البـــــوابـــة
تخصص الخلايا أو التخليق (Differentiation) :
ما هي الخلية المخلقة ( cell Differentiated)؟
عملية تخصص الخلايا تسمي التخليق الخلوي. تتكون أجسام الأحياء متعددة الخلايا ( Multi – cellular organisms) كالإنسان والغنم والبقر من ملايين الخلايا. ومع أن كل الخلايا في حيوان معين تكونت من خلية غير متخصصة (اللاقحة) وتحمل نفس الشفرة الوراثية (الجينوم)، برغم ذلك فإن الخلايا المختلفة لها أشكال مختلفة وتقوم بوظائف مختلفة لأن هذه الخلايا أصبحت متخصصة لأداء وظائف مختلفة في الجسم.
فمثلاً خلايا الدم الحمراء التي وظيفتها نقل الأوكسجين وثاني أكسيد الكربون تختلف عن الخلايا العصبية. وذلك لأن الخلايا المختلفة صممت لتؤدي وظائف مختلفة. ولا يبقى في الجسم سوى أعداد قليلة جداً من الخلايا الغير متخصصة وتسمى هذه الخلايا بالخلايا المولدة(Stem cells ).
ولكن ما الذي يجعل الخلايا مختلفة؟
لكي تصبح خلايا الجسم متخصصة، عليها ان تنتج جينات ( Genes) تسمى بجينات التخصص أي أن الخلايا المختلفة في الجسم الواحد تنتج جينات مختلفة وبكميات مختلفة.
والجينات (Genes) هي قطع من الحامض النووي ناقص الأوكسجين Deoxyribonucleic acid)) أو الـ ( DNA) منتشرة بشكل متفرق على طول الصبغيات أو الكروموسومات (Chromosomes ) ( شكل – 3) و (شكل – 6) الموجودة داخل نواة الخلية ويصل عدد الجينات في الخلية الواحدة إلى الآلاف فمثلاً يقدر عدد الجينات الموجودة في خلايا الإنسان بـ (33,000) جين وهذا العدد يعكس الكثير من الصفات الوراثية التي يكتسبها الإنسان من والديه مثل لون الجلد ولون العيون
والطول والشكل وغيرها، وكيميائياً فإن كل جين يعتبر شفرة لتصنيع بروتين (Protein ) معين يشارك في إعطاء تلك الصفة. والبروتينات مهمة جداً للقيام بوظائف مختلفة كالإنزيمات والهرمونات وعوامل النمو ... الخ. وتتركب البروتينات من سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية (Amino Acids)وهناك (20) حامض أميني معروف تنتظم في سلاسل بترتيبات وأطوال مختلفة لتعطي بروتينات مختلفة وهذه البروتينات بوظائف مختلفة. إذن في الأحوال العادية، يتكون الجنين كنتيجة لإندماج الخلية الجنسية الذكرية التي تسمى الحيوان المنوي(Sperm ) مع الخلية الجنسية الأنثوية التي تسمى البويضة (Ovum) ( شكل – 7) في الرحم. وبإتحاد هاتين الخليتين تتكون الخلية الملقحة أو اللاقحة ( Zygote). وبعد التقليح تبدأ الخلية في الإنقسام ... الخ.
تلقيح البييضة بواسطة حيوان منوي ينتج اللاقحة، تبدأ اللاقحة في الانقسام حتى تصل مرحلة تسمى البلاستوسيست حيث تبدأ فيها الخلايا بالتخصص وينتج عن ذلك المخلوق الكامل. بالإضافة إلى خلايا الجسم المتخصصة هناك خلايا غير متخصصة هي أمهات الخلايا أو الخلايا المولدة ( Stem cells) ووظيفتها هي تعويض الجسم بخلايا جديدة1011 × 4 خلايا دم تموت يومياً داخل الجسم ويتم تعويضها. أي أن جسم الكائن الحي يحتوي على خلايا مخلقة وأخرى غير مخلقة. قال تعالى {ثمً مِنْ مُضغَةٍ مُخَلقةٍ وغَيْرِ مُخلقةٍ لنُبَيًنَ لكُم} { الحج : الآية 5}.
