ما هي الهندسة الوراثية؟
الهندسة الوراثية مصطلح تم تقديمه لأول مرة في لغتنا في السبعينيات لوصف المجال الناشئ لتقنية الحمض النووي المؤتلف وبعض الأشياء التي كانت تحدث، بدأت تقنية الحمض النووي المؤتلف بأشياء بسيطة جدًا هي استنساخ قطع صغيرة جدًا من الحمض النووي وتنميتها في البكتيريا، وتطورت إلى مجال هائل حيث يمكن استنساخ الجينومات بأكملها ونقلها من خلية إلى أخرى، إلى الخلية باستخدام أشكال مختلفة من التقنيات التي تخضع جميعها للهندسة الوراثية كتعريف واسع جدًا.
الهندسة الوراثية تعني أن تأخذ قطعًا من الحمض النووي وتدمجها مع قطع أخرى من الحمض النووي، وهذا لا يحدث حقًا في الطبيعة، ولكنه شيء تقوم بهندسته في المختبر الخاص وأنابيب الاختبار، ثم أخذ ما تم هندسته ونشره في أي عدد من الكائنات الحية المختلفة التي تتراوح من الخلايا البكتيرية إلى خلايا الخميرة إلى النباتات والحيوانات، لذا بينما لا يوجد تعريف دقيق للهندسة الجينية يعتقد أنها تحدد أكثر مجالًا كاملاً من تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف وعلم الجينوم وعلم الوراثة في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.
الهندسة الوراثية يقصد بها المعالجة الاصطناعية والتعديل وإعادة التركيب للحمض النووي أو جزيئات الحمض النووي الأخرى من أجل تعديل كائن حي أو مجموعة من الكائنات الحية.
يشير مصطلح الهندسة الوراثية في البداية إلى التقنيات المختلفة المستخدمة لتعديل أو معالجة الكائنات الحية من خلال عمليات الوراثة والتكاثر، على هذا النحو فإن المصطلح احتضن كلاً من الانتقاء الاصطناعي وجميع تدخلات التقنيات الطبية الحيوية من بينها التلقيح الاصطناعي والتخصيب في المختبر على سبيل المثال، أطفال “أنبوب الاختبار” والاستنساخ والتلاعب الجيني.
ومع ذلك في الجزء الأخير من القرن العشرين جاء المصطلح للإشارة بشكل أكثر تحديدًا إلى طرق تقنية الحمض النووي المؤتلف أو استنساخ الجينات، حيث يتم دمج جزيئات الحمض النووي من مصدرين أو أكثر إما داخل الخلايا أو في المختبر ثم يتم إدخالها في الكائنات الحية المضيفة بحيث تكون قادرة على التكاثر فيها.
تقنيات الهندسة الوراثية:
تتضمن معظم تقنيات الحمض النووي المؤتلف إدخال جينات غريبة في بلازميدات السلالات المختبرية الشائعة من البكتيريا، والبلازميدات هي حلقات صغيرة من الحمض النووي فهي ليست جزءًا من كروموسوم البكتيريا (المستودع الرئيسي للمعلومات الجينية للكائن الحي) ومع ذلك، فهي قادرة على توجيه تخليق البروتين ومثل الحمض النووي الكروموسومي يتم تكاثرها ونقلها إلى ذرية البكتيريا.
بالتالي من خلال دمج الحمض النووي الغريب على سبيل المثال جين الثدييات، في بكتيريا يمكن للباحثين الحصول على عدد غير محدود تقريبًا من نسخ الجين المُدخل علاوة على ذلك، إذا كان الجين الذي تم إدخاله فعالاً أي إذا كان يوجه تخليق البروتين، فإن البكتيريا المعدلة ستنتج البروتين المحدد بواسطة الحمض النووي الغريب.
ركز جيل لاحق من تقنيات الهندسة الوراثية ظهر في أوائل القرن الحادي والعشرين على تحرير الجينات، حيث يسمح تحرير الجينات المستند إلى تقنية تُعرف باسم (CRISPR-Cas9)، للباحثين بتخصيص التسلسل الجيني للكائن الحي عن طريق إجراء تغييرات محددة للغاية على الحمض النووي الخاص بها، والتحرير الجيني له مجموعة واسعة من التطبيقات، حيث يتم استخدامه للتعديل الوراثي لنباتات المحاصيل والماشية وكائنات النماذج المختبرية (مثل الفئران)، كما يشير تصحيح الأخطاء الجينية المرتبطة بالمرض في الحيوانات إلى أن تحرير الجينات له تطبيقات محتملة في العلاج الجيني للإنسان.
