فناوری‌های نوین زیستی-زیست دوازدهم-علیرضا آذرخوش

علیرضا آذرخوش_رتبه ۱۳۶ کنکور تجربی 

دانشجوی پزشکی دانشگاه تهران 

جزوه فصل ۷ زیست دوازدهم 

امروزه به كمك روشهاي زيست فناوري، توليد پلاستيكهاي قابلتجزيه با صرف هزينة كمتر ممكن شده است. اين كار با

وارد كردن ژنهاي توليدكنندة بسياري از اين نوع مواد از باكتري به گياه امكانپذير است.

چندي پيش، انتقال ژنهاي انسان به داخل سلولهاي ساير موجودات زنده و يا استفاده از باكتريها براي ساختن پروتئين- 

هاي انساني غيرقابل تصور بود اما اكنون روشهاي لازم براي تحقق آن توسعه يافته و كاربرد فراواني پيدا كرده است.

زيست فناوري چيست؟ 

تعريف زيست فناوري: به طوركلي به هرگونه فعاليت هوشمندانه آدمي در توليد و بهبود محصولات گوناگون با استفاده از موجود زنده، زيست فناوري گويند. 

قلمروي زيست فناوري: زيست فناوري قلمروي بسيار گسترده دارد و روشهايي مانند مهندسي ژنتيك، مهندسي پروتئين و 

بافت را دربرميگيرد. 

علوم مورد استفاده در زيست فناوري: زيست فناوري از گرايشهاي علمي متعددي مانند علوم زيستي، فيزيك، رياضيات و علوم مهندسي بهره ميبرد. 

مزاياي زيست فناوري: كاربردهاي فراوان زيست فناوري، آن را بهعنوان نشانة پيشرفت كشورها در قرن حاضر و به 

يكي از ابزارهاي مهم براي تأمين نيازهاي متنوع تبديل كرده است.

تاريخچة زيست فناوري 

براي زيست فناوري، كه از سالهاي بسيار دور آغاز شده است، سه دوره درنظر مي گيرند: 

زيست فناوري سنتي: توليد محصولات تخميري مانند سركه، نان و فراوردههاي لبني با استفاده از فرايندهاي زيستي 

مربوط به اين دوره است. 

زيست فناوري كلاسيك: با استفاده از روشهاي تخمير و كشت ريزاندامگان (ميكروارگانيسمها) توليد موادي مانند 

پادزيستها (آنتيبيوتيكها)، آنزيمها و مواد غذايي در اين دوره ممكن شد. 

زيست فناوري نوين: اين دوره با انتقال ژن از يك ريزاندامگان به ريزاندامگان ديگر آغاز شد . دانشمندان توانستند با تغيير 

و اصلاح خصوصيات ريزاندامگانها تركيبات جديد را با مقادير بيشتر و كارايي بالاتر توليد كنند.

مهندسي ژنتيك 

يكي از روشهاي مؤثر در زيست فناوري نوين، مهندسي ژنتيك است. 

تعريف: در مهندسي ژنتيك قطعهاي از DNAي يك سلول توسط ناقل به سلول اي ديگر انتقال مييابد. در اين حالت، ياختة 

دريافت كنندة قطعه DNA دچار دستورزي ژنتيكي و داراي صفت جديد ميشود. 

تعريف جاندار تراژن: به جانداري كه از طريق مهندسي ژنتيك داراي تركيب جديدي از مواد ژنتيكي شده است

نكتة ١ :تركيبات جديد ژني در يك جاندار تراژن موجب بروز صفات جديدي در اين جاندار ميشود كه در گذشته، اين صفات در اين جاندار وجود نداشته است.

نكتة ٢ :اولين جانداران تراژن، باكتريها بودند و به تدريج، امكان دستورزي ژنتيكي براي گياهان و جانوران نيز فراهم آمده است.

مراحل ايجاد گياهان زراعي تراژني (شكل زير): 

١ -تعيين صفت يا صفات مطلوب 

٢ -استخراج ژن يا ژنهاي صفت موردنظر 

٣ -آمادهسازي و انتقال ژن به گياه 

٤ -توليد گياه تراژني 

٥ -بررسي دقيق ايمني زيستي و اثبات بيخطر بودن برای سلامت انسان و محیط زیست

٦ــ تكثير و كشت گياه تراژني با رعايت اصول ايمني زيستي

نكات شكل: 

١ -ژن مورد نظر توسط ديسك (پلازميد) به گياه منتقل ميشود. 

