2:06 م
البيولوجيا -
كتب الزراعة
Book: Molecular Biology
By: Robert F. Weaver
5th Edition
علم الأحياء الجزيئي هو أحد مجالات علم الأحياء الذي يهتم بعملية نسخ الجينات لإنتاج الحمض النووي الريبي، وترجمة الحمض النووي الريبي إلى بروتينات والدور الذي تلعبه هذه البروتينات في وظيفة الخلية. منذ حوالي عام 1960، طور علماء الأحياء الجزيئية طرقًا لتحديد وعزل ومعالجة المكونات الجزيئية في الخلايا بما في ذلك الحمض النووي الريبي والبروتينات. فيما يلي وصف للعديد من التقنيات المستخدمة في مجال علم الأحياء الجزيئي.
- تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) - هذه واحدة من أهم التقنيات المستخدمة في علم الأحياء الجزيئي وتستخدم بشكل أساسي لنسخ الحمض النووي. يسمح تفاعل البوليميراز المتسلسل بتضخيم تسلسل الحمض النووي الفردي إلى ملايين جزيئات الحمض النووي. يمكن أيضًا استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل لإدخال الطفرات داخل الحمض النووي أو إدخال مواقع إنزيم تقييد خاصة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل لتحديد ما إذا كان جزء معين من الحمض النووي موجودًا في مكتبة الحمض النووي التكميلي. تشمل الأنواع المختلفة من تفاعل البوليميراز المتسلسل تفاعل البوليميراز المتسلسل العكسي (RT-PCR) لتضخيم الحمض النووي الريبي وتفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (QPCR) لقياس كمية الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي الموجود.
- استنساخ التعبير – تساعد هذه التقنية العلماء على فهم وظيفة البروتين. يتم استنساخ أو نسخ الحمض النووي الذي يشفر بروتينًا معينًا باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل في ناقل تعبير يسمى البلازميد. يتم إدخال البلازميد إلى خلية حيوانية أو خلية بكتيرية. يحتوي هذا البلازميد على عناصر محفزة يمكنها تحفيز التعبير العالي عن البروتين المطلوب بحيث يمكن فحص نشاطه الأنزيمي.
- الرحلان الكهربائي للهلام – هذه تقنية مهمة أخرى تستخدم في علم الأحياء الجزيئي لفصل الحمض النووي والحمض النووي الريبي والبروتينات بناءً على حجمها من خلال تطبيق مجال كهربائي أثناء تشغيل الحمض النووي من خلال هلام الأجار.
- لطخة الجزيئات الكبيرة وفحصها – تُستخدم عمليات مثل اللطخة الجنوبية واللطخة الشمالية واللطخة الغربية واللطخة الشرقية لنقل بروتينات الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي إلى غشاء لطخة (غالبًا بعد الرحلان الكهربائي للهلام) حتى يمكن صبغها أو وضع علامات عليها إشعاعيًا ثم تصورها.
- المصفوفات – المصفوفات الدقيقة للحمض النووي أو شريحة الحمض النووي عبارة عن مجموعة من بقع الحمض النووي مثبتة على سطح صلب مثل شريحة المجهر والتي يمكن استخدامها لقياس مستويات التعبير البروتيني في عدد كبير من الجينات في وقت واحد. يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية لتحديد النمط الجيني لمناطق جينومية مختلفة.
تاريخ علم الأحياء الجزيئي
بدأ أصل علم الأحياء الجزيئي في ثلاثينيات القرن العشرين مع التقارب بين فروع مختلفة ومتميزة سابقًا من العلوم البيولوجية والفيزيائية، مثل علم الأحياء الدقيقة والكيمياء الحيوية وعلم الوراثة والفيزياء والمزيد. وبسبب الرغبة في فهم الحياة على المستوى الأكثر جوهرية، اهتم العديد من العلماء في الكيمياء والفيزياء أيضًا بما سيصبح علم الأحياء الجزيئي. بالمعنى الحديث، يحاول علم الأحياء الجزيئي تفسير ظواهر الحياة بدءًا من الخصائص الجزيئية الكبيرة التي تولدها. يركز علماء الأحياء الجزيئية بشكل خاص على فئتين من الجزيئات الكبيرة:
1) الأحماض النووية، ومن أشهرها حمض الديوكسي ريبونوكلييك (أو DNA)، المكون للجينات.
2) البروتينات، وهي العوامل النشطة للكائنات الحية.
وبالتالي، فإن أحد تعريفات نطاق علم الأحياء الجزيئي هو تحديد البنية والوظيفة والعلاقات بين هذين النوعين من الجزيئات الكبيرة. إن هذا التعريف المحدود نسبياً يكفي للسماح لنا بتحديد تاريخ ما يسمى "الثورة الجزيئية"، أو على الأقل تحديد التسلسل الزمني لأهم تطوراتها الأساسية.
