كلية الهندســــة الزراعيّـــة
بحث علمي في مادة البيولوجيا الجزيئيّة بعنوان
”العلاج بالمورثات“
إعداد الطالب كنان غازي برجيه
بإشراف : الاستاذة الدكتورة وفاء شومان
” رئيس قسم العلوم الاساسية في كلية الهندسة الزراعية“
مخطط حلقــة البحــث
• 1- لمحــة عـامـة عن الهندســــة الوراثيـــّة
• 2- نبـذة تاريخية عن الهندسة الوراثية و التحوير الجيني
• 3- استخدامات الهندســة الوراثيــّة ” العلاج بالجينات“
• 4- كيفية تطبيق التحوير الجيني
• 5- بعض حالات العلاج الجيني
• أ- - علاج مرض الهيموفيليا جينيا
• ب -علاج مرض التلاسيميا
• جـ - علاج مرض السرطان جينيا
د - علاج الصلع جينيا
6- استخدام التحوير في استخراج الامصال من النباتات
7- مشروع الجينوم الفضائي العلاجي
8- مضار و محاسن العلاج الجيني
9- تطور التقنيات الحيوية في الوطن العربي
10- المراجع
لمحة عامة عن الهندسة الوراثية
n الهندسة الوراثية: مصطلح يُطلق على التقنية التي تغير الموِّرثات (الجينات) الموجودة داخل جسم الكائن الحي.
n تحتوي خلايا كل الكائنات الحية على مجموعة من هذه المورثات التي تحمل معلومات كيميائية تحدد خصائص وصفات هذا الكائن. وقد استطاع العلماء ـ عن طريق تغيير مورثات الكائن الحي ـ إكساب الكائن وأحفاده سِمَات مختلفة.
تطبيقات التقنيات الحيوية وهندسة الجينات
n
n التطبيقات في مجالات الحياة المختلفة:
- الصناعات الدوائية: انتاج الادوية
- الطب: تشخيص وعلاج الامراض
- الزراعة: انتاج نباتات مقاومة للملوحة والجفاف والامراض
- البيئة : اسخدام الكائنات المحورة وراثيا للتقليل من التلوث
- الصناعات الغذائية
* نبذة تاريخية*
n تعود أصول التقنيات الحيوية المعروفة حاليا إلى عدة آلاف من السنين، وقبل معرفة الإنسان بالميكروبات المسئولة عن هذه الأنشطة بمدة طويلة.
n فقد عرف المصريون القدماء وكذلك الصينيون والهنود وغيرهم عمليات تخمر الأغذية واستخدموها في تحضير الخبز والجبن وغيرها.
n كما قاموا بإنتخاب نباتات وحيوانات زراعية عالية الإنتاجية. وهجنوا السلالات لتحقيق طفرات في الإنتاج باستخدام أساليب الوراثة التقليدية.
n وقد شهد العقد الماضي ظهور تقنيات متقدمة حسنت بصورة كبيرة من كفاءة التقنيات الحيوية التقليدية في مجالات الزراعة التقليدية، التخمرات، معالجة المخلفات، صناعة الدواء، والرعاية الصحية
n وتسمى التقنيات الحديثة تلك ب "الهندسة الوراثية" وتقنية التحكم في الحمض النووي التركيبي .
n بدأت ثورة التقنيات الحيوية وهندسة الجينات عام 1953 وهو العام الذي إكتشف فيه تركيب المادة الوراثية (DNA) عن طرق العالمان واطسون -كريك
n كان علماء الوراثة الأمريكيون أول من طوَّر تقنيات عزل وترقيع المورثات في أوائل السبعينيات من القرن العشرين. وفي أواخر تلك الحقبة استعمل الباحثون تقنية (DNA)المولَّف لهندسة البكتيريا وراثيًا لإنتاج كميات قليلة من الإنسولين والأنترفرون.
n ومع بداية الثمانينيات من القرن العشرين تم تطويع وسائل الهندسة الوراثية لإنتاج كلتا المادتين بكميات هائلة. وقد كان الإنسولين المنتج من البكتيريا المعالجة بالهندسة الوراثية أول عقار مُنْتَج بتلك الطريقة سمحت السلطات في الولايات المتحدة الأمريكية باستعماله عام 1982م.
