تطبيقات الهندسة الوراثية في العلوم المختلفة

للهندسة الجينية تطبيقات في الطب والأبحاث والصناعة والزراعة ويمكن أن تستخدم على نطاق واسع من النباتات والحيوانات والكائنات الدقيقة.

هنالك العديد من التطبيقات للهندسة الوراثية نذكر منها:

• إنتاج بعض الأدوية بكميات كبيرة:يعتبر الإنسولين أول الأدوية البشرية المصنعة بطريق الهندسة الوراثية عام 1982.كما أُمكن من خلال هذه الهندسة الحصول على عامل التجلط البشري وعوامل إذابة الجلطة.
• إنتاج الهرمونات بكميات وافرة: مثل هرمون النمو عند الإنسان.
• إنتاج بعض اللقاحات مثل لقاح التهاب الكبد الفيروسي B.
• إنتاج متعضيات معدلة وراثياً: مثل الخضروات المقاومة للطاعون والعدوى لجرثومية كما وتبقى طازجة لمدة أطول من الخضروات الطبيعية.

بعض الأمثلة:

جاء في مجلة العلوم الأمريكية مجلد 13 عدد 4 أبريل 1997 (ترجمة الكويت) ما يأتي:

• في عام 1981 أوضح (W.J كوردن)وزملاؤه في جامعة يال : أن الجنين المخصب لفأريستطيع أن يدمج مادة جينية غريبة (DNA) في صبغياته (مورثاته) وبعدها جاء علماء من جامعة (أوهايو) الذين برهنوا أن الجين (وهو قطعة من DNA تحمل رموزاً لبروتين معين المأخوذ من الأرنب يمكن أن يؤدي وظيفته في الفأر بعد حقنه في جنين فأر وحيد الخلية) وكان من المدهش أن لاحظ العلماء أن DNA الغريب والمحقون من خلايا الأرنب إلى خلايا الفأر سرعان ما يتكامل مع صفات الفأر، ويحتمل أن تكون الخلية ميزته على أنه قطعة مكسورة من DNA الخاص بها والذي يحتاج إلى ترميم.
• وفي 1987 ظهر اكتشاف هام آخر يتعلق بالحيوانات المحورة جينياً، فقد قام مجموعة من العلماء بابتكار وسائل لتنشيط الجينات الغريبة في الغدة الثديية للفأر كان من نتيجتها تكوين جزيئات بروتينية غريبة وإفرازها في حليب الفأر المحور جينياً.
• وتمخضت هذه الأبحاث الفذة على إمكان إنتاج البروتين البشري (منشط البلازمينوجين) من خلال إدخال الجين البشري حامل هذه الصفة في الخلايا المنتجة للبن في حيوان مختار، لتكون النتيجة أن يخرج هذا البروتين بكميات كبيرة في لبن الحيوان لاستخدامه كوسيلة للعلاج في حالة نقص هذا البروتين في المرضى من البشر.

في الطب

يمكن استخدام الهندسة الوراثية في الطب لإنتاج الإنسولين وهرمونات النمو البشري وعقار الفولليستيم (بالإنجليزية: Follistim) (الذي يستخدم في معالجة الخصوبة) والألبيومين البشري والأضداد وحيدة النسيلة والعامل المضاد للهيموفيليا واللقاحات وغيرها من العقاقير الكثير. يتطلب التلقيح عادة حقن أشكال مضعفة أو مقتولة أو غير فعالة من الفيروسات أو السميات في الشخص الذي يجري تمنيعه. يجري تطوير الفيروسات المهندسة جينيا بحيث تظل تمنح المناعة ولكنها تفتقر إلى التسلسل المعدي. تدمج الخلايا سوية في الفئران المهجنة بغرض صنع الأضداد وحيدة النسيلة ويجري أنسنتها من خلال الهندسة الوراثية لصنع أضداد وحيدة النسيلة.

تستخدم الهندسة الوراثية لصنعنماذج حيوانية للأمراض التي تصيب الإنسان وتعتبر الفئران المعدلة وراثيا هي أكثر النماذج شيوعا فيما يخص الحيوانات المعدلة جينيا حيث تم استخدامها لدراسة وتمثيل السرطان (فأر الأورام) والسمنة وأمراض القلب والسكري والتهاب المفاصل وتعاطي المخدرات والقلق والشيخوخة ومرض باركنسون ويمكن اختبار العلاجات المحتملة مقابل نماذج الفئران هذه. كما وتتم تربية الخنازير المعدلة جينيا بغرض زيادة نجاح عمليات نقل الأعضاء من الخنزير إلى الإنسان.