الإسـتنـسـاخ Cloning
ماهو الإستنساخ (Cloning)؟
كلمة نسخة (Clone ) هي مجموعة من الخلايا أو المخلوقات الحية المتطابقة جنياً (أي أن مادتها الوراثية متطابقة) نتجت من خلية واحدة أو مخلوق واحد عن طريق التكاثر اللاجنسي. ومن هذا يمكن تعريف الإستنساخ بأنه عملية إنتاج نسخ مطابقة وراثياً للخلية أو المخلوق الأصلي. وفي مجال لتقنية البيولوجية (Biotechnology)، يستعمل هذا المصطلح ليدل على عدة عمليات يقوم بها البيولوجيون في المعمل منها إستنساخ الجنيات وهنا يتم جين ( Gene) معين في صورة نقية وبكميات كبيرة، وإستنساخ الخلايا وهنا يتم إنتاج خلايا كثيرة مطابقة للخلية الأصلية، وأخيراً إستنساخ المخلوق الكامل، وفي هذه الحالة يتم إنتاج نسخ مطابقة للمخلوق الأصلي. والخلاصة هي أن الإستنساخ هو مضاعفة عدد الجنيات أو الخلايا أو المخلوقات الحية من كينونة أصلية واحدة.
في مجال التقنية البيولوجية (Biotechnology) يتم منذ حوالي أكثر من عشرين سنة إستخدام تقنية إستنساخ الجينات والخلايا. هذه التقنيات استخدمت لإنتاج الأدوية واللقاحات لعلاج الأمراض مثل أمراض القلب والكلية وأمراض السكري والسرطانات المختلفة والتهاب الكبد المعدية وغيرها. كذلك هناك أبحاث جارية لإستنساخ أعضاء الجسم الإنساني وأنسجته .
هنا سنتعرض بالتفصيل لإستنساخ الجين وإستنساخ الخلايا و أخيراً إستنساخ الكائن الحي.
أولا : إستنساخ الجين
Gene Cloning :
كما ذكرنا سابقاً، فإن الخلية تحتوي على الآلاف من الجينات المختلفة ممثلة بأعداد مختلفة في خليط معقد. فمثلاً بعض الجينات ممثلة بعدد قليل من النسخ وبعضها بعشرات النسخ وبعضها ربما يصل إلى آلاف النسخ. وللحصول على جين معين بصورة نقية وبأعداد كبير من النسخ، نقوم بإستنساخ ذلك الجين. ويتم إستنساخ الجين وذلك لعدة أغراض، منها تركيب الجين أي تسلسل النيوكليتيدات في ذلك الجين، ودراسة وظيفته وربما استعمال الجين لإنتاج بروتينات لإستعمالها كأدوية مثل الإنسولين وعامل التختر الدموي(
... إلخ. وهذه التقنية تعتبر اليوم من التقنيات السهلة والكثير من المعامل في جميع أنحاء العالم تستعملها في بحوثها.
ماهي الخطوات الأساسية في تقنية إستنساخ الجينات ؟
1) يتم إدخال قطعة الـ ( DNA) المحتوية على الجين المراد إستنساخه في قطعة ( DNA) دائرة كبيرة تسمى الناقلة أو الحاملة (Vector). وهذه الناقلة تساعد علىإدخال الجين داخل خلية بكتيرية.
2) داخل الخلية البكتيرية، تبدأ الناقلة في التضاعف، منتجة أعداد كبيرة من النسخ المطابقة لها ومتضمنة قطعة الـ (DNA ) المحتوية على الجين الذي نقلته.
3) عندما تنقسم الخلية البكتيرية، تنتقل نسخ من الناقل المحتوي على الجين إلى الخلايا البكتيرية الجديدة ويتضاعف الجين من جديد.
4) بعد أن تتكاثر البكتيرية عدة مرات، يتم إختيار المستعمرة المحتوية على الجين المطلوب بواسطةعملية الغربلة(Screening ). وبهذا نكون قد حصلنا على نسخة نقية من الجين المطلوب(شكل-
ثانيا: إستنساخ الخلايا:
ماذا يقصد بإستنساخ الخلايا:
)يقصد بإستنساخ الخلايا، إنتاج عدد كبير من الخلايا من خلية واحدة.)
