داروها و واکسن‌های حاصل از مهندسی ژنتیک امروزه در دسترس هستند.
مهندسی ژنتیک می‌تواند برای مشکلاتی که بشر با آنها روبه روست، مثل تأمین غذا و مبارزه با بیماریها راه حل‌هایی ارائه کند. بعضی از این راه حل‌ها هم اکنون در دسترس همگان اند و بعضی دیگر در آینده در دسترس قرار خواهند گرفت. آینده‌ای که به گمان بسیاری از پژوهشگران بر زیست شناسی متکی است.
داروها: بسیاری از بیماریهای ژنی به علت عدم توانایی بدن در ساختن یک نوع پروتئین خاص است. به این علت در سراسر جهان صدها شرکت داروسازی وجود دارد که پروتئینهای مورد نیاز این بیماران را با به کار بردن روش‌های مهندسی ژنتیک در باکتریها تولید می‌کنند (شکل ۱). مواد ضد انعقاد خون از جمله این پروتئین‌ها هستند و برای جلوگیری از ایجاد لخته خون به کار می‌روند. انسولین نیز که در درمان دیابت به کار میرود، از همین جمله است.
فاکتور انعقادی شماره VIII پروتئینی است که در روند انعقاد خون دخالت دارد و فقدان آن سبب ناتوانی در انعقاد خون می‌شود و بیماری هموفیلی را به وجود می آورد. این پروتئین با به کار گرفتن روش‌های مهندسی ژنتیک ساخته می‌شود و به عنوان دارو به فروش می‌رسد. تا چندی پیش بیماران هموفیل فاکتوری را که از خونهای اهدایی استخراج می‌شد، دریافت می‌کردند. متأسفانه بعضی از خونهای اهدایی به ویروس HIV یا ویروس هپاتیت B آلوده بودند.
بیشتر بدانید
داروهای حاصل از مهندسی ژنتیک
| محصول | کاربرد در درمان |
| اریتروپویتین | آنمی (کم‌خونی) |
| فاکتورهای رشد | زخم‌ها و سوختگی‌ها |
| هورمون رشد انسانی | ناهنجاری‌های رشدی |
| اینترلوکین‌ها | سرطان |
| اینترفرون‌ها | بیماریهای ویروسی و سرطان |
واکسنها: بسیاری از بیماریهای ویروسی، مانند آبله و فلج اطفال با داروهای موجود در مان نمی‌شوند. می‌توان با این ویروس‌ها از طریق پیشگیری، یعنی به کار بردن واکسن، مبارزه کرد.
در گذشته واکسنها، یا با میکروبهای کشته شده بیماری زا، یا با میکروبهای ضعیف شده تهیه می‌شدند. این عمل باعث می‌شود که خود واکسن ایجاد بیماری نکند.
دستگاه ایمنی بدن پس از تزریق واکسن پروتئینهای سطحی میکروب‌ها را شناسایی می‌کند و با ساختن پروتئینهای پادتن به آن پاسخ میدهد. اگر بعدا یک میکروب از همان نوع وارد بدن شود، پادتنها در بدن حضور دارند و با آن میکروب مبارزه می‌کنند. مشکل این روش‌ها این است که یک خطا در کشتن و ضعیف کردن یک بیماری زا منجر به انتقال بیماری به افرادی می‌شود که برای جلوگیری از آن اقدام کرده‌اند. واکسن‌هایی که با روش‌های مهندسی ژنتیک ساخته می‌شوند این خطر را ندارند. با این روش‌ها می‌توان ژن مربوط به آنتی ژن یک بیماری زا را به DNA یک باکتری یا ویروس غیر بیماری زا وارد کرد (شکل ۱). باکتری یا ویروس غیر بیماری زا در این حالت تغییر می‌کند و یک واکسن مفید و مطمئن به وجود می آورد.
بیشتر بدانید
مهندسان ژنتیک سعی می‌کنند ژنهای بیماری زا را به میوهها و سبزیجات وارد کنند. آنها با این کار قصد دارند داروهایی خوراکی که ارزان و خوردن آنها آسان باشد، تولید کنند. کاربرد چنین واکسن‌هایی در کشورهای در حال توسعه بسیار مفید خواهد بود. موز و سیب زمینی که از جمله این میوهها و سبزیها هستند، به بازار عرضه خواهند شد.
امروزه تکنولوژی زیستی به عرصه‌های متفاوت و جدیدی وارد شده است. یکی از این عرصه‌ها فضا و دانش مربوط به آن است، به طوری که شاخه‌ای از دانش به نام زیست فناوری فضایی شکل گرفته است. مطالعه عملکرد باکتریها در شرایط بی وزنی از موضوع‌های مورد علاقه محققان در این شاخه است. تحقیقات نشان داده‌اند که بیماری زایی بعضی از باکتریها در این شرایط زیاد می‌شود. محققان امیدوارند که از این ویژگی در تولید بیشتر واکسن استفاده کنند.