وأدخل العلماء عام 1987م مورثًا من إحدى خلايا البكتيريا في نبات الطماطم مكنه من مقاومة اليساريع.
n وقد مُنِحَتْ في الولايات المتحدة الأمريكية أول براءة إنتاج لنبات معالج بالهندسة الوراثية في عام 1986م، وهو صنف من القمح ذي قيمة غذائية عالية.كما مُنِحَتْ أيضًا في الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1988م، أول براءة إنتاج لحيوان معالج بالهندسة الوراثية وذلك لسلالة من الفئران تُستخدم في أبحاث السرطان.
كيفية التعديل الوراثي
n 1- عزل الجين المرغوب: يتم العزل من خلال تحديد الجين المرغوب إدخاله إلى الخلايا من خلال معلومات مسبقة عن الجينات و من ثم تتم مضاعفة هذه الجينات باستخدام تفاعل سلسلة البوليميرز.
n 2- إدخال أو تحميل الجين المرغوب في حامل مناسب مثل بلازميد. كما يمكن استخدام حوامل أخرى مثل الحوامل الفيروسية أو الليبوزوم.
n 3- إدخال الحامل في خلايا المتعضية المراد تعديلها. و تتم بعدة طرق منها بندقية الدي ان ايه.
4- عزل و فصل الخلايا او المتعضيات التي تعدل وراثياً بنجاح من الطبيعية. وتتم بعدة طرق منها: استخدام مسبار الدي ان ايه للتحري عن الجين المدخل أو باستخدام المعلمات التمييزية للتحري عن صفة مقاومة موجودة مع الحامل و تكون مميزة بمقاومتها لصفة معينة كالمعلمات التمييزية التي تكسب مقاومة لمضاد حيوي معين
n المعالجة بالمورثات: (Gene Therapy):
n هي عملية ادخال مورثات (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%88%D8%B1%D8%AB%D8%A7%D8%A A) سليمة إلى الخلايا (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%84%D8%A7%D9%8 A%D8%A7) لتصحيح عمل المورثات الغير فعالة بغية علاج المرض (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B1%D8%B6). يرى العلماء أن العلاج الجيني قد يكون وسيلة فعالة لعلاج العديد من الأمراض الوراثية الناتجة من عطب مورثة واحدة مثل مثل الثلاسيميا (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D9%84%D8%AB% D9%84%D8%A7%D8%B3%D9%8A%D9%85%D9%8A %D8%A7&action=edit&redlink=1) والناعور (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%B9%D9%8 8%D8%B1) وفقر الدم المنجلي (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%82%D8%B1_%D8%A7%D9%84%D8% AF%D9%85_%D8%A7%D9%84%D9%85%D9%86%D 8%AC%D9%84%D9%8A) والتليف الكيسي (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D9%84%D9%8A%D9%8 1_%D8%A7%D9%84%D9%83%D9%8A%D8%B3%D9 %8A) وغيرها من الأمراض.
n ترجع أول تجربة لاستخدام العلاج الجيني إلى عام 1990 عندما قام الطبيبان فرنش أندرسون ومايكل بلاز بمحاولة علاج طفلة مصابة بمرض عوز المناعة المشترك الشديد (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B9%D9%88%D8%B2_ %D8%A7%D9%84%D9%85%D9%86%D8%A7%D8%B 9%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B4%D8 %AA%D8%B1%D9%83_%D8%A7%D9%84%D8%B4% D8%AF%D9%8A%D8%AF&action=edit&redlink=1) بادخال المورثة المختصة بتقوية جهاز (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%B2_%D8%A7%D9% 84%D9%85%D9%86%D8%A7%D8%B9%D8%A9)ال مناعة (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%B2_%D8%A7%D9% 84%D9%85%D9%86%D8%A7%D8%B9%D8%A9) في جسم الإنسان. لاقت التجربة نجاح جزئي حيث استطاع العلاج تقوية الجهاز المناعي للطفلة بنسبة 40%.