٢ -سلولاي كه ژن خارجي (ژن مورد نظر) را دريافت ميكند، ياختة نوتركيب ناميده ميشود. 

٣ -سلولهاي نوتركيب ابتدا تبديل به گياهچه و سپس گياه تراژن ميشوند. 

٤ -ژن خارجي در تمام سلولهاي زنده و داراي هستة گياه تراژن وجود دارد. زيرا تمام سلولهاي گياه تراژن، از ياختة 

 نوتركيب اوليه بوجود آمدهاند.

مراحل مهندسي ژنتيك 

تعريف همسانه سازي: جداسازي يك يا چند ژن و تكثير آنها را همسانه سازي DNA ميگويند. توليد انبوه ژن با همسانه سازي DNA انجام ميشود. يكي از اهداف مهندسي ژنتيك توليد انبوه ژن و فراوردههاي آن (RNA و پروتئين) است.

روش همسانه سازي: 

١ -مادة وراثتي با ابزارهاي مختلفي در خارج از سلول تهيه ميشود. 

٢ -مادة وراثتي به وسيلة يك ناقل همسانهسازي به درون ژنوم ميزبان منتقل ميشود. 

اهداف همسانه سازي: توليد مقادير زيادي از DNAي خالص كه ميتواند براي : الف) دستورزي و يا ب) توليد يك مادة بخصوص و يا ج) مطالعه، مورد استفاده قرار گيرد.

مراحل مهندسي ژنتيك

١ -جداسازي قطعهاي از DNA كه حاوي ژن مورد نظر است. 

٢ -اتصال قطعة DNA جدا شده به ناقل و تشكيل DNA نوتركيب. 

٣ -وارد كردن DNA نوتركيب به ياخته ميزبان. 

٤ -جداسازي ياخته هاي تراژني

-جداسازي قطعهاي از DNA 

اين كار به وسيلة آنزيم هاي برش دهنده انجام ميشود.

آنزيمهاي برش دهنده

 در باكتريها وجود دارند و قسمتي از سامانة دفاعي آنها محسوب ميشوند. 

 اولين مرحله از همسانهسازي كه جداسازي ژنها است، به وسيلة اين آنزيمها انجام ميشود. 

 اين آنزيمها تواليهاي نوكلئوتيدي خاصي (جايگاه شناسايي آنزيم) را در DNA تشخيص و برش مي دهند.

 استفاده از آنزيمهاي برشدهنده، DNA را به قطعات كوتاهتري تبديل ميكند.

نكات جايگاه تشحيص آنزيم: 

١ -اين جايگاهها در ابتدا و انتهاي ژن مورد نظر قرار دارند و جزو توالي ژن نميباشند  يعني مورد رونويسي قرار نمي-

گيرند. 

٢ -در جايگاه تشخيص آنزيم توالي نوكلئوتيدهاي هر دو رشته DNA از دو سمت مخالف يكسان خوانده ميشود. 

مثال: معروفترين آنزيم برش دهنده، آنزيمEcoR1 است كه توالي شش جفت نوكلئوتيدي را شناسايي 

كرده و برش ميدهد. 

نحوة عمل آنزيمEcoR1 : اين آنزيم پيوند فسفودي استر بين نوكلئوتيد 

گوانيندار و آدنيندار هر دو رشته را برش ميزند. در نتيجه، انتهايي از 

مولكول DNA ايجاد ميشود كه يك رشتة آن بلندتر از رشته مقابل است و به 

آن انتهاي چسبنده ميگويند. 

نكات: 

١ -براي تشكيل چنين انتهايي از مولكول DNA ،علاوه بر پيوندهاي فسفودياستر، 

پيوندهاي هيدروژني بين دو رشته DNA در منطقه تشخيص نيز شكسته ميشوند. 

٢ -آنزيم EcoR1 در هر جايگاه تشخيص، دو انتهاي چسبنده ايجاد ميكند چون براي هر ژن، دو جايگاه تشخيص آنزيم وجود دارد، در نتيجه مجموعا ٤ انتهاي چسبنده ايجاد ميشود (در هر رشتة DNA ،دو انتهاي چسبنده).

نكته: استفاده از آنزيمهاي برشدهنده، DNA را به قطعات كوتاهتري تبديل ميكند كه اين قطعات را با روشهاي خاصي جدا ميكنند و تشخيص ميدهند.

