المحاضرة النظرية

العاشرة

الهندسة الوراثية Genetic Engineering

ثورة البيوتكنولوجيام ، 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 عرفنااآلخر الشريط على يقابلها ما لها كيميائية وحدات من مكون شرط كل

كل Tتقابل Aكل) هيدروجينية ( Gتقابل Cو بروابط يرتبطان وضعيفة.

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

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

. آخر * كائن إلى البالزميد جينات نقل يمكن

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

•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

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

الطبيعة في الجينات تنقلبـ :-3يتم هي طرق

:-Transformation- التحول 1ة إضاـف بسـبب ا البكتيرـي ي ـف يحدث ة الوراثـي اإلتحادات ن ـم نوع و ب DNAـه غرـي

وسيط عامل يتطلب ال هذا و بكتيرية نمو بيءة إلى

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

لهـا ) يرمـز ملسـاء مسـتعمراتها ة معدـي معديـة( Sسـاللة ر غـي سـاللة 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: “ ــا ” خالي بعــض ــن بأ حدث ــا م ــي مكارث و ــد مكلوي ة إفري العلماء فســر

الـساللة Rالـساللة ا خالـي إـلى تحوـلت الممرـضة ـأن Sغـير و و الممرـضة،DNA ” الـساللة اـستقبلت حـيث المحول العاـمل “ Sالـساللة ” R“ DNAـهو

معدية . فأصبحت

:-Transductionالنقل- 2الفيروس يحـقن DNAحـيث مـستخدما داخلها ـفي الفيروس يتكاـثر ـثم ، بكتيرـيا ـفي ـبه الخاص

ــ بكتيرـية DNAال ا خالـي الجديدة الفيروـسات تهاـجم ة البكتيرـي ة الخلـي موت بـعد و ، ا بـه الخاصبـ تحقنها و . DNAأخرى السابقة البكتيرية الخلية

:-Conjugationاإلقتران- 3 ) م ) ـت عشوائيا ة قريـب ا بكتيرـي طح ـس ى عـل غير ـص ؤ نـت اق بإلـص ا البكتيرـي ا خالـي إحدى تقوم ث حـي

حمض الـ DNAيمرر ليس و البالزميد سيطرة تحت .DNAإليها،

الـسيطرة* ـمن درـجة تـحت الوراثـية الهندـسة ـفي كناقالت الفيروـسات و البالزمـيد اـستخدمت. النقل خطوات كل على

“ ” “ و ” ؛ البشرـية الخالـيا وظاـئف راقـية بوظاـئف يقوم البكتيرـيا بـسيط كاـئن جـعل فكرة برزت وينقل؟ و الجين يعزل كيف لكن

• : الجواب والبكتيريـا فـي الموجودة اإلنزيمات مـن مجموعـة العلماء مـن فريـق إكتشـف عندمـا

ـأي ) بـقص اإلنزيمات هذه تقوم ث حـي ا ه DNAلحمايتـه يجعـل ا مـم ا البكتيرـي ي ـف ل يدـخ ب غرـي” ) ــ ب ميت ـس و ة الفاعلـي م القـطع عدـي الـتي“ Restriction enzymes or Endonuclesesإنزيمات

و نـح ا منـه ــ 300عرف ال يـقص ا منـه ـكل م ـمن ) DNAإنزـي خاص تعاـقب ي ـف محدد ع موـق ـفيعـن للبحـث شديدة ة رغـب ي ـف المقصـوص القواعـد أطراف ل يجـع م ـم ة النيتروجينـي القواعـد

الصقة ” نهايات تسمى ولهذا معها لتزدوج مكملة “.Sticky endsقواعدمكسـورتين • ن قطعتـي ط رـب ى عـل القدرة ا لـه أخرى إلنزيمات ن آخرـي علماء إكتشاف ن ـأ ا كـم

ــ ال ن ـسموها ”DNAـم ه و الحـم قـطع “Ligasesإنزيمات لـحم و وـصل ـفي لإلـسراع تـستخدمDNA. لحمها المطلوب

الــ* لقـطع الالزـمة العدة إمتالك ـتم هكذا، إعادة DNAو و إـصالحه ـثم ـمن و خاـصة مواـقع ـفيال ) هندسة إعادة أي غريبة أخرى قطع مع (.DNAربطه الرغبة حسب

التجربة األساس في الهندسة الوراثية الغريبة إلى البكتيريا:DNAإدخال قطع ال

عام ن ”1973ـفي األمريكيـي ن العالمـي ن ـم ل ـك تطاع إـس و“ Herbert Boyerم”Stanly Cohen “

ملخصــها و ، ــة الوراثي بالهندســة عرف فيمــا األســاس عدة ــة تجرب إجراءكالتالي:

الـ- 1 شريط لكسر القطع إنزيمات .DNAإستخدام صغيرة قطع إلىالناقـل- ”2 أـو الحامـل الجديدة“ Vectorإختيار الخليـة إلـى الجيـن لنقـل المناسـب

الـ) يكون ما غالبا Plasmid.)

