◄◄ دانــش ژنـــتــیـــک، پیشرفتها، چالش ها، کاربردها ►►

[bb]

سرطان از سلول‌هايى پديد مى‌آيد که وحشى شده‌اند. سلول‌هايى که مهار گسيخته زياد مى‌شوند، تومورهاى بدخيمى را به وجود مى‌آورند و مى‌توانند به همه جاى بدن جابه‌جا شوند و بيمارى را گسترش دهند. در برخى بيماران، دستگاه ايمنى مى‌تواند چنان تومورهايى را شناسايى و يورش به آن‌ها را آغاز کند. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که اگر ميزان اين لنفوسيت‌هاى نفوذ کننده به تومور را افزايش دهيم، مى‌تواند کمک بزرگى براى چيره شدن بر سرطان‌هاى مرگبار باشد. اکنون دانشمندان توانسته‌اند سلول‌هاى ايمنى را در بيرون بدن به سلول‌هاى نبردکننده با سرطان تبديل کنند که باعث بهبودى کامل دو بيمار شده‌اند.

سلول‌هاى ايمنى، مانند لنفوسيت‌ها، که به سلول‌هاىT نيز شناخته مى‌شوند، به کمک گيرنده‌هاى ويژه‌اى بر سطح سلول‌ها، هشدارهاى سلامتى را دريافت مى‌کنند. استيون روزنبرگ از بنياد ملى سرطان(NCI) و همکارانش، نخست ژن‌هاى مربوط به گيرنده‌ى شناسايى سرطان را در سلول‌هاى ايمنى به دست آمده از بيمارى که بر ملانوما پيروز شده بود، کلون‌سازى کردند. پژوهشگران اين اطلاعات ژنتيکى را با بهره‌گيرى از رتروويروس‌ها به درون سلول‌هاىT هفده بيمار مبتلا به ملانوما وارد کردند.

دستگاه ايمنى آن بيماران پس از شيمى‌درمانى بسيار ضعيف شده بود و شمار لنفوسيت‌هاى فعال در گردش بسيار اندک بود. دانشمندان لنفوسيت‌هاى مهندسى شده را به دستگاه ايمنى ضعيف شده‌ى آن‌ها وارد کردند و دريافتند که آن سلول‌ها مى‌توانند ماندگار شوند و در 15 نفر از 17 بيمار، بين 9 تا 56 درصد از جمعيت سلول‌هاى T را طى يک ماه پس از درمان بسازند.

دو بيمار از آن 17 بيمار سودمندى بسيارى از اين درمان دريافت کردند. لنفوسيت‌هاى مهندسى شده از يک مرد 52 ساله مبتلا به ملانوما، تومورى را در زير بغلش نابود کردند و رشد کبد را تا 89 درصد کاهش دادند و امکان برداشتن آن را فراهم کردند. سلول‌هاى T نبردکننده با سرطان، توده‌اى را در شش‌هاى يک مرد 30 ساله از بين بردند. هر دو بيمار پس از 18 ماه از بيمارى رهايى يافتند و ميزان سلول‌ها ايمنى مهندسى شده هم‌چنان در خون آن‌ها بالا ماند. اين پژوهش براى نخستين‌بار نشان داد که مهندسى ژنتيک مى‌تواند راهى براى پس نشاندن تومور سرطانى باشد. با اين روش مى‌توان لنفوسيت‌هاى عادى را از بيماران بگيريم و آن‌ها را به سلول‌ها نبردکننده با سرطان تبديل کنيم و سپس، به بيمار بازگردانيم.

منبع:

Biello David, Engineered Immune Cells Beat Back Cancer, sciam.com news: August 31, 2006
جزيره دانش

[Master]

كلون موجودی است که با ترکیب ژنتیکی همسان از یک موجود واحد مشتق شده باشد. واژه شبیه سازی توسط J.B.S.Haldane ابداع گردید و در سال 1996 اولین حیوان(گوسفند) که با استفاده از سلولهای حیوانی شبیه سازی شده بود متولد شد.در دسامبر 2002 اولین شبیه سازی انسان نوزادی به نام Eve))حوا توسط شرکت معروف clonaid گزارش گردید.

مفهوم سلول بنیادی:

سلول بنیادی در پستانداران به سلولی گفته میشود که قابلیت تقسیم شدن و تبدیل به سلول های تخصص یافته و تمایز یافته را دارا باشد.تخمک لقاح یافته این توانایی را در حد بالایی داراست، زیرا بالقوه میتواند تقسیم شود وبه صورت یک موجود زنده کامل تکوین یابد.تخمک لقاح یافته چند ظرفیتی است بدین معنی که از هر نظر توانایی رشد و تکامل را دارد..این توانایی پس از تقسیم شدن تخمک به یک یا حتی چهار سلول به قوت خود باقی بوده به گونه ای که هر کدام از سلولها پس از جدا شدن قادر به رشد و تبدیل به یک جنین کامل می باشند، از راه این فرآیند دو قلوها چند قلوها بوجود می آیند ، این چند قلوها موجودات شبیه سازی شده طبیعی هستند که دارای ساختار ژنتیک و سیتوپلاسمی یکسان میباشند پس پدیده شبیه سازی پدیده ای نو و باورنکردنی نیست و از آغاز حیات در سیاره زمین رخ داده است.
سلول های بنیادی یا stem cellدر کودکان وبزرگسالان وجود دارند. سلولهای بنیادی در مغز استخوان وبه تعداد کمتری در جریان خون هر کودک و بزرگسال یافت میشود.
سلولهای بنیادی رویانی انسان میتوانند با لقوه به صورت هر یک از210 نوع سلولی که جسم یک انسان را تشکیل میدهد رشد یابند.
در حال حاضر شبیه سازی به سه شیوه انجام میگیرد:
1. شبیه سازی رویانی 2. شبیه سازی DNA فرد بالغ 3. شبیه سازی درمانی که در این نوع شبیه سازی هدف تولید انسان به صورت کامل نیست بلکه هدف تولید سلولهای بنیادی رویانی است که برای اهداف درمانی به کار می رود .

مراحل شبیه سازی موجود زنده: Image

1. هسته زدایی از تخمک گیرنده
2. انتقال سلول دهنده به درون تخمک گیرنده توسط میکرومانیپولاتور
3. ایجاد پیوستگی بین سلول دهنده و تخمک گیرنده توسط اتاقک آمیختگی
4. کشت رویان به دست آمده در انکوباتور به مدت 5 -3 روز
5. انتقال رویان در حال رشد به داخل رحم (مادر میزبان)

به منظور تداوم بخشیدن به قابلیت حیات سلول با منجمد کردن و نگهداری آن در دمای بسیار پایین شیوه ای است که دانشمندان از سال 1700 به کار گرفته اند ، این فرآیند قابلیت حیات سلول را تا زمان نا محدودی به حالت تعلیق در می آورد. این فن آوری به طور معمول برای نگهداری semen، رویان وانواع سلول و بافت های انسان و حیوانات کاربرد دارد و سلولها میتوانند بیش از نیم قرن
قابلیت حیات خود را حفظ کنند.

مزایای شبیه سازی :

1. تولید گونه های تراریختی : به این معنی که یک گونه حامل ژنهایی از گونه های دیگر باشد ، مثلا گاوها ،گوسفندان و بزها می توانند به این طریق تولید کننده مواد لبنی دارویی باشند.مثلا آنها میتوانند شیرهایی با ویژگی های زیر تولید کنند :
- شیر حاوی فاکتور انعقاد برای درمان هموفیلی
- شیر حاوی انسولین برای درمان دیابت

2. شبیه سازی رویانی حیوان
3. شبیه سازی رویانی انسان
با پیشرفت چشمگیری که در مورد سلول های بنیادی رویان انسان حاصل شده است میتوان با کشت این سلول ها بافت ها یا اعضای مصدوم را ترمیم یا جایگزین نمود ، میتوان پوست برای قربانیان سوختگی و سلولهای مغزی و طناب نخاعی برای افرادی که از گردن به پایین فلج شده اند تولید نمود.
با استفاده از این فن آوری زوج های نابارور میتوانند بچه دار شوندو پزشکان میتوانند به جای استفاده از موادی که برای بدن جنبه بیگانه دارند ، استخوان ،چربی ، بافت همبند یا غضروف تولید نمایند.
میتوان برای افرادی که دچارسرطان خون هستند مغز استخوان تولید نمود . توصیه میشود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی هستند و در انتظار دریافت قلب پیوندی به سر میبرند در کنار تجویز داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی از روش پیوند سلولهای بند ناف به عنوان یک روش کمکی استفاده شود.بر این اساس این ایده در دنیا مطرح شده است که نمونه سلولهای بند ناف هر شخص در ابتدای تولد گرفته شود وبرای سالهای بعد برای خود فرد ذخیره شود. با این عمل بیمار شانس بیشتری برای زنده ماندن تا زمان دریافت قلب را خواهد داشت.این روش بویژه در بیماران کهنسال که سلولهای بنیادی مغز استخوان آنها برای پیوند کافی نیست، اهمیت بالاتری دارد که این موارد اشاره جزئی به مزایای این فن آوری است.

منابع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

کتاب شبیه سازی تالیف دکتر صارمی

———————–

منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Marichka]

رهيافت ژنوم (زادان) بشری عصر جديدی را در علم و پزشكی می گشايد.