شکل ۱- ساختن یک واکسن با روش‌های مهندسی ژنتیک
واکسن ضد بیماری هپاتیت B امروزه از طریق مهندسی ژنتیک ساخته شده است. ویروس هپاتیت B باعث التهاب کبد می‌شود و ممکن است کشنده باشد. تلاش دیگری که امروزه صورت می‌گیرد تولید واکسنی است که مردم را در برابر بیماری مالاریا محافظت کند. مالاریا بر اثر آلودگی به یک تک سلولی از گروه آغازیان به وجود می آید و معمولا در برابر آن حفاظت مؤثری وجود ندارد.
بیشتر بدانید
واکنش زنجیرهای پلی مراز (PCR)
پلیس در محل جنایت فقط یک رشته مو به عنوان مدرک پیدا کرد. آیا یک رشته مو مقدار کافی DNA برای بررسی در بر دارد؟ برای تهیه انگشت نگاری ژنی و سایر کاربردهای مهندسی ژنتیک که در این فصل مورد بررسی قرار گرفتند، مقدار معینی DNA مورد نیاز است. هرچند برخی مواقع مقدار بسیار کمی DNA در دسترس است.
امروزه محققان روشی به نام واکنش زنجیرهای پلی مراز به کار می‌برند تا یک قطعه انتخاب شده از DNA را تکثیر کنند. پژوهشگر، در واکنش زنجیرهای پلی مراز، می‌تواند از یک نمونه DNA در عرض چند ساعت چند میلیون نسخه بسازد.
چرخه‌های گرمادهی و همانندسازی: در واکنش زنجیرهای پلی مراز به نمونه‌ای از DNA دو رشته‌ای که می خواهند آن را تکثیر کنند، حرارت میدهند. حرارت باعث جدا شدن دو رشته از یکدیگر می‌شود. این مخلوط را سپس سرد و یک قطعه کوچک از DNA به نام پرایمر به آن اضافه می‌کنند. پرایمرها را به طور مصنوعی می سازند. پرایمر به نقاطی از DNA که همانند سازی از آنها آغاز می‌شود، متصل می‌شود. سپس DNA پلی مراز و نوکلئوتیدهای آزاد را به مخلوط می افزایند. DNA پلی مراز با افزودن نوکلئوتیدهای مکمل به پرایمر باعث طویل شدن رشته DNA می‌شود. نتیجه این فرآیند تولید دو مولکول DNA است که با یکدیگر و با مولکول DNA اولیه مشابه هستند. فرآیند گرمادهی و همانندسازی بارها و بارها تکرار می‌شود. هر چند دقیقه یک بار نمونه DNA دو برابر می‌شود. بنابراین در زمان کوتاهی تعداد زیادی نسخه از نمونه اولیه به وجود می آید.
کاربردهای واکنش زنجیرهای پلی مراز: می‌توان DNA موجود در پنجاه گلبول سفید خون را که ممکن است در یک لکه بسیار کوچک خون یافت شوند، به وسیله واکنش زنجیرهای پلی مراز تکثیر کرد. این روش برای تشخیص بیماریها و ناهنجاری‌های ژنتیک و حل مسایل جنایی اهمیت خاصی دارد. PCR در زمینه‌های مختلف تحقیقاتی و برای مطالعه قطعات DNA اجدادی در فسیلها یا مواد حفظ شده نیز به کار میرود.
ژن درمانی
بسیاری از ناهنجاری‌های ژنتیک زمانی ایجاد می‌شوند که فرد نسخه فعال یک ژن خاص را نداشته باشد. ژن درمانی یعنی قراردادن یک نسخه سالم از یک ژن، درون سلول‌های فردی که دارای نسخه‌ای ناقص از همان ژن است. در اجرای این روش سلول‌ها را از بدن بیمار خارج و ژن سالم را وارد آنها می‌کنند. سپس سلول‌های تغییر یافته را به بدن بیمار باز می‌گردانند. پس از آن ماده‌ای که در این فرد وجود نداشت، توسط سلول‌های دارای ژن جدید، ساخته می‌شود.
اولین تلاش‌ها برای انجام ژن درمانی در دختر بچه‌ای که مبتلا به نوعی ناهنجاری دستگاه ایمنی بود صورت گرفت. این ناهنجاری را یک ژن جهش یافته ایجاد می‌کند. این ژن جهش یافته نمی‌تواند یک آنزیم مهم دستگاه ایمنی را بسازد. پزشکان سلول‌های مغز استخوان این کودک را استخراج کردند و یک ژن سالم را در آنها قرار دادند. سپس این سلول‌ها را به داخل مغز استخوان دختر بازگرداندند. سلول‌ها بلافاصله شروع به ساختن آنزیم کردند. چون این نوع سلول‌های مغز استخوان دارای قدرت تقسیم هستند، نسل‌های بعدی این سلول‌های حاصل از مهندسی ژنتیک به ساختن این آنزیم ادامه دادند.
