الطبية. بما في ذلك تكنولوجيا الحمض النووي استنساخ الحمض النووي يدعم فهم كيفية عمل الجينات وكيف تؤثر الشفرة الوراثية للبشر على عمل الجسم.

استنساخ الحمض النووي: تعريف وعملية نظرة عامة

استنساخ الحمض النووي هو عملية البيولوجيا الجزيئية لصنع نسخ متطابقة من شرائح الحمض النووي الموجودة في الكروموسومات التي تحتوي على الشفرة الوراثية للكائنات المتقدمة.

عملية يولد كميات كبيرة من تسلسل الحمض النووي المستهدف. الهدف من استنساخ الحمض النووي هو إنتاج تسلسل الحمض النووي المستهدف نفسه أو إنتاج البروتينات المشفرة في المتواليات المستهدفة.

تسمى الطريقتان المستخدمتان في استنساخ الحمض النووي ناقل البلازميد و تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR). في ال ناقل البلازميد الطريقة ، يتم قطع فروع الحمض النووي باستخدام أنزيمات التقييد لإنتاج شظايا الحمض النووي ، ويتم إدراج القطاعات الناتجة في ناقلات الاستنساخ تسمى البلازميدات لمزيد من الازدواجية. توضع البلازميدات في خلايا بكتيرية تنتج نسخ الحمض النووي أو البروتينات المشفرة.

في ال طريقة PCR، يتم تمييز شريحة من فروع الحمض النووي المراد نسخها باستخدام إنزيمات تسمى الاشعال. يقوم إنزيم بوليميريز بعمل نسخ من الجزء الملحوظ من شرائط الحمض النووي. لا تستخدم هذه الطريقة إنزيمات التقييد ويمكن أن تنتج الحمض النووي المستنسخ من عينات صغيرة. في بعض الأحيان ، يتم استخدام طريقتي تكنولوجيا الحمض النووي معًا لدمج أفضل ميزات كل منهما في التفاعل الكلي.

طريقة المتجهات البلازميد

يشير متجه الأسلوب إلى البلازميد المستخدم للاحتفاظ بجزء الحمض النووي المستهدف المراد استنساخه. البلازميدات هي خيوط دائرية صغيرة من الحمض النووي غير الكروموسومي وجدت في العديد من الكائنات الحية بما في ذلك البكتيريا والفيروسات.

البلازميدات البكتيرية هي ناقل يستخدم لإدخال شريحة الحمض النووي المستهدف في الخلايا البكتيرية لمزيد من الازدواجية.

اختيار وعزل الحمض النووي المستهدف: قبل أن تبدأ عملية استنساخ الحمض النووي ، يجب تحديد تسلسل الحمض النووي ، وخاصة بدايات ونهايات شرائح الحمض النووي.

يمكن العثور على تسلسل الحمض النووي هذا باستخدام الحمض النووي المستنسخ الموجود مع تسلسلات معروفة أو عن طريق دراسة البروتين الذي ينتج عن تسلسل الحمض النووي المستهدف. بمجرد معرفة التسلسل ، يمكن استخدام إنزيمات التقييد المقابلة.

قطع الحمض النووي المستهدف مع تقييد الانزيمات: يتم تحديد إنزيمات تقييد للبحث عن رمز الحمض النووي في بداية ونهاية تسلسل الهدف.

عندما يجد إنزيمات التقييد تسلسلًا مشفرًا خاصًا للأزواج القاعدية تسمى مواقع التقييد ، فإنهم يربطون أنفسهم بالحمض النووي في ذلك الموقع ويطوقون أنفسهم حول جزيء الحمض النووي ، ويقطعون الشريط. شرائح الحمض النووي قطع تحتوي على تسلسل الهدف متاحة الآن للازدواجية.

اختيار ناقل البلازميد وإدخال الحمض النووي المستهدف: يحتوي البلازميد المناسب بشكل مثالي على متواليات ترميز الحمض النووي نفسها الموجودة في شريط DNA الذي تم قطع الحمض النووي المستهدف منه. يتم قطع حبلا DNA الدائرية للبلازميد بنفس إنزيمات التقييد المستخدمة في قطع الحمض النووي المستهدف.

أ انزيم الحمض النووي يستخدم لتعزيز ربط شريحة الحمض النووي ، ونهايات شريحة الحمض النووي الهدف تصل مع نهايات قطع الحمض النووي البلازميد. يشكّل الحمض النووي المستهدف الآن جزءًا من شريط DNA البلازميد الدائري.

إدخال البلازميد في خلية بكتيرية: بمجرد احتواء البلازميد على تسلسل الحمض النووي المراد استنساخه ، يمكن أن يحدث الاستنساخ الفعلي باستخدام عملية تسمى التحول البكتيري. يتم إدخال البلازميدات في خلية بكتيرية مثل E. coli ، وستبدأ الخلايا التي تحتوي على شرائح DNA جديدة في إنتاج النسخ والبروتينات المقابلة.