به قلم بروس گلدفارب
تصور كنيد اگر 50 سال پيش يك دوست دانشمند و مطلع شما راجع به اختراع جديدی بنام رايانه به شما ميگفت؛ ممكن بود شما سری تكان داده فكر كنيد : " چطور ممكن است يك رايانه روی زندگی من تاثير بگذارد؟ " و حالا، سالها پس از آن روز می بينيد كه روزی نمی گذرد كه بنحوی سطح زندگی شما را ارتقا ندهد.همانند ورود رايانه به زندگی انسان، پروژه زادان بشری (اچ. جی. پی.) نيز زندگی ما را بنحوی بسيار عميقتر و گسترده تر دچار تغيير خواهد كرد. پروژه زادان بشری برنامه بين المللی عظيمی است كه ميخواهد نقشه تمامی ژنهای موجود در سلولهای بدن انسان را كشف و تدوين كند، و در اكتبر 2004 اچ. جی. پی. اعلام كرد 99 در صد پروژه به اتمام رسيده.تكميل نقشه زادان انسان نويد دهنده آغاز عصر جديدی در علم و پزشكی است. شما لابد راجع به انگشت نگاری دی. ان. ا. در تشخيص هويت و حل مسايل جنايی، يا كلون كردن (بافت زادي) حيوانات يا شايد حتی انسانها، و يا درمان با ژن چيزهايی شنيده ايد. اينها همه نمونه هايی از پيشرفتهای اخير در علم بيولوژی مولكولی است : يعنی تلاش برای فهميدن اينكه چيزهای زنده چگونه عمل ميكنند.متخصصين ميگويند با اشراف بهتر و بيشتر بر نقشه ژنتيكی بدن انسان، اين قبيل استفاده ها گسترش بيشتر يافته و در آينده گامهای بلندتری در اين زمينه برداشته خواهد شد. در آينده چيزهای بيشتری در مورد پزشكی اختصاصی (هر انسان)، تعويض ژنهای نباتات و حيوانات، و ديگر نو آوری ها در زمينه درمان ... كه همگی شاخه های جديدتری زاده بيولوژی مولكولی است، خواهيم ديد.دكتر فرانسيس كولينز، مدير موسسه تحقيقات ملی زادان انسان، واقع در ايالت مريلند می گويد : " با بدست آوردن رشته ژنها و ترتيب آنها، ما به پايان كارمان نزديك شده ايم. بهترين و بيشترين پيشرفتها در آينده انتظار ما را ميكشند."
نرم افزار بيولوژيكیبجز سلولهای قرمز خون، هر سلول ديگری در بدن انسان حاوی يك رشته كامل دستورالعمل جهت رشد و حفظ يك ارگانيزم انسانی است. اين دستورالعمل ها، يا ژنها، بصورت كدها يا رمزهايی متشكل از چهار حرف الفبا با ترتيب خاصی نوشته شده اند : ا. (آده نين) ، تی. (تای مين) ، سی. (سای توسين) ، و جی. (گوآنين) ، و بصورت رشته درازی در درون يك سلول اسيد دی اكسی ريبو نوكله ايك ( دی. ان. ا.) قرار دارند.
زادان يا ژنوم انسان از يك پيام طولانی متشكل از حدود 3 ميليارد حرف، يا جفت های پايه ای، ساخته شده است. اگر بخواهيم آنرا بصورت نوشته در آوريم به اندازه 200 جلد دفتر راهنمای تلفن 1000 صفحه ای يك شهر بزرگ جا خواهد گرفت. اگر با سرعت 10 زوج پايه در ثانيه آنها را بخوانيم و بدون وقفه 24 در هر شبانه روز به اينكار ادامه دهيم، 9.5 سال طول ميكشد تا زنجيره زادان انسان را به صدای بلند بخوانيم.در بدن انسان، هر دی. ان. ا. به نوبه خود از 23 كروموزوم تشكيل شده است. هر كروموزوم از كلاف بهم بافته محكمی از دی. ان. ا. ساخته شده، كه بين 50 تا 250 ميليون زوج پايه درازا دارد. كروموزوم ها نيز بصورت جفت جفت تنظيم شده اند، كه هر عدد كروموزوم از يك جفت بهم پيچيده از يكی از اوليا گرفته شده است.در درون صفحه زادان يا ژنوم ژنها پراكنده اند --- كوچكترين واحد فعال وراثتی. هر ژن از يك يا بيشتر پروتين ساخته شده. ژن ها هستند كه رنگ چشمها يا موی ما را تعيين ميكنند، يا نوع خون، يا اينكه تعيين ميكنند آيا به بادام زمينی حساسيت خواهيم داشت يا خير، يا اينكه در آينده دچار سرطان يا بيماری قلبی ميشويم يا نه. ژنها از پروتين هموگلوبين (كه اكسيژن را به جريان گردش خون ميرسانند) گرفته تا پروتين ملانين (كه رنگ پوست را تعيين ميكنند) را ميسازند.برخی از نقائص ژنتيكی را ميتوان به كمك يك ميكروسكوپ ديد، مانند زمانيكه كروموزوم ها تكثير شده اند، يا شكسته شده و يا كلا غايب هستند. سندروم داون كه نوعی عقب ماندگی ذهنی را باعث ميشود، در نتيجه داشتن يك كروموزوم شماره 21 اضافی ايجاد ميشود. لكن اغلب مشكلات و بيماری های ژنتيكی به مراتب پيچيده تر و ظريف ترند. ممكن است ژنی از بين رفته يا تغيير كرده باشد، در نتيجه پروتين حاصل از آن درست عمل نميكند. اگر شخصی فاقد ژنی باشد كه پروتين لازم برای انعقاد خون را توليد ميكند، او دچار نوعی نارسايی خونی است كه آنرا هموفيلی مينامند. گاه تغييری مختصر باندازه يك جفت پايه ميتواند تغيير عمده ای در كاركرد ژن را باعث شود. داشتن ژن اضافی نيز ميتواند بيماری زا باشد.تا امروز 6000 گونه نارسايی و بيماری تك – ژنی شناسايی شده اند، مانند بيماری داسی گويچه و فيبروز كيسه ای . بسياری از بيماريها، منجمله مرض قند (ديابت) و سرطان نتيجه عكس العمل و مشكلات ناشی از چند يا چندين ژن است. رابرت اچ. واترستون، مدير مركز بازنويسی و زنجيره بندی ژنوم در دانشگاه ايالتی واشنگتن ، ميگويد : " تقريبا در هر بيماری ميتوان سر نخی از نارسايی ژنتيكی يافت." آهنگ كشف ژنها سرعت زيادی يافته. 15 سال پيش يافتن تنها يك ژن به شش هفته كار آزمايشگاهی نياز داشت، و روندی كند و پر زحمت داشت. با فن آوری بدست آمده در دهه 1990، مانند رديف گرهای با سرعت بسيار بالا و رايانه های قدرتمند، سرعت پيشرفت ريتم بالايی بخود گرفته. امروزه پيدا كردن يك ژن جديد تنها به چند ساعت وقت نياز دارد. برخی دانشمندان معتقدند يافتن كل ژنوم يك ارگانيزم زنده حدود شش ماه وقت ميبرد.در 1990 حدود 200 ژن انسانی كشف شده بود، معذالك امروزه نزديك به 2000 ژن انسانی كشف و طبقه بندی شده است؛ كه مورد مصرف نيمی از آنها هنوز معلوم نشده.واترستون ميگويد:" بتدريج كه دانشمندان تصوير ژنوم بشری را كشف و تكميل می كنند علم پزشكی دچار تغييرات بنيادی ميشود. و اطلاعات وسيع و پيچيده ای در مورد بيماريها بدست می ايد."
بيشتر شباهت تا تفاوت
نقشه برداری از ژنوم انسان بما كمك ميكند روابط خود را با ديگر مظاهر حيات بهتر متوجه شويم، چطور بشر روی زمين تكامل و تطور يافته و مهاجرت بشر روی كره زمين چگونه صورت گرفته است.آنچه بيش از هر چيز در مبحث جديد وجود دارد شگفتی و نتيجه های غير مترقبه است. در حال حاضر علاوه بر رديف گری و طبقه بندی زادان انسان، دانشمندان مشغول كد شكنی و شناخت ژنتيكی انواع گونه های حيات --- مانند موش، سگ، انواع دام، برنج، گندم، كرم، باكتری و انواع ويروس است.برای سالهای مديد دانشمندان می پنداشتند چون انسان پيچيده ترين جانور روی زمين است، می بايد بيشترين تعداد ژن را داشته باشد. ولی اينطور نيست.دانشمندان با تعجب فراوان دريافتند كه انسان دارای تنها 20000 تا 25000 ژن است؛ به مراتب كمتر از 100000 تا 150000 ژنی كه بسياری از آنها حدس ميزدند. در واقع انسانها تقريبا دارای همان تعداد ژن هستند كه موشها و كليه پستانداران ديگر. شگفت انگيزتر اينكه يك گياه برنج دارای ژنهای بيشتری از انسان است.مطلب ديگری كه پروژه ژنوم انسان (اچ. جی. پی.) روشن نموده اينست كه در سطح مولكولی تمامی انسانها تقريبا يكسانند. يعنی انسانها عليرغم تفاوت های ظاهری 99.9 در صد دی. ان. ا. آنها عينا شبيه يكديگر است. آن يك دهم در صد تفاوت همان است كه باعث كليه دگرگونی های ظاهری در انسانهاست مانند : رنگ مو، رنگ چشم، رنگ پوست و كليه تفاوتهای ديگری كه انسانها را از يكديگر متمايز ميكند.واترستون ميگويد : " شباهت ما بسيار بيشتر از تفاوتهای ماست."نكته مهمتر اينست كه ژنوم ما انسانها اشتراكات زيادی با ساير حيوانات دارد. تقريبا 95 تا 98 در صد دی. ان. ا. انسان عينا همانست كه در نخستينيان مانند ميمون های بزرگ وجود دارد؛ و 85 در صد آن همانست كه در موشها وجود دارد. بين 40 تا 50 در صد دی. ان. ا. انسان را نيز ميتوان در مگس ميوه يا انواع كرمها يافت. او ميگويد : " به اين ترتيب می بينيد چگونه ما از نزديك و عميقا با گونه های ديگر حيات قرابت داريم."جانورانی نظير موش و مگس ميوه مدتهای مديدی است موضوع تحقيقات مبسوط بشر است، و اميد ميرود با شناخت كاركرد ژنها در آنان بتوانيم در مورد عملكرد ژنهای انسان روشنگری كنيم.واترستون ادامه ميدهد : " اين قرابت های ژنتيكی به ما كمك خواهد كرد نحوه كاركرد آنها را در سطح مولكولی بفهميم."
