معلومة

هل يمكن للهندسة الوراثية للحمض النووي للزيجوت البشري أن تجعله توأمًا لإنسان آخر؟

هل يمكن للهندسة الوراثية للحمض النووي للزيجوت البشري أن تجعله توأمًا لإنسان آخر؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

سؤالي بسيط. إذا أردت أن أصنع توأمًا دقيقًا للفرد ، فهل تكفي الهندسة الوراثية للحمض النووي للزيجوت لتتناسب مع الفرد؟


الجواب لا ، ولأن تسلسل الجينوم ليس كل المعلومات المطلوبة للتعبير الجيني وتطويره ، فهناك أيضًا عوامل لاجينية.

يتم تعيين الكثير من أنماط العلامات اللاجينية ، مثل معظم مثيلة الحمض النووي وبعض أنماط تعديل الهيستون ، أثناء تطور السلالة الجرثومية الأبوية ، ويتم نقل هذه العلامات إلى البيضة الملقحة عن طريق الأمشاج (باستثناء الهستونات الأبوية ، لا تنتقل هذه العلامات لأنها مؤقتة استبدال البروتامين في الحيوانات المنوية لزيادة الضغط). لذلك ، فإن الحمض النووي العاري الذي يتم إدخاله في نواة اللاقحة لن يتمكن من الوصول إلى الآلية التي أسست الإبيجينوم أثناء تطور الأمشاج.

وعلى الرغم من أن النيوكليوسومات قد تتجمع في البيضة الملقحة على الحمض النووي العاري ، إلا أن الهيستونات قد تكتسب تعديلات ما بعد الترجمة ، وقد يتم ميثلة السيتوزينات ، ولكن بالتأكيد لن يكون للزيجوت وسيلة لوضع أنماط مميزة بشكل صحيح من العلامات اللاجينية في الأليلات التي عادة ما يتم طبعها ، أي تلك الأليلات التي تعتمد حالتها اللاجينية على جنس الكائن الحي الذي أنتج الأمشاج.

لذلك ، فإن التوأم الذي تم إنشاؤه بهذه الطريقة سيكون له نفس تسلسل الحمض النووي ، لكنه سيكون عرضة للاضطرابات المرتبطة بالبصمة


تكاثر الحمض النووي (تخيل ، نحن PCR) سيكون صافيًا كافيًا. بادئ ذي بدء ، سيتعين عليك أيضًا نسخ الحمض النووي للميتوكوندريا وحزمه في الخلية. بعد ذلك ، كما ذكرنا ، يعد التعديل اللاجيني (الميثيل) وتعبئة الهيستون أمرًا ضروريًا للتطور السليم. ويجب أن تكرر هذه العلامات بشكل أساسي حالة الخلية المضيفة. أفضل تخميني هو أن الدقة الذرية للتكاثر الاصطناعي بالكامل للزايجوت ستكون كافية ، ولكن ليس فقط رمز الحمض النووي العاري (750 ميغابايت من المعلومات)


فسيفساء (علم الوراثة)

الفسيفساء أو الفسيفساء الجينية هي حالة في كائن متعدد الخلايا يمتلك فيها كائن حي واحد أكثر من خط جيني نتيجة طفرة جينية. [1] [2] هذا يعني أن السلالات الجينية المختلفة نتجت عن بويضة واحدة مخصبة. غالبًا ما يتم الخلط بين الفسيفساء الجينية والخلط ، حيث يظهر نوعان أو أكثر من الأنماط الجينية في فرد واحد على غرار الفسيفساء. في الخيمرية ، على الرغم من ذلك ، ينشأ النمطان الجينيان من اندماج أكثر من زيجوت مخصب في المراحل المبكرة من التطور الجنيني ، وليس من طفرة أو فقدان كروموسوم.

يمكن أن تنتج الفسيفساء الجينية من العديد من الآليات المختلفة بما في ذلك عدم انفصال الكروموسوم ، وتأخر الطور ، والتكاثر الداخلي. [3] تأخر الطور هو الطريقة الأكثر شيوعًا التي تنشأ من خلالها الفسيفساء في جنين ما قبل الغرس. [3] يمكن أن تنتج الفسيفساء أيضًا من طفرة في خلية واحدة أثناء التطور ، وفي هذه الحالة سوف تنتقل الطفرة فقط إلى الخلايا الوليدة (وستكون موجودة فقط في بعض الخلايا البالغة). [4] الفسيفساء الجسدية ليست وراثية بشكل عام لأنها لا تؤثر بشكل عام على الخلايا الجرثومية. [2]


هل يمكن للهندسة الوراثية للحمض النووي للزيجوت البشري أن تجعله توأمًا لإنسان آخر؟ - مادة الاحياء

الملخص

الكلمة & ldquoClone & rdquo تعني ، & ldquoIdentical & rdquo ، متطابقة في جميع الجوانب. من وجهة نظر بيولوجية ، يُقال إن كائنين أو أكثر من الكائنات الحية مستنسخات من بعضها البعض إذا كانت متطابقة شكليًا وتشريحًا والأهم من ذلك أنها متطابقة وراثيًا. الحيوانات المستنسخة لها جينوم متطابق. نظرًا لأن تخليق البروتين والتمثيل الغذائي يتم التحكم فيهما بواسطة جينوم الكائن الحي و rsquos ، فإن الحيوانات المستنسخة متطابقة في جميع الجوانب.

يتم الاستنساخ بطبيعته في العديد من الكائنات الحية ذات المستوى الأدنى مثل Monerans والفطريات وفي بعض حقيقيات النوى. يمكن ملاحظة الاستنساخ بوضوح أثناء تكاثر هذه الكائنات من خلال عملية تسمى & ldquobinary fission & rdquo ، حيث تنمو خلية واحدة وتنقسم إلى خليتين ابنتيتين متطابقتين. هم مستنسخون. يمكن أيضًا ملاحظة ذلك أثناء الانشطار & ldquomultiple و rdquo في بعض الأوليات مثل البلازموديوم.

يمكن أن يتم الاستنساخ بشكل مصطنع لإنتاج كائنات متطابقة وراثيا. تم تطوير عدة طرق لاستنساخ كائن حي. الطريقة الأكثر تطبيقا هي & ldquoSomatic الخلايا النووية نقل (SCNT) rdquo و. تم استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع لإنتاج عدد كبير من الكائنات الحية المتطابقة. كان أول حيوان مستنسخ بالكامل هو خروف اسمه دوللي. تم استنساخه بواسطة تقنية SCNT.

في نقل نواة الخلية الجسدية ، تؤخذ بويضة من أنثى ويتم إخراج نواتها والتخلص منها. بعد ذلك ، تؤخذ خلية من جسم نفس الكائن الحي ويجب أن تكون خلية أخرى غير الخلايا التناسلية. تسمى أي خلية جسمية غير الخلية التناسلية بالخلية الجسدية. يتم إخراج نواة هذه الخلية الجسدية بعناية ويتم إدخالها في الخلية السابقة & lsquoenucleated & rsquo. إنه ليس مجرد إدخال ، بل يتم دمجه مع البيضة المجوفة باستخدام الكهرباء. هذا يخدع البويضة المخصبة.

سأشرحها بمثال. لنفترض أننا نريد استنساخ بقرة تسمى & lsquoA & rsquo. سنطلب أولاً من البقرة أن تتبرع بيضة. نظرًا لأن هذا قد تبرع لنا ببيضة ، فقد أطلق عليه اسم & lsquoDonor & rsquo. الآن بعد أن صعدنا البويضة ، سنقوم بامتصاص النواة بعناية ونحافظ على الخلية & lsquoenucleated & rsquo بأمان. بعد ذلك ، سنذهب مرة أخرى إلى البقرة المانحة ونأخذ خلية من جزء آخر من الجسم. هذه الخلايا ثنائية الصبغة. مرة أخرى اسحب النواة وهذه المرة حافظ على سلامة النواة. الآن ، أدخل هذه النواة بعناية في الخلية المنضوية مسبقًا وقم بتطبيق تيار كهربائي بجهد مناسب.

هذا و rsquos ذلك! إذا قمنا بعمل كل شيء بشكل مثالي ، فإن البويضة (التي تتظاهر الآن بأنها زيجوت) يجب أن تتطور إلى جنين وتتحول ببطء إلى بقرة مستنسخة من البقرة المانحة!
انظر إلى هذه الصورة ، فهي تصف تقنية SCNT. هذه هي الطريقة التي تم بها استنساخ دوللي

الاستنساخ البشري

تمكن العلماء من استنساخ عدد من الحيوانات مثل الأغنام والبقر والفئران وما إلى ذلك ، لكن حلمهم في استنساخ الإنسان لم يتحقق. كانت هناك محاولات عديدة لاستنساخ الإنسان. لقد أصبحت قضية أخلاقية واجتماعية أكثر من كونها تقدمًا علميًا. ادعى العديد من العلماء أنهم قاموا باستنساخ الإنسان. في عام 2004 ، ادعى عالم كوري جنوبي وفريقه أنهم نجحوا في استنساخ 11 جنينًا بشريًا لغرض استخراج الخلايا الجذعية في وقت لاحق ، وتم التأكيد على أن ذلك كان بيانًا كاذبًا.

يقول العلماء إنه في الواقع من الممكن استنساخ إنسان باستخدام SCNT الشهير. الخلية التي تحتوي على الحمض النووي تؤخذ من الشخص المستنسخ. ثم يتم دمج البويضة المستأصلة مع خلية موضوع الاستنساخ باستخدام الكهرباء. يؤدي هذا إلى تكوين جنين يتم زرعه في أم بديلة من خلال الإخصاب في المختبر. إذا نجح الإجراء ، فإن الأم البديلة ستلد طفلًا يكون نسخة طبق الأصل من موضوع الاستنساخ في نهاية فترة الحمل العادية. يقدر معدل النجاح بحوالي 2٪.

العملية

الآن ، أذكر الخطوات المتبعة في استنساخ الإنسان بإيجاز. العملية الفعلية أكثر تعقيدًا بكثير مما تصوره الخطوات هنا.

الخطوةالاولى:

اذهب واحضر بيضة بشرية! نعم بالطبع ، سوف تحتاج إلى بويضة بشرية حية غير مخصبة. يحصل عليها العلماء من بنوك البيض حيث يتم تخزين البيض بأمان في بيئة شديدة البرودة ، ربما حوالي -196 درجة مئوية.

الخطوة الثانية:

والخطوة التالية هي الحصول على أي خلية أخرى من الخلايا التناسلية من الفرد ليتم استنساخها. تسمى هذه الخلايا بالخلايا الجسدية.

يفضل الحصول عليها من الأنسجة الرخوة في الجسم حيث تكون الخلايا نشطة وشابة.

الخطوة الثالثة:

بعد الحصول على الخلية الجسدية ، فإن الخطوة التالية هي استخراج نواتها بعناية. بعد استخراج النواة ، يتم التخلص من الجزء المتبقي من الخلية ويتم الاحتفاظ بالنواة آمنة للعملية التالية.

الخطوة الرابعة:

الآن نأخذ البيضة مرة أخرى ونستخرج نواتها. هذه المرة ، نرمي النواة بعيدًا ونبقي الخلية المجوفة معنا. نعم! تخلص من النواة بعيدًا. فقط الخلية المنضوية ستكون جزءًا من العملية.

الخطوة الخامسة:

الآن لدينا كل المواد الخام لعملية الاستنساخ. في هذه الخطوة ، يتم حقن النواة المستخرجة من الخلية الجسدية بعناية في البويضة المنزوعة النواة. هذه تبدو كخلية جديدة! لكن العملية لن تكتمل بدون الخطوة التالية.

الخطوة السادسة:

لجعل الخلية تعمل بالفعل ، يجب تنشيط الخلية باستخدام شرارة كهربائية. ثم تندمج النواة مع الخلية وتشكل نوعًا من الزيجوت الزائف. هذه هي الخطوة الأخيرة في الاستنساخ البشري. نظرًا لأننا أنتجنا الزيجوت ، فإن بقية العملية تتبع الخطوات العادية مثل التطور الجنيني وما إلى ذلك.

مزيد من تطوير البيضة الملقحة يحتاج إلى أن يتم زرعها في رحم الأم البديلة. بعد النمو الكامل ، سيكون الفرد استنساخًا دقيقًا للشخص الذي تم استخراج الخلية الجسدية منه.

تبدو العملية سهلة للغاية عند قراءة هذه الخطوات الست. ولكنه في الواقع معقد للغاية وفرصة تطوير البيضة الملقحة المستنسخة بنجاح إلى جنين ثم إلى فرد كامل النمو ضئيلة للغاية.

بذلت محاولات كثيرة لاستنساخ الإنسان. وقد نجح بعضهم في إنتاج البيضة الملقحة المستنسخة ، بل وواصلوا تطوير الجنين. لكن العملية انتهت عند هذا الحد.

الخلافات الأخلاقية

تبدو العملية برمتها ممتعة للغاية. ولكن ، هناك عدد من القضايا الأخلاقية المرتبطة بهذه التكنولوجيا. يعتقد بعض الناس أن استنساخ الإنسان يخلق هوية أخرى للإنسان الحالي وهذا من شأنه أن يؤدي إلى الكثير من المشاكل الاجتماعية.

على سبيل المثال ، ستكون المتبرعة بالحمض النووي هي التوأم الجيني للنسخة ، وليس الأم ، مما يعقد العلاقات الجينية والاجتماعية بين الأم والطفل وكذلك العلاقات بين أفراد الأسرة الآخرين والمستنسخة. العديد من الأديان هي أيضا ضد هذه العملية. على سبيل المثال ، يعتبر المسلمون السنة استنساخ البشر محظورًا في الإسلام.

الفوائد والمشاكل

يعتقد العديد من العلماء أن عملية استنساخ الإنسان يمكن أن تكون مفيدة للغاية. يأمل البعض في إنشاء علاج للخصوبة يسمح للآباء الذين يعانون من العقم بإنجاب أطفال لديهم على الأقل بعض الحمض النووي الخاص بهم في ذريتهم. بينما يقترح آخرون أن الاستنساخ البشري قد يتجنب عملية الشيخوخة البشرية. أحد الخيارات المدروسة لإصلاح نضوب الخلايا المرتبط بالشيخوخة الخلوية هو زراعة أنسجة بديلة من الخلايا الجذعية المأخوذة من جنين مستنسخ. هناك أيضًا العديد من المشكلات المتعلقة بهذه التكنولوجيا. هذه عملية مكلفة للغاية ولا يمكن إنتاجها بسهولة. معدل نجاح إنتاج إنسان مستنسخ منخفض للغاية.

استنتاج:

لذا ، فإن استنساخ الإنسان ممكن بالفعل وقد تم إجراء هذه التجربة عدة مرات في جميع أنحاء العالم من قبل العديد من المنظمات. هناك أيضًا العديد من القوانين المطبقة بخصوص هذه العملية المثيرة للجدل في جميع البلدان تقريبًا. لا يوجد سوى عدد قليل من البلدان التي لا يحظر فيها الاستنساخ البشري تمامًا. الولايات المتحدة واحدة منهم. ليس لديها قواعد صارمة تحظر هذه التكنولوجيا. يستمر هذا الجدل إلى الأبد وفي يوم من الأيام ، سيصنع بعض العلماء بالتأكيد استنساخه الخاص ويثبت أن استنساخ البشر هو حقيقة واقعة.


هل يمكن للهندسة الوراثية للحمض النووي للزيجوت البشري أن تجعله توأمًا لإنسان آخر؟ - مادة الاحياء

مجلة جامعة كامبريدج للعلوم

في السنوات الأخيرة ، سمحت التطورات في تقنيات تحرير الجينوم للعلماء بمعالجة الحمض النووي البشري بمزيد من السهولة والدقة. ومع ذلك ، فإن الأطر التنظيمية والأخلاقية لم تواكب التكنولوجيا ، مما يترك العلماء بدون مبادئ توجيهية واضحة في مجال يعاني بالفعل من المناقشات المتعلقة بسلامة وأخلاق أبحاثه. يعتمد العلاج الجيني التقليدي عادةً على الجين المرغوب الذي يتم تسليمه إلى نوع معين من الخلايا في المريض (غالبًا أنواع خلايا محددة ذات صلة بالمرض) ، ثم يتم دمجه لاحقًا في جينومات تلك الخلايا. عادة ، يتم إجراء ذلك على الخلايا التي لا تنقل معلوماتها الوراثية إلى نسلها ، والتي تسمى الخلايا الجسدية ، على عكس خلايا السلالة الجرثومية مثل البويضة والحيوانات المنوية والزيجوت. الأكثر إثارة للجدل هي تلك التقنيات التي تدخل تغييرات وراثية وراثية ، تسمى تعديلات الخط الجرثومي.