في التحول البكتيري ، يتم تحضين الخلايا المضيفة والبلازميدات معًا في درجة حرارة الجسم لمدة 12 ساعة تقريبًا. تمتص الخلايا بعض البلازميدات وتعاملها على أنها DNA البلازميد الخاص بها.

حصاد الحمض النووي والبروتينات المستنسخة: معظم البلازميدات المستخدمة في استنساخ الحمض النووي لها جينات مقاومة المضادات الحيوية أدرجت في الحمض النووي الخاص بهم. وبما أن الخلايا البكتيرية تمتص البلازميدات الجديدة ، فإنها تصبح مقاومة للمضادات الحيوية.

عندما يتم التعامل مع الثقافة بالمضادات الحيوية ، تبقى فقط تلك الخلايا التي امتصت البلازميدات الجديدة. والنتيجة هي ثقافة نقية من الخلايا البكتيرية مع الحمض النووي المستنسخة. يمكن بعد ذلك حصاد الحمض النووي أو إنتاج البروتين المقابل.

طريقة تفاعل البلمرة التسلسلي PCR

طريقة PCR أبسط ونسخ الحمض النووي الموجود في مكانه. أنها لا تتطلب قطع مع تقييد الانزيمات أو إدخال تسلسل الحمض النووي البلازميد. هذا يجعلها مناسبة بشكل خاص لاستنساخ عينات الحمض النووي مع عدد محدود من فروع الحمض النووي. في حين أن الطريقة يمكن استنساخ الحمض النووي ، فإنه لا يمكن استخدامه لإنتاج البروتين المقابل.

إلغاء لف خيوط الحمض النووي: الحمض النووي في الكروموسومات ملفوف بإحكام في هيكل الحلزون المزدوج. تسخين الحمض النووي إلى 96 درجة مئوية في عملية تسمى تمسخ يجعل جزيء الحمض النووي uncoil ويفصل إلى شقين. هذا الفصل مطلوب لأنه لا يمكن استنساخ سوى مجموعة واحدة من الحمض النووي في وقت واحد.

اختيار الاشعال: كما هو الحال مع استنساخ الحمض النووي لناقل البلازميد ، يجب تحديد تسلسل الحمض النووي المراد استنساخه مع التركيز بشكل خاص على بدايات ونهايات شرائح الحمض النووي. الاشعال هي انزيمات ترتبط بتسلسلات كود الحمض النووي ، ويجب تحديدها لتحديد شرائح الحمض النووي المستهدفة. سوف تلتصق الاشعال الصحيحة بتسلسل جزيء الحمض النووي للاحتفال ببداية ونهايات الشرائح المستهدفة.

الصلب رد فعل لربط الاشعال: ويسمى تبريد رد الفعل إلى حوالي 55 درجة مئوية التلدين. عندما يبرد التفاعل ، يتم تنشيط الاشعال وتربط نفسها بحبلا الدنا في نهاية كل قطعة من أجزاء الحمض النووي المستهدف. تعمل الاشعال فقط كعلامات ، وليس من الضروري قطع شرائط الدنا.

إنتاج نسخ متطابقة من شريحة الحمض النووي المستهدفة: في عملية تسمى تمديد، يضاف إنزيم بوليميريز TAQ الحساس للحرارة إلى التفاعل. ثم يتم تسخين التفاعل إلى 72 درجة مئوية ، وتفعيل الإنزيم. يرتبط إنزيم بوليميريز DNA النشط بالأشعال ويقوم بنسخ تسلسل الحمض النووي بينهما. اكتمال عملية تسلسل الحمض النووي الأولي واستنساخه.

زيادة غلة الحمض النووي المستنسخ: تخلق عملية التصلب والتمديد الأولية نسخًا قليلة نسبيًا من مقاطع حبلا DNA المتاحة. لزيادة الغلة من خلال تكرار الحمض النووي إضافية ، يتم تبريد رد الفعل مرة أخرى لإعادة تنشيط الاشعال والسماح لهم بالربط مع فروع الحمض النووي الأخرى.

ثم ، إعادة تسخين التفاعل ينشط إنزيم البلمرة مرة أخرى ويتم إنتاج المزيد من النسخ. يمكن تكرار هذه الدورة من 25 إلى 30 مرة.

باستخدام ناقلات البلازميد و PCR طرق استنساخ الحمض النووي معا

تعتمد طريقة متجه البلازميد على إمداد أولي وافر من الحمض النووي لقطعها وإدخالها في البلازميدات. ينتج القليل جدًا من الدنا الأصلي في عدد أقل من البلازميدات وبداية بطيئة لإنتاج الحمض النووي المستنسخ.