پزشكی مولكولیبه تدريج كه زادان انسان كشف و كد زدايی ميشود، ميتوانيم اميدوار باشيم تغييرات بنيادی در علم پزشكی رخ دهد. كولينز ميگويد : " تمامی اين اطلاعات مولكولی جديد ما را به مرحله ای خواهد رساند كه برخورد و رهيافت دقيقتر و منطقی تری نسبت به پيشگيری و درمان بيماريها اتخاذ نماييم."آزمايشات ژنتيكی از طريق اسكن كردن يك قطره خون يا ورقه كوچكی از يك نوع بافت ديگر اين امكان را به ما ميدهد كه مدتها قبل از اينكه علائم بيماری ظاهر شوند، حضور بالقوه آنرا تشخيص دهيم. واترستون توضيح ميدهد: " ما قادر خواهيم بود استعداد و پذيرا شدگی شخص را پيش بينی كنيم. مثلا اگر سيگار ميكشيد، آنچه مهم است ژنهائيست كه در ابتلا به سرطان ريه دخيل هستند. در موارد ديگر ممكن است دارای ژنهايی باشيد كه تمايل ذاتی برای ابتلا به بيماری خاصی را در شما به وديعه نهاده است."با شناخت ژنها و هشداری كه به ما ميدهند ميتوانيم بموقع تغييرات لازم را در نحوه زندگی خود بدهيم و خطر ابتلا را كم كنيم. آيا استعداد ابتلا به ديابت داريد؟ وزن كم كنيد و رژيم غذايی خود را تغيير دهيد؛ آيا در معرض خطر سرطان پروستات هستيد؟ لازم است آزمايشات بيشتر و زود به زود انجام دهيد.دكتر كالينز ميگويد: " ما ميتوانيم آنچه خطرات اختصاصی است كه سلامتی شما را در آينده تهديد ميكند از تست دی. ان. ا. شما بفهميم، و آنوقت شما تلاشهای حفظ سلامتی خود را روی آن بيماری ها متمركز ميكنيد."شناخت زادان انسان ما را به مبحث جديدی در درمان با دارو رهنمون ميشود. با توجه به اينكه سعی خواهد شد داروها دقيقتر و بهتر روند طبيعی در بدن را تقليد كنند، داروهای آينده كارآيی بيشتر داشته و دارای عوارض جانبی كمتری خواهند بود.و نهايتا پزشكان اميدوارند بتوانند بكمك ژن درمانی نارسايی ژنتيكی را اصلاح كنند --- با استفاده از ويروسی كه ژنهای سالم را بجای ژنهای معيوب يا غايب به بدن برساند. تا اين زمان ژن درمانی را تنها در موارد بسيار حاد و بيماری های كشنده مورد استفاده قرار داده اند، مانند "فقدان مصونيت مختلط حاد" (اس. سی. آی. دی.) كه به نام بيماری " پسر در حباب" نيز شناخته ميشود. اشخاص مبتلا به اين بيماری فاقد سيستم مصونيت طبيعی بدن هستند و بدنشان ناتوان از مبارزه طبيعی با عفونتهاست.گرچه نتايج حاصله از ژن درمانی تا كنون خيلی روشن نبوده، اما بسياری پزشكان اميد زيادی در اين بخش از پزشكی ميبينند كه بتواند بيماريهای وراثتی نظير هموفيلی و فيبروز كيسه ای را درمان كند؛ همچنين راه حلی برای درمان سرطان، مرض قند و ساير بيماريهايی كه ميليونها انسان به آن مبتلا هستند ارائه نمايد.
پزشكی اختصاصیكشفيات اخير بشر را بسمت پزشكی اختصاصی سوق ميدهد، يعنی با اطلاعات كامل ژنتيكی سراغ درمان اختصاصی رفته، داروی مناسب و به اندازه به هر بيمار خاص و در زمان خاص و مناسب برای او تجويز ميگردد.امروزه وقتی دارويی برای گروهی از بيماران تجويز ميشود، برای عده زيادی آثار مثبت لازم را دارا بوده و اكثر مردم حالشان بهتر ميشود. لكن برای عده ای از بيماران دارو فاقد كارايی است و نتيجه لازم برای درمان بيماری گرفته نميشود؛ بعلاوه برای گروه ديگری دارو حتی زيان آور نيز ميباشد و دارای عوارض جانبی ناخواسته هم خواهد بود. متاسفانه اطبا تا زمانيكه بيمار دارو را مصرف نكرده باشد هيچ راهی ندارند كه بدانند يك فرد چگونه به دارويی عكس العمل نشان خواهد داد.فن آوری جديدی بنام ژنومی دارويی توضيح ميدهد چطور و چرا داروها واكنش های مختلف در افراد گوناگون ايجاد ميكنند، و متخصصين اميدوارند از اين طريق به درمان دارويی مطمئنتر و سالمتر دست بيابند.برای مثال دارويی بنام آلبوترول معمولا اولين داروئيست كه برای درمان آسم (مشكل تنگی نفس) تجويز ميكنند. معمولا آلبوترول راه های هوايی ششها را آزاد و گشاد ميكند و بيمار راحتتر نفس ميكشد. اما در بعضی اشخاص اين دارو هيچ اثری ندارد؛ اين اشخاص نياز به داروی قوی تر دارند. يك تست جديد ژنتيكی، كه هنوز در مرحله آزمايش و تجربه است، ميتواند افرادی را كه واكنش نشان نميدهند از تلف كردن وقت و استفاده از داروی بی فايده نجات دهد.
همان اما متفاوت!با استفاده از شناختی كه دی. ان. ا. فرد در اختيار قرار ميدهد، بيماری ها را بر اساس اينكه به كدام درمان اختصاصی پاسخ ميدهند طبقه بندی ميكنند. تا كنون بيماری هايی مانند سرطان همه را يك كاسه كرده بودند چون با هم شباهت داشتند.دكتر ماتيو جی. سی. اليس متخصص غدد از دانشگاه واشنگتن ميگويد : "ما چيزهايی را سرطان ريه، سرطان پستان، يا سرطان روده بزرگ ميناميم، برای اينكه ناشی از همان بافت ها هستند، در حاليكه همه از همان نوع غده (تومور) نيستند. اگر از نظر ژنتيكی و در آن سطح مورد مداقه قرار گيرند، اختلاف و تفاوت عظيمی ميان آنها وجود دارد."برای مثال، همه سرطانهای پستان يكجور نيستند. اولين ژن سرطان پستان (بر. كا. 1) در سال 1994 كشف شد. ژن نوع دوم (بر. كا. 2) سال بعد شناخته شد. رويهم رفته اين دو نوع ژن تنها مسئول 20 در صد از سرطان های پستان هستند. به مرور كه كار بر زادان انسان ادامه می يابد، انواع بيشتری از سرطان پستان و ساير بيماريهای مشابه --- و ژن مربوط به هر يك شناسايی ميشود.درمان سرطان پستان امروزه بطور معمول عبارت است از جراحی و پرتو درمانی، و نهايتا درمان با داروست. از اين طريق 85 در صد بيماران شفا مييابند. اما در مورد در صد اندكی از بيماران سرطان مجددا عود ميكند، كه در آن صورت نياز به دارو درمانی با داروهای قويتر پيدا ميكنند.البته پزشكان ميتوانند از همان ابتدا داروهای بسيار قوی را به كليه بيماران تجويز كنند، لكن مسئله اينست كه اكثر آنها به آن نياز ندارند، و داروی قوی ميتواند به آنها صدمه بزند.ايده آل آنست كه پزشك بداند كدام بيمار به داروی قوی نياز دارد و كدام يك ندارند. اليس ميگويد : " پاسخ در دی. ان. ا. بيمار است. در نهايت پاسخ مطلوب برای هر بيمار در سلول توموری خود او نهفته است."يك تست جديد ژنتيكی بنام " اونكو تايپ دی. اكس." بدنبال 16 نوع ژن سرطان پستان ميگردد. اين تست نشان ميدهد كدام سلولهای سرطانی رشد كندی يافته و به درمان دارويی پاسخ مساعد ميدهند، و در مقابل كدام يك رشد سريع داشته و نياز به درمان دارويی قوی دارند. بكمك تست اونكوتايپ دی. اكس. پزشك قادر است با اطمينان زياد بيماران را به سه دسته خطر بالا، خطر متوسط، و خطر كم عود سرطان تفكيك كند.اليس ادامه ميدهد : " از نظر بيمار سرطان پستان مانند شير يا خط است؛ يا سرطان دوباره عود ميكند يا خير. آنها ميخواهند بدانند در كدام گروه قرار دارند، از اين نظر ما بايد بتوانيم به آنها اطمينان لازم را بدهيم كه شير است يا خط."با اينكه تست اونكوتايپ دی. اكس. با قيمت 3500 دلار تست ارزانی نيست، لكن با توجه به صرفه جويی هايی كه درمان دارايی قوی در موارد غير ضروری بهمراه دارد باز هم به صرفه است.
كد و رمز كارفهم كد ژنتيكی اين امكان را به دانشمندان داده كه دست به جا بجايی ژنها بزنند؛ يعنی مواد ژنتيك را از يك ارگانيزم برداشته در محل مناسب ديگری جا دهند. انواعی از اين نوع جا بجايی سالهاست كه در حيوانات و نباتات صورت ميگرفته: از انواع سگها گرفته تا گل اركيده. البته با فن آوری جديد طرق سهلتر و مستقيم تر كار امكان پذير شده است، و فرصتی بدست آمده كه بشر هم بصورت فردی و هم اجتماعی از آن بهره مند شود.به اين ترتيب اينك اين امكان بوجود آمده كه انواع نبات، حيوان، و ميكرب با خواص مفيد را بطور مصنوعی بسازيم. نباتات فرا ژنتيكی را ميتوان نسبت به آفات مقاوم تر ساخت، يا در مقابل تغييرات آب و هوايی ايستا و تحمل پذير تر كرد. بعضی ارگانيزم ها را ميتوان بكمك مهندسی ژنتيك طوری ساخت كه مواد و عناصر ارزشمند توليد نمايند.بسياری از گروه های هوادار محيط زيست مخالف توليد نباتات و حيوانات تغيير ژن داده (جی. ام.) هستند و با اشاعه آن مبارزه ميكنند، زيرا نگرانند مبادا دخالت و تسری گونه های دستكاری شده تعادل و توازن طبيعی گونه های مزبور را بهم بزند؛ معذالك پاره ای منافع واضح نيز از تغييرات ژنتيكی عايد بشر شده است.از نمونه های بارز و مثبت اين تغييرات يكی "گونه برنج طلايی" است كه از كور شدن صدها هزار كودك در سراسر جهان جلوگيری كرد. ميليون ها كودك در جهان آن چنان رژيم غذايی فقير و ناچيزی دارند كه از كمبود ويتامين آ. رنج ميبرند، و سالانه باعث نابينايی حدود 500000 كودك در جهان ميشود. دانشمندان در آلمان و سوئيس ژنی بنام بتا كاروتين (رنگدانه ای كه به هويج رنگ زرد خاص خود را ميدهد) را وارد زنجيره ژنتيكی برنج كردند، و به آن رنگی ميان زرد و نارنجی دادند.بتا كاروتين در بدن تبديل به ويتامين آ. ميشود؛ لذا كودكان با خوردن اين نوع برنج ميزان بيشتری ويتامين آ. وارد بدن خود كردند.استفاده از ژنهای مناسب و بهتر ميتواند بازده محصول (غلات و غيره) را افزايش دهد. باسيل تورينجينسيس (بی تی.) نوعی باسيل است كه بطور معمول در خاك است و پروتينی ميسازد كه برای آفات نباتی سمی است. با پيوند كردن اين ژن، كه پروتين بی تی. ميسازد --- و برای ماهی، انسان و ساير جانوران بی خطر است --- به برخی گياهان، حشراتی را كه برگها را ميخورند و حاوی باسيل بی تی. هستند، خواب آلود و غير فعال ميكند.پنبه عمده ترين محصول كشاورزی بی تی. دار است. نتايج عملی نشان داده اند زارعينی كه پنبه بی تی. كشت ميكنند بين 25 تا 75 در صد بيشتر محصول بر ميدارند و مقدار كمتری علف كش شيميايی مصرف ميكنند. ژن بی تی. را در داخل دانه گندم، سيب زمينی، و ساير گياهان نيز كرده اند تا با آفات مبارزه كند.علاوه بر اين پيشرفتهای ديگری نيز در راه است كه گويی از كتب علمی تخيلی اقتباس شده اند، مانند استفاده از ابريشم توليد عنكبوت، كه قويترين الياف طبيعی است و برای ساخت مواد سبك فوق قوی مانند زره انسانی، مفاصل مصنوعی، و نخ بخيه زنی در جراحی ... استفاده ميشود.مهندسين مدتهاست به تارعنكبوت كه از فولاد محكمتر و از شيشه ضد گلوله كولار قويتر است علاقه مند شده اند. يك رشته طناب بافته شده از تار عنكبوت به كلفتی يك اينچ يا 2.5 سانتيمتر ميتواند يك جامبو جت را از زمين بلند كند. از تار عنكبوت ميتوان استفاده های متنوعی كرد، مشكل اينست كه پرورش مصنوعی و صنعتی عنكبوت كاريست بسيار دشوار.دانشمندان كانادايی توانسته اند با موفقيت ژن تار عنكبوت را در بزها پيوند و پرورش دهند، بطوريكه بزهای ماده در داخل شيرشان پروتين ابريشم عنكبوت توليد ميكنند. اين شير جمع آوری شده و پروتين های ابريشم از آن استخراج ميشود، و سپس تارها را بهم می بافند. در حال حاضر محققين مشغول كار بر افزايش ميزان توليد تار عنكبوت در شير بز هستند.