تقليديًا ، لم يتم إدخال مثل هذه التغييرات إلا في الحيوانات غير البشرية ، مثل "oncomouse" الشهير المصمم هندسيًا ليكون أكثر عرضة للإصابة بالسرطان وأنواع عديدة من النباتات الزراعية. ومع ذلك ، في نوفمبر 2018 ، ادعى العالم الصيني هي جيانكوي أنه نجح في تحرير الخطوط الجرثومية لجنين بشريين ، وقام بتغيير الجين لإدخال مقاومة فيروس نقص المناعة البشرية. على الرغم من أن الدقة العلمية لهذا الادعاء محل نقاش ، إلا أن استجابة المجتمع العلمي كانت سلبية بشكل شبه موحد حتى أن البعض وصف العمل بأنه "وحشي". ليس من المستغرب إذن أن يكون العمل قد دفع لجنة منظمة الصحة العالمية (WHO) للمطالبة بتسجيل لتحرير الجينوم البشري و

يقترح بعض العلماء وقفاً اختيارياً كاملاً لهذا النوع من البحث. ومع ذلك ، فإن السهولة التي يمكن للعلم الحديث من خلالها تعديل المواد الجينية تشير إلى أنه قد يكون مسألة متى ، وليس ما إذا ، نرى ظهور علاجات تحرير الخط الجرثومي. هل تم فتح صندوق Pandora بالفعل؟

تاريخ قصير لتحرير الجينوم

يمكن القول أن البشر قد قاموا بتعديل بيئتهم عن طريق الهندسة الوراثية منذ بداية الحضارة نفسها. في الواقع ، تمتد الأدلة على التربية الانتقائية للنباتات والماشية إلى آلاف السنين قبل أن يقدم جريجور مندل مفهوم العوامل الموروثة ، التي نسميها الآن الجينات ، في القرن التاسع عشر. سيتم اختيار النباتات أو الحيوانات ذات السمة المرغوبة - على سبيل المثال أكبر فاكهة أو أفضل إنتاج للحليب - من قبل المزارعين لإنشاء الجيل التالي على أمل أن تظهر نسلهم أيضًا تلك الخاصية أو النمط الظاهري. نظرًا لأن التركيب الجيني للنباتات يقوم على أساس هذه الأنماط الظاهرية ، فقد تلاعب المربون عن غير قصد بجينومات المحاصيل والماشية. في الواقع ، كانت مساهمة مندل الرئيسية هي إثبات وجود وحدات الميراث التي يتم نقلها من جيل إلى آخر. اعتماد الأفكار المبكرة المتعلقة

ساهمت الوراثة والتربية الانتقائية في الكوارث الأخلاقية ، مثل برامج تحسين النسل في أوائل القرن العشرين. ومع ذلك ، نمت هذه الأفكار في النهاية إلى مجال علم الوراثة الحديث الذي يشكل حجر الزاوية في البحث البيولوجي الحديث.

تطلب ظهور الهندسة الوراثية بالمعنى الحديث للمصطلح معرفة أعمق بالمواد الوراثية. في عام 1953 ، اكتشف واتسون وكريك وفرانكلين وويلكنز البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي التي نعرفها اليوم: معلم رائد وسّع فهمنا لكيفية قراءة رسالة الحمض النووي ونسخها. في النظرية الجينية التي تم تطويرها في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي ، يتم تشفير المعلومات الجينية في الحمض النووي. يتم نسخ أجزاء معينة من الحمض النووي والجينات في الحمض النووي الريبي الذي يحمل هذه التعليمات إلى الآلية الخلوية التي تصنع البروتينات ، والتي تؤدي العديد من الوظائف الأساسية داخل الخلية. هذا هو الأخير

التي تؤدي إلى ظهور الأنماط الظاهرية التي لاحظها مندل. وبالتالي ، فإن التعليمات المشفرة في الجينوم البشري تؤثر على شكلنا وحجمنا وجنسنا ووظيفتنا ، والأهم من ذلك على الخلل الوظيفي. هذا الفهم الآلي للوراثة جعل تغيير الجينات للقضاء على المرض أو إنشاء أنماط ظاهرية جديدة يبدو أمرًا ممكنًا. أصبحت كتابة الحياة وتحريرها وتصميمها بسرعة ، من الناحية النظرية ، الآن داخل عالم العلوم بدلاً من الخيال العلمي.

بعد الستينيات ، تقدمت الهندسة الوراثية بسرعة. بحلول عام 1972 ، تم تصنيع أول دنا [مؤتلف] من صنع الإنسان عن طريق ضم دنا معًا من فيروسين. بحلول عام 1973 ، تم استنساخ أول جين حيواني - جزء من DNA من ضفدع كان

تحولت إلى بكتيريا ، ثم أنتجت بروتين الضفدع. في عام 1976 ، أسس هربرت بوير أول شركة هندسة وراثية ، وهي شركة Genentech ، والتي استخدمت بكتيريا معدلة وراثيًا لإنتاج هرمون الأنسولين البشري. ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من علماء الأحياء ، فإن الإمكانات الحقيقية للهندسة الوراثية تكمن بدلاً من ذلك في تعديل المادة الوراثية في البشر الأحياء. كان العلاج الجيني - تعديل الجينات البشرية المعيبة أو إزالتها أو استبدالها - يبشر بالقضاء على الأمراض الوراثية.

تم تطوير العديد من أنظمة توصيل الجينات في أواخر السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي لتوصيل الحمض النووي إلى نواة الخلية. ومع ذلك ، كافح الباحثون لإيجاد طرق للتحكم في موقع إدخال الجينات. أدى ذلك إلى احتمالية عدم اندماج الجينات في جينوم الخلية المستهدفة على الإطلاق أو دمجها ولكن عدم "قراءتها" بواسطة آلية الخلية لإنتاج بروتين ، مما يجعل الحمض النووي المُدخل عديم الفائدة. والأسوأ من ذلك ، قد يتم إدخال جين صحي محتمل في منتصف جين مهم آخر ، مما يؤدي إلى تدمير وظيفة الجين العامل وخلق المزيد من المشاكل. في عام 1972 ، شارك ثيودور فريدمان وريتشارد روبلين في تأليف المقال

ورقة بعنوان "العلاج الجيني للأمراض الوراثية البشرية؟" حيث تصوروا أنه يمكن معالجة الأمراض الوراثية لدى البشر من خلال استخدام العلاج الجيني. يُنظر إلى الورقة نفسها على أنها علامة فارقة في هذا المجال ، على الرغم من أن رسالتها الرئيسية هي التحذير:

تردد صدى هذا الشعور بالحذر في مؤتمر أسيلومار لعام 1975 ، الذي وضع مبادئ توجيهية صارمة بشأن تقنية الحمض النووي المؤتلف التي تم تبنيها لاحقًا من قبل المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة وإدارة الغذاء والدواء. على الرغم من هذه التناقضات التقنية والاجتماعية ، بحلول عام 1990 ، كانت أول تجربة للعلاج الجيني البشري جارية. نظرًا لقدرتها على دخول الخلايا بسهولة ، استخدم الباحثون الفيروسات لتوصيل الحمض النووي المطلوب. في هذه الحالة ، حل العلاج مؤقتًا محل الجين المعيب في فتاة تبلغ من العمر أربع سنوات تعاني من اضطراب وراثي نادر ، مما يوفر علاجًا شبه دائم.

ومع ذلك ، اتسمت المحاكمات المبكرة الواعدة بالمأساة. في سبتمبر 1999 ، أصبح جيسي جيلسنجر أول شخص يموت من العلاج الجيني بعد التطوع في تجربة سريرية. في حالة جيسي ، تسببت النواقل الفيروسية المستخدمة لإيصال الجين إلى خلاياه في رد فعل مناعي شديد ، مما أدى إلى وفاته بعد أربعة أيام من الحقن. في عام 2002 ، أوقفت تجربة سريرية تستخدم العلاج الجيني لمكافحة نقص المناعة لدى الأطفال بعد أن أصيب أحد الأشخاص بسرطان الدم بشكل مأساوي. أطلق على الطفل لقب "أول ضحية للسرطان للعلاج الجيني". أشارت هذه الوفيات بوضوح إلى أن فهمنا "للعمليات الأساسية" لفريدمان ما زال غير موجود.

على الرغم من هذه المآسي ، استمرت تقنيات تعديل الجينات في التحسن خلال التسعينيات والعام 2000. بحلول منتصف التسعينيات ، تم تطوير الجيل التالي من تقنيات العلاج الجيني ، مما يعد بعلاجات مستقبلية أكثر أمانًا وفعالية.واحدة من أولى هذه التقنيات كانت نوكلياز إصبع الزنك (ZFNs). على عكس التقنيات السابقة غير الدقيقة ، يمكن أن تتعرف ZFNs على أقسام قصيرة محددة من الحمض النووي وتقطعها ، مما يزيد بشكل كبير من احتمال دمج الجين المحور بشكل صحيح في موقع القطع. في النهاية تم إنشاء ناقلات فيروسية أيضًا حيث تمت إزالة الجينوم الفيروسي الأصلي. هذا يعني أنه من غير المحتمل أن يتكاثر الفيروس داخل المريض ، مما يقلل من فرصة حدوث رد فعل سلبي. علاوة على ذلك ، شهد عام 2009 اكتشاف نوكليازات المستجيب الشبيه بمنشط النسخ (TALENs) والتي يمكن أن تقطع الجينوم بخصوصية أعلى بكثير من ZFNs ويتم إنشاؤها في وقت أقل. مع الأدوات المتطورة بشكل متزايد القادرة على هندسة الجينوم الأكثر دقة واستعادة الثقة في تحرير الجينات ، بحلول أوائل التسعينيات ، بدأت تجارب العلاج الجيني تصبح أكثر شيوعًا. بحلول عام 2010 ، كانت تجارب العلاج الجيني قيد التنفيذ لأمراض تتراوح من أمراض الشبكية الوراثية إلى فيروس نقص المناعة البشرية. على الرغم من استخدام تحرير السلالة الجرثومية في الزراعة ، فإن المخاطر المرتبطة والجدل الأخلاقي المحيط بتعديلات السلالة الجرثومية في الإنسان الحي ضمنت بقائها ثابتة داخل مختبرات الطب الحيوي. على الرغم من التقدم التقني الهائل منذ ولادة هندسة الجينوم ، بحلول عام 2010 ، كان التحرير الموثوق والمحدّد والآمن للحمض النووي لا يزال حلمًا علميًا. ربما لهذا السبب فإن القضايا الأخلاقية والتنظيمية المحيطة بتعديلات السلالة الجرثومية غائبة إلى حد ما في الأدبيات العلمية. تغيرت هذه المحادثة بشكل كبير ، مع اكتشاف أن نظام دفاع بكتيري قديم يسمى كريسبر يمكنه تعديل الحمض النووي. أشعلت تقنية كريسبر حريقًا تغلغل منذ ذلك الحين في علم الأحياء الجزيئي الحديث.

من المناعة الفيروسية إلى هندسة الجينوم - يبدأ نظام المناعة البكتيرية آفاقًا جديدة في العلوم

أصبحت كريسبر اختصارًا لأداة أنيقة لتحرير الجينات أحدثت ثورة في قدرة العلماء على تغيير تسلسل الحمض النووي. تم اكتشاف نظام CRISPR من خلال التعاون متعدد التخصصات بين علماء الأحياء الدقيقة والكيمياء الحيوية الهيكلية ، وهو عبارة عن آلية دفاع قديمة تستخدمها البكتيريا لمحاربة المتسللين الفيروسيين. يقطع Cas9 ، المكون البروتيني لنظام CRISPR ، الحمض النووي بطريقة قابلة للبرمجة مسترشدة بمجموعة من تعليمات RNA التي توفرها الخلية أو ، في سياق الهندسة الوراثية ، بواسطة الباحث. يمكن تصميم متواليات الحمض النووي الريبي والحمض النووي وإنتاجها في المختبر بتكلفة زهيدة نسبيًا و

بسرعة ، ومن السهل تصميم تسلسل الحمض النووي الريبي الذي يستهدف منطقة محددة جدًا من الحمض النووي. هذا يعني أنه يمكن استهداف أنظمة كريسبر في أي مكان تقريبًا ، في أي جينوم ، قفزة رائدة إلى الأمام في التكنولوجيا على التقنيات السابقة. أصبح لدى العلماء الآن طريقة دقيقة ومحددة الموقع لإحداث تغييرات في الحمض النووي والتي وعدت بأن تكون أسهل في التنفيذ ولم تتكبد الوقت والتكلفة وصعوبة تصنيع ZFNs أو TALENs. مما لا يثير الدهشة ، أن هذا النظام لم يستغرق وقتًا طويلاً ليتم تكييفه مع الجينوم البشري: بحلول عام 2013 ، أفاد مختبر Feng Zhang أن CRISPR كان يعمل في خلايا الثدييات ، مما أدى إلى زيادة هائلة في استخدامه في الإجابة على مجموعة كبيرة من الأسئلة البيولوجية. في الوقت الحاضر ، تعد تقنية كريسبر تقنية شائعة مستخدمة في العديد من المختبرات لأغراض تتراوح من تحرير الجينات للمساعدة في فهم دور بروتينات معينة في بيولوجيا الخلية ، إلى هندسة نماذج الأمراض في الفئران لفهم المرض بشكل أفضل. لقد أعادت كريسبر تشكيل مشهد البحث بسرعة وغيرت الطريقة التي نتعامل بها مع علم الأحياء في المستقبل المنظور.

الجانب المظلم لتحرير الجينوم. أم هو ضوء ساطع؟

يصاحب كل تقدم جديد في هندسة الجينوم نقاش حول السلامة والأخلاق. مع ظهور تقنية كريسبر ، سرعان ما أصبح من الواضح أن هذه التكنولوجيا يمكن استخدامها لتحرير الأجنة البشرية بسهولة أكبر بكثير من التقنيات السابقة. بينما تتزايد كفاءة التحرير باستخدام كريسبر ، لا تزال هناك إمكانية للتأثيرات "غير المستهدفة" ، وهو مصطلح تقني للتغييرات غير المقصودة في الجينوم خارج المنطقة المستهدفة. بعض هذه التغييرات لن تفعل شيئًا ، والبعض الآخر قد يؤثر على الجينات التي تؤثر على السرطان أو أمراض أخرى ، ويحتمل أن يكون لها عواقب وخيمة. نتيجة لذلك ، تعرض استخدام كريسبر في بيئة سريرية من وجهة نظر فنية لانتقادات مناسبة وضرورية للغاية.

أبعد من ذلك ، يتساءل الكثير من الناس عن الآثار الأخلاقية والمعنوية لمفهوم جنسنا البشري وتطوره إذا بدأنا في تعديل الجينوم الموروث كما نرغب. في أقصى الحدود ، لا يزال هناك قلق يحيط بالأطفال "المصممين" - ذرية تم هندسة جينوماتهم قبل الحمل حتى يظهر النسل سمات معينة مرغوبة. يتفق المجتمع العلمي إلى حد كبير على أن احتمال استخدام تعديل الخط الجرثومي لإدخال تغييرات تجميلية لا يزال بعيد المنال. الاستخدام الأكثر احتمالا لتحرير جينوم السلالة الجرثومية هو تصحيح الاضطرابات الوراثية التي تحددها طفرة جين واحد ، وهو ما يسمى "التصحيح الجيني". تعتبر الاضطرابات مثل نقص المناعة المركب الحاد والبشرة الفتية ، وهو اضطراب جلدي نادر وشديد ، أمثلة مثالية للأمراض التي تبدو مناسبة للموافقة السريرية ، حيث أن استبدال النسخة المكسورة من الجين بنسخة وظيفية من شأنه أن يغير تمامًا نوعية الحياة بالنسبة للمريض. الفرد المصاب.

