الفبای زیست فناوری
هر فردی بینظیر است.
تمامی جانداران با هم‌نوعان خود شباهت ها و تفاوت هایی دارند،مثل رنگ پوست روشن و تیره یا اثر انگشت.
صفات مختلف از قبیل رنگ پوست،رنگ چشم،قد،اثر انگشت،چال گونه و حالت نرمی گوش و …در افراد مختلف متفاوت است.عامل ایجاد گوناگونی در صفات مختلف در علم زیست شناسی ژن نامیده می‌شود.ژن ها بخشی از DNA و درواقع عامل تعیین کننده صفات هستند که درون هسته یاخته ها قرار دارند.
اما ژن ها تنها عامل تعیین کننده صفات نیستند و محیط هم می‌تواند روی صفات گوناگون تاثیر بگذارد.
صفات موجودات زنده در سه گروه ارثی،محیطی،ارثی محیطی قرار می‌گیرند.
نگاهی دقیق تر به هسته یاخته
کوچکترین واحد تشکیل دهنده پیکر موجودات زنده⇐ سلول
هر سلول از سه بخش تشکیل می‌شود⇐ غشاء + هسته + سیتوپلاسم
یاخته ها از مواد آلی و مواد معدنی تشکیل شده‌اند.مواد آلی تشکیل دهنده یاخته ها عبارتند از:
پروتئین ها + کربوهیدرات ها + لیپید ها + نوکلئیک اسید ها
دنا (نوعی نوکلئیک اسید) درواقع مولکولی است که اطلاعات لازم برای تعیین ساختار (شکل) و اعمال (صفات) هر جاندار درون آن ذخیره شده است.این اطلاعات در واحد هایی به نام ژن سازماندهی می‌شود،بنابراین ژن بخشی از دنا و عامل تعیین کننده صفات ارثی است.ژن ها شکل،رنگ و بسیاری دیگر از صفات جانداران را تعیین می‌کنند.
مولکول DNA بسیار باثبات است و به راحتی تغییر نمی‌کند.تغییر در ساختمان DNA سبب جهش می‌شود که نتیجه آن بروز صفات جدید است.
صفات ارثی:عامل ایجاد کننده این صفات از والدین به فرزندان و از نسلی به نسل بعد منتقل می‌شوند.
*بیشتر صفات ارثی مثل رنگ چشم،به دلیل وجود چند ژن است که باهم کار می‌کنند.به این صفات،چند ژنی می‌گویند.
فام تن (کروموزوم)
دنا در هسته سلول به شکل کروموزوم بسته بندی می‌شوند.درواقع رشته های بلند دنا با پیچ و تاب خوردن به دور پروتئین های خاص،کوتاه تر شده و فضای کمتری را در هسته یاخته ایجاد می‌کند.پس کروموزوم از پروتئین DNA تشکیل شده است.
یاخته های هر جاندار تعداد مشخصی فام تن دارند.برای مثال یاخته های بدن ما 46 فام تن دارد که به صورت 23 جفت کنار یکدیگر قرار می‌گیرند.از این 23 جفت،یک جفت (دو عدد) را فام تن های جنسی تشکیل می‌دهند که مسئولیت تعیین جنسیت را برعهده دارند.
در یاخته های بدن زنان هردو فام تن جنسی (XX) از لحاظ شکل،اندازه و محتوا مشابه یکدیگرند اما دو فام تن جنسی در مردان (XY) از لحاظ شکل،اندازه و محتوا با یکدیگر متفاوتند.
تعداد فام تن ها به اندازه پیکر جانداران بستگی ندارد.مثلا انسان 46 کروموزوم و مرغ و خروس 78 کروموزوم در هر سلول خود دارند.کروموزوم ها در یاخته های در حال تقسیم و با استفاده از میکروسکوپ نوری دیده می‌شوند.زمانی که یاخته در حال تقسیم نیست دنا حالت فشردگی کروموزوم را ندارد اما همچنان قسمت هایی از آن به دور پروتئین ها پیچیده است،به این حالت کروماتین می‌گویند.