إن العلاج الجيني ما هو إلا عبارة عن هندسة وراثية للبشر عن طريق استبدال جينات الإنسان المعيوبة بنسخ تعمل بكفاءة ويمكن أن يحصل هذا في الأنسجة الجسمية أو أنسجة الخط الجرثومي. إذا ما تم إدخال الجين إلى نسيج الخط الجرثومي فيمكن عندها تمريره إلى أحفاد ذلك الشخص. تم استخدام العلاج الجيني لعلاج مرضى يعانون من أوجه القصور المناعي (عوز مناعي بشكل ملحوظ) فيما استمرت المحاولات لعلاج اضطرابات جينية أخرى. ما زال نجاح العلاج الجيني محدودا إلى الآن وقد توفي مريض (ويدعى جيس غيلسينغر) خلال اختبار سريري لعلاج جديد. هناك أيضا مخاوف أخلاقية بخصوص استخدام التقنية ليس فقط من أجل العلاج بل لتحسين وتعديل أو تغيير مظهر وتكيف وذكاء وشخصية أو تصرف الكائنات البشرية. ربما يكون من الصعب الفصل بين العلاج والتطوير وتعتبر حركة تطلق على نفسها الما بعد إنسانيين تحسين الإنسان أمرا ممكنا.

في الأبحاث

تعتبر الهندسة الوراثية أداة مهمة للعلوم الطبيعية حيث يتم تحويل الجينات والمعلومات الجينية الأخرى من مجموعة واسعة من الكائنات إلى بكتيريا بغرض تخزين وتعديل وصنع بكتيريا معدلة وراثيا أثناء العملية: فالبكتيريا كائنات رخيصة تنمو بسهولة ويمكن استنساخها وتتضاعف بسرعة ومن السهل تحويلها نسبيا ويمكن تخزينها عند درجة حرارة 80 تحت الصفر إلى أجل غير مسمى تقريبا. بمجرد عزل الجين فإنه يمكن تخزينه داخل البكتيريا ليعطي مخزونا غير محدود لأغراض البحث العلمي.

تتم هندسة الكائنات الحية جينيا لاكتشاف وظائف جينات معينة. يمكن أن يؤثر هذا على النمط الظاهري للكائن الحي حيث يتم تعبير الجين أو ما هي الجينات الأخرى التي يتواصل معها.تتطلب هذه التجارب عادة فقدانا للوظيفة واكتسابها والتتبع والتعبير.

• تجارب فقدان الوظيفة: وهي مشابهة لتجربة تعطيل الجين بحيث تتم هندسة الكائن الحي ليفتقد إلى نشاط واحد أو أكثر من الجينات. تتضمن تجربة التعطيل صنع ومعالجة بناء الدنا في المختبر والذي يتكون في التعطيل البسيط من نسخة من الجين المطلوب تم تعديله ليصبح غير وظيفي. تتحد الخلايا الجينية الجذعية بالجين المعدل الذي يستبدل النسخة الفاعلة الحالية بالفعل. يتم حقن هذه الخلايا الجذعية داخل البيلوستية والتي تزرع داخل الأمهات البديلات. يسمح هذا للشخص الذي يجري التجربة بتحليل العيوب التي تسببها هذه الطفرة ويحدد العلاج دور الجينات المحددة. يستخدم تحديدا في علم الأحياء النمائي.توجد طريقة أخرى -وتستخدم في الكائنات المفيدة مثل ذبابة الفاكهة- وهي تعمل على حث التعديلات في كثافة (تجمع) عال ومن ثم تفحّص السلالة بغرض البحث عن الطفرة المطلوبة. يمكن استخدام عملية مشابهة في حالة النباتات وبدائيات النواة.
• تجارب اكتساب الوظيفة: النظير المنطقي للتعطيل؛ فتجري هذه التجارب بالتزامن مع تجارب التعطيل لإنشاء أكثر دقة للجين المطلوب. تشبه هذه العملية هندسة التعطيل كثيرا باستثناء أن بنائها مصمم لزيادة وظيفة الجين والذي يحصل عادة عن طريق تزويد نسخ إضافية من الجين أو تخليق الحث للبروتين بشكل أكثر تواترا.
• تجارب التتبع: والتي تسعى إلى كسب معلومات حول توطين والتفاعل مع البروتين المطلوب. طريقة لفعل هذا هي استبدال النمط البري من الجين بجين ‘انصهار’؛ وهذا تجاور للجين النمط البري مع العامل المبلّغ مثل البروتينات الفلورية الخضراء (GFP) التي ستسمح بتصوّر منتجات التعديل الجيني. بينما يعتبر هذا تقنية مفيدة فإن التلاعب يمكن أن يدمر وظيفة الجين، مما يخلق تأثيرات ثانوية ويستدعي هذا تساؤلا عن نتائج التجربة. تقنيات معقدة أكثر هي الآن في التطوير الذي يتتبع منتجات البروتين دون تخفيف وظيفتها مثل إضافة سلاسل صغيرة يمكنها أن تخدم كربط النماذج المكررة للأجسام المضادة وحيدة النسيلة.
• دراسات التعبير: تهدف إلى اكتشاف مكان وزمان إنتاج بروتينات معينة. في هذه التجارب، سلاسل الدنا قبل الدنا الذي يرمز البروتين والمعروف بمحفّز الجين، والذي يعاد إلى الكائن الحي بمنطقة ترميز البروتين مستبدلة بالجين المبلّغ مثل البروتينات الفلورية الخضراء أو الإنزيم الذي يحفز إنتاج صبغة. وبالتالي فإن الزمان والمكان الذي يتم إنتاج بروتين معين فيه يمكن ملاحظته. دراسات التعبير يمكن أن تمضي خطوة إضافية عن طريق تعديل المحفّز لإيجاد الأجزاء الحاسمة للتعبير المناسب للجين وهو مربوط ببروتينات عامل النسخ؛ هذه العملية تعرف أيضا بسحق المحفز.