عندما تم الإبلاغ عن أجنة بشرية معدلة بتقنية CRISPR مع إمكانية نقلها إلى الرحم لأول مرة في عام 2015 ، تم استدعاء القمة الدولية الأولى لتحرير الجينوم البشري. كان الاستنتاج الرئيسي لهذا الاجتماع ، الذي حضره خبراء من جميع أنحاء العالم ، أنه سيكون من غير المسؤول المضي قدمًا في تحرير الجينوم البشري إلى أن يتم إثبات السلامة والفعالية على الأقل ، ولا يتم استخدامه إلا في الحالات التي تم فيها استخدام العلاج الجيني. تعتبر مناسبة وضرورية بما فيه الكفاية. اعتبر الكثيرون هذا البيان إجماعًا علميًا واضحًا لا لبس فيه ضد استخدام هذه التقنيات في بيئة سريرية في الوقت الحاضر.

بعد مرور ثلاث سنوات سريعًا ، اقترب باحث صيني يدعى He Jiankui بعصبية من المنصة في القمة الدولية الثانية لتحرير الجينوم البشري. أمام جمهور مرعوب ، كشف أن مختبره قد قام بتعديل الحمض النووي للأطفال التوأمين المولودين في أواخر العام الماضي ، مما أدى إلى تغيير جينوم هؤلاء الأطفال وذريتهم بشكل دائم. من خلال القيام بذلك ، انتهك عددًا لا يحصى من المعايير الأخلاقية والعلمية المحيطة بتحرير الخط الجرثومي البشري ، وأعاد تنشيط النقاش حول هندسة الجينوم البشري ، هذه المرة بإحساس أكثر حدة بكثير للإلحاح.

في مجال الهندسة الوراثية ، غالبًا ما يتم التمييز بين التصحيح الجيني والتعزيز الجيني ، وغالبًا ما يدخل هذا التمييز في مناقشات أخلاقية حول مدى ملاءمة استخدام تقنيات تحرير الجينات. يتفق العديد من العلماء على أن التصحيح هو الأنسب من الناحية الأخلاقية. ومع ذلك ، فقد كان يهدف إلى جعل التوأم يقاومان فيروس نقص المناعة البشرية عن طريق تعطيل جين يسمى CCR5 ، وهو جين مهم لفيروس نقص المناعة البشرية للدخول إلى الخلايا. نظرًا لعدم وجود احتمال خاص لإصابة التوأم بفيروس نقص المناعة البشرية ، على الرغم من أن والدهما مصاب بفيروس نقص المناعة البشرية ، في الشروط الموضحة أعلاه ، فمن الواضح أن تدخل هو هو تحسين وراثي.

إن تفاهة التغييرات الجينية في حالة التوائم توضح سبب ضرورة توخي الحذر الشديد في استخدام هذه التقنيات. إن تقنية كريسبر ليست فعالة بنسبة 100٪ ، وبالتالي لا يزال أحد التوائم يحتفظ بنسخة وظيفية واحدة من جين CCR5 ، وبالتالي لن يكون محصنًا ضد فيروس نقص المناعة البشرية. علاوة على ذلك ، في حين أن الأفراد الذين يفتقرون إلى CCR5 يبدون مقاومة لفيروس نقص المناعة البشرية ، تشير بعض الدراسات إلى أن حذفه قد يزيد في الواقع من احتمالية الإصابة بأنواع معينة من السرطان وكذلك العدوى بالأمراض التي تنقلها القراد وفيروس غرب النيل. علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن متغير CCR5 الذي يحدث بشكل طبيعي يوفر الحماية ضد السلالة الأكثر شيوعًا لفيروس نقص المناعة البشرية ولكن ليس ضد سلالة X4 الأقل شيوعًا. لا يزال أولئك الذين حضروا القمة الدولية غير مقتنعين بأنه بينما نجح في تعطيل الجين CCR5 ، لم تكن هناك تأثيرات خارج الهدف. لذلك ، في حين أن التغييرات في جينوم الأفراد المعنيين قد تحميهم من العدوى إلى حد ما ، يتفق معظم الخبراء على أن المخاطر تفوق بكثير الفوائد المحتملة في هذا السيناريو.

الانتقال من أطفال كريسبر - مستقبل لتحرير السلالة الجرثومية؟

تجاوز عمله العديد من الخطوط الأخلاقية والقانونية. بعد فصله من منصبه الأكاديمي ، من المحتمل أن يواجه اتهامات جنائية بتزوير الموافقة الأخلاقية والسماح للأفراد المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية باستخدام تقنيات الإنجاب (هذا مخالف للقانون في الصين). ما الذي سيحدث في أعقاب التحقيق الوطني الجاري لا يزال غير واضح. ومع ذلك ، هناك إجماع واسع على أن الحكومة الصينية تتحمل مسؤولية المراقبة الدقيقة ورفاهية الأطفال المولودين من هذه المعاملة (يُزعم أن ثلثهم في الطريق). في الواقع ، انخرطت الصين في مشاورات عامة حول مشروع قانون جديد يتعلق بتحرير الجينوم.

لكن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو المناقشة الدولية التي أثارها العمل المقدم في هونغ كونغ. وكان من بين أبرزها دعوة د. إريك لاندر وزملاؤه لوقف خمس سنوات على تعديل الخط الجرثومي لإتاحة الوقت لوضع إطار تنظيمي دولي. لاندر وآخرون. نقترح أن تلتزم الدول التي تلي الوقف بعملية مراجعة من ثلاث خطوات قبل أي استخدام إكلينيكي لهندسة الجينوم. أولاً ، يجب على الدولة أن توزع إشعارًا عامًا عن نية استخدام تعديل السلالة الجرثومية البشرية للسماح بمناقشة إيجابيات وسلبيات القيام بذلك. ثانيًا ، يجب على البلدان الانخراط في مشاورات دولية صارمة لتلبية الاهتمامات التقنية والعلمية والطبية لاستخدام العلاج وكذلك تبرير المخاوف المجتمعية والأخلاقية والمعنوية. أخيرًا ، يجب على البلدان أن تتوصل إلى إجماع مجتمعي أوسع داخل البلد الذي سيُعقد فيه حول ما إذا كان يجب المضي قدمًا في الطلب أم لا. وقد تم دعم هذا الوقف الاختياري والإطار النموذجي من قبل عدد من الهيئات رفيعة المستوى ، مثل المعاهد الوطنية للصحة ، وكان موضوع اجتماعات منظمة الصحة العالمية الأخيرة. وقد عزز هذا الأخير وقف التحرير وكذلك إدخال سجل واستطلاع آراء المجتمع حول التحرير.

يعد تحرير الخط الجرثومي غير قانوني حاليًا في أكثر من 30 دولة ، ولكن في العديد من هذه البلدان تم منح الموافقة على استخدام تقنيات كريسبر للعلاج الجيني التصحيحي في الخلايا الجسدية مثل تلك الموجودة في الأنسجة البالغة. في عام 2016 ، فازت شركة GlaxoSmithKline بالموافقة الأخلاقية على عقار Strimvelis ، وهو علاج مروج لنقص المناعة المشترك الشديد بسبب طفرة في الجين الخاص ببروتين يسمى adenosine deaminase (ADA). يعاني مرضى هذا المرض المدمر والنادر من ضعف شديد في جهاز المناعة ولا يمكنهم محاربة العدوى. يجب أن يظلوا محصورين في بيئة معقمة ، مما يؤدي إلى رداءة نوعية الحياة وانخفاض متوسط ​​العمر المتوقع. في هذا العلاج ، يتم استخراج الخلايا الجذعية التي تنتج خلايا مناعية مهمة من الدم. ثم يتم استخدام التحرير الجيني لتصحيح النسخة المكسورة من جين ADA. عندما يتم إرجاع هذه الخلايا ، يمكن للمريض إنتاج خلايا مناعية وظيفية تحتفظ بالجين الذي تم إصلاحه لبقية حياتهم. في حين أن هذا العلاج فعال فقط لعدد صغير من المرضى ، إلا أنه يمثل استخدامًا آمنًا وأخلاقيًا ويغير حياة هذه التكنولوجيا حقًا. توضح التقارير الأكثر حداثة أن التجارب الأولى للعلاج الجيني التصحيحي لعلاج نوعين من الساركوما والورم النخاعي المتعدد ، سرطانات النسيج الضام والدم على التوالي ، قد حصلت على الموافقة الأخلاقية في الولايات المتحدة.

من المحتمل أن يقترب العلاج الجيني التصحيحي الروتيني بسرعة ، كما أن تعديل الجينات في السلالة الجرثومية ، في رأي العديد من الخبراء ، أمر لا مفر منه. من الواضح أن صندوق Pandora مفتوح بالفعل ، والسؤال هو ما إذا كنا نريد محاولة إغلاقه مرة أخرى. إذا لم يكن كذلك ، فكيف نرى أنه أصبح جزءًا من عالمنا؟ ماذا يعني هذا لتجربتنا كنوع؟

أندرو مالكولم ودومينيك هول وجون جاردين هم طلاب دكتوراه في السنة الأولى في معهد ويلكوم- إم آر سي للخلايا الجذعية. عمل فني من قبل إيفان هاميلتون


هذه المرأة توأمها الخاص: ما هي الكيمرية؟

غالبًا ما يشعر التوائم أن لديهم علاقة خاصة ، ولكن بالنسبة لإحدى النساء في كاليفورنيا ، فإن الاتصال عميق بشكل خاص - فهي توأمها.

المرأة ، المغنية تايلور مول ، لديها حالة تسمى الخيمرية ، مما يعني أن لديها مجموعتين من الحمض النووي ، كل واحدة بها الشفرة الجينية لتكوين شخص منفصل. وقالت لمجلة بيبول إن الحالة النادرة يمكن أن تحدث أثناء نمو الجنين في حالة موهل ، فقد أنجبت توأمًا شقيقًا امتصته في الرحم.

توضح الحالة سبب إصابة موهل بما يبدو أنه وحمة كبيرة على جذعها. جانب واحد له لون تصبغ جلدي مختلف عن الجانب الآخر - نتيجة الحمض النووي لتوأمها.

"شعرت بالحرية [بعد التشخيص] لأنه لأول مرة في حياتي عرفت لماذا تبدو معدتي كما هي ،" قال مول اشخاص. "قبل ذلك ، قال كل طبيب أن معدتي كانت مجرد وحمة ... أخيرًا ، هذا منطقي." [مشاهدة مزدوج: 8 حقائق رائعة عن التوائم]

Muhl لديه نوع من الخيمرية يسمى الكيمرية الرباعية. يمكن أن يحدث هذا في حالات التوائم الأخوية ، حيث توجد بيضتان منفصلتان مخصبتان بحيوان منوي منفصلين ، والبيضتان الملقحة "تندمجان وتشكلان كائنًا بشريًا واحدًا مع سلالتين مختلفتين من الخلايا" ، وفقًا لما قالته الدكتورة بروشا ترشيش ، عالمة الوراثة السريرية في نيكلوس. مستشفى الأطفال ، في ميامي ، الذي لا علاقة له بقضية موهل. قال ترشيش إن هذا يحدث في وقت مبكر جدًا من التطور الجنيني.

قال ترشيش إنه في معظم الأوقات ، ربما لا يتم تشخيص الأشخاص المصابين بالخيال. في الواقع ، بدون اختبارات طبية حيوية محددة (مثل الاختبارات الجينية) ، من المستحيل على الأطباء معرفة أن المريض عبارة عن وهم ، وفقًا لورقة بحثية عام 2009 حول الحالة. لكن قد تكون هناك أدلة خفية على هذه الحالة: بعض الأشخاص المصابين بالخيال لديهم لون بشرة "غير مكتمل" (مثل موهل) أو عيون مختلفة الألوان ، حسبما ذكرت الصحيفة. في بعض الحالات ، يتم تشخيص الكيمرية عندما يكون لدى الشخص نوعان مختلفان من الدم.

قال ترشيش إنه من الصعب التنبؤ بكيفية ظهور الحالة أو الأنسجة الأكثر تضررًا. قال ترشيش إنه من الشائع أن يتفوق أحد سلالات الخلايا على الآخر ، لذلك ينتهي الأمر بالناس بالحصول على غالبية خلاياهم من مجموعة واحدة من الحمض النووي ، بدلاً من تقسيم 50-50 بين خطوط الخلايا.

في الحالات التي توجد فيها مجموعات مختلفة من الكروموسومات الجنسية (XX و XY) ، يمكن أن تتأثر الأعضاء التناسلية الداخلية والخارجية. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي هذا إلى أعضاء تناسلية غامضة ، كما قال ترشيش. (تم الإبلاغ سابقًا عن أن التوأم الشقيق لموهل كان "أختها" ، مما يعني أن مجموعتي الحمض النووي تحتويان على كروموسومات أنثوية).

قال الأطباء لموهل إن لديها "جهازان مناعيان ومجرىان للدم" ، كما كتبت في مدونة نُشرت في مارس 2017 ، مما يعني أن الخلايا في جهازها المناعي ودمها بها مجموعتان من الحمض النووي.

وكتبت أن خيمرها أدى أيضًا إلى حالة من المناعة الذاتية ، لأن جسدها يرى الحمض النووي لتوأمها على أنه "غريب" ويتفاعل معه. وأضافت أن لديها عددًا من الحساسية تجاه الأطعمة والأدوية والمكملات والمجوهرات ولدغات الحشرات.

شُخصت موهل بالخيال في عام 2009 ، لكنها أعلنت العام الماضي عن تشخيصها. تركز الآن على عيش نمط حياة صحي ونشط للتعامل مع تحدياتها الصحية ، وفقًا لمجلة People.

قال ترشيش إنه نظرًا لصعوبة تشخيص الكيمرية ، فمن المحتمل أن يكون أكثر شيوعًا مما نعتقد ، على الرغم من أنه بشكل عام ، ربما لا يزال نادرًا جدًا.

تم الإبلاغ عن بعض حالات الخيمرية البشرية من قبل. على سبيل المثال ، في عام 2002 ، احتاجت امرأة تُدعى كارين كيغان إلى عملية زرع كلى ، وكان الأطباء في حيرة من أمرهم عندما أظهرت اختبارات متبرعين محتملين من الأسرة أنها لا يمكن أن تكون أماً لاثنين من أبنائها الثلاثة ، وفقًا لتقرير الحالة. تم حل اللغز عندما اكتشف الأطباء أن كيجان كانت مجرد وهم - مجموعة الحمض النووي في خلايا دمها كانت مختلفة عن تلك الموجودة في الأنسجة الأخرى في جسدها.


محتويات

في البشر ، يشكل دنا الميتوكوندريا (mtDNA) جزيئات دائرية مغلقة تحتوي على 16.569 [2] [3] أزواج قاعدية من الحمض النووي ، [4] مع كل جزيء يحتوي عادة على مجموعة كاملة من جينات الميتوكوندريا. تحتوي كل ميتوكوندريا بشرية ، في المتوسط ​​، على ما يقرب من 5 جزيئات mtDNA ، بكمية تتراوح بين 1 و 15. [4] تحتوي كل خلية بشرية على ما يقرب من 100 ميتوكوندريا ، مما يعطي إجمالي عدد جزيئات mtDNA لكل خلية بشرية تقريبًا. [4] ]

نظرًا لأن أمراض الميتوكوندريا (الأمراض الناتجة عن خلل في الميتوكوندريا) يمكن أن تُورث من الأم ومن خلال وراثة الكروموسومات ، فإن الطريقة التي تنتقل بها من جيل إلى جيل يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على المرض. يمكن أن تحدث الطفرات الجينية للميتوكوندريا التي تحدث في الحمض النووي النووي في أي من الكروموسومات (حسب النوع). يمكن أن تكون الطفرات الموروثة من خلال الكروموسومات سائدة أو متنحية ويمكن أيضًا أن تكون سائدة أو متنحية مرتبطة بالجنس. يتبع الميراث الكروموسومي قوانين مندلية العادية ، على الرغم من حقيقة أن النمط الظاهري للمرض قد يكون مقنعًا.