بعض حالات المعالجة الجينية:
n ينشأ عدد من الأمراض البشرية نتيجة لفشل بعض الخلايا في تصنيع بروتينات معينة مثل فشل بعض خلايا جُزُر لانجرهانز في غدة البنكرياس في تصنيع هورمون الإنسولين مما ينشأ عنه داء السكري. وفي هذه الحالة يمكن للعلماء إنتاج كميات كبيرة من الإنسولين في "مصانع" البكتيريا وذلك عن طريق وصل مورث الأنسولين من خلايا الإنسان في بلازميدات من خلايا البكتيريا الإشريكية القولونية. وبهذه الطريقة تُنْتَج كميات كبيرة من الأنسولين لعلاج مرضى داء السكري في البشر.
n
n وقد تمكن العلماء في عام 1896م من إنتاج لقاح ضد مرض التهاب الكبد البائي عن طريق الهندسة الوراثية في خلايا خميرة أُدْخِل فيها مورث من فيروس التهاب الكبد البائي مكنها من إنتاج بروتين خاص بذلك الفيروس. ويؤدي حقن ذلك البروتين إلى حفز جهاز المناعة لديهم لإنتاج أجسام مضادة للفيروس تحميهم من المرض الذي يسببه.كما تمكن الباحثون أيضًا من إنتاج الأنترفرونات وهي بروتينات نشطة تحمى خلايا الجسم السليمة من الإصابة بالفيروسات. وتنتج هذه الأنترفرونات من خلايا البكتيريا الإشريكية القولونية عن طريق الهندسة الوراثية. وقد تم اختبار فعاليتها في العديد من الأمراض.
بحث علمي في مادة البيولوجيا الجزيئيّة بعنوان
”العلاج بالمورثات“
إعداد الطالب كنان غازي برجيه
بإشراف : الاستاذة الدكتورة وفاء شومان
” رئيس قسم العلوم الاساسية في كلية الهندسة الزراعية“
مخطط حلقــة البحــث
• 1- لمحــة عـامـة عن الهندســــة الوراثيـــّة
• 2- نبـذة تاريخية عن الهندسة الوراثية و التحوير الجيني
• 3- استخدامات الهندســة الوراثيــّة ” العلاج بالجينات“
• 4- كيفية تطبيق التحوير الجيني
• 5- بعض حالات العلاج الجيني
• أ- - علاج مرض الهيموفيليا جينيا
• ب -علاج مرض التلاسيميا
• جـ - علاج مرض السرطان جينيا
د - علاج الصلع جينيا
6- استخدام التحوير في استخراج الامصال من النباتات
7- مشروع الجينوم الفضائي العلاجي
8- مضار و محاسن العلاج الجيني
9- تطور التقنيات الحيوية في الوطن العربي
10- المراجع
لمحة عامة عن الهندسة الوراثية
n الهندسة الوراثية: مصطلح يُطلق على التقنية التي تغير الموِّرثات (الجينات) الموجودة داخل جسم الكائن الحي.
n تحتوي خلايا كل الكائنات الحية على مجموعة من هذه المورثات التي تحمل معلومات كيميائية تحدد خصائص وصفات هذا الكائن. وقد استطاع العلماء ـ عن طريق تغيير مورثات الكائن الحي ـ إكساب الكائن وأحفاده سِمَات مختلفة.