[Marichka]

سلولهای باکتری مانند باکتری اشرشیاکلی به هیچ وجه تنها سلول میزبان مهندسی ژنتیک نیستند. مخمرها موجودات یوکاریوتی هستند که بخصوص برای اینکار مناسب می‌باشند. همانند باکتری اشرشیاکلی ، ژنتیک مخمر به خوبی شناخته شده است. ژنومی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد Saccharomyces Cerevisae می‌باشد که تنها دارای جفت باز بوده که ژنوم ساده است و اندازه آن 4 برابر کروموزوم E.Coliاست. و توالی آن به خوبی شناخته شده است. مخمر میکرو ارگانیزمی است که به سادگی نگهداری شده و در مقیاس بزرگ در آزمایشگاه قابل تکثیر است.

بسیاری از پروتئینهای یوکاریوتی بعد از ترجمه توسط آنزیمهایی تغییر داده می‌شوند که در باکتریها وجود ندارند، هم اکنون روشهای مناسبی برای ورود و خروج DNA به داخل و خارج سلولهای مخمری وجود دارد که مطالعه بسیاری از ویژگی‌های بیوشیمیایی سلول یوکاریوتی را راحت می‌کند. با قرار دادن DNA کلون شده در داخل پلاسمیدی که در مخمر قادر به همانند سازی است. می‌توان کارآیی ترانسفورماسیون را افزایش داد. با ایجاد تغییرات مهندسی ، پلاسمید 2 میکرونی طبیعی مخمر را می‌توان به انوع مختلف از ناقلین کلون سازی تبدیل کرد که دارای یک مبدا همانند سازی و سایر توالیهای مورد نیاز برای حفظ پلاسمید در مخمر باشند.
پلاسمید در مخمر
اکثر سوشهای مخمر دارای یک حلقه DNA هستند که بطور مستقل و خود به خود همانند سازی و حلقه 2 میکرونی نام دارد. این پلاسمید مخمری در حدود 6300 جفت باز دارد که تعداد کپی آن به 50 کپی در نوکلئوپلاسم (فضای درونی هسته) می‌رسد. تقسیم این پلاسمیدها وابسته به کروموزوم مخمر نمی‌باشد و احتمالا پروتئینهای لازم برای همانند سازی را خود کد می‌کنند.
جذب DNA خارجی در اسفروپلاستهای مخمر
DNA به راحتی می‌تواند وارد اسفروپلاست مخمر شود. دیواره مخمر از جنس سلولز است، با حذف دیواره سلول مخمر توسط آنزیم ، بخش باقیمانده اسفروپلاست نامیده می‌شود. سپس افروپلاستها در معرض CaCl2 و DNA و یک پلی‌الکل به نام پلی‌اتیلن گلیکول قرار می‌گیرند، این پلی‌الکل غشاء را نفوذپذیر کرده و اجازه ورود DNA را به داخل می‌دهد. اسفروپلاستها در محیط بازیافت قرار می‌گیرند و دیواره آنها مجددا ساخته می‌شود و تبدیل به یک سلول کامل مخمر می‌شوند.

ادغام DNA خارجی به درون کروموزوم مخمر
DNA انتقال یافته به اسفروپلاست مخمری در توالیهای همسان می‌تواند در درون کروموزوم ادغام شود. اگر DNA وارد شده حلقوی باشد، ادغام آن با کروزموزوم بسیار نادر است. حتی اگر نواحی همسان با توالی کروموزوم وجود داشته باشد. ولی اگر پلاسمید توسط یک آنزیم محدودالاثر (Restriction) بریده شود و سپس به درون اسفروپلاست مخمری وارد شود، امکان ورود پلاسمید به کروموزوم افزایش می‌یابد. از تکنیک ورود به کروموزوم اسفروپلاست مخمر جهت تعویض یکی از آللهای ژن آکتین مخمر استفاده شده است.
انواع وکتورها یا حاملهای مخمر
پلاسمیدهای انتگراتیو (Yeast Integrative Plasmid)
این دسته پلاسمیدها از ساده‌ترین وکتورها در مخمر هستند. دارای ژنهای انتخابی مخمر هستند ولی فاقد توالیهای مخصوص شروع همانند سازی توسط خود پلاسمید می‌باشند. این حامل توالی از یک پلاسمید باکتریایی را حمل می‌کند که یک مبدا همانند سازی و یک ژن مقاومت به دارو را برای آن فراهم می کند تا رشد در باکتری اشرشیاکلی (E.Coli) صورت گیرد. در ضمن یک ژن مارکر برای انتخاب مخمرهای ترانسفورمه شده و نیز مکانهای خاصی برای نفوذ یک توالی جدید داراست. خطی کردن یک پلاسمید قبل از ترانسفورماسیون سبب نفوذ آن به یک جایگاه خاص از کروموزوم می شود.
پلاسمیدهای قابل همانند سازی
این پلاسمیدها به صورت حلقه‌های پلاسمید آزاد در مخمر وجود دارند. یکی از انواع آنها از مبدا همانند سازی یک پلاسمید طبیعی مخمر (پلاسمید 2 میکرونی) استفاده می‌کند. بقیه مبدا همانند سازی سلولی را به نام توالی همانند سازی مستقل بکار می‌برند. یک گروه از پلاسمیدهای حلقوی قابل همانند سازی به نام (yeast Episomal Plasmid) است، که توالیهایی از پلاسمید طبیعی مخمر را دارا می‌باشند. این توالیها اجزاه همانند سازی خارج کروموزومی را می‌دهند، فرکانس ترانسفورماسیون را تا حد 104 - 105 در کیلوباز DNA افزایش می‌دهند. این پلاسمیدها برای بیان ژن در سطح بالا استفاده می‌شوند.

کروموزوم ساختگی مخمر
این نوع کروموزوم شامل یک سانترومر و دو تلومر در دو انتهای کروموزوم هستند که کارشان پایداری انتهای کروزموزوم است و سبب می‌شود این کروموزوم به صورت کروموزومهای خطی کوچک ، همانند سازی شود. این کروموزوم می‌تواند چند هزار جفت باز DNA را حمل کند که البته پایداری کمتری از کروموزوم مخمر دارد، تعداد نسخه اینها در هر سلول یک عدد است.
کلون کردن ژنهای مخمر
بر اساس قابلیت یک ژن می‌توان آن را بطور مستقیم در مخمر کلون کرد. این روش تحت عنوان مکمل سازی ژنتیکی است که نمونه آن استفاده از مارکر (LEUZ) می‌باشد. در این حالت کروموزوم مخمر را قطعه قطعه کرده و همراه با این ژن مارکر (نشانگر) وارد باکتری اشرشیاکلی فاقد ژن لوسین می‌کنند. اشرشیاکلی که در محیط فاقد لوسین رشد کند ژن مارکر مخمر و قسمتی از کروموزوم مخمر را دریافت می‌کند. پلاسمید را نیز می‌توان داخل مخمر کلون کرد.

نمونه‌ای از این کلون کردن با استفاده از موتان مخمر حساس به حرارت است که در حرارت مجاز رشد می‌کند، ولی در حرارت غیر مجاز قادر به رشد نیست. فنوتیپهای حساس به حرارت معمولا در اثر موتاسیون در ژن کد کننده یک پروتئین غیر فعال در حرارت بالا صورت می‌گیرد، بوجود می‌آیند. ژن تیپ وحشی در موتان حساس به حرارت که تخریب شده به آسانی به وسیله مکمل سازی ژنتیکی می‌تواند در مخمر کلون شود.
تهیه واکسن توسط کلون کردن ژن مربوطه به مخمر
تولید واکسن بر ضد بیماریهای عفونی یکی از موفقیتهای مهم در پزشکی می‌باشد. قبل از وقوع تکنولوژی DNA نوترکیب ، دو نوع از واکسنها استفاده می‌شوند. یک سری واکسنهای غیر زنده و یک سری واکسنهای ضعیف شده. هر دو نوع واکسن با در دسترس بودن پروتئینهای سطحی برای لنفوسیتهای B و T عمل می‌کنند و هنگام ورود عامل عفونی به بدن قبل از اینکه هر گونه آسیبی بزنند توسط عوامل ایمنی‌زای موجود در بدن از بین می‌روند.

به هر حال این نوع واکسنها به دلیل امکان آلوده بودن با ارگانیزم عفونی خطرناک هستند. مثلا ابتلا به پولیو در بعضی کودکانی که واکسن آن را دریافت کرده‌اند. بنابراین یکی از کابردهای مهم تکنولوژی DNA نوترکیب تولید زیر ساختمانهای واکسن است، که به این شکل دیگر خطر ابتلا به عفونت در حین دریافت واکسن وجود ندارد.


اولین واکسن تولید شده به روش استفاده از DNA نوترکیب ، هپاتیت B بود که عامل عفونت کبد و تخریب آن است و در بعضی موارد منجر به سرطان کبد می‌شود. ویروس فوق با یک آنتی ژن سطحی به نام (HBSAg) پوشیده شده و بیماران مبتلا در خون خودشان تجمع زیادی از این پروتئین را دارند. بالکول کردن ژنوم HBV در تلاشهای اولیه به باکتری اشعه کلی تولید پروتئین فوق با شکست روبرو شد، بنابراین محققین سعی کردند، عمل فوق را در مخمر انجام دهند.

برای این منظور ژن HBS - Ag به داخل وکتور (حامل) بیان کننده با کپی زیاد از مخمر وارد شد. مخمرهای ترانسفوری شده با این پلاسمیر وکتور ، مقادیر زیادی از پروتیئن ویروسی فوق را تولید کردند. (حدود 2 - 1 درصد کل پروتئین مخمر). با کشت مخمر در مقیاس های بزرگ امکان تولید 100-50 میلی گرم از پروتئین فوق در هر لیتر کشت وجود دارد. پروتئین مخمری فوق حالا برای واکسیناسیون برضد عفونتهای هپاتیت B استفاده می‌گردد.

[Boye_Gan2m]

تاريخچه علم ژنتيک



به عنوان مقدمه
دانش زیست شناسی یکی از قدیمی ترین علومی بوده که بشر به آن توجه داشته است. شواهد بسیار زیادی که طی کاوشهای باستان شناسی بدست آمده حکایت از آن دارد که انسانهای پیشین به دانش زیست شناسی توجه داشته اند و در این میان اصلاح نژاد دامها و پرورش گیاهان با باردهی بیشتر از دانش گذشتگان در مورد علم ژنتیک خبر می دهد. اما از حدود یک قرن پیش دانش زیست شناسی وارد مرحله جدیدی شد که بعدا آن را ژنتیک نامیده اند و این امر انقلابی در علم زیست شناسی به وجود آورد. در قرن هجدهم ، عده ای از پژوهشگران بر آن شدند که نحوه انتقال صفات ارثی را از نسلی به نسل دیگر بررسی کنند؛ این بررسی ها به نتیجه قابل ملاحضه ای ختم نشد. دو دلیل مهم آن عبارت بودند از آگاهی نداشتن به ریاضیات و دلیل دوم انتخاب صفاتی بود که برای پژوهش های اولیه ژنتیک مناسب نبودند.

اولین کسی که توانست قوانین حاکم بر انتقال صفات ارثی را شناسایی کند، کشیشی اتریشی به نام گریگور مندل بود که در سال 1865 این قوانین را که حاصل آزمایشاتش روی گیاه نخود فرنگی بود، ارائه کرد. این در حالی بودکه جامعه علمی آن دوران به دیدگاه ها و کشفیات او اهمیت چندانی نداد و نتایج کارهای مندل به دست فراموشی سپرده شد. و به نظر می رسید ، پرونده این دانش رو به بسته شدن است. در سال 1900 میلادی کشف مجدد قوانین ارائه شده از سوی مندل ، توسط درویس ، شرماک و کورنز باعث شد که نظریات او مورد توجه و قبول قرار گرفته و مندل به عنوان پدر علم ژنتیک شناخته شود.