فأحياناً يحتاج العلماء دراسة نوع معين من الخلايا أو تأثير بعض الجينات في خلايا معينة. ولإنجاز هذا الهدف يتم عزل الخلية المراد دراستها واستنباتها في المعمل لتنقسم وتعطي عدد كبير من الخلايا المطابقة لها وراثياً، أي أنها تحمل نفس الصفات الوراثية. وفي بعض الأحيان يراد دراسة تأثير جين معين على وظائف نوع من الخلايا، فيتم إدخال نسخة من ذلك الجين ( جين غريب) في خلية وإكثارها ومقارنتها بخلايا لا تحتوي على ذلك الجين ( شكل – 9).
بالإضافة لما سبق، فإن هذا النوع من الإستنساخ يستعمل في إنتاج الأجسام المضادة لإستخدامها كعلاج وكمواد تشخيصية.
وتقنية الإستنساخ الجنيني يقوم بها الأطباء خصوصاً البيطريين منهم في مجال الإنتاج الحيواني. وهي مستخدمة منذ عدة سنوات.
أول من نجح في إستخدام هذه التقنية هو الدكتور إيان ويلموت( (Dr.Ian Wilmut’sوفريقه البحثي بالتعاون مع شركة(PPL Therapeutics) في سكوتلندا، حيث أنه في شهر فبراير من عام (1997) أعلن فريق وليموت عن ولادة دوللي (Dolly) وهي نعجة لها نفس التركيب الجيني (DNA) الذي تحمله أمها. وكما هو معلوم فإنه لو تم إنتاج دوللي طبيعياً أي من أب وأم لكان نصف مادتها الجينية (DNA) من الأب والنصف الآخر من الأم. وهذا هو السبب في عدم التشابه المطلق بين الآباء والأبناء، لأن الأبناء يحملون خليط من صفات الأب والأم. ولكن في حالة دوللي فالأمر يختلف، حيث أن مادتها الجينية (DNA) جاءت من الأم فقط وليس لها أي مادة جينية من طرف آخر ولهذا السبب تعتبر دوللي نسخة مطابقة لأمها ومثل هذا التشابه لا يرى طبيعياً إلا في حالات التوائم المتطابقة (Identical Twins) أي التي نتجت من تلقيح بييضة واحدة. وبهذا تعتبر دوللي بدون شك أشهر نعجة في التاريخ، صورها احتلت أغلفة أشهر المجلات العلمية مثل التايم والنيوزويك وكانت موضوع لا يحصى من المقالات والتقارير في المجلات العلمية والغير علمية على حد سواء. والذي يميز دوللي أنها كانت أول مخلوق حي يستنسخ من خلية متخصصة ( في حالة دوللي الخلية أخذت من ضرع نعجة أي أنها خلية ثديية متخصصة). قبل دوللي كان هناك عدد قليل جداً من العلماء يعتقد بأن عملية التخليق هي عملية عكسية. أي أن الخلية المتخصصة يمكن أن تصبح خلية مولدة من جديد وتنتج خلايا متخصصة جديدة. ولكن عندما تم الإعلان عن دوللي أصبحت هذه الفكرة حقيقة علمية. تاريخياً، في السبعينات من القرن الماضي حاول بعض العلماء في جامعة كامبردج من عزل نواة من خلية متخصصة من ضفدع ووضعها داخل بييضة منزوعة النواة ولكن النتيجة كانت إنقسام البييضة عدةإنقسامات ولكنها لم تنمو إلى مرحلة حيوان كامل.
إذن كيف استطاع الدكتور ويلموت وفريقه من إعادة برمجة خلية مخلقة من ضرع النعجة ( خلية ثديية) وجعلها تنقسم إلى حيوان كامل (دوللي)؟ الإجابة هي أنهم استفادوا من فهمهم لعملية تسمى دورة الخلية ( Cell cycle) وطبقوا ذلك الفهم لإعادة برمجة الخلية المتخصصة.