تطبيقات التقنيات الحيوية وهندسة الجينات
n
n التطبيقات في مجالات الحياة المختلفة:
- الصناعات الدوائية: انتاج الادوية
- الطب: تشخيص وعلاج الامراض
- الزراعة: انتاج نباتات مقاومة للملوحة والجفاف والامراض
- البيئة : اسخدام الكائنات المحورة وراثيا للتقليل من التلوث
- الصناعات الغذائية
* نبذة تاريخية*
n تعود أصول التقنيات الحيوية المعروفة حاليا إلى عدة آلاف من السنين، وقبل معرفة الإنسان بالميكروبات المسئولة عن هذه الأنشطة بمدة طويلة.
n فقد عرف المصريون القدماء وكذلك الصينيون والهنود وغيرهم عمليات تخمر الأغذية واستخدموها في تحضير الخبز والجبن وغيرها.
n كما قاموا بإنتخاب نباتات وحيوانات زراعية عالية الإنتاجية. وهجنوا السلالات لتحقيق طفرات في الإنتاج باستخدام أساليب الوراثة التقليدية.
n وقد شهد العقد الماضي ظهور تقنيات متقدمة حسنت بصورة كبيرة من كفاءة التقنيات الحيوية التقليدية في مجالات الزراعة التقليدية، التخمرات، معالجة المخلفات، صناعة الدواء، والرعاية الصحية
n وتسمى التقنيات الحديثة تلك ب "الهندسة الوراثية" وتقنية التحكم في الحمض النووي التركيبي .
n بدأت ثورة التقنيات الحيوية وهندسة الجينات عام 1953 وهو العام الذي إكتشف فيه تركيب المادة الوراثية (DNA) عن طرق العالمان واطسون -كريك
n كان علماء الوراثة الأمريكيون أول من طوَّر تقنيات عزل وترقيع المورثات في أوائل السبعينيات من القرن العشرين. وفي أواخر تلك الحقبة استعمل الباحثون تقنية (DNA)المولَّف لهندسة البكتيريا وراثيًا لإنتاج كميات قليلة من الإنسولين والأنترفرون.
n ومع بداية الثمانينيات من القرن العشرين تم تطويع وسائل الهندسة الوراثية لإنتاج كلتا المادتين بكميات هائلة. وقد كان الإنسولين المنتج من البكتيريا المعالجة بالهندسة الوراثية أول عقار مُنْتَج بتلك الطريقة سمحت السلطات في الولايات المتحدة الأمريكية باستعماله عام 1982م.
وأدخل العلماء عام 1987م مورثًا من إحدى خلايا البكتيريا في نبات الطماطم مكنه من مقاومة اليساريع.
n وقد مُنِحَتْ في الولايات المتحدة الأمريكية أول براءة إنتاج لنبات معالج بالهندسة الوراثية في عام 1986م، وهو صنف من القمح ذي قيمة غذائية عالية.كما مُنِحَتْ أيضًا في الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1988م، أول براءة إنتاج لحيوان معالج بالهندسة الوراثية وذلك لسلالة من الفئران تُستخدم في أبحاث السرطان.
كيفية التعديل الوراثي
n 1- عزل الجين المرغوب: يتم العزل من خلال تحديد الجين المرغوب إدخاله إلى الخلايا من خلال معلومات مسبقة عن الجينات و من ثم تتم مضاعفة هذه الجينات باستخدام تفاعل سلسلة البوليميرز.
n 2- إدخال أو تحميل الجين المرغوب في حامل مناسب مثل بلازميد. كما يمكن استخدام حوامل أخرى مثل الحوامل الفيروسية أو الليبوزوم.
n 3- إدخال الحامل في خلايا المتعضية المراد تعديلها. و تتم بعدة طرق منها بندقية الدي ان ايه.