در سال 1953 با کشف ساختمان جایگاه ژنها (DNA) از سوی جیمز واتسن و فرانسیس کریک ، رشته ای جدید در علم زیست شناسی به وجود آمد که زیست شناسی ملکولی نام گرفت . با حدود گذشت یک قرن از کشفیات مندل در خلال سالهای 1971 و 1973 در رشته زیست شناسی ملکولی و ژنتیک که اولی به بررسی ساختمان و مکانیسم عمل ژنها و دومی به بررسی بیماری های ژنتیک و پیدا کردن درمانی برای آنها می پرداخت ، ادغام شدند و رشته ای به نام مهندسی ژنتیک را به وجود آوردند که طی اندک زمانی توانست رشته های مختلفی اعم از پزشکی ، صنعت و کشاورزی را تحت الشعاع خود قرار دهد و دیدگاه های مختلف عصر حاضر را به خود اختصاص دهد.

اساس مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی انتقال یک یا تعدادی از ژنهای یک ارگانیسم به درون خزانه ژنتیکی یک ارگانیسم دیگر است. به این ترتیب ارگانیسم جدید واجد ژنهایی خواهد شد که در گذشته فاقد آن بوده و اینک وادار می شود که در شرایط محیطی مناسب اقدام به بیان آن ژن نماید که محصول آن می تواند منجر به بروز صفت خاص و یا تولید فراورده ای شود.

مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در چند سال اخیر توانسته منشأ خدمات ارزنده ای برای نوع بشر باشد. از مهمترین دستاوردهای این دانش می توان تأثیر آن را حیطه های مختلف از جمله صلاح نژادی حیوانات و گیاهان با هدف تولید فراورده های بیشتر، تهیه داروها و هورمون ها با درجه خلوص بالا و صرف هزینه های پایین ، درمان بیماری های ژنتیکی با ایجاد تغییرات در سلول تخم و موار متعدد دیگر اشاره کرد. تشخیص قبل از بارداری بیماری های ژنتیکی ، تشخیص صحت رابطه فرزند با پدر و مادر و همچنین تکنیک شناسایی مجرمان از روی بقایای باقی مانده از بدن ، مو و یا خون آنها از جمله توانایی های دیگر ژنتیک مولکولی است.

در نگاهی دیگر دورنمای دانش ژنتیک و بیوتکنولوژی بسیار زیبا جلوه می کند. تولید اعضای بدن از قلب گرفته تا چشم و دست و پا به صورت مجزا از طریق مهندسی ژنتیک و ارایه آنها به بانکهای اعضای بدن با هدف کمک به نیازمندان پیوند عضو ، یکی از این موارد است. به این ترتیب مشکل دفع پیوند حل خواهد شد و مخصوصاً در صورتی که عضو پیوندی از دارای خزانه ژنتیک همان فرد باشد هیچ آنتی ژن بیگانه ای نمیتواند عامل دفع عضو باشد. درمان بسیاری از بیماری های ژنتیکی مخصوصاً در دوره جنینی قابل درمان خواهد بود. هویت افراد از روی کارتهای شناسایی که بر پایه وراثت و ژنتیک آنها عمل می کند ممکن خواهد شد و مجرمان با گذاشتن کوچکترین اثر بیولوژیکی از خود مثل یک تار مو بسرعت شناسایی خواهند شد.

دنیای آینده در تسخیر دانش ژنتیک خواهد بود و برای این علم نمیتوان پایانی قائل شد. اگر چه به نظر می رسد مثل هر دانش دیگری، این علم هم می تواند ابزاری برای ارضاء حس قدرت طلبی بسیاری از سیاستمداران باشد و تا کنون شاهد جنجالهای بسیاری زیادی هم در این مورد بوده ایم. یکی از مهمترین موارد آن تولید گیاهان تراریخت و کلونینگ و همسانه سازی انسان بوده است.

گریگور مندل

گريگوري مندل كه او را پدر ژنتيك مي دانند در روستاي برنو كه اكنون جزوي از كشور چك است در خانواده اي تنگ دست و آلماني زبان متولد شد. پدر مندل، يك کشاورز بود كه حداقل سه روز در هفته براي مالك زمين در شرايطي بسيار سخت و طاقت فرسا كار مي كرد تا بالاخره روزي مالك یک زمين زراعي شد. مندل هم به پرورش درختان ميوه علاقه زيادي داشت و باغ ميوه كوچك خود را با پيوندهايي بهبود مي بخشيد كه كشيش شهر، پدر «شريبر»، در اختيارش مي گذاشت. يوهان جوان كه پس از راهب شدن گرگور مندل نام گرفت، در اين كار به پدرش كمك مي كرد. و به تدریج با باغباني و پرورش گل آشنا شد.

پدر شريبر در مدرسه دهكده تدريس مي كرد. كودكان در آن مدرسه نه تنها خواندن و نوشتن مي آموختند، بلكه با تاريخ طبيعي و علوم نيز آشنا مي شدند. مندل هم که شاگرد ممتازي بود ، درس را در همان مدرسه شرع کرد.
پدر مندل که مرد فقیری بود ، با وجود امكانات بسيار اندك، هر آنچه در توان داشت، به كار گرفت تا پسرش آينده بهتري داشته باشد. یوهان، تحصيلات ابتدايي را با موفقيت پشت سر گذاشت و براي رفتن به دبيرستان آماده شد. هر چند که رفتن به دبرستان برای خانواده یوهان بسیار سخت بود و والدين او نمي توانستند از نظر مالي كمك زيادي به او بكنند. به همین دلیل هم ، يوهان مجبور بود براي تأمين نيازهاي مالي خود كار كند. با وجود اين، او با موفقيت به تحصيل ادامه داد تا اين كه در شانزده سالگي پدر مندل در يك تصادف به شدت صدمه ديد و مجبور شد كار در مزرعه را رها كند. به اين ترتيب، يوهان بايد كليه مخارج تحصيل خود را به تنهايي فراهم مي كرد. او به خاطر كار زياد و سوء تغذيه، مريض شد. با وجود اين، دبيرستان را با موفقيت به پايان رساند و خود را براي رفتن به دانشگاه آماده كرد. از آن جا كه يوهان سرگرم تحصيل بود و نمي توانست در كار مزرعه به پدر كمك كند، آنتوان مندل ، پدر یوهان تصميم گرفت سرپرستي مزرعه را به دامادش واگذار كند. داماد نيز متعهد شد كه هنگام ورود يوهان به صومعه، مبلغی را به او بپردازد. تقريباً بلافاصله پس از اين كه قرارداد امضا شد، خواهر مندل سهم جهيزيه اش را به برادرش داد تا تحصيلات خود را تكميل كند. و در انتهاي آن سال، تمام بودجه خانواده به اتمام رسيد. در چنان شرايطي، تنها اميد خانواده، كشيش شدن يوهان بود! مندل اميدوار بود به عنوان كشيش، شغلي همچون معلمي در مدرسه پيدا كند و در اوقات فراغت به مطالعات علمي بپردازد. مندل در صومعه اي مشغول فعاليت شد كه داراي يك زيست شناس، يك ستاره شناس، يك فيلسوف و يك آهنگساز بود. طبق يك حكم سلطنتي، آنان مسئوليت تدريس مسائل ديني، فلسفي و رياضيات را بر عهده داشتند. در واقع صومعه بک دانشگاه کوچک بود.

این دانشگاه کوچک براي تكميل گروه كوچك استادانش به شاگرد جواني نياز داشت كه مايل به پيوستن به صومعه باشد. ازاين رو، مندل به توصيه استاد فيزيكش كه مندل را در رشته فيزيك بهترين مي دانست، به صومعه پيوست. چند سال بعد، مندل در يكي از يادداشتهايش چنين نوشت: «اين قدم، تغييري اساسي در زندگي ام به وجود آورد. احساس مي كنم به نقطه اي از زندگي رسيده ام كه ديگر به مبارزه تلخ براي زنده ماندن نيازي ندارم.» او ديگر نگران به دست آوردن لقمه ناني نبود و سرانجام مي توانست از نظر مالي به خانواده اش كمك كند و بخشش سخاوتمندانه خواهرش را با تأمين مخارج تحصيل پسرانش جبران نمايد.

مندل به عنوان كشيش ناحيه و كشيش بيمارستان به كار مشغول شد. اما كار در بيمارستان براي مندل مناسب نبود و مجاورت با انواع بيماريها او را بيمار كرد. به همين جهت، او براي تدريس به يكي از دبيرستان هاي ناحيه اعزام شد. اين شغل براي مندل بسيار مناسب بود. او رياضيات و ادبيات روم و يونان باستان تدريس مي كرد و بين دانش آموزان و اعضاي دبيرستان، شهرت و محبوبيت زيادي داشت.

مندل با كمك هاي صومعه توانست در دانشگاه وين تحصيل كند. او در كلاس هاي فيزيك تجربي آموخت كه چگونه مي توان به كمك مشاهده و تجربه، فرضيه ها را آزمايش كرد و به قوانين عمومي دست يافت. او به مطالعه آمار و احتمالات پرداخت و با نظريه اتمي در شيمي آشنا شد. همچنين در كلاس هاي زيست شناسي و فيزيولوژي گياهي شركت كرد تا دانش خود را در اين زمينه تكميل كند.

در زمان مندل نظريه توارث آميخته نظريه ای ببود افراد آن را پذبرفه بودند بر این اساس ، صفات فرزندان هميشه حد واسطي از صفات والدين است و طبق نظر لامارك محيط بر وراثت تاثير مي گذارد و ممكن است باعث تغيير صفات منتقل شده از والدين به فرزندان شود. مندل هم که مطالعاتی در این مورد انجام داده بود بر روی اصول وراثت کار کرد و در نهایت نظریه لامارک را را رد كرد. مندل در سال ۱۸۵۶، مطالعات معروفش را روي گياه نخود فرنگي آغاز كرد و پس از هفت سال موفق به كشف اصول اوليه وراثت شد. تمام فضايي كه او براي انجام آزمايشاتش در اختيار داشت، قطعه كوچكي از باغ صومعه بود كه ۳۵ متر طول و هفت متر عرض داشت. او با اين كه به طور تمام وقت تدريس مي كرد، هر گاه فرصتي مي يافت، به كار و آزمايش در باغچه اش مي پرداخت. نتايج آزمايش هاي او در سال ۱۸۶۵ منتشر شد.