میزان پروتئین های فشرده کننده کروماتین از کروموزوم کمتر است.
از شباهت دو نفر نمی‌توان به شباهت ژن های آنها پی برد.زیرا تنها عامل تعیین کننده صفت ژن ها نیستند.مثلا فردی که ژن رنگ پوست تیره دارد با فردی که ژن رنگ پوست روشن دارد اما مدت طولانی در معرض آفتاب قرار گرفته است،رنگ پوست مشابهی دارد اما ژن های آنها متفاوت است.
مفهوم عدد کروموزومی:هر جاندار در هر سلول پیکری خود دارای تعداد مشخصی کروموزوم می‌باشد که به آن عدد کروموزومی می‌گویند.مثلا هر سلول پیکری انسان دارای 46 کروموزوم است یا مرغ و خروس در هر سلول خود دارای 78 کروموزوم هستند.
مفهوم مجموعه کروموزومی:در هر سلول ممکن است شکل و محتوای ژنتیکی دو یا چند کروموزوم مشابه باشد.مثلا در سلول های پیکری انسان،کروموزوم ها دو به دو شبیه یکدیگرند.به همین دلیل عدد کروموزومی سلول های انسانی را بصورت 2n=46 نشان می‌دهند.اما در هر مجموعه کروموزومی هیچ کروموزوم مشابهی یافت نمی‌شود.
تاثیر عوامل محیطی بر صفات
وراثت تنها عامل کنترل کننده صفات نیست و بسیاری از صفات تحت تاثیر عوامل محیطی نیز هستند.عوامل محیطی،عواملی هستند که در خارج از پیکر جانداران قرار دارند.برای مثال رشد سیب زمینی علاوه بر ژن ها به شدت وابسته به شرایط محیط است؛به طوری که اگر به آن آب و نور کافی نرسد رشد نمی‌کند ولی اگر همان سیب زمینی در شرایط محیطی مناسب (آب و نور کافی) قرار گیرد،رشد خواهد کرد.
مثال های دیگر از تاثیر عوامل محیطی بر وراثت:
1.رنگ گل ادریسی در خاک های متفاوت فرق می‌کند.این گیاه در خاک های اسیدی گل های آبی رنگ دارد در حالی که در خاک های خنثی گل های صورتی دارد.
2.این دو موش وارثت یکسانی دارند اما تغذیه متفاوتی داشتند.به طوری که غذای موش سمت راست،یکی از ویتامین های گروه B را ندارد.
3.بیشتر موهای بدن خرگوش هیمالیایی سفید است.اگر بخشی از موهای سفید را بتراشیم و پوست آن را با کیسه یخ بپوشانیم،موهای جدید در این بخش به رنگ سیاه رشد می‌کند.
4.خطر بروز سکته قلبی در بعضی افراد به علت ژن‌هایی که دارند از دیگران بیشتر است.اگر این افراد تغذیه سالم داشته باشند و ورزش های مناسب انجام دهند،می‌توانند همانند دیگر افراد در سلامت زندگی کنند.
ایجاد صفات جدید در جانداران
دانشمندان می‌توانند با انتقال یک ژن از جانداری به جاندار دیگر،صفتی جدید در جاندار گیرنده ایجاد کنند که به طور طبیعی در آنها وجود ندارد و این امر کاربرد های مفیدی دارد.مثال:
1-ژن تولید کننده انسولین:ژن تولید کننده انسولین را از سلول های انسان جدا و آن را وارد DNA نوعی باکتری می‌کنند و باکتری شروع به تولید انسولین انسانی می‌کند.این انسولین برای درمان دیابت وابسته به انسولین به کار می‌رود.در گذشته از انسولینی که توسط پانکراس گاو تولید می‌شد استفاده می‌کردند.