ظهرت إمكانية تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف مع اكتشاف إنزيمات التقييد في عام 1968 بواسطة عالم الأحياء الدقيقة السويسري فيرنر آربر، في العام التالي قام عالم الأحياء الدقيقة الأمريكي هاملتون أو.سميث بتنقية ما يسمى بالإنزيمات المقيدة من النوع الثاني، والتي وُجد أنها ضرورية للهندسة الوراثية لقدرتها على شق موقع معين داخل الحمض النووي على عكس إنزيمات التقييد من النوع الأول، والتي تشق الحمض النووي في مواقع عشوائية.
بالاعتماد على عمل سميث ساعد عالم الأحياء الجزيئية الأمريكي دانيال ناثانز في تطوير تقنية إعادة تركيب الحمض النووي في 1970-1971، وأظهر أن إنزيمات النوع الثاني يمكن أن تكون مفيدة في الدراسات الجينية، حيث بدأ علماء الكيمياء الحيوية الأمريكيون ستانلي إن كوهين وهربرت دبليو بوير الهندسة الوراثية القائمة على إعادة التركيب في عام 1973 وكانوا من بين أول من قطع الحمض النووي إلى أجزاء وأعادوا الانضمام إلى أجزاء مختلفة وأدخلوا الجينات الجديدة في بكتيريا الإشريكية القولونية والتي كانت بعد ذلك مستنسخة.
تطبيقات الهندسة الوراثية:
طورت الهندسة الوراثية فهم العديد من الجوانب النظرية والعملية لوظيفة الجينات وتنظيمها، ومن خلال تقنيات الحمض النووي المؤتلف تم إنشاء بكتيريا قادرة على تصنيع الأنسولين البشري وهرمون النمو البشري وألفا إنترفيرون ولقاح التهاب الكبد B ومواد أخرى مفيدة طبياً، حيث يمكن تعديل النباتات وراثيًا لتمكينها من إصلاح النيتروجين، ويمكن تصحيح الأمراض الوراثية عن طريق استبدال الجينات المختلة وظيفيًا بجينات تعمل بشكل طبيعي.
مع ذلك فقد تم التركيز بشكل خاص على مثل هذه الإنجازات خوفًا من أنها قد تؤدي إلى إدخال سمات غير مواتية وربما خطيرة في الكائنات الحية الدقيقة التي كانت خالية في السابق منها على سبيل المثال مقاومة المضادات الحيوية أو إنتاج السموم أو الميل إلى التسبب في المرض، وبالمثل أثار تطبيق تحرير الجينات لدى البشر مخاوف أخلاقية لا سيما فيما يتعلق باستخدامه المحتمل لتغيير سمات مثل الذكاء والجمال.
في عام 1980، تم اعتبار الكائنات الحية الدقيقة “الجديدة” التي تم إنشاؤها بواسطة أبحاث الحمض النووي المؤتلف قابلة للحماية وفي عام 1986 وافقت وزارة الزراعة على بيع أول كائن حي تم تعديله وراثيًا وهو فيروس، يُستخدم كلقاح للمرض الكاذب، والذي تم الحصول عليه من جين واحد تم قطعه، ومنذ ذلك الحين تم منح عدة مئات من براءات الاختراع للبكتيريا والنباتات المعدلة وراثيًا، ومع ذلك كانت براءات الاختراع على الكائنات المعدلة وراثيًا والمعدلة وراثيًا وخاصة المحاصيل والأغذية الأخرى قضية خلافية وظلت كذلك في الجزء الأول من القرن الحادي والعشرين.
مفهوم الوراثة البيولوجي:
الوراثة مجموع كل العمليات البيولوجية التي تنتقل من خلالها خصائص معينة من الآباء إلى نسلهم، حيث يشتمل مفهوم الوراثة على ملاحظتين متناقضتين على ما يبدو حول الكائنات الحية هي ثبات نوع من جيل إلى جيل والاختلاف بين الأفراد داخل النوع، حيث أن الثبات والتنوع وجهان لعملة واحدة كما يتضح في دراسة علم الوراثة.
يمكن تفسير كلا جانبي الوراثة من خلال الجينات وهي الوحدات الوظيفية للمادة القابلة للتوريث الموجودة داخل جميع الخلايا الحية، وكل عضو في نوع ما لديه مجموعة من الجينات الخاصة بذلك النوع، وهذه المجموعة من الجينات هي التي توفر ثبات النوع ومع ذلك، يمكن أن تحدث الاختلافات بين الأفراد داخل نوع ما في الشكل الذي يتخذه كل جين، مما يوفر الأساس الجيني لحقيقة أنه لا يوجد فردين (باستثناء التوائم المتماثلة) لهما نفس السمات تمامًا.