بسبب الطرق المعقدة التي "يتواصل" ويتفاعل بها الحمض النووي للميتوكوندريا والنووي ، يصعب حتى تشخيص الوراثة التي تبدو بسيطة. قد يؤدي حدوث طفرة في الحمض النووي الصبغي إلى تغيير البروتين الذي ينظم (يزيد أو ينقص) إنتاج بروتين معين آخر في الميتوكوندريا أو السيتوبلازم ، وقد يؤدي ذلك إلى ظهور أعراض طفيفة ، إن وجدت. من ناحية أخرى ، من السهل تشخيص بعض طفرات mtDNA المدمرة بسبب تلفها الواسع للأنسجة العضلية و / أو العصبية و / أو الكبدية (من بين الأنسجة الأخرى عالية الطاقة والمعتمدة على الأيض) ولأنها موجودة في الأم وجميعها النسل.

يمكن أن يختلف عدد جزيئات mtDNA المصابة التي ورثتها ذرية معينة اختلافًا كبيرًا بسبب

  • الميتوكوندريا داخل البويضة الملقحة هي ما يجب أن تبدأ به الحياة الجديدة (من حيث mtDNA) ،
  • يختلف عدد الميتوكوندريا المصابة من خلية (في هذه الحالة ، البويضة المخصبة) إلى خلية اعتمادًا على كل من العدد الذي ورثته من الخلية الأم والعوامل البيئية التي قد تفضل الحمض النووي المتقدري الطافر أو البري ،
  • يختلف عدد جزيئات mtDNA في الميتوكوندريا من حوالي اثنين إلى عشرة.

من الممكن ، حتى في الولادات التوأم ، أن يتلقى طفل واحد أكثر من نصف جزيئات mtDNA الطافرة بينما قد يتلقى التوأم الآخر جزءًا صغيرًا فقط من جزيئات mtDNA الطافرة فيما يتعلق بالنوع البري (اعتمادًا على كيفية انقسام التوأم عن بعضهما البعض وكيف تصادف وجود العديد من الميتوكوندريا الطافرة على كل جانب من جوانب الانقسام). في حالات قليلة ، تدخل بعض الميتوكوندريا أو الميتوكوندريا من خلية الحيوانات المنوية إلى البويضة ولكن الميتوكوندريا الأبوية تتحلل بشكل نشط.

الجينات في جينوم الميتوكوندريا البشري هم كالآتي.

سلسلة نقل الإلكترون وتحرير الإنسان

كان يعتقد في الأصل خطأً أن جينوم الميتوكوندريا يحتوي فقط على 13 جينًا مشفرًا للبروتين ، وكلها تشفر بروتينات سلسلة نقل الإلكترون. ومع ذلك ، في عام 2001 ، تم اكتشاف البروتين الرابع عشر النشط بيولوجيًا المسمى humanin ، ووجد أنه تم ترميزه بواسطة جين الميتوكوندريا MT-RNR2 الذي يشفر أيضًا جزءًا من ريبوسوم الميتوكوندريا (مصنوع من RNA):

مركب
عدد
فئة الجينات المواقف في الانقسام ساحل
أنا نازعة هيدروجين NADH
MT-ND1 3,307–4,262 إل
MT-ND2 4,470–5,511 إل
MT-ND3 10,059–10,404 إل
MT-ND4L 10,470–10,766 إل
MT-ND4 10760-12137 (تداخل مع MT-ND4L) إل
MT-ND5 12,337–14,148 إل
MT-ND6 14,149–14,673 ح
ثالثا أنزيم Q - اختزال السيتوكروم ج / السيتوكروم ب MT-CYB 14,747–15,887 إل
رابعا سيتوكروم سي أوكسيديز MT-CO1 5,904–7,445 إل
MT-CO2 7,586–8,269 إل
MT-CO3 9,207–9,990 إل
الخامس سينسيز ATP MT-ATP6 8.527-9207 (تتداخل مع MT-ATP8) إل
MT-ATP8 8,366–8,572 إل
الإنسان MT-RNR2

على عكس البروتينات الأخرى ، لا يبقى الإنسان في الميتوكوندريا ، ويتفاعل مع بقية الخلايا والمستقبلات الخلوية. يمكن أن يحمي Humanin خلايا الدماغ عن طريق تثبيط موت الخلايا المبرمج. على الرغم من اسمها ، توجد نسخ من الإنسان أيضًا في حيوانات أخرى ، مثل الروتين في الفئران.

تحرير rRNA

تقوم الجينات التالية بترميز الرنا الريباسي:

الوحدة الفرعية الرنا الريباسي الجينات المواقف في الانقسام ساحل
صغير (SSU) 12 ثانية MT-RNR1 648–1,601 إل
كبير (LSU) 16 ثانية MT-RNR2 1,671–3,229 إل

تحرير tRNA

تقوم الجينات التالية بترميز الحمض الريبي النووي النقال (tRNAs):

حمض أميني 3-حرف 1-رسالة MT DNA المناصب ساحل
ألانين علاء أ MT-TA 5,587–5,655 ح
أرجينين أرج ر MT-TR 10,405–10,469 إل
الهليون أسن ن MT-TN 5,657–5,729 ح
حمض الأسبارتيك حي د MT-TD 7,518–7,585 إل
سيستين السيستئين ج MT-TC 5,761–5,826 ح
حمض الجلوتاميك غلو ه MT-TE 14,674–14,742 ح
الجلوتامين جلن س MT-TQ 4,329–4,400 ح
جليكاين جلاي جي MT-TG 9,991–10,058 إل
الهيستيدين له ح MT-TH 12,138–12,206 إل
إيسولوسين إيل أنا MT-TI 4,263–4,331 إل
يسين ليو (UUR) إل MT-TL1 3,230–3,304 إل
يسين ليو (كندا) إل MT-TL2 12,266–12,336 إل
ليسين ليس ك MT-TK 8,295–8,364 إل
ميثيونين التقى م MT-TM 4,402–4,469 إل
فينيل ألانين Phe F MT-TF 577–647 إل
برولين طليعة ص MT-TP 15,956–16,023 ح
سيرين سر (UCN) س MT-TS1 7,446–7,514 ح
سيرين سر (AGY) س MT-TS2 12,207–12,265 إل
ثريونين Thr تي MT-TT 15,888–15,953 إل
تريبتوفان TRP دبليو MT-TW 5,512–5,579 إل
تيروزين صور ص MT-TY 5,826–5,891 ح
فالين فال الخامس MT-TV 1,602–1,670 إل

تحرير موقع الجينات

يحتوي الحمض النووي للميتوكوندريا تقليديًا على شريطين من الحمض النووي يحددان الشريط الثقيل والخفيف ، نظرًا لكثافتهما الطافية أثناء الفصل في تدرجات كلوريد السيزيوم ، [5] [6] والتي وُجد أنها مرتبطة بالمحتوى النسبي للنيوكليوتيدات G + T من الخيط. [7] ومع ذلك ، فإن الخلط في وضع العلامات على هذه الخيوط منتشر على نطاق واسع ، ويبدو أنه نشأ مع تحديد الأغلبية المشفرة على أنها ثقيلة في مقال واحد مؤثر في عام 1999. [8] [7] في البشر ، الخيط الخفيف لـ mtDNA يحمل 28 جينًا ، ويحمل الخيط الثقيل لـ mtDNA 9 جينات فقط. [7] [9] ثمانية من الجينات التسعة الموجودة على شفرة الخيط الثقيل لجزيئات الحمض الريبي النووي النقال للميتوكوندريا. يتكون mtDNA البشري من 16569 زوجًا من النيوكليوتيدات. يتم تنظيم الجزيء بأكمله من خلال منطقة تنظيمية واحدة فقط تحتوي على أصول تكرار كل من الخيوط الثقيلة والخفيفة. تم تعيين جزيء DNA الميتوكوندريا البشري بالكامل [1] [2].

الشفرة الجينية ، في معظمها ، عالمية ، مع استثناءات قليلة: [10] تتضمن جينات الميتوكوندريا بعضًا من هذه. بالنسبة لمعظم الكائنات الحية ، فإن "رموز التوقف" هي "UAA" و "UAG" و "UGA". في الميتوكوندريا الفقارية ، يوجد أيضًا "AGA" و "AGG" رموز توقف ، لكن ليس "UGA" ، الذي يرمز إلى التربتوفان بدلاً من ذلك. أكواد "AUA" للأيزولوسين في معظم الكائنات الحية ولكن للميثيونين في الميتوكوندريا mRNA الفقاريات.

هناك العديد من الاختلافات الأخرى بين الرموز المستخدمة من قبل m / tRNA للميتوكوندريا الأخرى ، والتي لم تكن ضارة بالكائنات الحية ، والتي يمكن استخدامها كأداة (جنبًا إلى جنب مع الطفرات الأخرى بين mtDNA / RNA للأنواع المختلفة) لتحديد القرب النسبي للأصل المشترك للأنواع ذات الصلة. (كلما كان النوعان أكثر ارتباطًا ، كلما كانت طفرات mtDNA / RNA هي نفسها في جينوم الميتوكوندريا).

باستخدام هذه التقنيات ، تشير التقديرات إلى أن الميتوكوندريا الأولى نشأت منذ حوالي 1.5 مليار سنة. الفرضية المقبولة عمومًا هي أن الميتوكوندريا نشأت باعتبارها بدائيات النوى الهوائية في علاقة تكافلية داخل حقيقيات النوى اللاهوائية.

تكاثر الميتوكوندريا تتحكم فيه الجينات النووية وهي مناسبة بشكل خاص لصنع العديد من الميتوكوندريا التي تحتاجها تلك الخلية المعينة في ذلك الوقت.

نسخ الميتوكوندريا في البشر يبدأ من ثلاثة محفزات ، H1 ، H2 ، و L (حبلا ثقيل 1 ، حبلا ثقيل 2 ، ومروج حبلا خفيف). يقوم مروج H2 بنسخ الخيط الثقيل بالكامل تقريبًا ويقوم المروج L بنسخ الشريط الخفيف بالكامل. يتسبب محفز H1 في نسخ جزيئي الرنا الريباسي للميتوكوندريا. [11]

متي النسخ يحدث على الخيط الثقيل ، يتم إنشاء نسخة متعددة السلاسل. ينتج الشريط الخفيف إما نصوصًا صغيرة ، يمكن استخدامها كبادئات أولية ، أو نسخة واحدة طويلة. يحدث إنتاج البادئات عن طريق معالجة نصوص الخيوط الخفيفة باستخدام Mitochondrial RNase MRP (معالجة RNA للميتوكوندريا). يربط شرط النسخ لإنتاج بادئات عملية النسخ بتكرار mtDNA. يتم قطع النصوص الكاملة إلى جزيئات الرنا الريباسي ، الرنا الريباسي ، و الرنا المرسال. [ بحاجة لمصدر ]

تتضمن عملية بدء النسخ في الميتوكوندريا ثلاثة أنواع من البروتينات: بوليميريز الحمض النووي الريبي للميتوكوندريا (POLRMT) ، وعامل نسخ الميتوكوندريا A (TFAM) ، وعوامل نسخ الميتوكوندريا B1 و B2 (TFB1M ، TFB2M). تتجمع POLRMT و TFAM و TFB1M أو TFB2M في محفزات الميتوكوندريا وتبدأ النسخ. الأحداث الجزيئية الفعلية التي تشارك في البدء غير معروفة ، ولكن هذه العوامل تشكل آلية النسخ القاعدية وقد ثبت أنها تعمل في المختبر. [ بحاجة لمصدر ]

ترجمة الميتوكوندريا لا يزال غير مفهوم جيدًا. لا تزال الترجمات في المختبر غير ناجحة ، ربما بسبب صعوبة عزل mt mRNA الكافي ، mt rRNA الوظيفي ، وربما بسبب التغييرات المعقدة التي يخضع لها mRNA قبل ترجمتها. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير بلميراز الحمض النووي للميتوكوندريا

يستخدم Mitochondrial DNA Polymerase (Pol gamma ، المشفر بواسطة جين POLG) في نسخ mtDNA أثناء النسخ المتماثل. نظرًا لأن الخيطين (الثقيل والخفيف) على جزيء mtDNA الدائري لهما أصول مختلفة من النسخ المتماثل ، فإنه يتكاثر في وضع D-loop. يبدأ أحد الخيطين في التكاثر أولاً ، مما يؤدي إلى إزاحة الخيط الآخر. يستمر هذا حتى يصل النسخ المتماثل إلى أصل النسخ المتماثل على الشريط الآخر ، وعند هذه النقطة يبدأ الشريط الآخر في التكرار في الاتجاه المعاكس. ينتج عن هذا جزيئين mtDNA جديدين. تحتوي كل ميتوكوندريا على عدة نسخ من جزيء mtDNA وعدد جزيئات mtDNA هو عامل مقيد في انشطار الميتوكوندريا. بعد أن تحتوي الميتوكوندريا على كمية كافية من mtDNA ومنطقة الغشاء وبروتينات الغشاء ، يمكن أن تخضع للانشطار (مشابه جدًا لتلك التي تستخدمها البكتيريا) لتصبح ميتوكوندريا. تشير الدلائل إلى أن الميتوكوندريا يمكن أن تخضع أيضًا للاندماج وتبادل المواد الجينية (في شكل تقاطع) بين بعضها البعض. تشكل الميتوكوندريا أحيانًا مصفوفات كبيرة يحدث فيها الاندماج والانشطار وتبادل البروتين باستمرار. تشترك mtDNA بين الميتوكوندريا (على الرغم من حقيقة أنها يمكن أن تخضع للانصهار). [ بحاجة لمصدر ]

الضرر وخطأ النسخ تحرير

الحمض النووي للميتوكوندريا عرضة للتلف من جذور الأكسجين الحرة من الأخطاء التي تحدث أثناء إنتاج ATP من خلال سلسلة نقل الإلكترون. يمكن أن تحدث هذه الأخطاء بسبب الاضطرابات الوراثية والسرطان وتغيرات درجة الحرارة. يمكن لهذه الجذور إتلاف جزيئات mtDNA أو تغييرها ، مما يجعل من الصعب على بوليميراز الميتوكوندريا تكرارها. يمكن أن تؤدي كلتا الحالتين إلى عمليات الحذف وإعادة الترتيب والطفرات الأخرى. أشارت الأدلة الحديثة إلى أن الميتوكوندريا لديها إنزيمات تقوم بمراجعة mtDNA وإصلاح الطفرات التي قد تحدث بسبب الجذور الحرة. من المعتقد أن إعادة تركيب الحمض النووي الموجود في خلايا الثدييات يشارك أيضًا في عملية إعادة التركيب الإصلاحي. ارتبطت عمليات الحذف والطفرات الناتجة عن الجذور الحرة بعملية الشيخوخة. يُعتقد أن الجذور تسبب طفرات تؤدي إلى بروتينات متحولة ، والتي بدورها تؤدي إلى مزيد من الجذور. تستغرق هذه العملية سنوات عديدة وترتبط ببعض عمليات الشيخوخة التي تدخل في الأنسجة المعتمدة على الأكسجين مثل الدماغ والقلب والعضلات والكلى. عمليات التعزيز الذاتي مثل هذه هي الأسباب المحتملة للأمراض التنكسية بما في ذلك مرض باركنسون والزهايمر ومرض الشريان التاجي. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير أخطاء النسخ المتماثل mtDNA بوساطة الكروموسومات