2-ژن تولید کننده پیش ساز ویتامین A:ژن تولید کننده پیش ساز ویتامین A (بتاکاروتن) را از نوعی باکتری و گل نرگس زرد می‌گیرند و وارد برنج معمولی می‌کنند و برنج طلایی تولید می‌شود.با خوردن برنج طلایی توسط انسان،بتاکاروتن به ویتامین A تبدیل می‌شود.کمبود ویتامین A در کودکان آنها را در معرض نابینایی قرار می‌دهد.
3-ژن مقاوم شدن در برابر سرما (ضد یخ زدگی):ژن مقاوم شدن موجب جلوگیری از یخ زدگی نوعی ماهی در آب سرد می‌شود.با استخراج و انتقال این ژن به گوجه فرنگی،میتوان گوجه فرنگی هایی مقاوم به سرما تولید کرد.
ژن ها دارای اطلاعات و دستورالعمل هایی برای تولید پروتئین ها در سلول های بدن هستند و پروتئینی که ساخته می‌شود،دستورالعمل ها را اجرا و صفات را مشخص می‌کند.مثلا ژن رنگ مو در فردی با موهای قهوه‌ای،دستورالعمل ساخت پروتئینی را دارد که آن پروتئین،رنگ موی فرد را قهوه‌ای می‌کند.
پروتئین ها در همه یاخته ها،بافت ها و اندام های بدن وجود دارند و حتی برای ساخته شدن مواد دیگر در بدن ضروری‌اند.
یاخته ها تقسیم می‌شوند.
هنگامی که قسمتی از بدن زخم می‌شود پس از مدتی ترمیم شده و یاخته های جدید در محل زخم به وجود می‌آیند.درختان بزرگ همانند کاج از رشد و تقسیم یک دانه کوچک در خاک پدید می‌آیند.بدن یک انسان بالغ از میلیاردها یاخته تشکیل شده است؛در حالی که زندگی همه ما از یک یاخته تخم آغاز شده است اما چگونه از یک یاخته،میلیاردها یاخته به وجود می‌آیند؟
می‌دانید که یاخته ها تقسیم می‌شوند.در بدن انسان و اغلب موجودات که تولید مثل جنسی دارند دو نوع تقسیم یاخته‌ای مشاهده می‌شود:
1-تقسیم میتوز (رشتمان) 2-تقسیم میوز (کاستمان)
تقسیم میوز
⋇در سراسر عمر ما انجام می‌شود.
⋇موجب رشد و ترمیم بافت های آسیب دیده بدن می‌شود.
⋇از یک یاخته در نهایت دو یاخته به وجود می‌آید.
دنای یاخته‌ای که می‌خواهد تقسیم میتوز انجام دهد،قبل از شروع تقسیم،دو برابر می‌شود و به شکل کلافی نخ مانند (کروماتین) درمی‌آید.به این فرآیند همانندسازی می‌گویند.
بعد از همانندسازی،هر کروماتین دارای دو مولکول دنا می‌باشد که به این حالت کروماتین مضاعف شده می‌گویند.طی تقسیم میتوز هر مولکول دنا به یکی از یاخته های جدید در حال تشکیل به ارث می‌رسد.در نتیجه آن دو یاخته جدید (یاخته های دختری) با تعداد فامتن های برابر با یاخته های قدیمی (یاخته مادر) به وجود می‌آیند.
مراحل تقسیم میتوز
تقسیم میوز
⋇در سراسر عمر ما انجام می‌شود.
⋇موجب رشد و ترمیم بافت های آسیب دیده بدن می‌شود.
⋇از یک یاخته در نهایت دو یاخته به وجود می‌آید.
دنای یاخته‌ای که می‌خواهد تقسیم میتوز انجام دهد،قبل از شروع تقسیم،دو برابر می‌شود و به شکل کلافی نخ مانند (کروماتین) درمی‌آید.به این فرآیند همانندسازی می‌گویند.