4- عزل و فصل الخلايا او المتعضيات التي تعدل وراثياً بنجاح من الطبيعية. وتتم بعدة طرق منها: استخدام مسبار الدي ان ايه للتحري عن الجين المدخل أو باستخدام المعلمات التمييزية للتحري عن صفة مقاومة موجودة مع الحامل و تكون مميزة بمقاومتها لصفة معينة كالمعلمات التمييزية التي تكسب مقاومة لمضاد حيوي معين
n المعالجة بالمورثات: (Gene Therapy):
n هي عملية ادخال مورثات (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%88%D8%B1%D8%AB%D8%A7%D8%A A) سليمة إلى الخلايا (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%84%D8%A7%D9%8 A%D8%A7) لتصحيح عمل المورثات الغير فعالة بغية علاج المرض (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B1%D8%B6). يرى العلماء أن العلاج الجيني قد يكون وسيلة فعالة لعلاج العديد من الأمراض الوراثية الناتجة من عطب مورثة واحدة مثل مثل الثلاسيميا (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D9%84%D8%AB% D9%84%D8%A7%D8%B3%D9%8A%D9%85%D9%8A %D8%A7&action=edit&redlink=1) والناعور (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%B9%D9%8 8%D8%B1) وفقر الدم المنجلي (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%82%D8%B1_%D8%A7%D9%84%D8% AF%D9%85_%D8%A7%D9%84%D9%85%D9%86%D 8%AC%D9%84%D9%8A) والتليف الكيسي (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D9%84%D9%8A%D9%8 1_%D8%A7%D9%84%D9%83%D9%8A%D8%B3%D9 %8A) وغيرها من الأمراض.
n ترجع أول تجربة لاستخدام العلاج الجيني إلى عام 1990 عندما قام الطبيبان فرنش أندرسون ومايكل بلاز بمحاولة علاج طفلة مصابة بمرض عوز المناعة المشترك الشديد (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B9%D9%88%D8%B2_ %D8%A7%D9%84%D9%85%D9%86%D8%A7%D8%B 9%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B4%D8 %AA%D8%B1%D9%83_%D8%A7%D9%84%D8%B4% D8%AF%D9%8A%D8%AF&action=edit&redlink=1) بادخال المورثة المختصة بتقوية جهاز (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%B2_%D8%A7%D9% 84%D9%85%D9%86%D8%A7%D8%B9%D8%A9)ال مناعة (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%B2_%D8%A7%D9% 84%D9%85%D9%86%D8%A7%D8%B9%D8%A9) في جسم الإنسان. لاقت التجربة نجاح جزئي حيث استطاع العلاج تقوية الجهاز المناعي للطفلة بنسبة 40%.
بعض حالات المعالجة الجينية:
n ينشأ عدد من الأمراض البشرية نتيجة لفشل بعض الخلايا في تصنيع بروتينات معينة مثل فشل بعض خلايا جُزُر لانجرهانز في غدة البنكرياس في تصنيع هورمون الإنسولين مما ينشأ عنه داء السكري. وفي هذه الحالة يمكن للعلماء إنتاج كميات كبيرة من الإنسولين في "مصانع" البكتيريا وذلك عن طريق وصل مورث الأنسولين من خلايا الإنسان في بلازميدات من خلايا البكتيريا الإشريكية القولونية. وبهذه الطريقة تُنْتَج كميات كبيرة من الأنسولين لعلاج مرضى داء السكري في البشر.
n
n وقد تمكن العلماء في عام 1896م من إنتاج لقاح ضد مرض التهاب الكبد البائي عن طريق الهندسة الوراثية في خلايا خميرة أُدْخِل فيها مورث من فيروس التهاب الكبد البائي مكنها من إنتاج بروتين خاص بذلك الفيروس. ويؤدي حقن ذلك البروتين إلى حفز جهاز المناعة لديهم لإنتاج أجسام مضادة للفيروس تحميهم من المرض الذي يسببه.كما تمكن الباحثون أيضًا من إنتاج الأنترفرونات وهي بروتينات نشطة تحمى خلايا الجسم السليمة من الإصابة بالفيروسات. وتنتج هذه الأنترفرونات من خلايا البكتيريا الإشريكية القولونية عن طريق الهندسة الوراثية. وقد تم اختبار فعاليتها في العديد من الأمراض.