القطع- ”3 إنزيمات بإستخدام الناقل بالزميد “.Restriction enzymesفتحالـ- 4 قطع مع DNAخلط نقله .DNAالمراد البالزميد الــ- 5 قـطع ـمع DNAلـحم نقـله إنزيمات DNAالمراد بإـستخدام البالزمـيد

إلنتاج“ Ligasesاللحم ” DNA متزاوجRecombinant DNA.

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

أثارت الهندســة الوراثيــة جدال كــبيرا فــي مختلــف ــان، و كان ــق باإلنس ــا يتعل ــة فيم ــاط خاص األوســن ــ ــة ال يمك ــ ــن حدوث أضرار بالغ ــ هناك خوف مالـسيطرة عليـها، و لكنـها ـفي الواـقع ـسالح يتوـقف

ضرره و نفعه على إنسانية اإلنسان نفسه.

بصمة الجينات

“ فــي * ” لســتر جامعــة مــن جيفرس إليــك العالــم تمكــنــة الوراثيـ الشفرة ــي فـ إختالفات إكتشاف ــن مـ ــا بريطانيـ

خاص“ Intronاإلنترون لمنطـقة ” بتركـيب شـخص ـكل ينفرد واإلصـبع ) بصـمة ل ن 3000: 1بنسـبة( مـث ـم نادر نوع عدا مليون

تورث ” و المتطابقـة، م مندل التواـئ ن لقوانـي للنسـل“ طبقاو اأـلم ـمن اإلختالفات هذه نـصف عـلى الطـفل يحـصل بحـيثــائص خص ــع يجم ــج مزي فيتكون ــب، األ ــن م ــر اآلخ ــف النصاألنماط. بإختالف الجينات بصـــــــمة وتختلـــــــف الوالدين

. العالم شعوب في للجينات الجغرافية

عام * ــي ــد ” 1997ف رولن ــتراليان األس العالمان ــن تمك م “ ــ“ ” ال عزل ن ـم ز جوـن ماكسـويل و م DNAفان ـت أشياء ن ـم

منـي ) – – – – – عينـة دم عينـة كوب تليفون مفاتيـح لمسـهابـصمة – ....( عـمل ـثم األظاـفر تـحت ـمن جـلد الجـسم شعيراتا قضاـي حاالت فـي ي جناـئ ل كدلـي ة أشـع م فيـل ى عـل للجيناتالكوارث، - – – ضحاـيا الـسطو جراـئم اإلغتـصاب البنوة إثبات

إلــى تصــل نجاح المتقدمــة%. 96بنســبة الدول هذا شجــع ولدى اإلـصبع بـصمة ـمع المواطنـين لجينات بـصمة حـفظ عـلى

. المختصة الجهات

بصمة الجينات

التالعب المسيطر عليه بالمعلومات و الصفات الوراثية

عنهـا* مختلفـة خاليـا إلـى نقلهـا و الجينات عزل لكيفيـة التوصـل بعـدــ ) ب ة التقنـي هذه سـميت Recombinant المتزاوج DNAتقنية تماما

DNA )أجهزة ــا أنهـ ــى علـ ــة الحيـ للكائنات اعلماء نظرة ــبحت اصـ و ،ــ ال ى عـل ة محموـل برامج ـب ة الموجـه ا مورثاتـه ل قـب ن ـم مأمورة تتـصرف

DNA. الحاجة وفق المعلومات هذه معالجة في فكروا و ،

القرن* ــن م الســبعينات ــة نهاي مســمى 20فــي أصــبح م،ســماء لمعــت حيــث التجارة قمــة يعنــي الوراثيــة الهندســة

مثل : ة التقنـي هذه ى عـل د تعتـم , Transgene , GenexشركاتBiogene , Genetech , Cell Tech..

فــي * إســتخدامه يمكـن فكمــا حديــن، ذو ســالح الجينات هندســة إــنالحياة ‘ ر لتدمـي إـستخدامه يمـكن لإلنـسان المفيدة المجاالت ـمن د العدـي

. األرض على

األطـقم* ع لتطوـي ة المختلـف التقنيات ك يمتـل ان اإلنـس بح أـصالحيـة ) الكائنات جميـع فـي أـو الوراثيـة نباتات كانـت سـواء

دقيـقة كائنات ـأو وظائفـها( حيوانات لتغيـير الوراثـية للجراـحةــ ” بـ يعرف مــا هــو و ــة دنيئ ألغراض تســتغل قــد ــة الطبيعي