مندل گیاه نخود را انتخاب کرد و از طریق دگر لقاحی در نخود سعی کرد که نخود هایی با صفات متقابل را با یکدگر آمیزش دهد و گیاهانی با صفات جدید را به وجود آورد. هر چند که هیچ گاه گیاهی با صفات جدید به وجود نیامد ، اما آزمایشات او به شناسایی اصول مهمی از وراثت ختم شد. آزمايشگاه مندل همان باغچه کلیسا بود و او آزمایشات خود را از سال 1856 تا 1863 بر روي گياه نخود انجام داد و با کمک دانش ریاضی احتمالات موفق شد نسبت های بیان صفات که به دو دسته غالب و مغلوب تقسیم بندی کرده بود را کشف کند که بعدها به قوانين وراثت مندل معروف شد. از آنجا که در آن زمان بسیاری از افراد با نفوذ همچنان نظریات داروین و لامارک را صحیح می پنداشتند حاضر به پذیرش نظریات او نشدند. و مندل در حالی که هنوز نتایج آزمایشات او در محفل علمی معتبری مطرح نشده بود درگذشت و این در حالی بود که حتی گروهی از فلاسفه علم اعتقاد داشتند که مندل به صورت غیر آگاهانه به نتایجی دست پیدا کرده و حتی میخواستند لقبی را که بعداً به عنوان پدر علم ژنتیک برای او انتخواب کردند را منکر شوند. مندل تا سال 1900 همچنان ناشناخته ماند تا این که در این سالها سه دانشجو به صورت جداگانه کارهای مندل را دنبال کردند و قوانین او را به تأیید رساندند. مندل قوانين حقيقي وراثت را كشف كرد، اما محيط فرهنگي اش مانع از آن شد كه ارزش كارهايش شناخته شود. كشف مجدد قوانين مندل تنها هنگامي ممكن شد كه سلسله اي از تهاجم هاي غيرمستقيم علمي تصورات قديمي را از اعتبار ساقط كرد. پژوهش های مندل بر روی حدود 28000 بوته نخود و در مدت 7 سال دنبال شد.

[Boye_Gan2m]

تقسیم بندی علم ژنتیک

ژنتیک را می‌توان به سه گروه تقسیم بندی کرد.

• [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
• [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
• [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

موضوعات مورد بحث در ژنتیک پایه






ژنتیک مندلی

ژنتیک مندلی یا کروموزومی بخشی از ژنتیک امروزی است که از توارث ژنهای موجود در روی کروموزوم‌ها بحث می‌کند، اما برعکس در ژنتیک غیر مندلی که به ژنتیک غیر کروموزومی نیز معروف است، توارث مواد ژنتیکی موجود در [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

تغییرات نسبتهای مندلی

نسبتهای فنوتیپی مندلی در مونوهیبریدها (3:1) ، تحت تاثیر عوامل متعددی چون غالبیت ناقص ، هم بارزی ، ژنهای کشنده ، نافذ بودن و قدرت تظاهر یک ژن و چند آللی قرار می‌گیرد که نسبتهای مندلی را تغییر می‌دهد.

احتمالات

آشنایی با قوانین علم احتمالات ، از نظر درک چگونگی انجام پدپده‌های ژنتیکی ، پیش بینی فنوتیپی ، نتایج حاصله از یک آمیزش و برآورد انطباق نسبت فنوتیپی نسل اول و دوم ، با یکی از مکانیزمهای ژنتیکی دارای اهمیت فوق‌العاده‌ای می‌باشد.

پیوستگی ژنها

پدیده پیوستگی ژنها (Linkage) بوسیله سوتون ، در سال 1903 ، عنوان گردید. سوتون با بیان اینکه کروموزوم‌ها حامل عوامل ارثی (ژنها) هستند، روشن نمود که تعداد ژنها به مراتب بیشتر از تعداد کروموزوم‌ها بوده و بنابراین هر کروموزوم ، می‌تواند حامل ژنهای متعددی باشد.

جهش ژنی

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] را در اصل ، بدن توجه به تغییرات ماده ژنتیکی ، برای بیان تغییرات فنوتیپی در جانوران یا گیاهان نیز بکار برده‌اند و بدان مناسبت ، موجودی که فنوتیپ آن در نتیجه موتاسیون تغییر می‌کند را موتان می‌گویند.

موضوعات مورد بحث در ژنتیک مولکولی

کشف ساختمان DNA

شناخت امروزی ما در مورد مسیرهای اطلاعاتی از همگرایی یافته‌های ژنتیکی ، فیزیکی و شیمیایی در [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] امروزی حاصل شده است. این شناخت در کشف ساختمان دو رشته مارپیچی DNA ، توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال 1953 خلاصه گردید. .





ژنها و کروموزومها

ژنها قطعاتی از یک [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] هستند که اطلاعات مورد نیاز برای یک مولکول DNA یا یک پلی پپتید را دارند. علاوه بر ژنها ، انواع مختلفی از توالیهای مختلف تنظیمی در روی کروموزومها وجود دارد که در همانند سازی ، رونویسی و ... شرکت دارند.

متابولیزم DNA

سلامت DNA بیشترین اهمیت را برای سلول دارد که آن را می‌توان از پیچیدگی و کثرت سیستمهای آنزیمی شرکت کننده در همانند سازی ، ترمیم و نوترکیبی DNA ، دریافت. همانند سازی DNA با صحت بسیار بالا و در یک دوره زمانی مشخص در طی چرخه سلولی به انجام می رسد.

متابولیزم RNA

رونویسی توسط آنزیم RNA پلیمراز وابسته به DNA کاتالیز می‌شود. رونویسی در چندین فاز ، شامل اتصال RNA پلیمراز به یک جایگاه DNA به نام پروموتور ، شروع سنتز رونویسی ، طویل سازی و خاتمه ، روی می‌دهد. سه نوع RNA ساخته می‌شود.

متابولیزم پروتئین

پروتئینها در یک کمپلکس RNA پروتئینی به نام ریبوزوم ، با یک توالی اسید آمینه‌های خاص در طی ترجمه اطلاعات کد شده در RNA پیک ، سنتز می‌گردند.

تنظیم بیان ژن

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] توسط فرآیندهایی تنظیم می‌شود که بر روی سرعت تولید و تخریب محصولات ژنی اثر می‌گذارند. بیشتر این تنظیم در سطح شروع رونویسی و بواسطه پروتئینهای تنظیمی رخ می‌دهد که رونویسی را از پروموتورهای اختصاصی مهار یا تحریک می‌کنند.

فناوری DNA نوترکیبی

با استفاده از فناوری DNA نو ترکیبی مطالعه ساختمان و عملکرد ژن بسیار آسان شده است. جداسازی یک ژن از یک کروموزوم بزرگ نیاز دارد به، روشهایی برای برش و دوختن قطعات DNA ، وجود ناقلین کوچک که قادر به تکثیر خود بوده و ژنها در داخل آنها قرار داده می‌شوند، روشهایی برای ارائه ناقل حاوی DNA خارجی به سلولی که در آن بتواند تکثیر یافته و کلنیهایی را ایجاد کند و روشهایی برای شناسایی سلولهای حاوی DNA مورد نظر. پیشرفتهای حاصل در این فناوری ، در حال متحول نمودن بسیاری از دیدگاههای پزشکی ، کشاورزی و سایر صنایع می‌باشد.





موضوعات مورد بحث در ژنتیک پزشکی و انسانی

• مطالعه کروموزوم‌ها یا ژنتیک سلولی (Cytogenetics).
  
  
• بررسی ساختمان و عملکرد هر ژن یا ژنتیک بیوشیمیایی و مولکولی.
  
  
• مطالعه ژنوم، سازمان‌یابی و اعمال آن یا ژنومیک (genomics).
  
  
• بررسی تنوع ژنتیکی در جمعیتهای انسانی و عوامل تعیین کننده فراوانی آللها یا [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] .
  
  
• بررسی کنترل ژنتیکی تکامل یا ژنتیک تکامل.
  
  
• استفاده از ژنتیک برای تشخیص و مراقبت از بیمار یا ژنتیک بالینی.
  
  
• [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] که اطلاعاتی پیرامون خطر ابتلا به بیماری را ارائه می‌دهد و در عین حال ، حمایت روانی و آموزشی فراهم می‌کند، به حرفه بهداشتی جدیدی تکامل پیدا کرده است که در آن تمام کادر مشاغل پزشکی ، خود را وقف مراقبت از بیماران و خانواده‌های آنها می‌کنند.
  
  
• علاوه بر تماس مستقیم با بیمار ، ژنتیک پزشکی ، از طریق فراهم سازی تشخیص آزمایشگاهی ، افراد و از طریق برنامه‌های غربالگری (Screening) طراحی شده برای شناسایی اشخاص در معرض خطر ابتلا یا انتقال یک اختلال ژنتیکی ، جمعیت را مراقبت می‌کند.

ارتباط ژنتیک با سایر علوم

ژنتیک علمی است جدید و تقریبا از اوایل سالهای 1900 میلادی با ظهور علوم [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و سیتوژنتیک جنبه علمی‌تر به خود گرفته است. علم سیتولوژی با ژنتیک قرابت نزدیکی دارد و به کمک این علم می‌توان مورفولوژی ، فیزیولوژی و وظایف ضمائم مختلف یک یاخته را مورد بررسی قرار داد. سیتوژنتیک نیز بخشی از علوم زیستی است که روی کروموزوم ، ضمائم یاخته و ارتباط آن با پدیده‌های ژنتیکی بحث می‌کند و در واقع علم دورگه‌ای از سیتولوژی و ژنتیک به شمار می‌رود.

[Boye_Gan2m]

رشد تسلسلی مفاهیم ژنتیکی

رشد و گسترش مفاهیم موجود در هر علم ، مبتنی بر واقعیتهایی است که به مرور زمان شناسایی و روی هم انباشته می‌شوند و به این ترتیب رشد تسلسلی آن را بوجود می‌آورند. موارد فهرست‌وار زیر بخشی از مراحل مختلف رشد این علم جوان را تشکیل می‌دهد:

• توارث از صفات ویژه تمام موجودات زنده است، یعنی اینکه هر موجود زنده همانند خود را در یکی از مراحل زندگی خود تولید می‌کند.
  
  
• در تولید مثل ، عامل یا عواملی از والدین به نتایج منتقل می‌شود. فقط در قرن اخیر بود که دانشمندان به واقعیت این امر پی بردند. پیشرفتهای حاصله در اصلاح تکنیکهای میکروسکوپی در قرن 19 روشن نمود که ماده‌ای از والدین به فرزند انتقال می‌یابد و از این تاریخ به بعد اعتقادات پیشینیان مبنی بر اینکه ، تولید مثل از پدیده‌های خارق‌العاده منشا می‌گیرد، مردود شناخته شد.
  
  
• در داخل یک گونه تغییرات توارثی وجود دارد. با پیدایش مفاهیم و پدیده‌های تکاملی که توسط لامارک و داروین عنوان گردیدند، امکان وجود تغییرات توارثی بین گونه‌ها توجیه شد و تائید گردید که بدون تغییرات ژنتیکی ، تکامل گونه‌ها به این سادگی امکان‌پذیر نبوده است.
  
  
• تغییرات ژنتیکی را می‌توان از تغییرات محیطی جدا نمود. صفات موجودات زنده که کلا فنوتیپ آن را تشکیل می‌دهند، تابعی از ترکیب ژنتیکی آنها (ژنوتیپ) و عوامل محیطی است که این موجود در آن زندگی می‌کند. تظاهر فنوتیپ ، تابع ژنوتیپ و عوامل محیطی است. این عوامل ممکن است فنوتیپ را تغییر دهند، ولی ژنوتیپ را تغییر نمی‌دهند. به عبارت دیگر ، محیط صحنه‌ای است که ژنوتیپ بازیگر آن می‌باشد و فنوتیپ نیز محصولی است که در نتیجه عمل متقابل ژنوتیپ و محیط بوجود می‌آید.
  
  
• ماده‌ای که از یک نسل به نسل دیگر منتقل می‌شود، حامل کلیه اطلاعات و خصوصیات یک فرد به صورت رمز (Code) می‌باشد. در سالهای اخیر ماهیت ماده ژنتیکی شناخته شد و معلوم گردید که ماده منتقله از یک نسل به نسل دیگر DNA است که کلیه اطلاعات و خصوصیات یک فرد بالغ را به صورت رمز دارا می‌باشد.
  