بیشتر بدانید
تشخیص هویت
به جز دوقلوهای همسان، هیچ دو نفری در جهان یافت نمی‌شوند که محتوای ژنتیک یکسانی داشته باشند. به علت وجود جهشهای تصادفی و نوترکیبی در تولید مثل جنسی، توالی نوکلئوتیدی DNA همه افراد با هم متفاوت است. این تفاوت‌ها در بخشی از DNA به اوج خود می‌رسد به طوری که می‌توان گفت این بخش از DNA در هر فرد منحصر به فرد است. درست مثل اثرانگشت که منحصر به فرد است و از آن برای شناسایی افراد استفاده می‌شود، می‌توان از این بخش از DNA برای تشخیص هویت استفاده کرد.
در تشخیص هویت از روش RFLP استفاده می‌شود. در این روش آنزیم‌های محدود‌کننده را روی DNA اثر میدهند. آنزیم‌های محدود‌کننده DNA را می‌برند و آن را قطعه قطعه می‌کنند. طول قطعات حاصل با هم متفاوت است. علاوه بر این طول این قطعات، از فردی به فرد دیگر نیز فرق می‌کند. بنابراین، اگر آنها را به وسیله الکتروفورز در ژل جدا کنیم، برای هر فرد الگویی از نوارهای DNA ایجاد می‌شود که منحصر به خود اوست و با دیگران متفاوت است. این روش را گاه «انگشت نگاری از DNA » نیز می‌نامند.
مقایسه الگوی نوارهای دو فرد متفاوت ارتباطات خویشاوندی آنها را نشان میدهد. چون اثر انگشت DNA از نمونه‌های DNA موجود در خون، مایع حاوی اسپرم، استخوان و مو تهیه می‌شود، بنابراین این روش در پزشکی قانونی کاربرد دارد. پزشکی قانونی بررسی علمی علت جراحت یا مرگ را، به خصوص زمانی که در شواهد جنایی تردید وجود داشته باشد، بر عهده دارد. اثر انگشت DNA در شناسایی ژن عامل بیماریهای ژنی؛ مثل بیماری هانتینگتون و کم خونی داسی شکل نیز کاربرد دارد.
توالی و جایگاه همه ژنهای انسان مورد مطالعه قرار گرفته است.
تکنولوژی ژن توانایی‌های زیادی برای مقابله علیه بیماریها دارد. یکی از مهم ترین شواهدی که کارایی مهندسی ژنتیک را تأیید می‌کند، پروژه ژنوم انسان است. هدف پروژه ژنوم انسان (HGP) تعیین توالی نوکلئوتیدی ژنوم انسان و تعیین نقشه جایگاه هر ژن روی هر کروموزوم است. واژه ژنوم به کل محتوای DNA یک جاندار گفته می‌شود. ژنوم محتوای DNA هسته‌ای و DNAهای سیتوپلاسمی (میتوکندری و کلروپلاست) را در بر می‌گیرد. ژنوم هسته‌ای انسان از ۲۲ کروموزوم غیرجنسی (اتوزوم) و دو کروموزوم جنسی X و Y تشکیل شده است.
دانشمندان امیدوارند که دانش به دست آمده از پروژه ژنوم انسان بتواند به تشخیص، معالجه و درمان حدود ۴۰۰۰ ناهنجاری ژنتیک انسان کمک کند. دانشمندان تاکنون ژنهای دخیل در بسیاری از ناهنجاری‌های ژنتیک، از جمله سیستیک فیبروزیز، دیستروفی عضلانی دوشن و سرطان را کشف کرده‌اند. شکل ۲ تعدادی از ژنها و بیماریهای ژنتیکی موجود روی کروموزوم X انسان را نشان میدهد.
شکل ۲- نقشه کروموزوم. پروژه ژنوم انسان جایگاه بسیاری از ژنها را مشخص کرده است با وجود این که بیش از ۴۵۰ ژن و ۲۰۰ ناهنجاری ژنتیکی روی کروموزوم X وجود دارند فقط تعداد کمی از آنها در این شکل نشان داده شده است.
خودآزمایی
١- بین مهندسی ژنتیک و درمان بیماریهای انسان چه رابطه‌ای وجود دارد؟
۲- روش‌های مهندسی ژنتیک در تهیه واکسنها را شرح دهید.
٣- فرآیندی که از طریق آن نسخه سالم یک ژن وارد سلول فردی می‌شود که دارای نسخه ناقص آن ژن است، چه نام دارد؟
۴- چرا پروژه ژنوم انسان در تحقیقات پزشکی حائز اهمیت است؟
تفکر نقادانه
مهارت، تشخیص صحت اطلاعات: دانش آموزی اظهار می‌کند که مهندسی ژنتیک کاملا «ایمن و بی نقص» است. به نظر شما چه پی آمدهای امنیتی و اخلاقی بر اثر استفاده از مهندسی ژنتیک ممکن است به وجود آید؟