بعد از همانندسازی،هر کروماتین دارای دو مولکول دنا می‌باشد که به این حالت کروماتین مضاعف شده می‌گویند.طی تقسیم میتوز هر مولکول دنا به یکی از یاخته های جدید در حال تشکیل به ارث می‌رسد.در نتیجه آن دو یاخته جدید (یاخته های دختری) با تعداد فامتن های برابر با یاخته های قدیمی (یاخته مادر) به وجود می‌آیند.
مراحل تقسیم میتوز
1-پروفاز
◈رشته های کروماتین مضاعف شده فشرده،ضخیم و کوتاه می‌شوند تا کروماتین به کرموزوم تبدیل شود.
◈پوشش هسته شروع به تجزیه شدن می‌کند.
2-پرومتافاز
◼پوشش هسته و شبکه آندوپلاسمی به طور کامل از بین می‌روند.
◼پروتئین های رشته‌ای به کروموزوم های مضاعف شده متصل می‌شوند.
3-متافاز
◉تمام کرموزوم ها در وسط سلول ردیف می‌شوند.(در این مرحله تمام کروموزوم ها از دو سمت خود به رشته های پروتئینی متصل هستند)
4-آنافاز
◬دو مولکول دنا در هر کروموزوم مضاعف شده از هم جدا می‌شوند و به دو کروموزوم غیر مضاعف تبدیل می‌شوند.
◬پروتئین های رشته‌ای کوتاه می‌شوند.
◬کروموزوم های غیر مضاعف به دو قطب سلول کشیده می‌شود.
5-تلوفاز
◉پروتئین های رشته‌ای به طور کامل تخریب می‌شوند.
◉کروموزوم های غیر مضاعف شروع به باز شدن می‌کنند و به کروماتین تبدیل می‌شوند.
◉پوشش هسته و شبکه آندوپلاسمی مجددا تشکیل می‌شوند.
بعد از تقسیم هسته (میتوز)،تقسیم سیتوپلاسم صورت می‌گیرد و در نهایت از یک سلول دو سلول مشابه ایجاد می‌شود.
تقسیم مشکل ساز (سرطان)
گاهی اوقات بدون نیاز به سلول های جدید و بیشتر،سلول ها به صورت غیرعادی،سریع و کنترل نشده تقسیم می‌شوند و توده های سرطانی ایجاد می‌کنند.برخی سرطان ها ارثی هستند اما عوامل محیطی مختلفی در ایجاد سرطان نقش دارند.الکل،سیگار موادی مانند تنباکو،آلاینده های حاصل از سوخت های فسیلی،کودهای شیمیایی انرژی هایی مانند اشعه های مضر مثل پرتوهای رادیواکتیو و اشعه ماوراء بنفش خورشید.همچنین کم تحرکی و چاقی و تغذیه نامناسب مانند فست فودها از جمله عوامل محیطی موثر در ایجاد سرطان هستند.
تغذیه سالم در پیشگیری از سرطان موثر است.
بیماری های ژنتیکی یا ارثی
بیماری هایی هستند که علت آنها وجود یک نقص یا مشکل در ژن است؛پس می‌توانند از نسلی به نسل دیگر منتقل شوند.مانند:
1-تالاسمی:این بیماری نوعی کم خونی ارثی است.تالاسمی به علت عدم ساخت گلبول های قرمز ایجاد می‌شود و به دو شکل خفیف(تالاسمی مینور) و شدید(تالاسمی ماژور)وجود دارد.
2-هموفیلی:در خون این افراد نوعی پروتئین لازم برای انعقاد خون وجود ندارد.خون افراد مبتلا پس از ایجاد زخم یا اصلا منعقد نمی‌شود یا سرعت انعقاد آن کم است.
3-کوررنگی (دالتونیسم):در این بیماری فرد مبتلا قادر به تشخیص یک یا چند رنگ نمی‌باشد.مثلا نمی‌تواند اعداد داخل دایره های مقابل را تشخیص دهد.