نظرًا لأن نمو وانشطار الميتوكوندريا يتم بوساطة الحمض النووي النووي ، يمكن أن يكون للطفرات في الحمض النووي النووي مجموعة واسعة من التأثيرات على تكاثر mtDNA. على الرغم من حقيقة أن مواقع بعض هذه الطفرات قد تم العثور عليها في الكروموسومات البشرية ، لم يتم حتى الآن عزل جينات وبروتينات معينة. تحتاج الميتوكوندريا إلى بروتين معين للخضوع للانشطار. إذا لم يكن هذا البروتين (الذي تولده النواة) موجودًا ، فإن الميتوكوندريا تنمو لكنها لا تنقسم. هذا يؤدي إلى ميتوكوندريا عملاقة وغير فعالة. يمكن أن تؤثر الأخطاء في جينات الكروموسومات أو منتجاتها أيضًا على تكاثر الميتوكوندريا بشكل مباشر أكثر عن طريق تثبيط بوليميراز الميتوكوندريا ويمكن أن تسبب طفرات في mtDNA بشكل مباشر وغير مباشر. غالبًا ما تحدث الطفرات غير المباشرة بسبب الجذور التي تنتجها البروتينات المعيبة المصنوعة من الحمض النووي النووي. [ بحاجة لمصدر ]

مساهمة الميتوكوندريا مقابل تعديل الجينوم النووي

في المجموع ، تستضيف الميتوكوندريا حوالي 3000 نوع مختلف من البروتينات ، ولكن حوالي 13 نوعًا منها فقط مشفر على الحمض النووي للميتوكوندريا. تشترك معظم أنواع البروتينات البالغ عددها 3000 نوع في مجموعة متنوعة من العمليات غير إنتاج ATP ، مثل تخليق البورفيرين. فقط حوالي 3 ٪ منهم يرمزون لبروتينات إنتاج ATP. هذا يعني أن معظم ترميز المعلومات الجينية للتركيب البروتيني للميتوكوندريا موجود في الحمض النووي الصبغي ويشارك في عمليات أخرى غير تخليق ATP. يزيد هذا من فرص حدوث طفرة تؤثر على الميتوكوندريا في الحمض النووي الصبغي ، الموروث في النمط المندلي. والنتيجة الأخرى هي أن الطفرة الكروموسومية ستؤثر على نسيج معين بسبب احتياجاته الخاصة ، سواء كانت تلك متطلبات طاقة عالية أو حاجة لتقويض أو استقلاب ناقل عصبي معين أو حمض نووي. نظرًا لأنه يتم نقل عدة نسخ من جينوم الميتوكوندريا بواسطة كل ميتوكوندريا (2-10 في البشر) ، يمكن وراثة طفرات الميتوكوندريا الأمومي عن طريق طفرات mtDNA الموجودة في الميتوكوندريا داخل البويضة قبل الإخصاب ، أو (كما هو مذكور أعلاه) من خلال الطفرات في الكروموسومات. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير العرض التقديمي

تتراوح شدة أمراض الميتوكوندريا من عديمة الأعراض إلى قاتلة ، وهي في الغالب بسبب الطفرات الوراثية بدلاً من الطفرات المكتسبة في الحمض النووي للميتوكوندريا. يمكن أن تسبب طفرة معينة في الميتوكوندريا أمراضًا مختلفة اعتمادًا على شدة المشكلة في الميتوكوندريا والأنسجة التي توجد بها الميتوكوندريا المصابة. وعلى العكس من ذلك ، قد تظهر العديد من الطفرات المختلفة على أنها نفس المرض. هذا التوصيف الخاص بالمريض تقريبًا لأمراض الميتوكوندريا (انظر الطب الشخصي) يجعل من الصعب جدًا التعرف عليها وتشخيصها وتعقبها بدقة. يمكن ملاحظة بعض الأمراض عند الولادة أو حتى قبلها (يتسبب العديد منها في الوفاة) بينما لا تظهر أمراض أخرى حتى مرحلة البلوغ المتأخرة (اضطرابات الظهور المتأخر). وذلك لأن عدد الميتوكوندريا الطافرة مقابل النوع البري يختلف بين الخلايا والأنسجة ، ويتغير باستمرار. نظرًا لأن الخلايا تحتوي على ميتوكوندريا متعددة ، يمكن أن تحتوي الميتوكوندريا المختلفة في نفس الخلية على أشكال مختلفة من mtDNA. يشار إلى هذه الحالة باسم heteroplasmy. عندما يصل نسيج معين إلى نسبة معينة من الميتوكوندريا الطافرة مقابل الميتوكوندريا من النوع البري ، سيظهر المرض نفسه. تختلف النسبة من شخص لآخر ومن نسيج إلى نسيج (اعتمادًا على الطاقة المحددة والأكسجين ومتطلبات التمثيل الغذائي وتأثيرات الطفرة المحددة). أمراض الميتوكوندريا عديدة ومختلفة. بصرف النظر عن الأمراض التي تسببها تشوهات في الحمض النووي للميتوكوندريا ، يشتبه في أن العديد من الأمراض مرتبطة جزئيًا بخلل وظائف الميتوكوندريا ، مثل مرض السكري ، [12] أشكال السرطان [13] وأمراض القلب والأوعية الدموية ، والحماض اللبني ، [14] أشكال معينة من اعتلال عضلي ، [15] هشاشة العظام ، [16] مرض الزهايمر ، [17] مرض باركنسون ، [18] السكتة الدماغية ، [19] عقم الرجال [20] والتي يعتقد أيضًا أنها تلعب دورًا في عملية الشيخوخة. [21]

يمكن أيضًا استخدام mtDNA البشري للمساعدة في تحديد الأفراد. [22] تستخدم مختبرات الطب الشرعي أحيانًا مقارنة mtDNA لتحديد الرفات البشرية ، وخاصة لتحديد بقايا الهياكل العظمية القديمة غير المحددة. على الرغم من أنه على عكس الحمض النووي النووي ، فإن mtDNA ليس خاصًا بفرد واحد ، إلا أنه يمكن استخدامه مع أدلة أخرى (الأدلة الأنثروبولوجية ، والأدلة الظرفية ، وما شابه) لتحديد الهوية. يستخدم mtDNA أيضًا لاستبعاد التطابقات المحتملة بين الأشخاص المفقودين والرفات مجهولة الهوية. [23] يعتقد العديد من الباحثين أن mtDNA أكثر ملاءمة للتعرف على بقايا الهيكل العظمي الأقدم من الحمض النووي النووي لأن العدد الأكبر من نسخ mtDNA لكل خلية يزيد من فرصة الحصول على عينة مفيدة ، ولأن التطابق مع قريب حي ممكن حتى إذا فصلت أجيال عديدة عن الأم.

أمثلة تحرير

تم التعرف على رفات جيسي جيمس الأمريكية الخارجة عن القانون باستخدام مقارنة بين mtDNA المستخرج من رفاته و mtDNA لابن حفيدة أخته. [24]

وبالمثل ، تم التعرف على بقايا الكسندرا فيودوروفنا (أليكس من هيس) ، آخر إمبراطورة لروسيا ، وأطفالها من خلال مقارنة الحمض النووي للميتوكوندريا مع تلك الخاصة بالأمير فيليب ، دوق إدنبرة ، الذي كانت جدته لأمه أخت ألكسندرا فيكتوريا من هيس. [25]

وبالمثل لتحديد الإمبراطور نيكولاس الثاني ، لا يزال الحمض النووي الخاص به في الميتوكوندريا يُقارن مع جيمس كارنيجي ، دوق فايف الثالث ، الذي كانت جدته الكبرى ألكسندرا من الدنمارك (الملكة ألكسندرا) أخت نيكولاس الثاني والدة داغمار الدنماركية (الإمبراطورة ماريا فيودوروفنا). [25] [26]


تعليم الكنيسة الكاثوليكية

تتلخص تعاليم الكنيسة على النحو التالي:

  • "الحياة ، بمجرد أن تتصور ، يجب أن تكون محمية بأقصى قدر من العناية". 24
  • يجب احترام الحياة البشرية وحمايتها بشكل مطلق منذ لحظة الحمل ". 25
  • "إنه تعليم الكنيسة الثابت أن استنتاجات العلم فيما يتعلق بالجنين البشري توفر مؤشرًا قيمًا للتمييز باستخدام العقل وجودًا شخصيًا في لحظة الظهور الأول للحياة البشرية". (26) وهذا يعني أننا نستطيع يعود السبب من الحقائق التجريبية إلى الوجود الشخصي الفوري عند الإخصاب / الاستنساخ.
  • ". البيضة الملقحة. تتطلب الاحترام غير المشروط الذي يرجع أخلاقيا إلى الإنسان. ويجب معاملته كشخص منذ لحظة الحمل."
  • دعم الكرسي الرسولي البحث العلمي لصالح البشرية شريطة أن يحترم كرامة الإنسان. عارضت الاستنساخ (التكاثر اللاجنسي) للبشر ، إما من أجل "التكاثر" (ولادة طفل) أو لأغراض البحث. كلا النوعين من الاستنساخ يعاملان الشخص على أنه قطعة أثرية. 28- الاستنساخ لأغراض البحث يسيء إلى كرامة الإنسان بشكل خطير لأنه يقتل الجنين
  • "يؤيد الكرسي الرسولي فرض حظر عالمي وشامل على استنساخ البشر ، بغض النظر عن الأساليب التي يستخدمها المرء والأهداف المنشودة". 29

التوائم المتطابقة لها اختلافات جينية مبكرة

أظهرت دراسة جديدة أن التوائم المتطابقة ... ليست متطابقة في الواقع! كان الباحثون يعرفون بالفعل أن لديهم اختلافات معينة ، لأن الحمض النووي لكل شخص يتغير طوال حياتهم - ولهذا السبب يصاب بعض الناس بالسرطان. ولكن يبدو أن هذه الأنواع من الطفرات تقتصر على الجسم ، ولا تنتقل عبر الحيوانات المنوية أو البويضات. على الرغم من ذلك ، استخدمت شركة الجينات البشرية deCODE في أيسلندا جينومات ما يقرب من 400 زوج من التوائم لإظهار أنه غالبًا ما يكون لديهم بعض الاختلافات التي ينقلونها بالفعل إلى أطفالهم - وهي نتيجة يمكن أن يكون لها آثار على أجزاء أخرى من أبحاث علم الوراثة. سمع فيل سانسوم من كاري ستيفانسون ، رئيس deCODE.

كاري - هناك اختلافات معينة في جينوم التوائم المتماثلة. والسبب المهم هو أننا افترضنا دائمًا ، عندما نحاول فصل حقائق البيئة عن حقيقة علم الوراثة ، أن جينومات التوائم المتطابقة متطابقة. لذا فإن العثور على هذه الطفرات يتغير ، قليلاً ، في الطريقة التي يمكننا بها استخدام التوائم المتطابقة لغرض فصل التأثيرات البيئية عن التأثيرات الجينية.

فيل - كيف يكون ذلك ممكنا ، أن التوائم المتطابقة ليست متطابقة؟ لأنني اعتقدت أنهم يأتون من نفس البيضة ، أليس كذلك؟

كاري - يأتون من نفس البويضة الملقحة. ولكن عندما يتم تخصيب البويضة ، فإنها تنقسم عدة مرات قبل أن تبدأ في تكوين التوأم. ويمكن أن تؤدي انقسامات الخلية إلى ما يسمى خطأ النسخ عندما تنقسم الخلية ، ويتكرر الجينوم في الخلية. وعلى الرغم من أن عملية النسخ هذه عملية جيدة جدًا ، إلا أنها ليست خالية من العيوب. ونحن نسمي العيوب "الطفرات". إذن هناك فرصة لحدوث الطفرات ، وما نوثق في هذه الورقة هو أنها تحدث بالفعل ولها تأثير كبير على الاختلافات بين الجينومات في التوائم.

فيل - متى يتم ذلك؟ ما هو حجم الجنين في هذه المرحلة؟

كاري - إنها صغيرة جدًا - حوالي 16 إلى 20 خلية أو نحو ذلك.

فيل - وكيف يمكنك أن تقول أن هذا يحدث؟ هل كنت تنظر إلى هذه الأجنة في هذه المرحلة المبكرة بنفسك؟

كاري - لا ، الطريقة التي يمكننا بها القيام بذلك هي من خلال تسلسل الجينوم الكامل للتوائم ، والديهم ، والأطفال ، وأزواجهم. يمكننا أن نستنتج متى تحدث الطفرات. إذا حدثت طفرة في وقت مبكر جدًا في الجنين ، فستجد أن الطفرة ليس فقط في الأطفال - لأنهم وصلوا إلى الخلايا التي تؤدي إلى الحيوانات المنوية في الذكر أو البويضات في الأنثى - سينتهي بهم الأمر أيضًا في الجسم . وعندما يتم العثور على طفرة في كل من الجسم والأطفال ، فإننا نعلم أن الطفرة حدثت قبل أن يتمايزوا. لذلك فهو يساعدك على ضبط الوقت ، والتوقيت مهم للغاية عندما يتعلق الأمر بالتنمية.

فيل - يجب أن يحدثوا أيضًا في توأم واحد أيضًا ، أليس كذلك ، لكي تحصل على الفرق؟

كاري - نعم ، لأن الخلية التي تؤدي إلى أحد التوأمين قد لا تؤدي إلى الآخر.في بعض الحالات ، تم تطوير كلا التوأمين من نسل نفس الخلية في بعض الأحيان يكونان من نسل خلايا مختلفة. وإذا تم تشكيلها من نسل خلايا مختلفة ، فإنها ستؤوي طفرات مختلفة.

فيل - هل هو عشوائي تمامًا أي واحد من هؤلاء تحصل عليه؟

كاري - أعتقد أنه قريب جدًا من أن يكون عشوائيًا.

فيل - الآن ما حجم هذه الاختلافات في الواقع؟

كاري - هذه الاختلافات ليست كبيرة. في المتوسط ​​ستجد حوالي خمس طفرات من هذا الاختصار تختلف بين التوائم المتماثلة ، ولكن يمكن أن يكون هناك أكثر من ذلك.

فيل - إذن ماذا يعني ذلك بالنسبة لدراسات التوائم في علم الوراثة؟ لقد أشرت إلى هذا سابقًا ، لأن علماء الوراثة يستخدمون التوائم طوال الوقت لمحاولة فصل الجينات عن البيئة من أجل سمة معينة ، أو مرض ، أو شيء ما.

كاري - يجب علينا بالتأكيد أن نطالب الناس بتسلسل الجينوم الكامل لكلا التوأمين قبل أن ننسب الاختلافات بينهما إلى البيئة ، لأن هذه الطفرات التي تختلف بينهما قد تكون السبب في اختلافهما.

فيل - هل يؤثر على نتائج دراسات التوائم التي أجراها الناس في الماضي؟

كاري - يجب أن يحذر الناس ، لكن يجب أن يؤثر فقط على الاختلافات النادرة. على سبيل المثال ، عندما يصاب أحد التوأمين بمرض والآخر لا يصاب به ، إذا كان المرض نادرًا جدًا ، فعلينا بالتأكيد إعادة استكشاف ما إذا كان هذا قد تم تفسيره من خلال طفرة وليس مجرد تأثير بيئي.

فيل - أخيرًا ، أريد فقط أن أسأل: هل تعرف ما إذا كانت هذه الاختلافات بين التوائم قد تُرجمت يومًا ما إلى شيء مرئي ، مثل قد تحصل على توأمين متطابقين مع شيء مختلف بشكل واضح بينهما؟

كاري - أنا متأكد تمامًا من أن ذلك يحدث في بعض الأحيان. لأنك سترى أحيانًا اختلافات بين التوائم المتماثلة والتي لن تفسرها البيئة.

فيل - إنه لأمر مدهش ، على ما أعتقد ، أن يتخيل الناس أن التوائم المتطابقة ليست متطابقة في الواقع!

كاري - نعم. أحادية الزيجوت ، لكن ليست متطابقة.

هل هذه المعلومات ضربة لأنواع التجارب المعروفة باسم "دراسات التوائم"؟ يقول عالم الوراثة روبرت بلومين لا. يدير واحدة من أكبر هذه التجارب ، تسمى دراسة التوائم المبكرة للتنمية ، وشرح لفيل كيف تعمل بشكل طبيعي.