  
• تغییرات آنی ، نادر و غیرقابل پیش بینی شده‌ای در ماده ارثی یک موجود بوجود می‌آید، این تغییرات موتاسیون نام دارند.
  
  

* [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] واحدهای ارثی هستند.

• عوامل ارثی یا ژنها روی [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] قرار دارند.
  
  
• وظیفه یک ژن تولید یک نوع [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] یک یک نوع آنزیم می‌باشد.

[Boye_Gan2m]

ژنتیک جمعیت


مقدمه

جمعیت از نظر ژنتیکی عبارت است از گروهی از موجودات یک گونه که با یکدیگر آمیزش پیدا می‌کنند. گروهی محدود از جمعیت که با هم ، آمیزش دارند، ژنتیک مندلی هم گفته می‌شوند. ژنتیک جمعیت ، شاخه‌ای از علم ژنتیک است که رفتار ، خصوصیات ، فراوانی و عمل متقابل ژنها را در یک جمعیت مندلی که دارای ذخایر ژنی مشترک هستند، بطور ریاضی بر اساس قانون تعادل هاردی _ وینبرگ ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد.





سیر تحولی

اختلاف نظر بین صاحبنظران در مورد نقش [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] در تکامل موجودات با پیدایش علم سنتتیک جدیدی به نام ژنتیک جمعیت (Population genetics) در دهه 1920 از بین رفت و متعاقبا دانشمندان مختلف از جمله هاردی ، ریاضیدان انگلیسی و وینبرگ در سال 1908 مطالعه نحوه رفتار ژنها و تغییرات فراوانی آنها در جمعیت و نقش آنها در تکامل موجودات زنده را دنبال و مهمترین قانون مرتبط با ژنتیک جمعیت را زیر عنوان قانون هاردی _ وینبرگ در اوایل این قرن پیشنهاد کردند. بطوری که به کمک این قانون می‌توان بسیاری از جنبه‌های مختلف ژنتیک جمعیت را مورد بحث قرار دارد.

ژن و سرنوشت آن

سرنوشت یک جفت [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] در یک جمعیت به چه صورت است؟ قدرت تولید مثل یک موجود که دارای ژن بخصوصی است، بستگی به فراوانی آن ژن در جمعیت ، و عواملی دیگری از جمله رابطه بین آن جمعیت و محیط دارد. بنابراین هر چند افراد حامل ژن می‌باشند، ولی سرنوشت این افراد و ژنی را که حمل می‌کنند، بستگی به جمعیت و عوامل موثر در آن دارد. جمعیت چه هاپلوئید و چه دیپلوئید و ... باشد، دارای دو صفت ویژه است: فراوانی ژنی و حوضچه ژنتیکی.

• فراوانی ژنی عبارت است از نسبت آلل‌های مختلف یک ژن در جمعیت. جهت بدست آوردن فراوانی ژنی ، تعداد افرادی را که دارای ژنوتیپ‌های مختلف هستند، بدست آورده و نسبت فراوانی نسبی هر کدام از آلل‌ها را تخمین می‌زنیم. فراوانی یک ژن از فراوانی [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نسبت به آن ژن به اضافه نصف فراوانی [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] هم محاسبه می‌شود.
  
  
• حوضچه ژنتیکی عبارت است از مجموع ژنهای موجود در گامتهای تولید شده توسط یک جمعیت. بنابراین رابطه ژنتیکی بین یک نسل با نسل دیگر شبیه رابطه ژنتیکی بین والد و نوزاد است.

جمله بینومی و ژنتیک جمعیت

در این جمله حروف a نماینده احتمال حدوث یک اتفاق ، b نماینده احتمال حدوث اتفاق دیگر و n نماینده تعداد اتفاقات است. جمله را می‌توان برای بیان نسبت ژنوتیپی 11 حاصل از تلاقی‌های مونوهیبریدی بکار برد. به جای a از حروف p و به جای b از حروف q استفاده می‌شود. از آنجایی که در یک مکان ژنی معمولا دو تا آلل وجود دارد، فراوانی آنها را در جمعیت مجموعا برابر واحد یک در نظر می‌گیرند. با توجه به اطلاعات فوق می‌توان ژنوتیپ‌های موجود در یک مونوهیبرید () را به صورت معادله ، بیان نمود.

محاسبه فراوانی الل‌ها

هم بارزی یا غالبیت ناقص

در جمعیتهای انسانی دو تا الل اتوزومی M () و N () وجود دارند که می‌توانند آنتی ژن خون و نوع آن را تحت تاثیر قرار دارند. در جهت تعیین فراوانی الل‌های و مطالعه‌ای در مورد مهاجرین قفقازی کشور ایالات متحده به صورت زیر گزارش شده است:
ژنوتیپ فنوتیپ130330391787تعداد


برای محاسبه فراوانی الل‌های و می‌توان به صورت زیر عمل کرد:

غالبیت کامل

غالب و مغلوب بودن الل‌ها ، فراوانی آنها را مستقیما تحت تاثیر قرار نمی‌دهد. فراوانی آنها مشابه الل‌های هم بارز یا الل‌های با غالبیت ناقص است. الل غالب در مقایسه با الل مغلوب ، فنوتیپ مربوطه را در توده بیشتر ظاهر می‌سازد، چرا که الل غالب اثر الل مغلوب را در حالت هتروزیگوسی نیز نهفته نگه می‌دارد. قدرت چشایی و عدم قدرت چشایی نسبت به نمک فنیل تیو کاربامید (PTC) مثال مناسبی برای مطالعه فراوانی الل‌ها در حالت غالبیت کامل است. کسانی که دارای قدرت چشایی نسبت به این نمک هستند، مزه آن را تلخ احساس می‌کنند و این صفت تحت کنترل یک ژن غالب T قرار دارد.



چند اللی

در صورتی که یک ژن بیش از دو آلل داشته باشد، با استفاده از بسط دو جمله‌ای می‌توان فراوانی‌های ژنوتیپی هر کدام از ژنوتیپ‌ها را بدست آورد. برای مثال اگر ژنی دارای سه آلل ، ، با فراوانی‌های به ترتیب p ، q و r باشد، بطوری که ، فراوانی ژنوتیپی را در حالت تعادل می‌توان از بسط سه جمله‌ای زیر بدست آورد که فراوانی‌های ژنوتیپی در گروههای خونی ABO را در انسان می‌توان با این روش نشان داد.


OOBB BOABAA AOژنوتیپ OBABAفنوتیپ فراوانی



وابستگی به جنس

در مورد ژنهای وابسته به جنس ، تعداد ژنوتیپ‌های ممکنه افزایش می‌یابد. علت این افزایش تفاوت [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] در جنسهای نر و ماده است. اگر ماده‌ها XX و نرها XY باشند، از نظر یک جفت ژن a و A پنج ژنوتیپ امکان‌پذیر است، سه عدد از این ژنوتیپ‌ها (AA , Aa , aa) در ماده‌ها و دو عدد در نرها (A , a) وجود خواهد داشت. اگر آمیزش به صورت تصادفی باشد، می‌توان ثابت کرد که این تعادل نسل به نسل ، باقی خواهد ماند. این تعادل بر مبنای برابر بودن فراوانی آلل‌ها در نر و ماده است. اگر تفاوتی بین فراوانی الل‌ها در دو جنس مخالف وجود داشته باشد، جمعیت در حالت تعادل نمی‌باشد.

برای مذکرها

برای مونث‌ها

آمیزش‌های خویشاوندی

از انواع آمیزش‌های غیر تصادفی ، آمیزش‌های خویشاوندی یا همخونی است. در این نوع آمیزش ، افرادی که دارای قرابت و خویشاوندی هستند، با هم آمیزش پیدا می‌کنند. همخونی دارای درجات مختلفی است. نزدیکترین نوع آن خودلقاحی است که در گیاهان صورت می‌گیرد. گیاهانی که نسبت به یک جفت ژن هتروزیگوس هستند، در اثر خودلقاحی تولید نوزادانی می‌کنند که 50% آنها هموزیگوت و مابقی هتروزیگوت هستند. میزان افزایش هموزیگوسیتی در اثر ازدواجهای فامیلی را ضریب همخونی Coefficient inbreeding گویند و آن را با f نشان می‌دهند.

ضریب همخونی احتمال به ارث رسیدن دو آلل یک جایگاه ژنی در یک موجود است که منشا مشترک داشته باشند و یا به عبارت دیگر این آلل‌ها کپی یک ژن در یک والد مشترک باشد. این ضریب در مورد فرد بکار برده شده و درجه خویشاوندی بین والدین فرد را نشان می‌دهد. اگر دو والد به صورت تصادفی آمیزش پیدا کنند، ضریب همخونی نوزاد برابر این است که دو گامت به صورت تصادفی از والدین دارای ژنهای یکسان در یک جایگاه ژنی باشند.

اصل هاردی _ وینبرگ

این اصل بدین صورت بیان می‌گردد که در یک جمعیت بزرگ که آمیزش به صورت تصادفی است و مهاجرت ، [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و انتخاب وجود ندارد، فراوانی ژنی و ژنوتیپی ، نسل به نسل ، ثابت باقی مانده و فراوانی ژنوتیپی را می‌توان به کمک فراوانی ژنی بدست آورد.

عواملی که فراوانی ژنها را تغییر می‌دهند.

• موتاسیون: جهش موجب پیدایش الل‌های جدید و نهایتا تغییرات ژنتیکی می‌شود.
  
  
• مهاجرت: حرکت افراد یا ژنها از یک جمعیت به جمعیت دیگر را در ژنتیک ، مهاجرت گویند.
  
  
• رانش ژنتیکی: در جمعیت‌های کوچک ، فراوانی پاره‌ای از آلل‌ها ، ممکن است بطور تصادفی شدیدا تغییر یابد.
  
  
• آمیزش‌های غیر تصادفی: خویش آمیزی باعث می‌شود که فراوانی پاره‌ای از ژنوتیپ‌ها از آنچه که قانون هاروی _ وینبرگ پیش بینی می‌کند، متفاوت باشد.
  
  
• گزینش: گزینش با تغییر در فراوانی ژنها ، عامل مهم در تغییرات تکاملی در داخل یک جمعیت به شمار می‌رود و می‌تواند موجب جدا شدن یا تفکیک جمعیتها به نژادها و گونه‌های مختلف شود.

[Boye_Gan2m]

خصوصیات یک جمعت متعادل

• تمام افراد جمعیت بایستی از نظر تولید مثل باهم یکسان باشند.
  
  
• جمعیت باید از تعداد زیادی افراد تشکیل شده باشد.
  
  
• آمیزش به صورت تصادفی باشد.
  
  
• نباید مهاجرت به درون یا به بیرون جمعیت صورت بگیرد.
  
  
• بایستی جهش در حالت تعادل باشد.
  
  

نقص هر کدام از شروط بالا می‌تواند باعث تغییر فراوانی ژنها و لذا بهم خوردن تعادل ژنتیکی گردد.

خصوصیات قانون تعادل

خاصیت اول قانون تعادل

فراوانی سه ژنوتیپ AA (غالب) Aa ، aa (مغلوب) ، به صورت بسط دو جمله‌ای p+q)2 = p2 + q2 + 2pq) نشان داده می‌شود. p فراوانی آلل A و q فراوانی آلل a در استخر ژنی است و ترکیب آللها به صورت تصادفی بوده و ژنوتیپهای حاصل تصادفی هستند. احتمال ایجاد ژنوتیپ AA برابر p2 ، aa برابر q2 و Aa برابر 2pq است.