يمكن لطريقة PCR إنتاج كمية كبيرة من الحمض النووي من بعض فروع الحمض النووي الأصلية ، ولكن بسبب عدم زرع الحمض النووي في خلية بكتيرية ، فإن إنتاج البروتين غير ممكن.

لإنتاج البروتين المشفر في أجزاء الحمض النووي المراد استنساخه من عينة أولية صغيرة من الحمض النووي ، يمكن استخدام الطريقتين معًا ، ويمكنهما تكمل بعضها البعض. أولاً ، يتم استخدام طريقة PCR لاستنساخ الحمض النووي من عينة صغيرة وإنتاج العديد من النسخ.

ثم يتم استخدام منتجات PCR مع طريقة ناقل البلازميد لزرع الحمض النووي المنتج في الخلايا البكتيرية التي تنتج البروتين المطلوب.

أمثلة على استنساخ الحمض النووي للتكنولوجيا الحيوية

تستخدم البيولوجيا الجزيئية استنساخ الجينات وتكرار الحمض النووي للأغراض الطبية والتجارية. تُستخدم البكتيريا ذات تسلسل الحمض النووي المستنسخ لإنتاج الأدوية واستبدال المواد التي لا يستطيع الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات وراثية إنتاج أنفسهم.

الاستخدامات النموذجية تشمل:

تستخدم التقنية الحيوية أيضًا استنساخ الجينات في الزراعة لإنشاء خصائص جديدة في النباتات والحيوانات أو تعزيز الخصائص الحالية. مع استنساخ المزيد من الجينات ، يزداد عدد الاستخدامات الممكنة بشكل كبير.

أمثلة على استنساخ الحمض النووي للبحث

تشكل جزيئات الدنا جزءًا صغيرًا من المادة الموجودة في الخلية الحية ، ومن الصعب عزل تأثيرات الجينات الكثيرة. طرق استنساخ الحمض النووي تقدم كميات كبيرة من تسلسل الحمض النووي محددة للدراسة ، والحمض النووي ينتج البروتينات تماما كما فعلت في الخلية الأصلية. استنساخ الحمض النووي يجعل من الممكن دراسة هذه العملية للجينات المختلفة في عزلة.

تشمل الأبحاث النموذجية وتطبيقات تكنولوجيا الحمض النووي الفحص:

عندما يتم استنساخ مزيد من تسلسل الحمض النووي ، يكون من الأسهل العثور على تسلسلات إضافية واستنساخها. يمكن استخدام شرائح الحمض النووي المستنسخة الموجودة لتحديد ما إذا كانت شريحة جديدة تطابق الجزء القديم وأي الأجزاء مختلفة. تحديد تسلسل الحمض النووي المستهدف يكون بعد ذلك أسرع وأكثر دقة.

أمثلة على استنساخ الحمض النووي للعلاج الجيني

في العلاج الجينييتم تقديم جين مستنسخ إلى خلايا الكائن الحي الذي يتلف جينه الطبيعي. يمكن أن يتغير الجين الحيوي الذي ينتج بروتينًا مطلوبًا لوظيفة كائن حي معين ، أو يتغير عن طريق الإشعاع أو يتأثر بالفيروسات.

عندما لا يعمل الجين بشكل صحيح ، هناك مادة مهمة مفقودة من الخلية. العلاج الجيني يحاول استبدل الجين بنسخة مستنسخة تنتج المادة المطلوبة.

لا يزال العلاج الجيني تجريبيًا ، وقد تم علاج عدد قليل من المرضى باستخدام هذه التقنية. تكمن المشكلات في تحديد الجين المفرد المسؤول عن الحالة الطبية وإيصال العديد من نسخ الجين إلى الخلايا الصحيحة. نظرًا لأن استنساخ الحمض النووي أصبح أكثر انتشارًا ، فقد تم تطبيق العلاج الجيني في العديد من الحالات المحددة.

وشملت التطبيقات الناجحة الأخيرة:

يعد العلاج الجيني أحد التطبيقات الواعدة لاستنساخ الحمض النووي ، ولكن من المحتمل أن تتكاثر الاستخدامات الجديدة الأخرى حيث يتم دراسة المزيد من تسلسل الحمض النووي وتحديد وظيفتها. استنساخ الحمض النووي يسلم المواد الخام للهندسة الوراثية بالكميات المطلوبة.

عندما يكون دور الجينات معروفًا ويمكن ضمان وظيفتها المناسبة من خلال استبدال الجينات التالفة ، يمكن مهاجمة وعلاج العديد من الأمراض المزمنة وحتى السرطان على المستوى الجيني باستخدام تقنية DNA.

المحتوى ذو الصلة: