المحاضرة النظرية

العاشرة

الهندسة الوراثية Genetic Engineering

ثورة البيوتكنولوجيا

م ، و يظهر ذلك جليا* من خالل الثورة العلمية 21م و 20توالت العجائب خالل القرنين الهائلة في شتى المجاالت وبخاصة في مجال هندسة المورثات، مما جعلها عالمة بارزة

لطموح اإلنسان قد يكون الدافع لها الحاجة أو حب اإلبتكار، تتمثل فيما يأتي:- زراعة األعضاء البشرية:1

م على يد الطبيب ”كريستيان 1967 حيث تمت أول عملية زرع قلب عام برنارد“، ثم نجح آخرون في نقل أعضاء أخرى كالكبد و البنكرياس و الرئة.

- اإلخصاب الصناعي:2 م، ثم أنشى ”بنك األمشاج 1979 حيث تمت والدة أول طفل أنابيب في عام

Sperm Bank ،ثم األرحام المؤجرة ،“ ثم األم البديلة، ثم الرحم الصناعي.

- الهندسة الوراثية:3 م، بهدف برمجة الجنس 1973 حيث بدأت فكرة التحكم في الجهاز الوراثي في

البشري وفق تصميمات مسبقة- اإلستنساخ:4

م على يد العالمين ”جيري هول“ و 1993 بدأ بإستنساخ أجنة بشرية في عام ”روبرت ستلمان“، ثم إستنسخت

م من خلية جسدية،ثم إستنسخت قردة من 1997 النعجة ”دوللي“ في فبراير خاليا جنينية في مارس من عام

م.ثم اإلستنساخ البشري على غرار النعجة ”دوللي“ الذي يفرق عنها 1997 بخطورته* و ذلك لمساسه بالجوانب

الدينية واألخالقية لإلنسان.- مشروع الجينوم البشري:5

م، و بداء 1987 أول من اثار الفكرة هو العالم ”روبرت سينهايمر“ في عام م بعشرين فريق 1990التنفيذ في عام

أنواع من الخرائط لعدد 3 عمل برئاسة الدكتور ”ويليام هيزلتاين“ و ذلك لرسم ألف 100 كروموسوم تحمل 46

عام.15 مليار دوالر، و مدة 3 جين، ورصد له ميزانية قدرها

ما هي الهندسة الوراثية

هي إحدى الفروع التطبيقية لعلم الوراثة، و تختص بمعالجة المادة الوراثية بإستخدام تقنيات خاصة يمكن من خاللها قطع جزيئات حمض

DNA في مكان محدد بدقة بالغة ، و وصلها مع قطع أخرى. )يمكن تسميتها بـ التطعيم الجيني(.

إكتشافها: في السبعينات من القرن العشرين، و بعد دراسة

مستفيضة لما أعلنه العالمان ) واطسون و كريك ” م“( من إكتشافهما للطريقة التي كتبت بها 1953

المعلومات الوراثية، و بالتالي تمكن العلماء من دراسة الوراثة في المعامل )في األطباق و أنابيب اإلختبار ”بطريقة كيموحيوية“( دون إنتظار للتكاثر الطبيعي

للكائن حتى يعطينا هذه المعلومات من نسله المتتابع الذي يستغرق سنوات عديدة.

دور الهندسة الوراثية: هو محاولة جمع صفة )صفات( مفيدة تؤخذ من كائن

)كائنات( و تنقل إلى كائن آخر، و ذلك بعزل الجينات المسئولة عنها و إضافتها للكائن الجديد مما يكسبه

وظائف جديدة لم يسبق له أن إمتلكها سابقا* )أي القدرة على إعادة برمجة الكائن بمعلومات وراثية مأخوذة من

كائن آخر بطريقة مسيطر ة (.

المفاهيم األساسية في تقنية الهندسة الوراثية

و * حلزوني، بشكل ملتفين شريطين من مكون الكروموسوم أن عرفناالشريط على يقابلها ما لها كيميائية وحدات من مكون شرط كل

كل ) كل Tتقابل Aاآلخر بروابط ( Gتقابل Cو يرتبطان و. ضعيفة هيدروجينية

الحلزون * فتح بعد شريطين إلى الكروموسومات تنفصل الخلية إنقسام عند. جديدين حلزونين فيتكون نفسه ينسخ كقالب شريط كل ويصبح المزدوج،

الـ * مادة من إضافي حلقي جزيئ يوجد البكتيريا مثل الكائنات بعض DNAفيحول“ ) Plasmidيسمى ” القمر تحرك مثل األساسي الكروموسوم حول يتحرك

األدوية( ) لبعض البكتيريا مقاومة الصفات لبعض جينات يحمل و ، األرضكالبنسلين(.

. آخر * كائن إلى البالزميد جينات نقل يمكن

و تجاربهم إلجراء الوراثية الهندسة علماء لدى المفضل الحي الكائن البكتيريا تعتبر: التالية لألسباب ذلك

•1. رخيصة- و سهلة تنميتها•2. ساعة- نصف كل جديدا* جيال* تنتج•3. الوراثية- الصفات في تباين بها متعددة سالالت لها• ) بخاصة* ) و كوالي إيشيريشيا ساللة على دراستهم في العلماء ركز

و“ K12الساللة ” الجروح على و اإلنسان قولون في تعيش التي. بالمخ المحيط النسيج

الطبيعة في الجينات تنقلبـ :-3يتم هي طرق

:-Transformation- التحول 1

إضافة بسبب البكتيريا في يحدث الوراثية اإلتحادات من نوع غريب DNAهووسيط عامل يتطلب ال هذا و بكتيرية نمو بيءة إلى

: جريفث العالم تجربةالرئة ) ذات بكتيريا :Diplococus pnemococusدرس ساللتين( لها التي

( لها يرمز ملساء مستعمراتها معدية معدية( Sساللة غير ساللة و ،خشنة ) (.Rمستعمراتها

خاليا- 1 .Sحقن الفأر فمات فأر فيخاليا- 2 .Rحقن الفأر يتأثر فلم فأر فيخاليا- 3 .Sحقن ) الفأر ) يتأثر فلم ميتة أصبحت بالحرارة تسخينها بعدخاليا- 4 خاليا Sسخن معها نمى .Rو الفأر فمات الفأر بها حقن ثم ،

التفسير: “ ” خاليا بعض بأن حدث ما مكارثي و مكلويد ة إفري العلماء فسر

الساللة Rالساللة خاليا إلى تحولت الممرضة أن Sغير و و الممرضة،DNA ” الساللة استقبلت حيث المحول العامل “ Sالساللة ” R“ DNAهو

معدية . فأصبحت

:-Transductionالنقل- 2الفيروس يحقن DNA Zحيث مستخدما داخلها في الفيروس يتكاثر ثم ، بكتيريا في به الخاص

بكتيرية DNAالـ خاليا الجديدة الفيروسات تهاجم البكتيرية الخلية موت بعد و ، بها الخاصبـ تحقنها و . DNAأخرى السابقة البكتيرية الخلية

:-Conjugationاإلقتران- 3 ) ( تم Z عشوائيا قريبة بكتيريا سطح على صغير نتؤ بإلصاق البكتيريا خاليا إحدى تقوم حيث

حمض الـ DNAيمرر ليس و البالزميد سيطرة تحت .DNAإليها،

السيطرة* من درجة تحت الوراثية الهندسة في كناقالت الفيروسات و البالزميد استخدمت. النقل خطوات كل على

“ ” “ و ” ؛ البشرية الخاليا وظائف راقية بوظائف يقوم البكتيريا بسيط كائن جعل فكرة برزت وينقل؟ و الجين يعزل كيف لكن

• : الجواب والبكتيريا في الموجودة اإلنزيمات من مجموعة العلماء من فريق إكتشف عندما

( أي بقص اإلنزيمات هذه تقوم حيث يجعله DNAلحمايتها مما البكتيريا في يدخل غريب” ) بـ سميت و الفاعلية القطع عديم التي“ Restriction enzymes or Endonuclesesإنزيمات

نحو منها الـ 300عرف يقص منها كل ) DNAإنزيم من خاص تعاقب في محدد موقع فيعن للبحث شديدة رغبة في المقصوص القواعد أطراف يجعل مم النيتروجينية القواعد

الصقة ” نهايات تسمى ولهذا معها لتزدوج مكملة “.Sticky endsقواعدمكسورتين • قطعتين ربط على القدرة لها أخرى إلنزيمات آخرين علماء إكتشاف أن كما

الـ ”DNAمن سموها الحمه و قطع “Ligasesإنزيمات لحم و وصل في لإلسراع تستخدمDNA. لحمها المطلوب

الـ* لقطع الالزمة العدة إمتالك تم هكذا، إعادة DNAو و إصالحه ثم من و خاصة مواقع فيال ) هندسة إعادة أي غريبة أخرى قطع مع (.DNAربطه الرغبة حسب

التجربة األساس في الهندسة الوراثية

الغريبة إلى البكتيريا:DNAإدخال قطع العام األمريكيين ”1973في العالمين من كل إستطاع و“ Herbert Boyerم

”Stanly Cohen “

ملخصها و ، الوراثية بالهندسة عرف فيما األساس عدة تجربة إجراءكالتالي:

الـ- 1 شريط لكسر القطع إنزيمات .DNAإستخدام صغيرة قطع إلىالناقل- ”2 أو الحامل الجديدة“ Vectorإختيار الخلية إلى الجين لنقل المناسب

الـ) يكون ما Z غالبا Plasmid.)

القطع- ”3 إنزيمات بإستخدام الناقل بالزميد “.Restriction enzymesفتح

الـ- 4 قطع مع DNAخلط نقله .DNAالمراد البالزميد الـ- 5 قطع مع DNAلحم نقله إنزيمات DNAالمراد بإستخدام البالزميد

إلنتاج“ Ligasesاللحم ” DNA متزاوجRecombinant DNA.

الـ- 6 إدخال المطلوب الخاليا من كبيرة مجموعة بإصابة للناقل إليها DNAالسماح.) كالبكتيريا) 7. التجربة- نجاح مدى عن للكشف صناعية بيئة في الخاليا تنمى

أثـارت الهندسـة الوراثيـة جـدال* كبـيرا* في مختلـف األوســاط خاصــة فيمــا يتعلــق باإلنســان، و كــان هنــاك خــوف من حــدوث أضــرار بالغــة ال يمكن الـسيطرة عليـها، و لكنـها في الواـقع ـسالح يتوـقف

ضرره و نفعه على إنسانية اإلنسان نفسه.

بصمة الجينات

“ ” * في لستر جامعة من جيفرس إليك العالم تمكنالوراثية الشفرة في إختالفات إكتشاف من بريطانيا

خاص“ Intronاإلنترون لمنطقة ” بتركيب شخص كل ينفرد واإلصبع ) بصمة من 3000: 1بنسبة( مثل نادر نوع عدا مليون

” تورث و المتطابقة، مندل التوائم لقوانين للنسل“ طبقا*و األم من اإلختالفات هذه نصف على الطفل يحصل بحيثخصائص يجمع مزيج فيتكون األب، من اآلخر النصفاألنماط. بإختالف الجينات بصمة وتختلف الوالدين

. العالم شعوب في للجينات الجغرافية

* عام ” 1997في رولند األستراليان العالمان تمكن م “ ” الـ“ عزل من جونز ماكسويل و تم DNAفان أشياء من

– – – – – ( مني عينة دم عينة كوب تليفون مفاتيح لمسهابصمة – ....( عمل ثم األظافر تحت من جلد الجسم شعيراتقضايا حاالت في جنائي كدليل أشعة فيلم على للجيناتالكوارث، - – – ضحايا السطو جرائم اإلغتصاب البنوة إثبات

إلى تصل نجاح المتقدمة%. 96بنسبة الدول هذا شجع ولدى اإلصبع بصمة مع المواطنين لجينات بصمة حفظ على

. المختصة الجهات

بصمة الجينات

التالعب المسيطر عليه بالمعلومات و الصفات الوراثية

عنها* مختلفة خاليا إلى نقلها و الجينات عزل لكيفية التوصل بعد( بـ التقنية هذه سميت Z Recombinant المتزاوج DNAتقنية تماما

DNA )أجهزة أنها على الحية للكائنات اعلماء نظرة اصبحت و ،الـ على محمولة ببرامج الموجهة مورثاتها قبل من مأمورة تتصرف

DNA. الحاجة وفق المعلومات هذه معالجة في فكروا و ،

القرن* من السبعينات نهاية مسمى 20في أصبح م،سماء لمعت حيث التجارة قمة يعني الوراثية الهندسة

: مثل التقنية هذه على تعتمد , Transgene , GenexشركاتBiogene , Genetech , Cell Tech..

* في إستخدامه يمكن فكما حدين، ذو سالح الجينات هندسة إنالحياة ‘ لتدمير إستخدامه يمكن لإلنسان المفيدة المجاالت من العديد

. األرض على

األطقم* لتطويع المختلفة التقنيات يمتلك اإلنسان أصبح( الحية الكائنات جميع في أو الوراثية نباتات كانت سواء*

دقيقة كائنات أو وظائفها( حيوانات لتغيير الوراثية للجراحة ” بـ يعرف ما هو و دنيئة ألغراض تستغل قد الطبيعية

.“ الجينات قرصنة

:-تقييم السالمة البيولوجيةيكون الوراثية التعديالت بعض ألن نظرا*تسبب قد تغيرات بإحداث ذلك و نبيل، غير هدفهالوائح و نظم وضع تم للبيئة، أو لإلنسان أضرارالقيام فيها يشترط الجينات، نقل تحكم دولية،

” السالمةبإختبارات ” ، تقييم الهيئة تراقبهاالبيئة لحماية بعض“ EPAاألمريكية أن و خاصة

الوراثي بالتعديل المشتغلين الشركات و العلماء. محتملة سلبيات وجود بعدم دفاعهم في يبالغون

