مهندسی ژنتیک در کشاورزی و دامداری؛ وکتور گیاهی؛ جانور تراژنی؛ دالی

می‌توان با انتقال ژنها به گیاهان باعث اصلاح محصولات آنها شد.

اولین اصلاح کنندگان بذر کشاورزانی بودند که بذرهای بهترین گیاه خود را انتخاب می‌کردند، آنها را می‌کاشتند و بدین ترتیب به تدریج در نسل‌های متمادی گیاهان را اصلاح می‌کردند. در قرن بیستم، اصلاح کنندگان بذر برای انتخاب گیاهان مبانی ژنتیک را به کار بردند. امروزه مهندسان ژنتیک می‌توانند ویژگی‌های مطلوب را با دست ورزی ژن به گیاهان بیفزایند.

مهندسان ژنتیک می‌توانند به روش‌های، مختلف، گیاهان را تغییر دهند؛ از جمله ایجاد گیاهان مقاوم به شرایط خشکی و تولید گیاهانی که با خاکهای مختلف، اقلیم‌های متفاوت و فشارهای محیطی سازگاری حاصل کنند، تنظیم سرعت رسیدن میوه‌ها و افزایش ارزش غذایی گیاهان به عنوان مثال، با انجام روش‌های مهندسی ژنتیک روی گیاه برنج، سویه‌های دارای میزان بالای بتاکاروتن (که در بدن به ویتامین A تبدیل می‌شود) و آهن تولید شده‌اند. این دست‌آوردها در بخش‌هایی از قاره آسیا اهمیت خاصی دارند، زیرا بسیاری از مردم آن از کمبود ویتامین A و آهن رنج می‌برند.

سازندگان علف کشهایی که در طبیعت زود تجزیه می‌شوند انواعی از گیاهان زراعی مقاوم به این علف کشها را تولید کرده‌اند. ویژگی این گیاهان زراعی باعث می‌شود که کشاورزان بتوانند با کاربرد این علف کش‌ها علفهای هرز را از بین ببرند، بدون این که به گیاهان زراعی آسیب برسد. چون برای از بین بردن علف‌های هرز نیاز به شخم زدن زمین نیست، خاکهای سطحی کمتر دستخوش فرسایش می‌شوند. دانشمندان با وارد کردن یک ژن درون محصولات گیاهی، گیاهانی تولید کرده‌اند که نسبت به حشرات مقاوم هستند. گیاهانی که نسبت به حشرات مقاوم اند، نیازی به استفاده از سموم حشره کش که آلوده‌کننده محیط زیست هستند، ندارند.

کشف یک وکتور گیاهی: تا چندین سال، مهندسان ژنتیک وکتور مناسبی که بتواند ژنها را به گیاه انتقال دهد، در دسترس نداشتند؛ تا این که آنان دریافتند که عامل گال نوعی پلازمید باکتریایی است. گال نوعی بیماری گیاهی است که باعث ایجاد تومورهای بزرگ روی گیاه می‌شود. این پلازمید، پلازمید Ti (القاکننده ایجاد تومور) نام دارد. پلازمید Ti بسیاری از گیاهان زراعی مثل گوجه فرنگی، توتون و سویا را آلوده می‌کند. این پلازمید وارد سلول‌های گیاهی می‌شود و بدین طریق گیاه را آلوده می‌کند. محققان ژن ایجاد‌کننده تومور را از پلازمید Ti خارج و یک DNA خاص را جایگزین آن می‌کنند. همچنین می‌توان ژن را با یک «تفنگ ژنی» به سلول‌های گیاه گندم شلیک کرد.

تکنولوژی ژن در دامداری به کار برده می‌شود.