في عام 1945، استخدم الفيزيائي ويليام أستبيري مصطلح البيولوجيا الجزيئية. وفي عام 1953، قام فرانسيس كريك وجيمس واتسون وروزاليند فرانكلين وزملاؤه، الذين يعملون في وحدة مجلس البحوث الطبية، مختبر كافنديش، كامبريدج (الآن مختبر مجلس البحوث الطبية للبيولوجيا الجزيئية)، بعمل نموذج حلزوني مزدوج للحمض النووي والذي غير سيناريو البحث بأكمله. واقترحوا بنية الحمض النووي بناءً على أبحاث سابقة أجراها روزاليند فرانكلين وموريس ويلكنز. ثم أدى هذا البحث إلى العثور على مادة الحمض النووي في الكائنات الحية الدقيقة والنباتات والحيوانات الأخرى.
ما هي العقيدة المركزية لعلم الأحياء الجزيئي؟
العقيدة المركزية لعلم الأحياء الجزيئي هي نظرية تشرح أن تدفق المعلومات الوراثية (من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي إلى البروتين) يحدث في اتجاه واحد فقط لتكوين منتج وظيفي. تقول العقيدة المركزية لعلم الأحياء الخلوي الجزيئي أن الحمض النووي لدينا يحتوي على المعلومات اللازمة لتكوين جميع البروتينات لدينا، وأن دور الحمض النووي الريبي هو رسول يحمل هذه المعلومات إلى الريبوسومات. يتمثل دور هذه الريبوسومات في أنها تعمل كمصانع للخلايا حيث تحدث عملية ترجمة المعلومات من شفرة إلى المنتج الوظيفي (النهائي).
تقنيات البيولوجيا الجزيئية
تقنيات البيولوجيا الجزيئية هي الطرق المستخدمة في البيولوجيا الجزيئية وغيرها من الفروع ذات الصلة مثل علم الوراثة والكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية والتي تنطوي عمومًا على عمليات مثل التعديل والتفاعل والتلاعب وتحليل الحمض النووي والبروتين والحمض النووي الريبي والدهون. دعونا نسلط الضوء على بعض أكثر تقنيات البيولوجيا الجزيئية شيوعًا:
تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)
يعد تفاعل البوليميراز المتسلسل أو PCR أحد أهم الطرق في البيولوجيا الجزيئية. إنه في الأساس نظام أنبوب اختبار لتكرار الحمض النووي يستخدم لنسخ الحمض النووي ويسمح بتضخيم تسلسل الحمض النووي المستهدف (الفردي) إلى ملايين طيات جزيئات الحمض النووي في غضون ساعات قليلة. يمكن أيضًا استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل لإدخال واكتشاف الطفرات داخل الحمض النووي أو مواقع إنزيمات القيد الخاصة. يستخدم تفاعل البوليميراز المتسلسل أيضًا للكشف عن وجود جزء معين من الحمض النووي في مكتبة cDNA. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل على نطاق واسع في المجالات الطبية والبيولوجية لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل استنساخ الحمض النووي للتسلسل، وتحليل الجينات الوظيفية، وتشخيص واكتشاف الأمراض الوراثية والمعدية. هناك العديد من الأنواع المختلفة من تفاعل البوليميراز المتسلسل مثل:
- تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الحقيقي
- تفاعل البوليميراز المتسلسل المتداخل
- تفاعل البوليميراز المتسلسل المتعدد
- تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي
- تفاعل البوليميراز المتسلسل بعيد المدى
- تفاعل البوليميراز المتسلسل بالبدء الساخن
- تفاعل البوليميراز المتسلسل التمهيدي التعسفي
- تفاعل البوليميراز المتسلسل أحادي الخلية
- تفاعل البوليميراز المتسلسل المحدد للميثيل (MSP)
- تفاعل البوليميراز المتسلسل السريع الدورة
الرحلان الكهربائي للهلام
يعد الرحلان الكهربائي للهلام طريقة مهمة في علم الأحياء الجزيئي تستخدم لفصل مخاليط الحمض النووي والحمض النووي الريبي والبروتينات اعتمادًا على حجمها الجزيئي. في هذه التقنية، يتم تشغيل الجزيئات المراد فصلها بواسطة مجال كهربائي عبر هلام الأجار الذي يحتوي على مسام صغيرة ويسمح لك بالتمييز بين شظايا الحمض النووي ذات الأطوال المختلفة. هناك العديد من التطبيقات لعملية الرحلان الكهربائي للهلام مثل:
- التحقيق في مسرح الجريمة عن طريق فصل شظايا الحمض النووي لتحديد بصمة الحمض النووي.