* وراثيا المعدل المنتج أن باإلختبارات ثبت إذايستخدم أن يمكن البيئة، و اإلنسان على مأمونالمستهلك، حق من ألنه بالمنتج التعريف معو مشتقاتها، و اللحوم أكله من يتضرر قد الذيإستنشاقه خالل من حتى أو النباتية، المنتجاتلقاح بحبوب المحملين للعسل أكله أو للهواء

النباتات .هذه

بعض تطبيقات الهندسة الوراثية

I:في مجال الطب : البشري* ”• اإلنسولين عام“ Humalinإنتاج و 1982في م

من نوع مسببا* الخنازير و األبقار من ينتج كان الذي. التركيب في بسيط إلختالف الحساسية

معالجة* • في المستخدمة اإلنترفيرون مركبات إنتاج. السرطان مرضى

األقزمة* • حاالت لمعالجة البشري النمو هرمونات إنتاج. الجسم ممن طبيعيا* إفرازها قلت عن الناتجة

رقم* • التجلط عامل “ 8إنتاج و ” الدم سيولة لمرضى الهام. “ الدم ” لجلطات المذيب يوروكينيز إنزيم إنتاج

المزارع* • نفايات على البكتيريا بتنمية غذائي بروتين إنتاج. عليها لتتغذى المصانع و

مثل* ”• الفيتامينات “.B2 – B12 – C – D etcإنتاجالرقط* • السلمون سمك من النمو هرمونات جينات نقل

. األخرى األسماك أنواع من عدد إلى

II:في مجال الزراعة :

ــام ــا*، 1982في ع ــات مهجن جيني ــاج أول نب م تم إنتبتقنـيات تعتـمد على ـحذف أو إـضافة مـقاطع بـهدف إـعادة ة للخلـية إلكـسابها ـصفات لم تكن ـصياغة الـشفرة الوراثـي

موجودة من قبل.مضاعفة* على القادرة البذور و النباتات من جديدة أنواع إنتاج

.) صقيع ) – – جفاف ملوحة البيئية الظروف تحمل و اإلنتاج،

على* القدرة و األمراض ضد مناعة إلكسابه النبات صفات تحسين. اإلنتاج زيادة و المبيدات إستخدام من للحد الآلفات مقاومة

. الخضراء* بالستيداته في البالستيك لينتج النبات تحويرظروف* تحمل و الغذائية، القيمة لتحسين الثمار صفات تعديل

. التخزين و النقل

الطحالب* من األصباغ و النكهة و الطعم مركبات إنتاج

‘ بإستخدام* البترول، بقع تنظيف يمكنها دقيقة كائنات نتاج. الوراثية المادة إتحاد إعادة تطبيقات

من المحاصيل المعدلة وراثيا*:•%( – الكتـان – 70%( – الكـانوال )31%( – فـول الصـويا )40الـذرة )•

%( – البنجــــر – البابــــاي – الكوســــة – الطمــــاطم – 40القطن )البطاطس.

III:في المجاالت العسكرية:

مراكز* إلنشاء الكبرى الدول تتسابق الذرية، القنابل إنتاج ثورة بعدالجينية ” النظم مصانع“ ابحاث من الدقيقة الكائنات جمع على تعتمد

الذخيرة ) مستودعات و تدمير – األسلحة بكتيريا الديناميت تحلل بكترياالنظم( الهيدروكربونات تحليل و لعزل المعامل في تنميتها ثم

( البيولوجية للكائنات كذا و لها - الوراثية - عوامل المدمرة الممرضة).... ، سيئة “ مطفرة بيولوجية ” قنابل إنتاج و الحاسبات نظم بإستخدام

بذلك تحقق و ضمير من وازع دون بالبشر لتفتك الصواريخ على تحملبـ ) يعرف ما خالل من مصالحها الدول الجينات بعض (.حرب

أجيال* Zمكونة البكتيريا فتتكاثر ممرضة، فيروسات من بجينات مطعمة بكتيريا إنتاجفتخرج ما مجتمع في إطالقها ثم خاصة، كبسوالت داخ تحميلها يتم ممرضة،

( بها لتفتك الحية الكائنات أجسام تغزو و تتكاثر و بطيء البكتيريا موت إحداثبأكمله (.للمجتمع

أو* البشري، الوراثي الطاقم إلصابة ممرضة بجينات مطعمة قمح حبوب إنتاجاآلفات . بإكثار تسمح بجينات

لمهاجمة* أو محددة، عرقية جماعات لمهاجمة تستخدم بيولوجية أسلحة تطوير. اإلنسان جسد من معين جزء

. سيئة* تأثيرات ذات أدوية إنتاج