استنساخ الجينات الكامل (الكلونة)
ما هو استنساخ الحمض النووي DNA؟
عندما نسمع مصطلح "الاستنساخ"، قد يتبادر إلى ذهنك استنساخ كائنات حية كاملة، مثل النعجة دوللي. ومع ذلك، يعني الاستنساخ إنشاء نسخة جينية مطابقة لشيء ما. في مختبرات البيولوجيا الجزيئية، يتم استنساخ الجينات أو قطع صغيرة من الحمض النووي.
الاستنساخ هو عملية إنشاء نسخ متعددة متطابقة من قطعة محددة من الحمض النووي. في استنساخ الحمض النووي، يتم أولاً إدخال الجين أو قطعة الحمض النووي المطلوبة (على سبيل المثال، جين مرتبط ببروتين إنساني مهم) في قطعة دائرية من الحمض النووي تعرف بالبلازميد. يتم ذلك باستخدام إنزيمات تقوم بعملية "قص ولصق" الحمض النووي، مما يؤدي إلى إنتاج جزيء من الحمض النووي المؤتلف، أو الحمض النووي المكون من قطع من مصادر مختلفة.
تمثيل تخطيطي لنقل جين محدد إلى بلازميد لإنشاء حمض نووي مؤتلف.
بعد ذلك، يتم إدخال البلازميد المؤتلف إلى البكتيريا. يتم اختيار البكتيريا الحاملة للبلازميد وزراعتها. خلال التكاثر، تقوم هذه البكتيريا بنسخ البلازميد ونقله إلى نسلها، مما ينتج نسخاً من الحمض النووي الموجود بداخله.
تطبيقات استنساخ الحمض النووي
ما هي فوائد إنشاء نسخ متعددة من تسلسل الحمض النووي داخل البلازميد؟
في بعض الحالات، تكون هناك حاجة إلى العديد من نسخ الحمض النووي لإجراء تجارب أو لإنشاء بلازميدات جديدة. وفي حالات أخرى، يرمز قطعة الحمض النووي إلى بروتين مفيد، وتُستخدم البكتيريا كـ "مصانع" لإنتاج البروتين.
من خلال استنساخ الحمض النووي، يمكنك التعبير عن الجين الخاص ببروتين في كائن مضيف، مما يتيح لك إنتاج كميات كبيرة من ذلك البروتين بسرعة. على سبيل المثال، تم إنتاج الأنسولين، ولقاح التهاب الكبد B، والعديد من البروتينات واللقاحات الأخرى بهذه الطريقة، وتُستخدم هذه الطريقة حاليًا لتطوير لقاحات COVID-19 وبعض العلاجات للفيروس. كما يمكن استخدامها لإنتاج بروتينات صالحة للأكل.
تستخدم جزيئات الحمض النووي التي تم إنشاؤها من خلال تقنيات الاستنساخ لأغراض عديدة في البيولوجيا الجزيئية. إليك قائمة قصيرة ببعض الأمثلة:
إنتاج الأدوية البيولوجية : يمكن استخدام استنساخ الحمض النووي لإنشاء بروتينات بشرية ذات تطبيقات طبية، مثل الأنسولين المذكور أعلاه.
العلاج الجيني : في بعض الاضطرابات الوراثية، يفتقر المرضى إلى نسخة وظيفية من جين معين. يهدف العلاج الجيني إلى توفير النسخة الطبيعية من الجين لخلايا جسم المريض.
تحليل الجينات : في مختبرات الأبحاث الأساسية، يستخدم علماء الأحياء غالبًا استنساخ الحمض النووي لإنشاء نسخ تركيبية ومؤتلفة من الجينات، مما يساعدهم على فهم الجينات الطبيعية للكائنات الحية.
خطوات استخدام استنساخ الحمض النووي لتخليق البروتين (مثل الأنسولين البشري) في البكتيريا
قص البلازميد ولصق الجين: تتضمن هذه العملية إنزيمات تقييدية (تقوم بقص الحمض النووي) وإنزيم DNA ليغاز (الذي يربط الحمض النووي).
إدخال البلازميد إلى البكتيريا: استخدم اختيار المضادات الحيوية لتحديد البكتيريا التي تحمل البلازميد.
زراعة كمية كبيرة من البكتيريا الحاملة للبلازميد: استخدمها كـ "مصانع" لإنتاج البروتين. قم بجمع وتنقية البروتين من البكتيريا.