عملية الهندسة الوراثية

هل تعرف شخصًا يتناول الإنسولين أو عامل تجلط الدم أو هرمون النمو البشري؟ هذه المواد جميعها بروتينات مُصنَّعة في خلايا بشرية معينة. إذا فشلت هذه الخلايا في صنع تلك البروتينات المحددة، فقد تنتج عن ذلك أمراض مثل داء السكري والهيموفيليا ونقص النمو. يجب علاج المريض المصاب بأحد هذه الأمراض باستخدام البروتين المفقود.

قبل تطور الهندسة الوراثية، كان من الصعب الحصول على البروتينات البشرية لمعالجة الأشخاص الذين يحتاجون إليها. لكن الآن يمكن للبكتيريا صنع هذه البروتينات بفضل توصُّل العلماء إلى طريقة تسمح بتغيير حمض DNA البكتيري عن طريق إضافة حمض DNA البشري. (انظر الشكل 1.3).

الشكل 1.3: خلية بكتيرية بها حمض DNA بشري. (صورة من Amgen Biotech Experience © Foundation Amgen)

ما العلاقة بين حمض DNA والبروتينات؟ كلاهما جزيئات حيوية كبيرة تصنعها الخلايا الحية. عندما درس العلماء الصفات في الكائنات الحية، وجدوا أن البروتينات هي المسؤولة عن ظهورها. على سبيل المثال، افترض وجود نبات يحمل صفة الزهور الحمراء. تُنتَج الصبغة الحمراء للزهور عن طريق عمل إنزيم (نوع واحد من البروتين). يحمل حمض DNA في هذا النبات تعليمات صنع البروتينات، بما في ذلك هذا الإنزيم. يُعرَف الجزء الموجود في جزيء حمض DNA الذي يحمل تعليمات صنع بروتين محدد باسم الجين.

وفي عملية الهندسة الوراثية يُضاف الجين البشري إلى البلازميد، وهو قطعة دائرية صغيرة من حمض DNA توجد في العديد من البكتيريا. تمتص الخلايا البكتيرية البلازميد وتصنع البروتين البشري المُشفَّر بواسطة الجين البشري مع البروتينات الخاصة بها. يستخدم علماء التكنولوجيا الحيوية خلال هذه العملية مجموعة من الأدوات، بعضها اصطناعي وبعضها الآخر حيوي. من بين الأدوات الاصطناعية أداتان ستعمل بهما في هذا الفصل: الماصات الدقيقة والرحلان الكهربائي الهلامي.

شفرة حمض DNA

تُشفَّر معلومات حمض DNA عن طريق ترتيب النيوكليوتيدات، وهي جزيئات صغيرة تقترن معًا لتشكل جزيء حمض DNA. يحتوي جزيء حمض DNA على ملايين النيوكليوتيدات. ثمة أربعة أنواع مختلفة من النيوكليوتيدات تترتب بتسلسل (ترتيب) محدد. يُعَد تسلسل النيوكليوتيدات المحدد في حمض DNA (أي الجين) شفرة لكيفية صنع بروتين معين. فكِّر في تسلسل الينوكليوتيدات على أنه يشبه تسلسل النوتات الموسيقية المكتوبة — شفرة لكيفية عزف الموسيقى. مثلما تشفر التسلسلات المختلفة للنوتات أغانٍ مختلفة، فإن التسلسلات المختلفة للنيوكليوتيدات تشفر بروتينات مختلفة.

المصدر: LabXchange