روبرت - الدراسة المزدوجة هي تصميم موجود منذ أكثر من مائة عام ، ويستخدم تجربة طبيعية. حوالي 1 ٪ من جميع المواليد هم من التوائم ، وثلث هؤلاء هم ما نسميه التوائم المتطابقة أو أحادية الزيجوت. إنها مستنسخات لبعضها البعض لأنها مشتقة من نفس البويضات المخصبة ، o عندما تلتقي البويضة والحيوانات المنوية معًا وينتجان الزيجوت ، تنقسم هذه البيضة الملقحة أحيانًا في الأيام القليلة الأولى من الحياة. النوع الآخر من التوائم - ثلثا جميع المواليد التوائم - هم توائم غير متطابقة أو توائم أخوية. مثل أي أخ وأخت فإنهم متشابهون وراثيا بنسبة 50٪. لذا فإن جوهر تصميم التوأم هو أنه: إذا كانت السمة - لنقل القدرة الموسيقية - متأثرة باختلافات الحمض النووي الموروثة ، عليك أن تتنبأ بأن التوائم المتطابقة أكثر تشابهًا من التوائم غير المتطابقة. ومدى صحة ذلك هو مؤشر لما نسميه التوريث - مقدار الاختلاف الذي تحدثه الاختلافات الجينية في السمة التي تدرسها.

فيل - إذن أنت تفصل الجينات عن البيئة. الطبيعة من التنشئة أساسًا.

روبرت - نعم ، هذه هي الفكرة. لقد عرفنا إلى الأبد أن الأشياء تعمل في العائلات ، ولكن السؤال هو ، هل تسري في العائلات لأسباب تتعلق بالطبيعة - أي تسلسل الحمض النووي الموروث ، أو الوراثة - أو التنشئة - هذه تأثيرات منهجية للبيئة الأسرية؟

فيل - هل يمكنك التحدث معي ربما من خلال مثال على دراسة مزدوجة حتى أتمكن من تصور كيف يمكن للمرء أن يعمل؟

روبرت - نعم. هناك الآلاف من الدراسات التوائم التي تم الإبلاغ عنها عبر علوم الحياة. إذا كنت تأخذ سمة مثل القدرة الموسيقية - والتي لدينا مؤخرًا فقط أي دراسات مزدوجة على الإطلاق ، لأنه من الصعب قياس القدرة الموسيقية - ما نفعله هو أننا نحصل على مجموعة كبيرة من التوائم. ثم نربط بين الأزواج المتماثلة ، وتقول ، "ما مدى تشابههما؟" قد يكون ارتباطهم ، على سبيل المثال ، 0.5 في حين أن التوائم غير المتطابقة ، إذا كانت مرتبطة عند 0.5 للقدرة الموسيقية ، فهذا يعني أنه لا يوجد تأثير وراثي. إذا كان الارتباط التوأم المتطابق 0.5 وكان الارتباط التوأم الأخوي 0.25 ، فإن هذا يشير إلى أن التأثيرات الجينية تمثل حوالي 50٪ من الاختلافات التي نلاحظها في القدرة الموسيقية. ولكن كما هو الحال دائمًا ، تقتصر دراساتنا على العينات التي وصفناها ، لذلك نحن نصف فقط مجموعة سكانية معينة في وقت معين.

فيل -
الآن يبدو أن كاري ستيفانسون في ورقته يقول أن التوائم المتماثلة ليست متطابقة في الواقع. هل هذه صدمة لك؟

روبرت - لا ، أعتقد أننا عرفنا ذلك لفترة طويلة. تعتبر دراسته رائعة من حيث الحصول على عينة كبيرة والنظر في هذا بشكل منهجي للغاية ، لأنه في الواقع يسلسل جميع الأزواج الأساسية الثلاثة مليارات من الحمض النووي. لكن طريقة التوأم تعتمد على اختلافات الحمض النووي الموروثة. هذا ما نسميه الجيني. إنه تعريف ضيق للغاية للجينات ، لأن هناك العديد من العوامل البيولوجية وحتى عوامل الحمض النووي التي لم يتم تضمينها في هذا التعريف يمكن تسميتها بيئية. في دراسة كاري بشكل خاص ، ما أخشى أن يستبعده الناس منه هو الفكرة ، "حسنًا ، طريقة التوأم ليست جيدة لأن التوائم المتطابقة لديهم اختلافات." لكن في الواقع ، لقد عرفنا أننا جميعًا نحصل على طفرات مع مرور الوقت - السرطانات غالبًا ما تكون بسبب طفرات - لكن هذه ليست اختلافات موروثة في الحمض النووي. ونعلم من الكثير من الدراسات التي تستخدم تقنية تسمى رقائق SNP ، وهي تركز على اختلافات الحمض النووي الموروثة. لا يظهرون أي اختلافات بين التوائم المتماثلة. لذلك لا تختلف التوائم المتماثلة من حيث اختلافات الحمض النووي التي يرثونها عن والديهم.

فيل - أنت تقول إنه لغرض دراسة التوائم ، لم يتم توريث هذه الجينات من والدي التوأم اللذين تم نقلهما في النهاية ، لكن هذا لا يزال لا يعطل الطريقة التي تعمل بها الدراسات.

روبرت - نعم. ودائمًا ما تكون مشكلة في العلم عندما يتم استخدام كلمة مثل "موروث" أو "منقول" بطرق مختلفة. لكن في علم الوراثة ، ما نتحدث عنه هو: التوائم التي نتحدث عنها كنسل. أي هل ورثوا هذه الاختلافات في الحمض النووي ، أم أنها طفرات عفوية. الاختلافات الموروثة في الحمض النووي هي تعريف ضيق للغاية ، لكنه تعريف دقيق ، ويساعدنا على فهم أشياء مثل اكتشاف كاري.


العلم والتكنولوجيا والمجتمع

دعت شيلا جاسانوف ، المدير المؤسس لبرنامج العلوم والتكنولوجيا والمجتمع في HKS ، إلى إنشاء "مرصد عالمي" لتحرير الجينات ، وهي شبكة دولية من الباحثين والمنظمات مكرسة لتعزيز التبادل عبر الانقسامات التخصصية والثقافية. قالت:

"الفكرة القائلة بأن الشيء الوحيد الذي يجب أن نهتم به هو المخاطرة على الأفراد هي فكرة أمريكية للغاية. حتى الآن ، تركز الجدل على الضرر الجسدي المحتمل للأفراد ، وليس أي شيء آخر. هذه ليست صيغة مشتركة مع دول أخرى في العالم ، بما في ذلك عمليا كل أوروبا. اعتبارات المخاطر لها علاقة بالمخاطر المجتمعية. يتضمن ذلك فكرة الأسرة ، وما يعنيه أن يكون لديك "طفل مصمم".

"لم يكن هؤلاء أطفالًا مرضى ، الدكتور كان يحاول علاجهم. كان الدافع وراء التدخل هو أنهم يعيشون في بلد يعاني من وصمة عار شديدة مرتبطة بفيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز ، وكان الأب قد حصل عليها ووافق على التدخل لأنه أراد منع أطفاله من الإصابة بالإيدز. العار من الإيدز هو حقيقة من حقائق الحياة في الصين ، والآن لن يتم تطبيقه على هؤلاء الأطفال. لذا ، هل سنقرر أنه من المقبول تعديل أطفال لم يبلغوا بعد لتلبية هذه الفكرة المعينة للمجتمع؟

"لقد قيل أن" الجني خرج من القمقم "مع تعديل الجينوم البشري للخط الجرثومي. أنا فقط لا أعتقد أن هذا صحيح. بعد كل شيء ، نجحنا في الاحتفاظ بـ "نووي" داخل الزجاجة. لا تفتقر الإنسانية إلى الإرادة أو الذكاء أو الإبداع لابتكار طرق لاستخدام التكنولوجيا في الخير وليس المرض.

"نحن لا نطلب من الطلاب تعلم الأبعاد الأخلاقية للعلوم والتكنولوجيا ، وهذا يجب أن يتغير. أعتقد أننا نواجه تحديات مماثلة في مجال الروبوتات والذكاء الاصطناعي وجميع أنواع المجالات الحدودية التي لديها القدرة على تغيير ليس فقط الأفراد ولكن مجمل معنى أن تكون إنسانًا.

"يتمتع العلم بهذه الميزة الكبيرة على معظم الفكر الاحترافي من حيث أن له لغة عالمية. يمكن للعلماء الانتقال من معمل إلى آخر على المستوى الدولي بطريقة لا يستطيع المحامون الانتقال إليها لأن القوانين مكتوبة بعدة لغات ولا يمكن ترجمتها بسهولة. يستغرق الأمر وقتًا طويلاً جدًا حتى يفهم الناس بعضهم البعض عبر هذه الحدود. مفهوم تأسيسي لكرامة الإنسان؟ لن يكون الشيء نفسه بين الثقافات.

"أود أن أرى" مرصدًا عالميًا "يتجاوز تعديل الجينات ويعالج التقنيات الناشئة على نطاق أوسع."


هل يمكن استنساخ البشر مثل الأغنام؟

مثل كثيرين آخرين ، تم القبض عليّ تمامًا وذهلت من الإعلان عن الاستنساخ الناجح للأغنام البالغة ، دوللي. قبل بضع سنوات قمت ببث برنامج إذاعي حول احتمالات الاستنساخ البشري وقللت إلى حد كبير من هذه الاحتمالات. في وقت سابق من هذا العام ، قررنا هنا في Probe إعادة بث هذا البرنامج لأن القليل قد تغير. عندما تم الإعلان عن Dolly ، كان قد فات الأوان لسحب البرنامج من الجدول الزمني حيث تم إرسال الأشرطة بالفعل إلى جميع محطات الراديو ، ولم يكن هناك وقت & # 8217t لاستبداله أو تحديثه. وبالتالي ، قمت بتجميع بعض الأفكار والتعليقات حول هذا الاختراق التاريخي وقمت بإتاحته بسرعة على موقعنا على الويب لسد الفجوة مؤقتًا.

بعد ذلك ، تم عرض المقال على موقع القيادة المسيحية & # 8217s ، جامعة القيادة (www.leaderu.com) ، وبدأت في تلقي العديد من المكالمات الهاتفية ورسائل البريد الإلكتروني نتيجة لذلك. هذا المقال هو الآن نسخة محدثة وموسعة من تلك المقالة لمساعدتنا على التفكير من خلال كل من الآثار العلمية والأخلاقية لهذا الإنجاز المذهل.

المادة الوراثية هي نفسها في جميع خلايا الكائن الحي (باستثناء الخلايا التناسلية والحيوانات المنوية والبويضة ، التي تحتوي فقط على نصف المجموعة الكاملة من الكروموسومات). ومع ذلك ، فإن الخلايا المتمايزة (خلايا الكبد ، وخلايا المعدة ، وخلايا العضلات ، وما إلى ذلك) مبرمجة كيميائيًا حيويًا لأداء وظائف محدودة ويتم إيقاف جميع الوظائف الأخرى. شعر معظم العلماء أن إعادة البرمجة كانت أقرب إلى المستحيل بناءً على محاولات الاستنساخ في الضفادع والفئران.

إذن ما الذي فعله العلماء في اسكتلندا وكان ناجحًا؟ حسنًا ، لقد أخذوا خلايا ثديية طبيعية من نعجة بالغة وقاموا بتجويعها (أي حرموها من بعض مغذيات النمو الحرجة) من أجل السماح للخلايا بالوصول إلى مرحلة نائمة. يبدو أن عملية إدخال الخلايا في حالة سكون تسمح بإلغاء برمجة الخلايا و # 8217 DNA. من الواضح أن معظم ، إن لم يكن كل ، البرمجة الخاصة بوظائف محددة للخلايا الثديية قد تم إيقافها وإتاحة الحمض النووي لإعادة البرمجة. ثم تم دمج الخلايا الثديية المتعطشة مع خلية بويضة تمت إزالة نواتها. ثم تم تحفيز خلية البويضة لبدء انقسام الخلية بواسطة نبضة كهربائية. البروتينات الموجودة بالفعل في خلية البويضة غيرت بطريقة ما الحمض النووي من الخلية الثديية ليتم تجديدها لتقسيم الخلايا والوظائف الجنينية.

كما هو متوقع ، كانت العملية غير فعالة. من بين 277 اندماجًا خلويًا ، بدأ 29 في النمو كأجنة في المختبر أو في طبق بتري. تم زرع جميع الـ 29 في 13 نعجة متقبلة ، لكن واحدة فقط حملت. نتيجة لهذه الجهود ، ولد حمل واحد. يُترجم هذا إلى معدل نجاح يبلغ 3.4٪ فقط ، ومعدل النجاح أقل (.36٪) ، عندما تقوم بالحساب باستخدام 277 عملية دمج أولية للخلايا تمت تجربتها. في الطبيعة ، من ناحية أخرى ، في مكان ما ما بين 33 و 50 ٪ من جميع البويضات المخصبة تتطور بشكل كامل إلى حديثي الولادة.

كان الإجراء كليًا إلى حد ما غير تقني ، ولا أحد متأكد حقًا من سبب نجاحه. التجارب لا تزال بحاجة إلى أن تتكرر. في السابق ، فشلت جميع محاولات استنساخ الفئران من الخلايا البالغة. لكن من الواضح أنه تم إحراز تقدم مذهل. يمكنك التأكد من أن العديد من المعامل حول العالم ستحاول تكرار هذه التجارب وتجربة التقنية على أنواع الثدييات الأخرى. هل يمكن أن يتم هذا الإجراء مع البشر؟ هل يجب أن نجربها مع البشر؟ & # 8217 سأتعامل مع هذه الأسئلة لاحقًا في هذه المناقشة.

لماذا استنساخ أي شيء؟

قبل الشروع في التعامل مع مسألة الاستنساخ البشري ، يجب معالجة أحد الشواغل الأساسية. البعض ، على سبيل المثال ، قد يسأل ، & # 8220 لماذا قد يرغب أي شخص في استنساخ أي شيء في المقام الأول ، ولكن بشكل خاص الأغنام؟ & # 8221

كان الغرض من هذه التجارب هو إيجاد طريقة أكثر فعالية لإعادة إنتاج الأغنام المعدلة وراثيًا لإنتاج المستحضرات الصيدلانية. يمكن تعديل الأغنام وراثيًا لإنتاج بروتين بشري معين أو هرمون معين في حليبها. يمكن بعد ذلك حصاد البروتين البشري من الحليب وبيعه في السوق. يتم تحقيق ذلك عن طريق أخذ الجين البشري لإنتاج هذا البروتين أو الهرمون وإدخاله في جنين الغنم المبكر. نأمل أن ينمو الجنين ليصبح خروفًا ينتج البروتين.

هذا ليس مؤكدًا ، وعلى الرغم من أن العملية قد تتحسن ، إلا أنها لن تكون مثالية أبدًا. تزاوج الأغنام المهندسة ليس مضمونًا أيضًا ، لأنه حتى التزاوج مع خروف آخر معدّل وراثيًا قد يؤدي إلى فقدان الحملان الجين البشري المُدخل ولا يمكنها إنتاج البروتين المطلوب. لذلك ، بدلاً من الوثوق في الأساليب التي لا يمكن التنبؤ بها إلى حد ما والتي تستغرق وقتًا طويلاً لتربية الحيوانات الطبيعية لإعادة إنتاج هذا الهجين الجيني ، فإن الاستنساخ يضمن بشكل مباشر أن المنتج الجيني الهندسي لن يضيع.

قد تكون هناك فوائد أخرى لتقنية الاستنساخ. يمكن أن تؤدي إعادة برمجة نواة الخلايا الأخرى ، مثل الخلايا العصبية ، إلى إجراءات لتحفيز الخلايا العصبية المتدهورة لتحل محلها خلايا عصبية تنمو حديثًا. عادة لا تتجدد الخلايا العصبية لدى البالغين أو تتكاثر. قد يكون لهذا آثار مهمة بالنسبة لأولئك الذين يعانون من مرض باركنسون & # 8217s ومرض الزهايمر & # 8217.

