ما هو التنسيل الجزيئي للحمض النووي؟
نقل الجينات هو حركة المواد الجينية بين الكائنات الحية، حيث يلعب دورًا رئيسيًا في التطور البكتيري، وهو الآلية الأساسية التي تكتسب البكتيريا من خلالها مقاومة المضادات الحيوية والفوعة، درس العلماء كيفية حدوث النقل الجيني في الطبيعة وتعلموا كيفية إدخال المواد الجينية في الخلايا في المختبر.
يعد إدخال الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي الغريب في البكتيريا أو الخلايا حقيقية النواة تقنية شائعة في البيولوجيا الجزيئية والبحث العلمي، هناك طرق متعددة يمكن من خلالها إدخال الحمض النووي الغريب في الخلايا، بما في ذلك التحول والتنبيغ، الاقتران والانتقال، يحدث التحول والاقتران في الطبيعة كأشكال من نقل الجينات الافقي لكن نقل العدوى فريدة بالنسبة للمختبر.
طرق إدخال الحمض النووي:
التحويل:
التحول هو امتصاص الخلايا البكتيرية للمادة الوراثية من البيئة في الطبيعة، وغالبًا ما تأتي هذه المادة الوراثية من البكتيريا المتحللة المجاورة، ويمكن أن تشمل (DNA) البلازميد أو الحمض النووي المجزأ الذي يتم إطلاقه في البيئة، إذ تعزز العوامل المختلفة التحول الطبيعي في البكتيريا المختلفة مثل مرحلة نمو الخلايا أو وجود مواد معينة.
على الرغم من أن البكتيريا ليست جميعها مؤهلة بشكل طبيعي لأخذ الحمض النووي، إلا أنه يمكن جعلها مؤهلة من خلال التلاعب الكيميائي في المختبر، ويتم ذلك عادةً باستخدام كلوريد الكالسيوم الذي يتخلل غشاء الخلية، بحيث يمكن للبكتيريا بسهولة امتصاص البلازميد الخاص، كما يمكن للعلماء أيضًا استخدام التثقيب الكهربائي، وهو تطبيق شحنة كهربائية على الخلايا لزيادة نفاذية غشاء الخلية، وبالتالي كفاءة التحول.
التنبيغ:
يحدث التنبيغ عندما يتم إدخال (DNA أو RNA) غريب في الخلايا البكتيرية أو حقيقية النواة عبر فيروس أو ناقل فيروسي، وأحد الأمثلة على ذلك هو العاثيات التي تلتصق بالأغشية البكتيرية وتحقن مادتها الجينية في الخلية، إذ بمجرد دخول العاثيات إلى الداخل يمكن أن تتبع واحدة من دورتين مختلفتين من دورات الحياة هما التحلل أو اللايسوجينيك.
تقوم العاثيات اللايتية باختطاف آلات المضيف البكتيري لإنتاج المزيد من الجزيئات الفيروسية، وفي نهاية المطاف تطلق خلايا الخلية الجزيئات الفيروسية المشكلة حديثًا، والتي يمكن أن تصيب البكتيريا الأخرى في الدورة اللايسوجينية، حيث يتم دمج المادة الوراثية للعاثية في جينوم المضيف في موقع تكامل معين، وتظل العاثية المتكاملة خامدة حتى يتم تشغيلها لدخول الدورة اللايتية.
خلال كل من دورات الحياة هذه يمكن تغليف الحمض النووي البكتيري عن طريق الخطأ في العاثيات التي تم إنشاؤها حديثًا، ويشار إلى نقل هذا الحمض النووي إلى خلية أخرى باسم التنبيغ، إذ يمكن للحمض النووي المنقول مرة واحدة داخل البكتيريا المصابة أن يوجد إما على شكل (DNA) خارج صبغية عابر مثل البلازميد، أو يمكن أن يندمج في جينوم البكتيريا المضيفة من خلال إعادة التركيب المتماثل أو الموجه للموقع.
التنبيغ هو أداة شائعة يستخدمها العلماء لإدخال تسلسلات مختلفة للحمض النووي ذات الأهمية في الخلية البكتيرية أو جينوم المضيف، وللقيام بذلك يستخدم العلماء عادة (phagemids) وهو ناقل لاستنساخ الحمض النووي يحتوي على كل من عاثيات البكتيريا وخصائص البلازميد، إذ يتم حزم الفاجيميدات في جسيمات فج غير قابل للنسخ المتماثل بمساعدة من فج مساعد قابل للنقل.
يستخدم العلماء أيضًا التنبيغ لإدخال الحمض النووي الغريب في الخلايا حقيقية النواة مثل خطوط خلايا الثدييات، ويمكن القيام بذلك مع الفيروسات البطيئة والفيروسات المرتبطة بالغدة (AAV)، حيث يمكن استخدام (Lentiviral) و(AAV) لإنشاء كل من خطوط الخلايا العابرة، ويتم التعبير عن الجين المعني، ولكن لا يتم دمجه في الجينوم وخطوط الخلايا المستقرة، حيث يتم دمج الحمض النووي الغريب في جينوم الخلية، وبالتالي يتم تمريره عبر انقسام الخلية.
الاقتران البكتيري:
كان الاقتران أول طريقة مدروسة على نطاق واسع لنقل الجينات، حيث اكتشفها في عام 1946 جوشوا ليدربيرج وإدوارد تاتوم عندما لاحظوا إعادة التركيب الجيني بين سلالتين من الإشريكية القولونية التي تعاني من نقص التغذية، والتي نتج عنها نوع بري من الإشريكية القولونية.
أثناء الاقتران يتم نقل المادة الوراثية من بكتيريا متبرع بها إلى بكتيريا متلقية من خلال الاتصال المباشر، حيث تحتوي البكتيريا المانحة على تسلسل (DNA) يسمى عامل الخصوبة عامل F، وتم العثور على عامل F في (episome)، وهي قطعة من الحمض النووي يمكن أن تتكاثر من تلقاء نفسها أو تتكامل داخل كروموسوم بكتيري وتسمح للبكتيريا المانحة بعمل جسر صغير أو قضيب جنسي يعلق بالخلية المتلقية لرسمها قريب.
بمجرد الاتصال يمكن للمتبرع نقل المادة الوراثية إلى البكتيريا المتلقية، وبالعادة تكون المادة الوراثية المنقولة عبارة عن بلازميد، ويمكن أن تستنتج مزايا وراثية مثل مقاومة المضادات الحيوية.