ما هي الخلية المخلقة ( cell Differentiated)؟
عملية تخصص الخلايا تسمي التخليق الخلوي. تتكون أجسام الأحياء متعددة الخلايا ( Multi – cellular organisms) كالإنسان والغنم والبقر من ملايين الخلايا. ومع أن كل الخلايا في حيوان معين تكونت من خلية غير متخصصة (اللاقحة) وتحمل نفس الشفرة الوراثية (الجينوم)، برغم ذلك فإن الخلايا المختلفة لها أشكال مختلفة وتقوم بوظائف مختلفة لأن هذه الخلايا أصبحت متخصصة لأداء وظائف مختلفة في الجسم.
فمثلاً خلايا الدم الحمراء التي وظيفتها نقل الأوكسجين وثاني أكسيد الكربون تختلف عن الخلايا العصبية. وذلك لأن الخلايا المختلفة صممت لتؤدي وظائف مختلفة. ولا يبقى في الجسم سوى أعداد قليلة جداً من الخلايا الغير متخصصة وتسمى هذه الخلايا بالخلايا المولدة(Stem cells ).
ولكن ما الذي يجعل الخلايا مختلفة؟
لكي تصبح خلايا الجسم متخصصة، عليها ان تنتج جينات ( Genes) تسمى بجينات التخصص أي أن الخلايا المختلفة في الجسم الواحد تنتج جينات مختلفة وبكميات مختلفة.
والجينات (Genes) هي قطع من الحامض النووي ناقص الأوكسجين Deoxyribonucleic acid)) أو الـ ( DNA) منتشرة بشكل متفرق على طول الصبغيات أو الكروموسومات (Chromosomes ) ( شكل – 3) و (شكل – 6) الموجودة داخل نواة الخلية ويصل عدد الجينات في الخلية الواحدة إلى الآلاف فمثلاً يقدر عدد الجينات الموجودة في خلايا الإنسان بـ (33,000) جين وهذا العدد يعكس الكثير من الصفات الوراثية التي يكتسبها الإنسان من والديه مثل لون الجلد ولون العيون
والطول والشكل وغيرها، وكيميائياً فإن كل جين يعتبر شفرة لتصنيع بروتين (Protein ) معين يشارك في إعطاء تلك الصفة. والبروتينات مهمة جداً للقيام بوظائف مختلفة كالإنزيمات والهرمونات وعوامل النمو ... الخ. وتتركب البروتينات من سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية (Amino Acids)وهناك (20) حامض أميني معروف تنتظم في سلاسل بترتيبات وأطوال مختلفة لتعطي بروتينات مختلفة وهذه البروتينات بوظائف مختلفة. إذن في الأحوال العادية، يتكون الجنين كنتيجة لإندماج الخلية الجنسية الذكرية التي تسمى الحيوان المنوي(Sperm ) مع الخلية الجنسية الأنثوية التي تسمى البويضة (Ovum) ( شكل – 7) في الرحم. وبإتحاد هاتين الخليتين تتكون الخلية الملقحة أو اللاقحة ( Zygote). وبعد التقليح تبدأ الخلية في الإنقسام ... الخ.
تلقيح البييضة بواسطة حيوان منوي ينتج اللاقحة، تبدأ اللاقحة في الانقسام حتى تصل مرحلة تسمى البلاستوسيست حيث تبدأ فيها الخلايا بالتخصص وينتج عن ذلك المخلوق الكامل. بالإضافة إلى خلايا الجسم المتخصصة هناك خلايا غير متخصصة هي أمهات الخلايا أو الخلايا المولدة ( Stem cells) ووظيفتها هي تعويض الجسم بخلايا جديدة1011 × 4 خلايا دم تموت يومياً داخل الجسم ويتم تعويضها. أي أن جسم الكائن الحي يحتوي على خلايا مخلقة وأخرى غير مخلقة. قال تعالى {ثمً مِنْ مُضغَةٍ مُخَلقةٍ وغَيْرِ مُخلقةٍ لنُبَيًنَ لكُم} { الحج : الآية 5}.