تطبيقات صناعية

من الممكن اختراع مصنع بيولوجي يمكنه إنتاج بروتينات وإنزيمات عن طريق هندسة الجينات إلى بلازميدات بكتيرية. بعض الجينات لا تعمل جيدا في البكتيريا ولذا يمكن استخدام الخميرة حقيقة النواة.. تم استغلال مصانع البكتيريا والخميرة لإنتاج الدوائيات مثل الإنسولين وهرمون النمو البشري واللقاحات والملاحق مثل تريبتوفان والمساعدة في إنتاج الطعام (الكيموسين في إنتاج الجبن) والوقود. تم اختبار تطبيقات أخرى تستلزم بكتيريا مهندسة جينية تتطلب إجبار البكتيريا على أداء مهام خارج دائرتها الطبيعية المعروفة مثل تنظيف انسكاب الزيت وباقي النفايات السامة ونفايات الكربون.

الزراعة

صناعة الطعام المعدّل وراثيا هي واحدة من أكثر التطبيقات المعروفة جيدا والمثيرة للجدل في الهندسة الوراثية وتوجد ثلاثة أنواع من المحاصيل المعدلة جينيا. تم تسويق محاصيل الجيل الأول ومعظمها يمنح الحماية من الحشرات و/أو المقاومة من مبيدات الأعشاب. هناك محاصيل مقاومة للفيروسات والفطرية تتطور أثناء النمو ويتم تطويرها لصنع الحشرات وجعل غربلة إدارة المحاصيل أسهل ويمكنها أيضا زيادة إنتاجية المحصول بشكل غير مباشر.

يهدف الجيل المطور الثاني من المحاصيل المعدلة وراثيا إلى تحسين الإنتاجية مباشرة عن طريق تحسين سماحية الملح والبرد أو سماحية الجفاف وإلى زيادة القيمة التغذوية للمحاصيل. يتكون الجيل الثالث من المحاصيل الدوائية، والمحاصيل التي تحوي لقاحات صالحة للأكل وغيرها من العقاقير. تم تعديل بعض الحيوانات المهمة للزراعة جينيا مع هرمونات النمو لزيادة حجمها بينما تمت هندسة الأخرى لتعبير العقاقير والبروتينات في حليبها.

يمكن أن تزيد الهندسة الوراثية للمحاصيل الزراعية معدلات النمو والمقاومة للأمراض المختلفة التي تسببها المسببات المرضية والطفيليات. يمكن أن يكون هذا مفيدا بسبب احتمالية أن يزيد إنتاج مصادر الطعام باستخدام مصادر أقل ضرورية لاستضافة كثافات العالم المتنامية. يمكن أن تقلل هذه المحاصيل المعدلة من استخدام الكيماويات مثل الأسمدة والمبيدات وبالتالي ستقلل من خطورة أو تكرار الأضرار الناتجة من التلوث الكيماوي.

أثيرت مخاوف أخلاقية خاصة بالسلامة حول استخدام الطعام المعدل جينيا. يتصل جزء كبير من القلق الخاص بالسلامة بالآثار المترتبة على صحة الإنسان جراء تناول الطعام المعدّل جينيا وخصوصا عند حدوث ردات فعل سامة أو حساسية. يعتبر انسياب الجينات (Gene Flow) داخل المحاصيل غير المعدلة وراثيا ذات العلاقة التأثيرات البعيدة عن المرمى على الكائنات النافعة والتأثير على التنوع الحيوي مسائل بيئية مهمة وتتضمن المخاوف الأخلاقية المسائل الدينية وسيطرة الشركات على مخزون الغذاء وحقوق الملكية الفكرية ومستوى التصنيف ذي الحاجة في المنتجات المعدلة وراثيا.

استخدامات أخرى

استخدمت الفيروسات المعدلة وراثيا في علوم المواد لبناء بطارية ليثيوم أيون أكثر صداقة للبيئة. بعض البكتيريا تمت هندستها جينيا لإنتاج صور بيضاء وسوداء بينما الأخرى تمتلك احتمالية لاستخدامها كمجسات عن طريق تعبير بروتينات الفلورسنت تحت ظروف بيئية معينة كما واستخدمت هندسة الوراثة لبناء الفن الحيوي وعناصر الإبداع مثل الورود الزرقاء والأسماك البرّاقة.

المصدر: ويكيبيديا