إذا كان من الممكن بالفعل تحسين العملية إلى الحد الذي يتم فيه تقليل تكاليف الإنتاج وتحسين جودة المنتج النهائي ، فسيكون هذا هدفًا بحثيًا مشروعًا. إن بساطة التقنية ، على الرغم من أنها لا تزال غير فعالة ، تجعل هذا الأمر مقبولاً. لكن لا تزال هناك أسئلة تحتاج إلى إجابة.

يتعلق أحد الأسئلة المهمة بعمر دوللي. تمتلك جميع الخلايا شيخوخة أو موتًا مدمجًا بعد العديد من الانقسامات الخلوية. بدأت دوللي بخلية من نعجة عمرها ست سنوات بالفعل. يبلغ العمر الطبيعي للنعجة حوالي 11 عامًا. هل ستعيش دوللي لترى عيد ميلادها السابع؟ في الواقع ، يتم استخدام معظم انقسامات الخلايا أثناء التطور الجنيني. قد تتلاشى خلايا Dolly & # 8217s حتى قبل ذلك. هذا أمر بالغ الأهمية لأن الخروف البالغ من العمر 10 سنوات يعتبر مسنًا ، كما أن إنتاج الحملان والصوف ينخفض ​​في الأغنام بعد عامهم السابع. أعتقد أنه منذ إعادة برمجة جينات Dolly & # 8217s من وظائف الخلايا الثديية إلى الوظائف الجنينية ، تم أيضًا إعادة ضبط ساعة الشيخوخة إلى البداية. أتوقع أن تعيش دوللي عمرًا عاديًا.

كما أنه من غير المؤكد ما إذا كانت دوللي ستكون قادرة على الإنجاب. عادة ما تكون الضفادع المستنسخة من خلايا الشرغوف عقيمة. من الممكن أنه في حين أن دوللي طبيعية من الناحية التشريحية ، فإن عملية الاستنساخ قد تتداخل بطريقة ما مع التطور السليم للخلايا التناسلية. إذا كان الأمر كذلك ، فقد تكون هناك مشكلات أخرى لا يمكن اكتشافها على الفور. سيتم الرد على هذا هذا الصيف عندما تصل دوللي إلى مرحلة النضج الجنسي.

هل يمكننا استنساخ البشر؟

بينما أثبتنا أن استنساخ الحيوانات قد يكون جائزًا وحتى مفيدًا علميًا ، فماذا عن استنساخ البشر؟ بادئ ذي بدء ، هل هذا ممكن؟ ثانيًا ، لمجرد أننا نستطيع فعل ذلك ، فهل يجب علينا ذلك؟ هل يجب أن نحاول حتى؟

في هذه المرحلة ، من المعقول أن نفترض أنه نظرًا لأن الإجراء يعمل مع الأغنام وربما مع الماشية (التجارب على الماشية جارية بالفعل) ، يجب أن يكون مثاليًا مع البشر. ومع ذلك ، هذا لا يعني أنه قد لا توجد حواجز فريدة أمام استنساخ البشر بدلاً من استنساخ الأغنام.

يقترح البعض أنه باستخدام إجراء معين طوره الباحثون في اسكتلندا ، قد يكون استنساخ الأغنام أسهل. والسبب هو أن أجنة الأغنام لا تستخدم الحمض النووي في النواة إلا بعد انقسامات من 3 إلى 4 خلايا. قد يمنح هذا خلية البويضة وقتًا كافيًا لإعادة برمجة الحمض النووي من وظائف الخلايا الثديية إلى وظائف خلية البويضة. تستخدم خلايا الإنسان والفأر الحمض النووي بعد الانقسام الخلوي الثاني فقط. قد يكون هذا هو السبب في عدم نجاح التجارب المماثلة على الفئران. لذلك ، قد لا تكون الخلايا البشرية وخلايا الفئران قادرة على الاستنساخ بسبب هذا الاختلاف.

إذا كان هذا الحاجز موجودًا بالفعل ، فليس بالضرورة أنه لا يمكن التغلب عليه. كانت أخبار الخروف المستنسخة مفاجئة بما فيه الكفاية لدرجة أن لا أحد ، بمن فيهم أنا ، سوف يخرج الآن على نفس الطرف المقطوع ويتوقع ذلك يمكن & # 8217t في النهاية مع البشر. لقد ذكرت سابقًا أن الإجراء غير تقني بشكل مذهل لدرجة أن هناك العديد من المختبرات في جميع أنحاء العالم التي يمكن أن تبدأ على الفور برنامج أبحاث الاستنساخ الخاص بها مع الحد الأدنى من الاستثمار والخبرة. بينما أتوقع تمامًا أن العديد من المعامل ستبدأ دراسات حول استنساخ أنواع أخرى من الثدييات إلى جانب الأغنام ، إلا أنني لست متأكدًا من البشر.

في عام 1993 ، استخدم الباحثون هنا في الولايات المتحدة تقنيات معروفة جيدًا لتوأم الأجنة البشرية بشكل مصطنع. لقد تورطوا على الفور في عاصفة نارية من التدقيق العام لم يتوقعوا أو يستمتعوا بها (انظر مقالتي السابقة & # 8220 استنساخ البشر: هل تم استنساخ البشر؟ & # 8221). حتى أنهم تعرضوا لانتقادات من قبل باحثين آخرين في هذا المجال لقفزهم للأمام دون التدقيق في التداعيات الأخلاقية. كان رد فعل الجمهور بلا شك شديد الواقعية لبقية المجتمع العلمي. لقد حظرت العديد من البلدان بالفعل التجارب في استنساخ البشر تمامًا أو على الأقل فرضت وقفاً مؤقتاً حتى يمكن التحقيق في الأسئلة الأخلاقية بشكل صحيح قبل المضي قدمًا. حتى الباحثين في اسكتلندا المسؤولين عن دوللي صرحوا بوضوح أنهم لا يرون سببًا لمتابعة استنساخ البشر وأنهم يرفضون هذه الفكرة شخصيًا.

ومع ذلك ، هناك البعض في المجتمع العلمي ، الذين يشعرون أن القدرة على فعل شيء ما هي سبب كاف للقيام بذلك. لكن في هذه الحالة ، أعتقد أنهم أقلية. على سبيل المثال ، فرض علماء الأحياء الجزيئية تعليقًا خاصًا بهم في السبعينيات عندما تم تطوير التكنولوجيا الجينية لأول مرة حتى يمكن الإجابة على الأسئلة الحرجة. أيضًا ، بينما تم إنتاج الأسلحة النووية لأكثر من 50 عامًا ، تم استخدام اثنين فقط وكان ذلك قبل 52 عامًا. يتم الآن تفكيك الكثير.تُظهر لنا هذه الحالات أن ضبط النفس البشري ، رغم ندرته ، ممكن.

لذا في حين أنه من المعقول الاعتقاد بأنه يمكن استنساخ البشر ، وأن شخصًا ما ، في مكان ما قد يحاول ، فإن المناخ العام ضده لدرجة أنني لا أعتقد أننا سنرى الإعلان عنه في أي وقت قريب.

لماذا استنساخ البشر؟

بشكل عام ، كان رد الفعل العام سلبيًا تجاه استنساخ البشر ، وهذا أمر مثير للفضول في ثقافة من المسلم به أنها ما بعد المسيحية في التوجه. ومع ذلك ، لا يزال الكثير من الناس يرغبون في التمييز بين الحيوانات والبشر.

نحن كمسيحيين نفهم هذه الرغبة لأننا نؤكد أن البشر مخلوقين على صورة الله وأن الحيوانات ليست كذلك. لذلك ، هناك فاصل واضح بين الحيوانات والبشر. لكن من وجهة نظر تطورية ، البشر ليسوا شيئًا مميزًا & # 8211 مجرد نوع حيواني آخر. تم تقديم رد الفعل المتوقع من خلال افتتاحية في دالاس مورنينغ نيوز (الإثنين ، 3 مارس 1997 ، 9 د) بقلم توم سيغفريد بعنوان: & # 8220It & # 8217s من الصعب رؤية سبب كون دوللي البشرية شريرة. & # 8221 لخص وجهة نظره عندما قال ، & # 8220 القدرة على الاستنساخ هو جزء من اكتساب معرفة أعمق بالحياة نفسها. لذلك لا ينبغي أن يُنظر إلى دوللي على أنها مخيفة ، ولكن كإشارة إلى أن الحياة لا تزال تخفي العديد من المعجزات ليكتشفها البشر. .

مع وضع هذا في الاعتبار ، دع & # 8217s تستكشف بعض الأسباب التي جعلت الناس يقترحون أن الاستنساخ البشري هو اقتراح جدير بالاهتمام والتعامل مع بعض الأسئلة التي يطرحها الناس.

مخاوف بشأن استنساخ البشر

هناك الكثير الذي يمكن تعلمه عن التطور الجنيني البشري من خلال البحث في استنساخ البشر. في حين أن هذا صحيح ، فإن هذا هو بالضبط المنطق الذي استخدمته ألمانيا النازية لتبرير التجارب على اليهود. أجريت التجارب على التعرض للبرد والماء والظروف القاسية الأخرى مع البشر ، في كثير من الأحيان إلى حد الموت ، لأن البيانات المتعلقة بالأشخاص البشريين كانت تعتبر لا غنى عنها. بالطبع ، نحن نعلم الآن أن النماذج الحيوانية تعمل بشكل جيد وبالتالي ، ليست هناك حاجة لاستخدام النماذج البشرية للحصول على هذا النوع من البيانات.

هل سيتم استنساخ البشر لقطع الغيار؟ اقترح عدد قليل من الكتاب أن بعض الأفراد قد يرغبون في إنشاء استنساخ جنيني ليتم تجميده وإبعاده. بعد ذلك ، في حالة وجود مرض في الطفولة يتطلب عملية زرع ، يمكن إذابة الجنين ، وزرعه في بديل ، ورفعه إلى عمر كافٍ لحصاد العضو الإضافي وزرعه. في حين أن هذا ممكن بالتأكيد ، إلا أنني أعتبر أنه من غير المحتمل جدًا أن يتم معاقبة هذه الممارسات من قبل أي حكومة لأنها تتجاهل تمامًا الطابع الفريد للإنسانية وتحطّم مفهوم الكرامة الإنسانية. هذا لا يعني ، مع ذلك ، أن شخصًا ما ربح & # 8217t المحاولة.

هل سيتم استخدام الاستنساخ البشري ليحل محل رضيع أو طفل يحتضر؟ هذا بالتأكيد احتمال ، لكننا بحاجة إلى التساؤل عما إذا كان اتخاذ مثل هذا الإجراء هو وسيلة مناسبة للتعامل مع الخسارة. قد يتم وضع توقعات غير واقعية على استنساخ لا يتم وضعه على طفل يتم إنتاجه بشكل طبيعي. قد يكون الطفل المستنسخ هو نفسه من الناحية الجينية ، ولكنه مختلف في نواحٍ أخرى. هذا يمكن أن يخلق إحباطًا أكثر من الراحة.

هل سيتم استنساخ البشر لتوفير الأطفال للأزواج الذين ليس لديهم أطفال؟ هذا هو السبب في أغلب الأحيان للاستنساخ البشري ، لكن الحجة غير مقنعة عندما يكون هناك الكثير من الأطفال الذين يحتاجون إلى التبني. كما أن هذا يقلل من قيمة الأطفال إلى مستوى سلعة. أيضا إذا في المختبر يبدو أن الإخصاب مكلف عند 5000-8000 دولار للمحاولة ، وسيكون الاستنساخ أكثر من ذلك.

هل للنسخات البشرية أرواح؟ في رأيي ، لن يكونا مختلفين عن توأم متطابق أو طفل ناتج في المختبر التخصيب. كيف تنقسم بويضة واحدة مخصبة إلى فردين هو لغز مشابه ، لكنه يحدث.

هل الاستنساخ يهدد التنوع الجيني؟ قد يؤدي الاستنساخ المفرط بالفعل إلى استنفاد التنوع الجيني لمجموعة الحيوانات ، مما يجعل السكان عرضة للأمراض والكوارث الأخرى. لكن معظم علماء الأحياء يدركون هذه المشكلات ، ولا أتوقع أن يكون هذا مصدر قلق كبير ما لم يكن الاستنساخ هو الوسيلة الوحيدة المتاحة لاستمرار الأنواع.

إذا تم إتقان التقنية في الحيوانات أولاً ، فهل هذا ينقذ الخسارة المأساوية لحياة الجنين التي نتجت عن التجارب البشرية المبكرة مع في المختبر التخصيب؟ في المختبر تم إتقان الإخصاب في البشر قبل أن يعرف مدى فاعلية الإجراء. وقد أدى ذلك إلى ضياع كثير من البشر في مراحلهم الجنينية. معدل النجاح لا يزال من 10 إلى 20٪ فقط. تبلغ نسبة نجاح الإخصاب الطبيعي والزرع حوالي 33 إلى 50٪. بينما ستساعد النماذج الحيوانية ، ستكون هناك جوانب فريدة للتنمية البشرية لا يمكن معرفتها والتغلب عليها إلا من خلال التجارب البشرية المباشرة التي لا تحترم قدسية الحياة البشرية.

يوفر الاستنساخ وسيلة للمثليات لإنجاب الأطفال كزوجين. أحدهما يمد النواة والآخر يوفر البويضة. تحتوي البويضة على بعض المواد الجينية الفريدة في الميتوكوندريا التي لا تساهم بها الحيوانات المنوية أو النواة. يتم دمج خلية واحدة من كل شريك معًا لتكوين فرد جديد ، على الرغم من أن جميع المواد الوراثية النووية تأتي من خلية واحدة فقط. السؤال الحقيقي هو ما إذا كانت هذه هي البيئة المناسبة لأي طفل ينشأ فيها. (لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع ، راجع مقال سو بوهلين & # 8217s ، & # 8220 أساطير جنسية. & # 8221) مثلي الجنس & # 8220 الزواج & # 8221 ليست كذلك يجب أن تكون الزيجات حقًا في الفهم الطبيعي للمصطلح ، والأطواق التكنولوجية التي يجب القفز من خلالها لأي زوجين مثليين لإنجاب أطفال ، تحذيرًا واضحًا من وجود خطأ ما في الترتيب بأكمله.

هل المستنسخات البشرية أفراد فريدون؟ حتى التوائم المتطابقة تمكنوا من تشكيل هويتهم الخاصة. نفس الشيء ينطبق على الحيوانات المستنسخة. في الواقع ، قد يجادل هذا بشدة ضد فائدة الاستنساخ لأننا لا نستطيع أبدًا إعادة إنتاج كل تجارب الحياة التي شكلت شخصية معينة. ستكون الجينات هي نفسها ، لكن البيئة والروح لن تكون كذلك.

معًا ، أجد احتمال استنساخ الحيوانات مفيدًا. لكنني أتساءل عما إذا كان الإجراء مثاليًا مثل بعض الأمل. قد ينتهي الأمر بكونه عملية غير فعالة لتحقيق النتيجة المرجوة. إن استنساخ البشر محفوف بالعديد من الصعوبات المحتملة ، من إهدار حياة الجنين البشري أثناء البحث والتطوير إلى تسويق الأطفال (انظر مقالتي السابقة عن استنساخ البشر) مع ميزة محتملة قليلة جدًا للأفراد والمجتمع. ما يمكن تعلمه عن التطور الجنيني من خلال تجارب الاستنساخ يمكن تعلمه من خلال التجارب على الحيوانات. يعتبر استنساخ البشر البالغين ممارسة غير ضرورية وغير أخلاقية يجب تثبيطها بشدة إن لم يتم حظرها تمامًا.

المنشورات ذات الصلة

في 8 يناير 2007 ، ذكرت وكالة أسوشيتد برس أن علماء من جامعة ويك فورست وجامعة هارفارد اكتشفوا نوعًا جديدًا من الخلايا الجذعية الموجودة في السائل الأمنيوسي داخل & hellip.