الإسـتنـسـاخ Cloning
ماهو الإستنساخ (Cloning)؟
كلمة نسخة (Clone ) هي مجموعة من الخلايا أو المخلوقات الحية المتطابقة جنياً (أي أن مادتها الوراثية متطابقة) نتجت من خلية واحدة أو مخلوق واحد عن طريق التكاثر اللاجنسي. ومن هذا يمكن تعريف الإستنساخ بأنه عملية إنتاج نسخ مطابقة وراثياً للخلية أو المخلوق الأصلي. وفي مجال لتقنية البيولوجية (Biotechnology)، يستعمل هذا المصطلح ليدل على عدة عمليات يقوم بها البيولوجيون في المعمل منها إستنساخ الجنيات وهنا يتم جين ( Gene) معين في صورة نقية وبكميات كبيرة، وإستنساخ الخلايا وهنا يتم إنتاج خلايا كثيرة مطابقة للخلية الأصلية، وأخيراً إستنساخ المخلوق الكامل، وفي هذه الحالة يتم إنتاج نسخ مطابقة للمخلوق الأصلي. والخلاصة هي أن الإستنساخ هو مضاعفة عدد الجنيات أو الخلايا أو المخلوقات الحية من كينونة أصلية واحدة.
في مجال التقنية البيولوجية (Biotechnology) يتم منذ حوالي أكثر من عشرين سنة إستخدام تقنية إستنساخ الجينات والخلايا. هذه التقنيات استخدمت لإنتاج الأدوية واللقاحات لعلاج الأمراض مثل أمراض القلب والكلية وأمراض السكري والسرطانات المختلفة والتهاب الكبد المعدية وغيرها. كذلك هناك أبحاث جارية لإستنساخ أعضاء الجسم الإنساني وأنسجته .
هنا سنتعرض بالتفصيل لإستنساخ الجين وإستنساخ الخلايا و أخيراً إستنساخ الكائن الحي.
أولا : إستنساخ الجين
Gene Cloning :
كما ذكرنا سابقاً، فإن الخلية تحتوي على الآلاف من الجينات المختلفة ممثلة بأعداد مختلفة في خليط معقد. فمثلاً بعض الجينات ممثلة بعدد قليل من النسخ وبعضها بعشرات النسخ وبعضها ربما يصل إلى آلاف النسخ. وللحصول على جين معين بصورة نقية وبأعداد كبير من النسخ، نقوم بإستنساخ ذلك الجين. ويتم إستنساخ الجين وذلك لعدة أغراض، منها تركيب الجين أي تسلسل النيوكليتيدات في ذلك الجين، ودراسة وظيفته وربما استعمال الجين لإنتاج بروتينات لإستعمالها كأدوية مثل الإنسولين وعامل التختر الدموي(
... إلخ. وهذه التقنية تعتبر اليوم من التقنيات السهلة والكثير من المعامل في جميع أنحاء العالم تستعملها في بحوثها. ماهي الخطوات الأساسية في تقنية إستنساخ الجينات ؟
1) يتم إدخال قطعة الـ ( DNA) المحتوية على الجين المراد إستنساخه في قطعة ( DNA) دائرة كبيرة تسمى الناقلة أو الحاملة (Vector). وهذه الناقلة تساعد علىإدخال الجين داخل خلية بكتيرية.
2) داخل الخلية البكتيرية، تبدأ الناقلة في التضاعف، منتجة أعداد كبيرة من النسخ المطابقة لها ومتضمنة قطعة الـ (DNA ) المحتوية على الجين الذي نقلته.
3) عندما تنقسم الخلية البكتيرية، تنتقل نسخ من الناقل المحتوي على الجين إلى الخلايا البكتيرية الجديدة ويتضاعف الجين من جديد.
4) بعد أن تتكاثر البكتيرية عدة مرات، يتم إختيار المستعمرة المحتوية على الجين المطلوب بواسطةعملية الغربلة(Screening ). وبهذا نكون قد حصلنا على نسخة نقية من الجين المطلوب(شكل-
ثانيا: إستنساخ الخلايا:
ماذا يقصد بإستنساخ الخلايا:
)يقصد بإستنساخ الخلايا، إنتاج عدد كبير من الخلايا من خلية واحدة.)
