مهندسی ژنتیک چیست؟

مهندسی ژنتیک، به مجموعه روش‌هایی گفته می‌شود که به منظور جداسازی، خالص سازی، وارد کردن و بیان یک ژن خاص در یک میزبان بکار می‌روند و نهایتا منجر به بروز یک صفت خاص و یا تولید محصول مورد نظر در جاندار میزبان می‌شود. کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریبا نامحدود به نظر می‌رسد. این علم کاربردهای زیادی در علوم پایه، 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 بستر بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک است، تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی، تولید گیاهان پرمحصول و تولید گاوهای دارای شیر و گوشت بیشتر، را می‌توان نام برد. و در زمینه کاربردهای پزشکی، تشخیص بیماریهای ارثی، تولید انسولین انسانی، تولید هورمون رشد انسان و... را می‌توان نام برد. در سال‌های اخیر گسترش و توسعهٔ تکنیک‌های سنتز DNA نوترکیب انقلابی را در درمان بسیاری از بیماری‌های انسانی از جمله انواع سرطان‌ها، اغلب بیماری‌های خود ایمنی نظیر دیابت و همچنین تشخیص، پیشگیری و درمان بسیاری از بیماری‌های مادر زادی فراهم آورده‌است.

تقسیم بندی کلی نشانگرها(مارکرها)

انواع مارکرها ( نشانگرها):

مارکرها انواع مختلفی دارند. در یک تقسیم بندی کلی می توان مارکرها را به صورت زیر دسته بندی کرد:

مارکرهای فنوتیپی:

مارکرهای مولکولی:

مارکرهای فنوتیپی همانگونه که از نام آنها مشخص است از روی فنوتیپ ارزیابی می شوند و لذا ارزیابی آنها خیلی ساده است. تعداد این مارکرها کم است و پلی مورفیزم کمی نیز تولید می کنند. از طرفی در اغلب موارد مارکر فنوتیپی در واقع یک صفت نامطلوب است، مثلا کوتولگی بوته، ابلق بودن برگ ها و ... لذا امروزه از این نوع مارکرها استفاده نمی شود.

مارکرهای مولکولی خود به دو دسته تقسیم می شوند.

مارکرهای بیوشیمیایی

مارکرهای DNA

مارکرهای بیوشیمیایی شامل موارد متعددی است. این نوع مارکرها نیز امروزه کارایی زیادی ندارند چرا که تعداد آنها کم بوده و پلی مورفیزم کافی ایجاد نمی کنند، لیکن نکته مثبت در آنها هم بارز بودن است.

این گروه را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

الف. مولکول های بیوشیمیایی کوچک: مثل ترکیبات فنلی، ترکیبات معطر و ...

ب. پروتئین های ذخیره ای: مثل گلوتنین و گلیادین که در گندم خصوصا در تعیین ارزش نانوایی کاربرد دارد.

ج. آیزوزایم ها: اینها در واقع فرم های مختلف یک آنزیم هستند که یک واکمش را کاتالیز می کنند ولی ممکن است سرعت فعالیت آنها متفاوت باشد. ان مارکرها در دهه 80 کاربرد زیادی داشتند. تنکسلی توانست بر اساس آیزوزایم ها در گوجه فرنگی اولین نقشه لینکاژی را طراحی نماید.

مارکرهای DNA در واقع مهمترین و کاربردی ترین سیستم های مارکری هستند که گستردگی زیادی داشته و هر روزه در حال توسعه و تکامل هستند. از آنجا که در اولین سطح بیان ژن مطرح می شوند، خیلی دقیق بوده، دارای تنوع زیاد و پلی مورفیزم بالا هستند.

براون (1999) مارکرهای DNA را به ساختمان ها و اماکن مهم در یک شهر تشبیه می کرد که می توان نقاط شهر را نسبت به آنها آدرس داد و مکان یابی نمود.

مارکرهای DNA انواع بسیار زیادی دارند. تقسیم بندی رایج به صورت زیر است:

1- مارکرهای مبتنی بر هیبریداسیون

2- مارکرهای مبتنی بر واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR)

بازرترین نوع مارکرهای نوع اول RFLP می باشد. VNTR ها و میکروستلیت ها نیز در این گروه قرار دارند. در این نوع مارکرها یک قطعه DNA نشاندار شده (پروب) جهت هیبریداسیون استفاده می شود. RFLP در سال 1980 توسط Botstain ابداع شد و دقت بسیار زیادی دارد، لیکن امروزه صرفا به دلیل وقت گیر و پر زحمت بودن آن، کمتر استفاده می شود.