خاصیت دوم قانون

درصد ژنوتیپها از نسلی به نسل بعد تغییر نمی‌کند. یعنی هرگاه در جمعیتی که ژنوتیپهای AA , Aa , aa با نسبتهای p2 : 2pq : q2 وجود دارند، لقاح تصادفی صورت بگیرد، فروانی ژنوتیپها در نسل بعضی به صورت درصدهای نسبی ثابت خواهد ماند. معادله هاردی - وینبرگ هیچ مقدار خاصی را برای q , p مشخص نمی‌کند. فراوانی آللها در جمعیت به هر مقداری که باشد موجب فراوانی ژنوتیپی به صورت p2 : 2pq : q2 می‌شود، مادام که فراوانی آلل ثابت بماند، این فراوانیهای ژنوتیپی از نسلی به نسل دیگر ثابت خواهند بود.

نتایج قانون تعادل

اگر توان دوم فراوانی ژنوتیپی هتروزیگوتها در یک جمعیت برابر چهار برابر حاصل ضرب فراوانی دو ژنوتیپ هموزیگوت ، در جمعیت باشد، در این حالت می‌گوییم که جمعیتها به صورت متعادل است. در یک جمعیت بزرگ که آمیزشها به صورت تصادفی انجام می‌شود، و تمام ژنوتیپها از نظر قدرت زنده ماندن یکسان هستند. فراوانی ژنی در یک نسل بستگی به فروانی ژنی و نه فروانی ژنوتیپی نسل قبل دارد. جمعیتی که دارای این خاصیت باشد، اصطلاحا گویند در حالت تعادل (equilibrium) است. طبق قانون هاردی - وینبرگ اگر یک جمعیت در حال تعادل نباشد. فقط یک نسل آمیزش ، کافی است که آن را به حالت تعادل در آورد.





کاربرد قانون تعادل

کاربرد عملی اصلی قانون هاردی - وینبرگ در [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] در [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] برای اختلالات اتوزومی مغلوب است. در مورد بیماری فنیل کتونوریا ، فروانی هموزیگوتهای مبتلا در جمعیت را می‌توان دقیقا تعیین کرد، زیرا بیماری از طریق برنامه‌های غربالگری در نوزادان شناسایی می‌شود. افراد هتروزیگوت ناقلان خاموش هستند و اندازه گیری مستقیم میزان بروز آنها در جمعیت از روی فنوتیپها غیر ممکن است. قانون تعادل هاردی - وینبرگ ، برآورد فراوانی هتروزیگوتها و استفاده از آن برای مشاوره و ژنتیکی را مقدور می‌سازد.

عواملی که تعادل هاردی - وینبرگ را بهم می‌زنند

در دنیای واقعی ژنتیک پزشکی شامل جمعیتهای انسانی و آللهای بیماری ، خصوصیات جامعه متعادل صدق نمی‌کنند ژنوتیپهای موجود در یک جمعیت ممکن است در تعادل هاردی - وینبرگ نباشند. از عوامل بر هم زننده تعادل می‌توان آمیزشهای غیر تصادم را نام برد که شامل آمیزشهای خویشاوندی و غیر خویشاوندی است. از طرف دیگر بعضی باعث تغییر فراوانی ژنهای می‌شوند که شامل موارد زیر هستند.

مهاجرت

میزان تغییر فراوانی ژنی در جمعیتی که مهاجرت در آن صورت می‌گیرد بستگی به میزان مهاجرت و تفاوت بین فراوانیهای ژنومی بومیها و مهاجریسن دارد.

جهش

اگر ژن جدیدی در اثر جهش در یک جمعیت بوجود آید احتمال بقای این [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] بسیار کم است ولی عاملی که باعث تغییر فراوانی در اثر جهش می‌شود، فراوان بودن جهش است.

گزینش

یکی از مهمترین عوامل تغییرات فراوانی ژنها قدرت باروری حاملین آن است. انواع مکانیزمهایی که قدرت باروری یک ژنوتیپ را تغییر می‌دهد، گزینش نام دارد.

رانش یا دریفت

رانش ژنتیکی به علت اینکه جوامع از نظر اندازه محدود هستند، ایجاد می‌گردد. بطوری که خطای نمونه‌ای سبب تغییرات فراوانی آنی می‌گردد.

چشم انداز بحث

توصیف ریاضی رفتار ژنها در جمعیتها با جز مهمی در بسیاری از شاخه‌ها مانند انسان شناسی ، زیست شناسی تکاملی و [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] است. در [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ، [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] عمدتا کاربرد عملی داشته است. یعنی تعیین فراوانی آللی محاسبات خطر بیماری. با افزایش نقش آزمایشهای ژنتیکی و فناوریهای درمانی در بزرگتر جلوه دادن اثر مراقبتی ژنتیک پزشکی بر سلامت عمومی و خطر بیماریهای ژنتیکی در نسلهای بعد درک اصول ژنتیک جمعیت روز به روز مهمتر خواهد شد.

[Boye_Gan2m]

عوامل موثر در تعادل ژنتیکی
اطلاعات اولیه

فراوانی نسبی اللها مانند ( و ) و ژنوتیپها ( ، ، ) در یک [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] در طول چندین نسل ثابت و پایدار می‌ماند. علی‌رغم این ثبات و پایداری ، حدوث تغییرات تکاملی تحت شرایط ویژه‌ای اجتناب ناپذیر است. بنابراین قانون هاردی _ وینبرگ نمی‌تواند همواره بطور نامحدود و مطلق قابل استناد باشد و کاربرد آن فقط تحت شرایط زیر امکان‌پذیر است:

• [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] یا باید صورت نگیرد و یا به تعادل و ثبات خود رسیده باشد.
• تغییرات تصادفی در فراوانی ژنها باید بسیار جزئی و یا قابل اغماض باشد.
• مهاجرت ژنها یا نباید صورت بگیرد و یا بین جمعیتها به تعادل خود برسد.
• تولید مثل باید تصادفی باشد.
• گزینش صورت نگیرد.
  
  

مسلم است که تحقق این شرایط به ندرت امکان‌پذیر است و یا احتمالا هرگز امکان‌پذیر نیست. بنابراین قانون هاردی _ وینبرگ فقط گرایش به تعادل را توجیه می‌کند و در واقع مسیر واقعی ژنتیکی جمعیتهای حقیقی را نشان نمی‌دهد.

تاریخچه

قانون تعادل در [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ، توسط ریاضیدان انگلیسی به نام هاردی و وینبرگ آلمانی بطور مستقل در سال 1908 ارائه گردید. آنها نشان دادند که فراوانی ژنها ارتباطی با غالبیت یا نهفته بودن آنها نداشته وتحت شرایط خاصی از نسلی به نسل بعد هیچ تغییری نمی‌کند.

عواملی که موجب بهم خوردن تعادل می‌شوند

جهش Mutation

موتاسیون موجب پیدایش اللهای جدید و نهایتا تغییرات ژنتیکی می‌شود. شدت موتاسیون در ژنهای مختلف متفاوت است، در بعضی از ژنها زیاد و در برخی دیگر کم است. موتاسیونها ، اصولا مغلوب هستند. تعیین شدت آنها در موجودات هاپلوئید بطور مستقیم آسان ، ولی در موجودات دیپلوئید مشکل است. اما بطور غیر مستقیم با استفاده از روشهای آماری و احتمالات می‌توان آن را تخمین زد. در صورتی که شدت موتاسیون ، مشخص باشد، می‌توان قانون هاردی _ وینبرگ را در مورد نقش آن در تغییرات فراوانی ژنها در هر نسل بکار برد.

یکی از دلایلی که باعث تغییر فراوانی ژن در جمعیت می‌گردد، فراوانی جهش است. مسلما اگر ژن A بطور مداوم به a جهش یابد و جهش عکس نیز وجود نداشته باشد، فراوانی a در هر نسل زیاد و فراوانی A کم می‌شود. اگر این عمل برای مدت درازی صورت گیرد، به تدریج آلل a جایگزین الل A می‌شود. برای مثال اگر فراوانی اولیه A برابر و شدت جهش A به a نیز برابر u باشد، نسل اول جهش باعث بوجود آمدن a با فراوانی می‌گردد. اگر تعداد نسلهای اضافه شده به n برسد، فراوانی A برابر می‌گردد.

همیشه جهش یک طرفه نیست. برای مثال آلل a هم ، می‌تواند با شدت V دوباره به A جهش یابد. اگر فراوانی اولیه اللهای A و a را به ترتیب با و نشان دهیم، تغییر فراوانی یکی از اللها را در دو نسل با q∆ نشان می‌دهیم:

مهاجرت Migration

حرکت افراد یا ژنها از یک جمعیت به جمعیت دیگر را در ژنتیک ، مهاجرت گویند که یک عامل مهم در عدم تعادل ژنتیکی در یک جمعیت به شمار می‌آید. مهاجرت در بعضی موارد مانند حرکت یک جانور از یک محل به محل دیگر ، قابل روئیت است. اما در موارد دیگر ، مانند انتقال گامتهای گیاهان یا گامتهای حاصل از جانوران دریایی در مراحل اولیه تشکیل آنها ، نامشهود است. اگر خصوصیات این جانور با خصوصیات جانوران دیگر مغایر باشد، در این صورت جانور جدید ، پس از آنکه به محیط جدید سازگاری کافی پیدا کرده و جفت‌گیری‌های تصادفی را انجام می‌دهد، موجب تغییر در ترکیب ژنتیکی آن [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] می‌شود.

• اثر مهاجرت خیلی ساده است. فرض کنید که یک جمعیت بزرگ شامل نسبتی برابر m مهاجر در هر نسل است. مابقی جمعیت یعنی بومی هستند. اگر فرض کنیم فراوانی یک ژن خاص در بین مهاجران و در بین افراد بومی برابر باشد، در آن صورت فراوانی ژن در جمعیت یعنی برابر است با :
  
  
  
  
  
  q∆ تفاوت بین فراوانی ژن جمعیت قبل و بعد از مهاجرت است:
  
  
  
  
  
  میزان تغییر فراوانی در جمعیتی که مهاجرت به آن صورت می‌گیرد، بستگی به میزان مهاجرت و تفاوت بین فراوانی‌های ژنی بومی و مهاجرین دارد.

آمیزش غیرتصادفی

بعضی از افراد که دارای ژنوتیپهای مشخص می‌باشند، بعضی مواقع به عوض اینکه با افراد مختلف آمیزش تصادفی داشته باشند، بطور غیر تصادفی و از قبل تعیین شده ، با همدیگر آمیزش می‌کنند، پدیده‌ای که آن را آمیزش غیرتصادفی می‌نامند. خویش‌آمیزی نوعی آمیزش غیرتصادفی است که از خصوصیات ویژه بسیاری از موجودات هرمافرودیت به شمار می‌رود. خویش‌آمیزی باعث می‌شود که فراوانی پاره‌ای از ژنوتیپها از آنچه که قانون هاردی _ وینبرگ پیش بینی می‌کند، متفاوت باشد. خویش‌آمیزی فراوانی اللی را تغییر نمی‌دهد، اما نسبت افراد هموزیگوس را در جمعیت افزایش می‌دهد.