فأحياناً يحتاج العلماء دراسة نوع معين من الخلايا أو تأثير بعض الجينات في خلايا معينة. ولإنجاز هذا الهدف يتم عزل الخلية المراد دراستها واستنباتها في المعمل لتنقسم وتعطي عدد كبير من الخلايا المطابقة لها وراثياً، أي أنها تحمل نفس الصفات الوراثية. وفي بعض الأحيان يراد دراسة تأثير جين معين على وظائف نوع من الخلايا، فيتم إدخال نسخة من ذلك الجين ( جين غريب) في خلية وإكثارها ومقارنتها بخلايا لا تحتوي على ذلك الجين ( شكل – 9).
بالإضافة لما سبق، فإن هذا النوع من الإستنساخ يستعمل في إنتاج الأجسام المضادة لإستخدامها كعلاج وكمواد تشخيصية.
وتقنية الإستنساخ الجنيني يقوم بها الأطباء خصوصاً البيطريين منهم في مجال الإنتاج الحيواني. وهي مستخدمة منذ عدة سنوات.
أول من نجح في إستخدام هذه التقنية هو الدكتور إيان ويلموت( (Dr.Ian Wilmut’sوفريقه البحثي بالتعاون مع شركة(PPL Therapeutics) في سكوتلندا، حيث أنه في شهر فبراير من عام (1997) أعلن فريق وليموت عن ولادة دوللي (Dolly) وهي نعجة لها نفس التركيب الجيني (DNA) الذي تحمله أمها. وكما هو معلوم فإنه لو تم إنتاج دوللي طبيعياً أي من أب وأم لكان نصف مادتها الجينية (DNA) من الأب والنصف الآخر من الأم. وهذا هو السبب في عدم التشابه المطلق بين الآباء والأبناء، لأن الأبناء يحملون خليط من صفات الأب والأم. ولكن في حالة دوللي فالأمر يختلف، حيث أن مادتها الجينية (DNA) جاءت من الأم فقط وليس لها أي مادة جينية من طرف آخر ولهذا السبب تعتبر دوللي نسخة مطابقة لأمها ومثل هذا التشابه لا يرى طبيعياً إلا في حالات التوائم المتطابقة (Identical Twins) أي التي نتجت من تلقيح بييضة واحدة. وبهذا تعتبر دوللي بدون شك أشهر نعجة في التاريخ، صورها احتلت أغلفة أشهر المجلات العلمية مثل التايم والنيوزويك وكانت موضوع لا يحصى من المقالات والتقارير في المجلات العلمية والغير علمية على حد سواء. والذي يميز دوللي أنها كانت أول مخلوق حي يستنسخ من خلية متخصصة ( في حالة دوللي الخلية أخذت من ضرع نعجة أي أنها خلية ثديية متخصصة). قبل دوللي كان هناك عدد قليل جداً من العلماء يعتقد بأن عملية التخليق هي عملية عكسية. أي أن الخلية المتخصصة يمكن أن تصبح خلية مولدة من جديد وتنتج خلايا متخصصة جديدة. ولكن عندما تم الإعلان عن دوللي أصبحت هذه الفكرة حقيقة علمية. تاريخياً، في السبعينات من القرن الماضي حاول بعض العلماء في جامعة كامبردج من عزل نواة من خلية متخصصة من ضفدع ووضعها داخل بييضة منزوعة النواة ولكن النتيجة كانت إنقسام البييضة عدةإنقسامات ولكنها لم تنمو إلى مرحلة حيوان كامل.
إذن كيف استطاع الدكتور ويلموت وفريقه من إعادة برمجة خلية مخلقة من ضرع النعجة ( خلية ثديية) وجعلها تنقسم إلى حيوان كامل (دوللي)؟ الإجابة هي أنهم استفادوا من فهمهم لعملية تسمى دورة الخلية ( Cell cycle) وطبقوا ذلك الفهم لإعادة برمجة الخلية المتخصصة.