4-دیابت جوانی:این بیماری قبل از 30 سالگی به وجود می‌آید.علت دیابت جوانی حمله سیستم ایمنی بدن به سلول های سازنده انسولین است.با از بین رفتن این سلول ها شخص مجبور است با تزریق انسولین،قند خون را کاهش دهد.
5-منگولیسم (سندروم داون):در این بیماری شخص مبتلا به جای 46 کروموزوم،47 کروموزوم دارد.تعداد کروموزوم شمارۀ 21 آن به جای 2 عدد،3 عدد است.علائم منگولیسم،عقب ماندگی شدید ذهنی و قامت غیرطبیعی است.
ژن درمانی
منظور از ژن درمانی مجموعه‌ای از روش های درمانی است که طی آن با ترمیم و رفع عیب ژن،بیماری را درمان می‌کنند.ژن ها که بر روی کروموزوم قرار دارند،واحد های فیزیکی و کارکرد پایه بدن هستند.ژن ها چگونگی ساخت پروتئین ها را رمزگذاری می‌کنند.گرچه ژن ها بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرند،اما این پروتئین ها هستند که اغلب کارکرد های حیاتی را انجام می‌دهند و حتی اکثریت ساختار های سلولی را تشکیل می‌دهند.
بیماری های ژنتیکی
هنگامی که ژن ها به نحوی تغییر پیدا کنند که پروتئین های رمزبندی شده بوسیله آنها نتوانند کارکرد های طبیعی‌شان را انجام دهند،بیماری های ژنتیکی به وجود می‌آیند.
▴ژن‌درمانی تکنیکی است برای تصحیح ژن های معیوبی که مسئول ایجاد بیماری هستند.
سلول های همه‌کاره (سلول های بنیادی)
همه سلول های بدن انسان از تقسیم سلول تخم یا زیگوت به وجود می‌آیند.سلول تخم در فرآیند میتوز به دو سلول یکسان تقسیم شده و با ادامه این روند تقسیم سلولی در عرض چند روز،یک توده سلولی متشکل از چند صد سلول حاصل می‌شود.تمام سلول های بدن از جمله سلول های عصبی،خونی، قلبی،غضروفی،
عضلانی،پوستی و غیره از همین توده سلولی به وجود می‌آیند.به سلول های این توده سلولی “سلول های بنیادی جنینی” گفته می‌شود.سلول های بنیادی جنینی،مادر تمام سلول ها هستند و توانایی تبدیل به تمام سلول های بدن را دارا می‌باشند.سلول های بنیادی با تبدیل یا به عبارتی “متمایز شدن” به سلول های مختلف بدن،نقش یا شغل خاصی را برعهده گرفته و دیگر توانایی تقسیم شدن نخواهند داشت.
در بدن انسان پس از تولد هم سلول هایس بنیادی در برخی از بافت ها وجود دارد که به آنها “سلول های بنیادی بالغ” گفته می‌شود.سلول های بنیادی بالغ،بسته به اینکه در کدام بافت بدن قرار گرفته‌اند توانایی تبدیل شدن به تعداد محدودی از انواع سلولی را دارند.سلول های خون‌ساز مغز استخوان از انواع سلولهای بنیادی بالغ محسوب می‌شوند و توانایی تولید سه رده سلول های خونی(گلبول قرمز + گلبول سفید + پلاکت)را دارند.دانشمندان تا مدت ها تصور می‌کردند که سلول های بنیادی بالغ در قلب و مغز وجود ندارند؛اما مطالعات جدیدتر نشان داده‌اند که در قلب و مغز تیز سلول های بنیادی بالغ اگرچه به میزان کم،وجود دارند؛با این حال توانایی ترمیم این دو عضو در مقابله با آسیب های وارده بسیار ناچیز می‌باشد.
