فرماندهان سلول

اسیدهای نوکلئیک یا اسیدهای هسته ای بزرگ ترین مولکول های زیستی هستند.دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد: ریبو نوکلئیک اسید(RNA) و دئوکسی ریبو نوکلئیک اسید(DNA) که هر دو ترکیبات ماکرومولکول هستند (با وزن مولکولی حدود بیلیون) که از بهم پیوستن واحد های ساختاری به نام نوکلئوتید در یک ردیف معین به وجود آمده اند.تجزیه نوکلئوتیدها سه ترکیب اصلی بازهای نیتروژن دار، قند های پنج کربنی و اسید فسفریک را آشکار می سازد.آنچه اسیدهای نوکلئیک را از سایر مولکول های زیستی سلول متمایز می سازد نقش اساسی DNA به عنوان ماده ژنتیکی است.
این ماده شگفت انگیز دارای قدرت همانند سازی بوده و چنانچه دستخوش تغییر مولکولی (جهش یا موتاسیون) گردد آنرا در هنگام همانند سازی به مولکولهای جدید انتقال می دهد.

ساختار DNA
در همه انواع مولکول های DNA قند داکسی ریبوز و یک بنیان فسفات شرکت دارند . علت تفاوت مولکول های DNA را ناشی از گروه باز آلی نیتروژن دار به نام گروه پورین(آدنین و گوانین) و گروه پیریمیدین(تیمین و سیتوزین) تشخیص می دهند.
در این ساختار تعداد مولکولهای آدنین دار برابر با مولکولهای تیمین دار (A=T) و تعداد مولکولهای گوانین دار برابر با مولکولهای سیتوزین دار

(G=T) است.
مولکول DNA را به نردبانی تشبیه می کنند که حول محور فرضی پیچ خورده است ؛ در این مدل پایه های نردبان را عوامل فسفات و قند دئوکسی ریبوز تشکیل می دهند و پله های آن از جنس چهار نوع باز آلی نیتروژندار است.

در DNA نکلئوتید هر رشته از طریق باز های آلی در هر دو رشته به یکدیگر متصل می شوند این اتصال بین دوباز آلی نوکلئوتیدهای دوطرف رشته می باشد به این بازهای متصل به هم باز مکمل گفته می شود.باز های آلی به چهار شکل به نام های «پورین»، «گوآنین»، «تیمین» و «آدنین» وجو دارند که از این بین باز آدنین مکمل باز تیمین ، وباز گوآنین مکمل باز سیتوزین می باشد.این توالی دورشته ای غیر قطبی ونامحلول در آب می باشد^[۶].پیوند بازهای مکمل با یکدیگر از طریق پیوند بین هیدروژن یک باز با مولکول نیتروژن یا اکسیژن باز مکمل حاصل می شود این پیوند از نوع قوی کووالانسی نمی باشد درنتیجه به راحتی شکسته وقابل جایگزینی می باشد به همین علت زنچیره دو رشته ای DNA را به زیپ لباس تشبیه کرده اند که به راحتی در اثر فشار یا گرمای بالا از یکدیگر جدا می شوند.^[۷] ییوند مولکول هیدروژن بین دوباز مکمل آدنین-تیمین با گوآنین-سیتوزین متفاوت می باشد در گوآنین_سیتوزین سه مولکول هیدروژن پیوندی وجو دارد در حالیکه در آدنین-تیمین دو مولکول هیدروژن پیوندی وجود دارد در نتیجه میزان تعدا بازهای مکمل گوآنین_سیتوزین تعیین کننده استحکام DNA می باشد بطوریکه هرچه مقدار آن بیشتر باشد DNA مستحکمتر است.^[۸]

تعریفی از DNA در علم ژنتیک
ژنتیک یا علم وراثت شاخه ای از زیست شناسی است که به بحث درباره وراثت موجودات زنده و تنوع آنها می پردازد.
واحدهای وراثتی که از نسلی به نسل دیگر انتقال می یابند(به ارث می رسند) و سبب بروز یک صفت زیست شناختی در یک جاندارمی شود؛ ژن نامیده می شوند .هر ژن بخشی از مولکول بلند DNA است و محتوی اطلاعات کد شده ای برای تولید پروتئین می باشد.
DNA همراه با ماتریسی از پروتئین نوعی نوکلئوپروتئین تشکیل می دهد که به صورت ساختارهایی بنام کروموزوم سازمان می یابند. از این روست که رفتار ژنها از بسیاری لحاظ همانند رفتار کروموزوم هایی است که از آن ژنها ساخته شده اند.
مولکول DNA معمولا با ثبات است ولی در موارد نادری ممکن است در بخشی از مولکول DNA تغییر ناگهانی رخ دهد؛ این تغییر که جهش(موتاسیون) نامیده می شود، دستورهای کد شده DNA را دگرگون می کند و ممکن است به سنتز پروتئینی معیوب بینجامد یا اساسا سنتز پروتئین را متوقف کند اغلب نتیجه نهایی جهش به صورت تغییری در شکل ظاهری جاندار یا در بعضی از صفات و خصوصیات قابل اندازه گیری او مشاهده می شود.این جهشها قابل انتقال به نسل بعدی بوده و تغییر پایداری در ماده وراثتی محسوب می شوند.
ژنوتیپ: عبارت است از فرمول ژنتیکی و یا به عبارت دیگر ریخته(format) یا ساخت ژنتیکی هر صفت. بنا به قرارداد معمولا ژنوتیپ هر صفت را حداقل با دو حرف نشان می دهند که در آن ژن بارز با حرف بزرگ و ژن نهفته با حرف کوچک مشخص می شود.
فنوتیپ:به خصوصیات ظاهری، بیوشیمیایی و یا فیزیولوژیکی هر صفت که ناشی از تاثیر ژنوتیپ است؛ فنوتیپ می گویند.فنوتیپ هر صفت را حداقل با یک حرف نشان می دهند.