مارکرهای مبتنی بر PCR آنهایی هستند که برای آشکار سازی از پرایمر (1 یا 2 پرایمر) استفاده می کنند. این گروه شامل طیف وسیعی از مارکرها می باشد و از آنجا که خیلی سریع قابل انجام هستند، هر روزه گسترش بیشتری می یابند. RAPD، DAF، AFLP، SSR، STS، SCAR، ALP و ... نمونه هایی از این مارکرها هستند.

RAPD: یکی از مهمترین این مارکرهاست. نیازی به داشتن توالی خاصی از DNA ندارد و پرایمرهای آن کاملا تصادفی طراحی می شوند. غالب بودن و عدم تکرار پذیری و همچنین عدم تشخیص سیستم آللی از معایب بزرگ آن می باشد.

AFLP: یکی از کارآمدترین سیستم های مارکری است که توسط Vos و همکاران (1995) ابداع شد و در آن سعی شده است که دقت RFLP و سرعت PCR با هم در یک سیستم جمع شود. مهمترین مشکل آن غالب بودن است.

SSR: شامل طیف وسیعی از مارکرهاست که همگی بر اساس توالی های تکراری ژنوم استوار هستند. میکروستلیت ها توالی های 7-1 نوکلئوتیدی حد اکثر تا 100 بار پشت سر هم تکرار شده اند. تکرارها می تواند AG، AC، GC و ... باشد ولی در ژنوم گیاهی تکرارهای n(AT) و n(A) حداثر هستند (n تعداد تکرار می باشد). میکروستلیت ها در ژنوم پستانداران خیلی زیادتر هستند. این گروه مارکرها پلی مورفیزم بسیار زیادی دارند و از طرفی هم بازر نیز هستند. ویژگی دیگر آنها این است که چنانچه پیوستگی ژنی بایک مارکر میکروستلیت تایید شود در واقع آن ژن نقشه یابی نیز شده است.

STMS، STR، RAMP، RAMPO، MP-PCR، SAMPLE و ... مارکرهایی هستند که بر اساس میکروستلیت ها طراحی شده اند. این مارکرها خیلی شبیه به هم هستند و فقط در موارد کوچکی اختلاف دارند. سعی شده است که خصوصیات مفید مارکرهای دیگر را با میکروستلیت ها تلفیق کنند تا کارآیی سیستم مارکری افزایش یابد. مثلا مارکر RAMP تلفیقی از SSR و RAPD است.SAMPLE که شاید قوی ترین مارکر در این گروه باشد تلفیقی از SSR و AFLP می باشد.

کارآیی این گروه مارکری توسط Gupta در سال 2000 در مورد گندم به طور مفصل بررسی شده است.

کاربرد مارکرهای :DNA

1- توالی یابی ژنوم: شاید مهمترین کاربرد مارکرها باشد. از آنجا که ژنوم یوکاریوت ها خیلی بزرگ است برای توالی یابی آن باید ژنوم را به قطعات خیلی کوچک تقسیم کرد و هر قطعه را جداگانه توالی یابی نمود. لذا باید روی DNA نقاط معیاری وجود داشته باشد تا بتوان بر اساس آنها نتایج حاصل از توالی یابی قطعات را کنار هم چید. این معیارها می توانند همان مارکرها باشند (Brown,1999).

2- Gene tagging: عبارتست از یافتن پیوستگی بین صفت مورد نظر با یک مارکر. این امر با بررسی تقرق هم زمان (Cosegregation) صفت و مارکر تحقق

می یابد.

3- Gene mapping: عبارتست از تعیین محل یک ژن روی کروموزوم.

4- بررسی روابط خویشاوندی: با استفاده از پلی مورفیزم مارکری می توان افراد مختلف را از هم متمایز ساخت. این مورد بیشتر در مطالعات فیلوژنتیکی و تعیین مبدا تنوع اهمیت دارد.

5- تعیین گروه های هتروتیک: در تهیه بذر هیبرید تعیین لاین های اینبرد والدینی اهمیت زیادی دارد. این والدین باید طوری انتخاب شوند که تعداد هتروزیس حداکثر باشد. مقدار هتروزیس به میزان غالبیت در هر لوکوس و فاصله ژنتیکی والدین بستگی دارد. این فاصله ژنتیکی را می توان از آنالیز کلاستری که با استفاده از پلی مورفیزم مارکری در بین اینبرد لاین های مختلف به دست می آید، تعیین کرد و بهترین اینبردها را انتخاب نمود.