دامداران مدتها کوشیده‌اند که دامها و محصول آنها را در طی نسل‌های متوالی و برنامه‌های تنظیم شده، اصلاح کنند. در گذشته، گاوهایی که شیر بیشتری تولید می‌کردند، به امید تولید نسل‌های با شیر بیشتر، باردار می‌شدند. این فرآیندهای متوالی، طولانی و کم بازده بودند. امروزه در جوامع پیشرفته، بسیاری از دامداران روش‌های مهندسی ژنتیک را برای اصلاح یا تغییر دام‌ها به کار می‌برند. برخی از دامداران برای افزایش تولید شیر به رژیم غذایی گاوها هورمون‌های رشد می افزایند. در گذشته هورمون‌های رشد از مغز گاوهای کشته شده استخراج می‌شد، اما امروزه ژن هورمون رشد گاوی را وارد باکتریها می‌کنند. باکتری، این هورمون را با هزینه‌ای کم تولید می‌کند، بنابراین اضافه کردن آن به رژیم غذایی گاوها مقرون به صرفه خواهد بود.

تولید پروتئین‌های مفید از نظر پزشکی: کاربرد دیگر تکنولوژی ژن در دامداری افزودن ژنهای انسان به دام‌ها است. هدف از این کار آن است که پروتئین‌های انسان در شیر دام‌ها ظاهر شود. این روش بیشتر برای پروتئین‌های پیچیده انسانی به کار می‌روند که از طریق تکنولوژی ژن در باکتریها تولید نمی‌شوند.

پروتئین‌های انسان را از شیر این جانوران استخراج می‌کنند و برای اهداف دارویی به کار می‌برند. این جانوران را جانوران تراژنی می‌نامند. چون در سلول‌های آنها DNA بیگانه وجود دارد.

کلون کردن از سلول‌های تخصص یافته: در سال ۱۹۹۷، محققی به نام یان ویلموت با ارائه اخباری مبنی بر کلون کردن موفقیت آمیز یک گوسفند، با استفاده از سلول‌های تمایز یافته بدن او، توجه جهان را به خود جلب کرد.

یک بره با کلون کردن هسته سلولی از پستان گوسفند بالغ به وجود آمد. در سابق، کلون کردن فقط به وسیله سلول‌های جنینی یا نوزادی ممکن بود. محققان تصور می‌کردند نمی‌توان از سلول‌های تمایزیافته برای تولید موجود زنده کامل استفاده کنند. آزمایش ویلموت این فرضیه را رد کرد.

ویلموت سلول پستان گوسفند را در اثر تحریک الکتریکی با سلول تخمک فاقد هسته یک گوسفند دیگر ادغام کرد. این سلول ادغام شده تقسیم شد و اولین سلول‌های جنین را به وجود آورد. ویلموت سلول‌های حاصل را درون رحم گوسفند ماده‌ای (مادر جانشینی) کار گذاشت. حاصل این کار در تابستان ۱۹۹۶ به صورت گوسفندی که دالی نام گرفت، بود. دالی از نظر ژنتیکی کاملا مشابه با گوسفندی بود که سلول پستان از آن گرفته شده بود (شکل ۱).

محققان دیگر آزمایش‌های مشابهی برای کلون کردن گاوها و موشها به کار برده‌اند. این آزمایشها نشان می‌دهند که کلون کردن بدین روش در سایر پستانداران هم ممکن است. با ادامه یافتن تحقیقات، امروزه کلون کردن به وسیله سلول‌های تمایزیافته در جانوران رایج شده است.

شکل ۱- کلون کردن گوسفند از سلول پستان. در سال ۱۹۹۷ محققان انجام یک کلون موفقیت آمیز را با استفاده از سلول‌های تمایز یافته اعلام کردند: بره حاصل از این کلون دالی نام گرفت.

تصور کلون کردن انسان امروزه غیر ممکن نیست. دلیلی بر عدم موفقیت چنین آزمایش‌هایی وجود ندارد، اما سؤالات زیادی وجود دارد که باید ابتدا به آنها پاسخ داد. یکی از آنها قوانین اخلاقی کلون کردن انسان است.

خودآزمایی

١- سه روشی را که محصولات غذایی از طریق مهندسی ژنتیک اصلاح شده‌اند فهرست کنید.

۲- چگونه پلازمید Ti برای وارد کردن ژن به سلول‌های گیاه به کار می‌رود؟

۳- روش کلون کردن گوسفند از طریق استفاده از سلول‌های تمایز یافته را به اختصار شرح دهید.