تاریخچه مهندسی ژنتیك

سال 1953 واتسون و کریک ساختمان سه بعدی DNA را كشف كردند. این ساختمان نسبتا ساده باعث شد تا از آن پس دانشمندان سیستمهای مختلف ژنتیکی را بررسی کنند و  از این اطلاعات استفاده كنند. به مرور دانشمندان تلاش كردند تا یک DNA را از یک موجود بگیرند و در موجود دیگر وارد كنند تا اثرات آن ژن در موجود ثانویه بروز کند. به این ترتیب علمی جدید جای خود را در میان دیگر علوم پیدا كرد. علمی كه ابتدا با عنوانی چون «زیست شناسی مولكولی» خوانده می شد و به تدریج « مهندسی ژنتیک» نامیده شد. انتخاب و جداسازی ژن مورد نظر، وارد کردن ژن مورد نظر در حامل، تکثیر ژن در میزبان مناسب، انتقال حامل ژن به سلول هدف، تکثیر سلول هدف و در نهایت تولید انبوه محصول یا ایجاد صفت مورد نظر مراحل مختلفی هستند كه در مهندسی ژنتیك مورد استفاده قرار میگیرند.

كاربردهای مهندسی ژنتیك

- تخمیرهای میکروبی:

تعدادی از محصولات مهم صنعتی بوسیله میکروارگانیزمها ساخته میشوند که از بین آن ها، آنتی بیوتیکها مهمترین گروه هستند. به وسیله مهندسی ژنتیک میتوان میکروارگانیزمهایی ایجاد کرد که آنتی بیوتیک بیشتری تولید کنند و یا مشتقی از آنتی بیوتیک اولیه را بسازند.

- واکسنهای ویروسی:

واکسن مادهای است که میتواند سیستم ایمنی را علیه یک عامل عفونی تحریک کند. معمولا از ویروسهای کشته شده به عنوان واکسن استفاده میشود، ولی همواره این خطر احتمالی وجود دارد که ویروس بهطور کامل غیر فعال نشده باشد. از آنجایی که معمولا قسمت فعال و ایمنیزایی ویروس، پروتئینهای پوشش آن هستند، میتوان پروتئینهای پوششی را به تنهایی و بدون قسمتهای دیگر تهیه کرد. برای این کار ژن مربوط به پروتئین پوششی را در یک باکتری و یا در یک ویروس غیر بیماریزا کلون میکنند و از آنها به عنوان واکسنهای بیخطر استفاده میكنند.

- تولید پروتئینهای خاص:

تولید پروتئینهای خاص از نظر پزشکی و تجاری ارزش دارد. تولید تجاری پروتئینهای انسان از طریق استخراج از بافتها یا مایعات بدن غیر ممکن یا بسیار گران است. با کلون کردن ژنهای مربوط به این پروتئینها در باکتریها، تولید تجاری این پروتئینها امکانپذیر میشود.

- تولیدحیوانات و گیاهان تغییر یافته ژنتیكی:

علاوه بر تولید محصولات ارزشمند به وسیله میکروبها، از مهندسی ژنتیک میتوان به منظور ایجاد گیاهان و جانوران تغییر یافته ژنتیكی استفاده کرد. به این گیاهان و جانوران تغییر یافته ژنتیکی، ترا ریخته یا ترانسژنیك (Transgenetic) میگویند. تغییرات ژنی این موجودات، مواردی چون تولید محصولات بیشتر، تغییر کیفیت گوشت و سبزیجات و تولید پروتئینهای خاص که بوسیله باکتریها، نمیتوان تولید کرد، را در بر میگیرد. این کار بطور کلی از طریق وارد کردن ژنهای نوترکیب در دوران جنینی به جانوران و در کشت بافت به گیاهان انجام میشود. هدف نهایی از تولید حیوانات شبیهسازی شدهای چون رویانا در ایران نیز دسترسی به دانش تولید حیوانات ترانسژنیك و استفاده از شیر آن ها به منظور درمان برخی از بیماری هاست. (تولّد بز به روش آی وی ام، خبری خوش برای هموفیلیها) البته استفاده از گیاهان ترا ریخته در تمام دنیا موافقان و مخالفانی دارد. كارشناسان محیطزیست از مخالفان سرسخت تولید این محصولات هستند.

- تنظیم ژنها و ژن درمانی:

استفاده اولیه مهندسی ژنتیک در تولید محصولات مفید صنعتی و یا بهبود تولید بود، ولی مطالعات اخیر بر روی کنترل ژنهای خاص بنا شده است. امروزه قسمت اعظم تحقیقات پایه در مهندسی ژنتیک بر روی Antisense RNA پایه گذاری شده است که نقش مهمی در تنظیم ژنتیکی بیان ژنها به عهده دارد. است.همچنین مطالعات گستردهای بر روی امکان درمان بیماریهای ژنتیکی از طریق وارد کردن ژن سالم یعنی ژن درمانی در حال انجام است.

- تولید هورمونها:

تولید هورمونهای انسانی یكی از كاربردهای مهندسی ژنتیك است. تولید هورمون انسولین انسانی اولین داروی تولید شده به وسیله مهندسی ژنتیک بود که مصرف عمومی پیدا کرد.

تاریخچه کشف DNA  را در ادامه مطلب بخوانید