6- انتخاب به کمک مارکر (MAS)

مهم ترین کاربرد مارکرها در اصلاح نباتات است. هدف این است که بتوان صفت مورد نظر را با واسطه مارکر پیوسته با صفت، انتخاب کرد. این مساله بسیار مهم است چرا که اگر پیوستگی یک مارکر با ژن مورد نظر تایید شود آنگاه می توان در هر مرحله ای از رشد گیاه و در هر محیطی اقدام به گزینش نمود.

اغلب صفات مهم زراعی مثل عملکرد، مقابله با خشکی و شوری و ... صفاتی کمی هستند که توسط لکوس های کمی (QTL) کنترل می شوند. لذا امروزه در پروژه های اصلاحی سعی بر نقشه یابی QTLها است تا بتوان از آنها در MAS استفاده کرد.

7- حفظ ذخایر ژنتیکی: به کمک مارکرها می توان تنوع ژنتیکی موجود را بررسی کرد و در حفظ و سازماندهی آن اقدام نمود.

منبع:

Brown T.A, 1999 . Genome. BIOS. publisher

نویسنده: امیر سالار سید رزاقی

 

تعریف بیومتری و انواع روشهای مورد استفاده:

بيومتري چیست؟ 

بيومتري علمي است كه از مفاهيم وروشهاي آماري براي مطالعه مسائل بيولوژيكي استفاده ميكند . به همين صورت ژنتيك بيومتري شاخه اي از ژنتيك است كه پيرامون وراثت صفات كمي با استفاده از مفاهيم وروشهاي آماري بحث مي كند . ژنتيك بيومتر ي را ژنتيك كمي نيز مي گويند . 

انواع روشهای آماری مورد استفاده :

- تجزیه میانگین

- تجزیه واریانس

- تجزیه کورولاسیون(تجزیه همبستگی)

- تجزیه رگرسیون

- تجزیه تابع تشخیص

- تجزیه کلاستر(تجزیه خوشه ای)

- تجزیه به مولفه های اصلی

- تجزیه علیت

- تجزیه به عاملها و ...

 

 

بیوتکنولوژی چیست؟

واژه زیست‌فناوری (بیوتکنولوژی) نخستین بار در سال ۱۹۱۹ از سوی کارل ارکی (Karl Ereky) به مفهوم کاربرد علوم زیستی و اثر مقابل آن در فناوری‌های ساخت بشر به کار برده شد. به طور کلی هر گونه کنش هوشمندانه بشر در آفرینش، بهبود و عرضه فرآورده‌های گوناگون با استفاده از جانداران، به ویژه از طریق دستکاری آن‌ها در سطح مولکولی در حیطه این مهم‌ترین، پاک‌ترین و اقتصادی‌ترین فناوری سده حاضر، زیست‌فناوری، قرار می‌گیرد.

زیست‌فناوری از جمله واژه‌های پر سرو صدای سال‌های اخیر است.این واژه را درست یا نادرست به مفهوم همه چیز برای مردم به کار می‌برند. زیست‌فناوری را در یک تعریف کلی به کارگیری اندامگان یا ارگانیسم یا فرایندهای زیستی در صنایع تولیدی یا خدماتی دانسته‌اند. تعریف ساده این پدیده نوین عبارت است از دانشی که کاربرد یکپارچه زیست‌شیمی،میکروب‌شناسی و فناوری‌های تولید را در سامانه‌های زیستی به دلیل استفاده‌ای که در سرشت بین رشته‌ای علوم دارند مطالعه می‌کنند. در تعریف دیگر زیست‌فناوری را چنین تشریح کرده‌اند:

فنونی که از موجودات زنده برای ساخت یا تغییر محصولات، ارتقا کیفی گیاهان یا حیوانات و تغییر صفات میکروارگانیسم‎ها برای کاربردهای ویژه استفاده می‌کند. زیست‌فناوری به لحاظ ویژگی‌های ذاتی خود دانشی بین رشته‌ای است. کاربرد این گونه دانش‌ها در مواردی است که ترکیب ایده‌های حاصل در طی همکاری چند رشته به تبلور قلمرویی با نظام جدید می‌انجامد و زمینه‌ها و روش‌شناسی خاص خود را دارد و در نهایت حاصل برهم‌کنش بخش‌های گوناگون زیست‌شناسی و مهندسی است. زیست‌فناوری در اصل هسته‌ای مرکزی و دارای دو جزء است: یک جزء آن در پی دستیابی به بهترین کاتالیزور برای یک فرایند یا عملکرد ویژه‌است و جزء دیگر سامانه یا واکنشگری است که کاتالیزورها در آن عمل می‌کنند.

احسان حق جو

سلام