_اتصال قطعة DNA جدا شده به ناقل و تشكيل DNA نوتركيب 

 ناقل همسانه سازي: تواليهاي DNAيي هستند كه در خارج از كروموزومها اصلي قرار دارند و ميتوانند مستقل از آن 

تكثير شوند. يكي از اين ناقلها ديسك (پلازميد) باكتري است. 

نكات ديسك (پلازميد):  DNA نوتركيب: به مجموعه DNA ناقل و ژن جاگذاري شده در آن، DNA نوتركيب گفته ميشود. 

١ -ديسك يك مولكول DNAي دو رشتهاي و حلقوي خارج فامتني است. 

٢ -معمولا درون باكتريها (نه تمام باكتريها) و بعضي قارچها مثل مخمرها وجود دارد. 

٣ -ميتواند مستقل از ژنوم ميزبان همانندسازي كند. 

٤ -ديسكها را كروموزومهاي (فامتنهاي) كمكي نيز مينامند چون حاوي ژنهايي هستند كه در كروموزومهاي اصلي 

باكتري وجود ندارند. مثل ژن مقاومت به آنتيبيوتيك. 

٥ -ژن مقاومت به آنتيبيوتيك به باكتري اين توانايي را ميدهند كه پادزيستها را به موادي غيركشنده و قابل استفاده براي

خود تبديل كنند. 

نكتة ١ :در صورت انتقال قطعه DNAي مورد نظر به ديسك و ورود آن به ياختة ميزبان، با هر بار همانندسازي ديسك، 

نكتة ٢ :بهتر است از ديسكي استفاده شود كه يك جايگاه تشخيص براي آنزيم برشدهنده داشته باشد. DNAي مورد نظر نيز همانندسازي ميشود. 

مراحل ساخت DNA نوتركيب: 

١ -برش دادن DNA ناقل توسط همان آنزيمي كه با آن ژن اصلي را 

 برش دادهاند. علت  

* برش ديسك با آنزيم، آن را به يك قطعه دناي خطي تبديل ميكند 

كه داراي دو انتهاي چسبنده است. 

٢ -اتصال DNA مورد نظر به ديسك توسط آنزيم ليگاز (اتصال دهنده).

۳_وارد كردن DNA نوتركيب به سلول ميزبان:

براي ورود DNA نوتركيب به درون ياختة ميزبان مثل باكتري بايد بر روي ديوارة باكتري منافذي ايجاد كرد كه اين منافذ را ميتوان با كمك شوك الكتريكي و يا شوك حرارتي همراه با مواد شيميايي ايجاد كرد.

نكته: همه باكتريها DNA نوتركيب را دريافت نميكنند .بنابراين لازم است باكتري دريافت كنندة ديسك از باكتري فاقد آن تفکیک شود

-جداسازي سلول هاي تراژني: 

براي انجام اين مرحله، از روشهاي متفاوتي ميتوان استفاده كرد، مثل استفاده از ديسكي كه داراي ژن مقاومت به آنتي بيوتيك (پادزيست) آمپي سيلين است. در اين صورت، اگر باكتري، DNA نوتركيب را دريافت كرده باشد، در محيط حاوي آنتيبيوتيك رشد ميكند.باكتريهاي فاقد دناي نوتركيب بهدليل حساسيت به آنتي بيوتيك در چنين محيطي از بين ميروند.

نكته: امروزه با پيشرفت روشهاي مهندسي ژنتيك ميتوان سلولهاي ديگري مثل مخمرها، سلولهاي گياهي و حتي جانوري 

را با اين فرايند تغيير داد.

 در شرايط مناسب، باكتريهاي تراژني با سرعت بالايي تكثير ميشوند. همچنين از DNAهاي نوتركيب نيز به صورت 

مستقل از فامتن اصلي سلول، نسخه هاي متعددي ساخته ميشود كه درنتيجة آن DNA خارجي به سرعت تكثير ميشود. 

 بنابراين، تعداد زيادي باكتري داراي دناي خارجي آماده خواهد شد كه ميتوان از آنها براي توليد فراورده يا استخراج استفاده کرد.

برای رزرو مشاوره و رفع اشکال درسی و شرکت در کلاس های کنکوری با مشاوران سایت برترها بر روی لینک زیر کلیک کنید یا با شماره تماس 0216463 داخلی1174(حیدریان) تماس بگیرید.

سایت برترها