- تحليل نتائج تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR).
- في دراسات التصنيف، للتمييز بين الأنواع المختلفة من خلال تحديد ملف الحمض النووي.
- تحليل الجينات (الجينات المرتبطة بمرض معين).
استنساخ الحمض النووي
استنساخ الحمض النووي هو تقنية بيولوجيا جزيئية تستخدم لعمل عدة نسخ متطابقة من قطعة من الحمض النووي، مثل جين أو قطع أخرى من الحمض النووي. يتم استنساخ الحمض النووي عن طريق إدخال جين مستهدف في قطعة دائرية من الحمض النووي تسمى "البلازميد". ثم، من خلال عملية التحويل، يتم إدخال البلازميد في البكتيريا (يتم اختياره باستخدام المضادات الحيوية). تُستخدم هذه البكتيريا لإنتاج المزيد من الحمض النووي البلازميدي أو يتم تحريضها للتعبير عن الجين وإنتاج البروتين.
يمكن استخدام الحمض النووي المستنسخ في:
- الكشف عن وظيفة الجين وتحديدها.
- التحقيق في خصائص الجين مثل الحجم والتعبير وتوزيع الأنسجة.
- تكوين تركيزات كبيرة من البروتين يتم ترميزها بواسطة الجين.
- تعلم كيف يمكن للطفرات أن تؤثر على وظيفة الجين.
زراعة الخلايا
تعد زراعة الخلايا واحدة من أهم تقنيات علم الأحياء الخلوي الجزيئي لأنها توفر منصة للتحقيق في علم الأحياء وعلم وظائف الأعضاء (مثل الشيخوخة) والكيمياء الحيوية واستقلاب الخلايا والخلايا المريضة. كما تستخدم لدراسة الطفرات والسرطان وتأثيرات الأدوية والمركبات السامة على الخلايا ومسار العدوى والتفاعل بين الخلايا البرية والعوامل المسببة للأمراض (مثل الفطريات والبكتيريا والفيروسات). زراعة الخلايا هي العملية التي يتم بها إزالة الخلايا البشرية أو الحيوانية أو النباتية ونموها في بيئة اصطناعية تحت ظروف خاضعة للرقابة. على سبيل المثال، تُستخدم الخلايا الحيوانية المزروعة في إنتاج الفيروسات، وتُستخدم هذه الفيروسات لإنتاج اللقاحات. على سبيل المثال، يتم إنتاج لقاحات لأمراض مثل داء الكلب، وجدري الماء، وشلل الأطفال، والحصبة والتهاب الكبد الوبائي ب باستخدام زراعة الخلايا الحيوانية.
استخراج الحمض النووي
- يمكننا تعريف استخراج الحمض النووي بأنه التقنية المستخدمة لعزل الحمض النووي عن طريق كسر غشاء الخلية والنواة بمساعدة بعض المواد الكيميائية أو الإنزيمات أو الاضطرابات الفيزيائية. كان استخراج الحمض النووي هدفًا لكثير من الأبحاث، حيث أن له العديد من التطبيقات مثل التعديل الوراثي للنباتات، والكشف عن البكتيريا والفيروسات في البيئة، وتغيير الحيوانات، والتشخيص الطبي، واختبارات الأبوة، والتحقق من الهوية، والمنتجات الصيدلانية، وإنتاج الهرمونات.
- يعد استخراج الحمض النووي أمرًا بالغ الأهمية لعلم الأحياء الخلوي الجزيئي والتكنولوجيا الحيوية. ويعتبر الخطوة الأولى لتطبيقات مختلفة، تتراوح من اتخاذ القرارات التشخيصية والعلاجية الروتينية إلى البحث الأساسي. تكمن أهمية استخراج الحمض النووي وتنقيته في أنهما حيويان وضروريان لتحديد الخصائص الفريدة للحمض النووي، مثل شكله وحجمه ووظيفته.
- ساعد التحقيق في تسلسل الحمض النووي وبنيته المتعلقة بالأمراض في اكتشاف الأساس الجزيئي وعلاج الأمراض المختلفة. كما سمح استخلاص الحمض النووي للعلماء بإنتاج العديد من اللقاحات والإنزيمات والهرمونات. كما كان مفيدًا ومهمًا للغاية في الكيانات القانونية الشرعية/الطبية.
- لدراسة الحمض النووي، يجب استخراجه من الخلية. وبالتالي، تُستخدم تقنية استخلاص الحمض النووي على نطاق واسع في مختبرات الأبحاث.
ليست هناك تعليقات:
ملحوظة: يمكن لأعضاء المدونة فقط إرسال تعليق.