.“ الجينات قرصنة

:-تقييم السالمة البيولوجيةيكون الوراثيـــة التعديالت بعـــض ألـــن نظراتسبب ـقد تغيرات بإحداث ذلك و نبيل، غير هدفهاح لواـئ و م نـظ ع وـض م ـت ة، للبيـئ و ـأ ان لإلنـس أضرارالقيام فيهـا يشترط الجينات، نقـل تحكـم ة، دولـي

الهيئـــة ” ، تقييـــم الســـالمةبإختبارات ” تراقبهـــاة البيـئ ة لحماـي ة ض“ EPAاألمريكـي بـع ن ـأ و خاصـة

الوراـثي ل بالتعدـي ن المشتغلـي الشركات و العلماء. محتملة سلبيات وجود بعدم دفاعهم في يبالغون

وراثيا المعدل المنتـج ن ـأ باإلختبارات ثبـت إذايـستخدم ـأن يمـكن ة، البيـئ و اإلنـسان عـلى مأمونالمســتهلك، حــق مــن ألنــه بالمنتــج التعريــف مــعو مشتقاتهـا، و اللحوم أكلـه مـن يتضرر قـد الذيتنشاقه إـس خالل ن ـم ى حـت و ـأ ة، النباتـي المنتجاتلقاح بحبوب ــن المحملي ــل للعس ــه أكل ــو أ 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 :ــي عام ــن جينيا، 1982ف ــم إنتاج أول نبات مهج م ت

بتقنيات تعتـمد عـلى حذف ـأو إضاـفة مقاـطع بهدف إعادة ـصياغة الشفرة الوراثـية للخلـية إلكـسابها ـصفات ـلم تـكن

موجودة من قبل.مضاعفـــة* علـــى القادرة البذور و النباتات مـــن جديدة أنـواع إنتاج

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

ى* عـل القدرة و األمراض ضـد مناعـة إلكسـابه النبات صـفات تحسـين. اإلنتاج زيادة و المبيدات إستخدام من للحد الآلفات مقاومة

. الخضراء* بالستيداته في البالستيـك لينتج النبات تحويرظروف* تحمــل و ــة، الغذائي القيمــة لتحســين الثمار صــفات ــل تعدي

. التخزين و النقل

الطحالب* من األصباغ و النكهة و الطعم مركبات إنتاج

ــتخدام* ‘ بإسـ البترول، ــع بقـ ــف تنظيـ ــا يمكنهـ ــة دقيقـ كائنات نتاج. الوراثية المادة إتحاد إعادة تطبيقات

من المحاصيل المعدلة وراثيا:•ــويا )40الذرة )• ــ %( – الكتان – 70%( – الكانوال )31%( – فول الصـ

%( – البنجــــر – الباباي – الكوســــة – الطماطــــم – 40القطــــن )البطاطس.

III:في المجاالت العسكرية:مراكـز* إلنشاء الكـبرى الدول تتسـابق ة، الذرـي ل القناـب إنتاج ثورة بعـد

ة ” الجينـي م النـظ انع“ ابحاث مـص ن ـم ة الدقيـق الكائنات ع جـم ى عـل د تعتـمالذخيرة ) مـستودعات و تدمـير – األـسلحة بكتيرـيا الدينامـيت تحـلل بكترـيا

النظــم( الهيدروكربـونات تحليــل و لعزل المعامــل فــي تنميتهــا ثــمالبيولوجيـة ) للكائنات كذا و لهـا عوامـل - - الوراثيــة المدمرة الممرضــة

).... ، ـسيئة “ مطفرة ة ” بيولوجـي ل قناـب إنتاج و الحاـسبات نـظم بإـستخدامبذـلك تحـقق و ضمـير ـمن وازع دون بالبـشر لتفـتك الـصواريخ عـلى تحـمل

بـ ) يعرف ما خالل من مصالحها الدول الجينات بعض (.حرب

أجيال* مكونةـ البكتيريا فتتكاثر ممرـضة، فيروسات من بجينات مطعـمة بكتيريا إنتاجفتخرج مــا مجتمــع فــي إطالقهــا ثــم خاصــة، كبســوالت داخ تحميلهــا يتــم ممرضــة،

بهــا ) لتفتــك الحيــة الكائنات أجســام تغزو و تتكاثــر و بطيــء البكتيريــا موت إحداثبأكمله (.للمجتمع

أـو* البشري، الوراثــي الطاقــم إلصــابة ممرضــة بجينات مطعمــة قمــح حبوب إنتاجاآلفات . بإكثار تسمح بجينات

ة* لمهاجـم و ـأ محددة، ة عرقـي جماعات ة لمهاجـم تسـتخدم ة بيولوجـي أسـلحة ر تطوـي. اإلنسان جسد من معين جزء

. سيئة* تأثيرات ذات أدوية إنتاج