يفحص الدكتور راي بوهلين عالم الهندسة الوراثية سريع الحركة من منظور مسيحي للعالم. يوضح أن معظم الهندسة الوراثية تحاول إجراء تغييرات أكثر كفاءة مماثلة لـ & hellip

غالبًا ما تُربح المعارك السياسية أو تخسر مع التعريفات. لقد تعلم أنصار الإجهاض هذا الدرس جيدًا. لم يرغبوا في أن يوصفوا بأنهم أولئك الذين كانوا على استعداد لقتل الأبرياء والجحيم

على الرغم من حدوث الكثير في هذا المجال منذ كتابة هذه المقالة في عام 2000 ، فإن الأسئلة التي تناولها الدكتور بوهلين لا تزال في الوقت المناسب وذات صلة. يتلاعب بكودنا الجيني و hellip

يجلب الدكتور راي بوهلين نظرة كتابية للعالم إلى هذا التقاطع بين الأخلاق والعلم. من منظور مسيحي ، هل من الصواب حصاد الخلايا الجذعية الجنينية وتدميرها من أجل Hellip

هل يمكنك شرح الفرق بين القمار والاستثمار؟ شكرا لك مقدما. شكرًا لك على بريدك الإلكتروني وسؤالك حول الاختلافات بين المقامرة والاستثمار. هناك عدد و hellip

دكتور راي بوهلين

ريمون ج. بوهلين هو نائب رئيس التواصل البصري في Probe Ministries. تخرج من جامعة إلينوي (بكالوريوس ، علم الحيوان) ، جامعة ولاية شمال تكساس (ماجستير ، علم الوراثة السكانية) ، وجامعة تكساس في دالاس (ماجستير ، دكتوراه ، البيولوجيا الجزيئية). هو مؤلف مشارك للكتاب الحدود الطبيعية للتغيير البيولوجي، شغل منصب المحرر العام لـ الخلق والتطور والعلم الحديث، مؤلف مشارك ل أسئلة أساسية حول علم الوراثة وأبحاث الخلايا الجذعية والاستنساخ (سلسلة BioBasics)، ونشر العديد من المقالات الصحفية. عُيِّن الدكتور بوهلين زميلًا باحثًا في مركز تجديد العلوم والثقافة التابع لمعهد الاكتشاف في أعوام 1997 و 2000 و 2012.

ما هو المسبار؟

خدمات التحقيق هي خدمة غير هادفة للربح تتمثل مهمتها في مساعدة الكنيسة في تجديد عقول المؤمنين بنظرة مسيحية للعالم وتجهيز الكنيسة لإشراك العالم في المسيح. تحقق Probe هذه المهمة من خلال مؤتمرات Mind Games للشباب والكبار ، وبرنامجنا الإذاعي اليومي لمدة 3 دقائق ، وموقعنا الإلكتروني الشامل على www.probe.org.

يمكن الحصول على مزيد من المعلومات حول مواد ووزارة Probe عن طريق الاتصال بنا على:


محتويات

في البشر ، يشكل دنا الميتوكوندريا (mtDNA) جزيئات دائرية مغلقة تحتوي على 16.569 [2] [3] أزواج قاعدية من الحمض النووي ، [4] مع كل جزيء يحتوي عادة على مجموعة كاملة من جينات الميتوكوندريا. تحتوي كل ميتوكوندريا بشرية ، في المتوسط ​​، على ما يقرب من 5 جزيئات mtDNA ، بكمية تتراوح بين 1 و 15. [4] تحتوي كل خلية بشرية على ما يقرب من 100 ميتوكوندريا ، مما يعطي إجمالي عدد جزيئات mtDNA لكل خلية بشرية تقريبًا. [4] ]

نظرًا لأن أمراض الميتوكوندريا (الأمراض الناتجة عن خلل في الميتوكوندريا) يمكن أن تُورث من الأم ومن خلال وراثة الكروموسومات ، فإن الطريقة التي تنتقل بها من جيل إلى جيل يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على المرض. يمكن أن تحدث الطفرات الجينية للميتوكوندريا التي تحدث في الحمض النووي النووي في أي من الكروموسومات (حسب النوع). يمكن أن تكون الطفرات الموروثة من خلال الكروموسومات سائدة أو متنحية ويمكن أيضًا أن تكون سائدة أو متنحية مرتبطة بالجنس. يتبع الميراث الكروموسومي قوانين مندلية العادية ، على الرغم من حقيقة أن النمط الظاهري للمرض قد يكون مقنعًا.

بسبب الطرق المعقدة التي "يتواصل" ويتفاعل بها الحمض النووي للميتوكوندريا والنووي ، يصعب حتى تشخيص الوراثة التي تبدو بسيطة. قد يؤدي حدوث طفرة في الحمض النووي الصبغي إلى تغيير البروتين الذي ينظم (يزيد أو ينقص) إنتاج بروتين معين آخر في الميتوكوندريا أو السيتوبلازم ، وقد يؤدي ذلك إلى ظهور أعراض طفيفة ، إن وجدت. من ناحية أخرى ، من السهل تشخيص بعض طفرات mtDNA المدمرة بسبب تلفها الواسع للأنسجة العضلية و / أو العصبية و / أو الكبدية (من بين الأنسجة الأخرى عالية الطاقة والمعتمدة على الأيض) ولأنها موجودة في الأم وجميعها النسل.

يمكن أن يختلف عدد جزيئات mtDNA المصابة التي ورثتها ذرية معينة اختلافًا كبيرًا بسبب

  • الميتوكوندريا داخل البويضة الملقحة هي ما يجب أن تبدأ به الحياة الجديدة (من حيث mtDNA) ،
  • يختلف عدد الميتوكوندريا المصابة من خلية (في هذه الحالة ، البويضة المخصبة) إلى خلية اعتمادًا على كل من العدد الذي ورثته من الخلية الأم والعوامل البيئية التي قد تفضل الحمض النووي المتقدري الطافر أو البري ،
  • يختلف عدد جزيئات mtDNA في الميتوكوندريا من حوالي اثنين إلى عشرة.

من الممكن ، حتى في الولادات التوأم ، أن يتلقى طفل واحد أكثر من نصف جزيئات mtDNA الطافرة بينما قد يتلقى التوأم الآخر جزءًا صغيرًا فقط من جزيئات mtDNA الطافرة فيما يتعلق بالنوع البري (اعتمادًا على كيفية انقسام التوأم عن بعضهما البعض وكيف تصادف وجود العديد من الميتوكوندريا الطافرة على كل جانب من جوانب الانقسام). في حالات قليلة ، تدخل بعض الميتوكوندريا أو الميتوكوندريا من خلية الحيوانات المنوية إلى البويضة ولكن الميتوكوندريا الأبوية تتحلل بشكل نشط.

الجينات في جينوم الميتوكوندريا البشري هم كالآتي.

سلسلة نقل الإلكترون وتحرير الإنسان

كان يعتقد في الأصل خطأً أن جينوم الميتوكوندريا يحتوي فقط على 13 جينًا مشفرًا للبروتين ، وكلها تشفر بروتينات سلسلة نقل الإلكترون. ومع ذلك ، في عام 2001 ، تم اكتشاف البروتين الرابع عشر النشط بيولوجيًا المسمى humanin ، ووجد أنه تم ترميزه بواسطة جين الميتوكوندريا MT-RNR2 الذي يشفر أيضًا جزءًا من ريبوسوم الميتوكوندريا (مصنوع من RNA):

مركب
عدد
فئة الجينات المواقف في الانقسام ساحل
أنا نازعة هيدروجين NADH
MT-ND1 3,307–4,262 إل
MT-ND2 4,470–5,511 إل
MT-ND3 10,059–10,404 إل
MT-ND4L 10,470–10,766 إل
MT-ND4 10760-12137 (تداخل مع MT-ND4L) إل
MT-ND5 12,337–14,148 إل
MT-ND6 14,149–14,673 ح
ثالثا أنزيم Q - اختزال السيتوكروم ج / السيتوكروم ب MT-CYB 14,747–15,887 إل
رابعا سيتوكروم سي أوكسيديز MT-CO1 5,904–7,445 إل
MT-CO2 7,586–8,269 إل
MT-CO3 9,207–9,990 إل
الخامس سينسيز ATP MT-ATP6 8.527-9207 (تتداخل مع MT-ATP8) إل
MT-ATP8 8,366–8,572 إل
الإنسان MT-RNR2

على عكس البروتينات الأخرى ، لا يبقى الإنسان في الميتوكوندريا ، ويتفاعل مع بقية الخلايا والمستقبلات الخلوية. يمكن أن يحمي Humanin خلايا الدماغ عن طريق تثبيط موت الخلايا المبرمج. على الرغم من اسمها ، توجد نسخ من الإنسان أيضًا في حيوانات أخرى ، مثل الروتين في الفئران.

تحرير rRNA

تقوم الجينات التالية بترميز الرنا الريباسي:

الوحدة الفرعية الرنا الريباسي الجينات المواقف في الانقسام ساحل
صغير (SSU) 12 ثانية MT-RNR1 648–1,601 إل
كبير (LSU) 16 ثانية MT-RNR2 1,671–3,229 إل

تحرير tRNA

تقوم الجينات التالية بترميز الحمض الريبي النووي النقال (tRNAs):

حمض أميني 3-حرف 1-رسالة MT DNA المناصب ساحل
ألانين علاء أ MT-TA 5,587–5,655 ح
أرجينين أرج ر MT-TR 10,405–10,469 إل
الهليون أسن ن MT-TN 5,657–5,729 ح
حمض الأسبارتيك حي د MT-TD 7,518–7,585 إل
سيستين السيستئين ج MT-TC 5,761–5,826 ح
حمض الجلوتاميك غلو ه MT-TE 14,674–14,742 ح
الجلوتامين جلن س MT-TQ 4,329–4,400 ح
جليكاين جلاي جي MT-TG 9,991–10,058 إل
الهيستيدين له ح MT-TH 12,138–12,206 إل
إيسولوسين إيل أنا MT-TI 4,263–4,331 إل
يسين ليو (UUR) إل MT-TL1 3,230–3,304 إل
يسين ليو (كندا) إل MT-TL2 12,266–12,336 إل
ليسين ليس ك MT-TK 8,295–8,364 إل
ميثيونين التقى م MT-TM 4,402–4,469 إل
فينيل ألانين Phe F MT-TF 577–647 إل
برولين طليعة ص MT-TP 15,956–16,023 ح
سيرين سر (UCN) س MT-TS1 7,446–7,514 ح
سيرين سر (AGY) س MT-TS2 12,207–12,265 إل
ثريونين Thr تي MT-TT 15,888–15,953 إل
تريبتوفان TRP دبليو MT-TW 5,512–5,579 إل
تيروزين صور ص MT-TY 5,826–5,891 ح
فالين فال الخامس MT-TV 1,602–1,670 إل

تحرير موقع الجينات

يحتوي الحمض النووي للميتوكوندريا تقليديًا على شريطين من الحمض النووي يحددان الشريط الثقيل والخفيف ، نظرًا لكثافتهما الطافية أثناء الفصل في تدرجات كلوريد السيزيوم ، [5] [6] والتي وُجد أنها مرتبطة بالمحتوى النسبي للنيوكليوتيدات G + T من الخيط. [7] ومع ذلك ، فإن الخلط في وضع العلامات على هذه الخيوط منتشر على نطاق واسع ، ويبدو أنه نشأ مع تحديد الأغلبية المشفرة على أنها ثقيلة في مقال واحد مؤثر في عام 1999. [8] [7] في البشر ، الخيط الخفيف لـ mtDNA يحمل 28 جينًا ، ويحمل الخيط الثقيل لـ mtDNA 9 جينات فقط. [7] [9] ثمانية من الجينات التسعة الموجودة على شفرة الخيط الثقيل لجزيئات الحمض الريبي النووي النقال للميتوكوندريا. يتكون mtDNA البشري من 16569 زوجًا من النيوكليوتيدات. يتم تنظيم الجزيء بأكمله من خلال منطقة تنظيمية واحدة فقط تحتوي على أصول تكرار كل من الخيوط الثقيلة والخفيفة. تم تعيين جزيء DNA الميتوكوندريا البشري بالكامل [1] [2].

الشفرة الجينية ، في معظمها ، عالمية ، مع استثناءات قليلة: [10] تتضمن جينات الميتوكوندريا بعضًا من هذه. بالنسبة لمعظم الكائنات الحية ، فإن "رموز التوقف" هي "UAA" و "UAG" و "UGA". في الميتوكوندريا الفقارية ، يوجد أيضًا "AGA" و "AGG" رموز توقف ، لكن ليس "UGA" ، الذي يرمز إلى التربتوفان بدلاً من ذلك. أكواد "AUA" للأيزولوسين في معظم الكائنات الحية ولكن للميثيونين في الميتوكوندريا mRNA الفقاريات.

هناك العديد من الاختلافات الأخرى بين الرموز المستخدمة من قبل m / tRNA للميتوكوندريا الأخرى ، والتي لم تكن ضارة بالكائنات الحية ، والتي يمكن استخدامها كأداة (جنبًا إلى جنب مع الطفرات الأخرى بين mtDNA / RNA للأنواع المختلفة) لتحديد القرب النسبي للأصل المشترك للأنواع ذات الصلة. (كلما كان النوعان أكثر ارتباطًا ، كلما كانت طفرات mtDNA / RNA هي نفسها في جينوم الميتوكوندريا).

باستخدام هذه التقنيات ، تشير التقديرات إلى أن الميتوكوندريا الأولى نشأت منذ حوالي 1.5 مليار سنة. الفرضية المقبولة عمومًا هي أن الميتوكوندريا نشأت باعتبارها بدائيات النوى الهوائية في علاقة تكافلية داخل حقيقيات النوى اللاهوائية.

تكاثر الميتوكوندريا تتحكم فيه الجينات النووية وهي مناسبة بشكل خاص لصنع العديد من الميتوكوندريا التي تحتاجها تلك الخلية المعينة في ذلك الوقت.

نسخ الميتوكوندريا في البشر يبدأ من ثلاثة محفزات ، H1 ، H2 ، و L (حبلا ثقيل 1 ، حبلا ثقيل 2 ، ومروج حبلا خفيف). يقوم مروج H2 بنسخ الخيط الثقيل بالكامل تقريبًا ويقوم المروج L بنسخ الشريط الخفيف بالكامل. يتسبب محفز H1 في نسخ جزيئي الرنا الريباسي للميتوكوندريا. [11]

متي النسخ يحدث على الخيط الثقيل ، يتم إنشاء نسخة متعددة السلاسل. ينتج الشريط الخفيف إما نصوصًا صغيرة ، يمكن استخدامها كبادئات أولية ، أو نسخة واحدة طويلة. يحدث إنتاج البادئات عن طريق معالجة نصوص الخيوط الخفيفة باستخدام Mitochondrial RNase MRP (معالجة RNA للميتوكوندريا). يربط شرط النسخ لإنتاج بادئات عملية النسخ بتكرار mtDNA. يتم قطع النصوص الكاملة إلى جزيئات الرنا الريباسي ، الرنا الريباسي ، و الرنا المرسال. [ بحاجة لمصدر ]

تتضمن عملية بدء النسخ في الميتوكوندريا ثلاثة أنواع من البروتينات: بوليميريز الحمض النووي الريبي للميتوكوندريا (POLRMT) ، وعامل نسخ الميتوكوندريا A (TFAM) ، وعوامل نسخ الميتوكوندريا B1 و B2 (TFB1M ، TFB2M). تتجمع POLRMT و TFAM و TFB1M أو TFB2M في محفزات الميتوكوندريا وتبدأ النسخ. الأحداث الجزيئية الفعلية التي تشارك في البدء غير معروفة ، ولكن هذه العوامل تشكل آلية النسخ القاعدية وقد ثبت أنها تعمل في المختبر. [ بحاجة لمصدر ]

ترجمة الميتوكوندريا لا يزال غير مفهوم جيدًا. لا تزال الترجمات في المختبر غير ناجحة ، ربما بسبب صعوبة عزل mt mRNA الكافي ، mt rRNA الوظيفي ، وربما بسبب التغييرات المعقدة التي يخضع لها mRNA قبل ترجمتها. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير بلميراز الحمض النووي للميتوكوندريا

يستخدم Mitochondrial DNA Polymerase (Pol gamma ، المشفر بواسطة جين POLG) في نسخ mtDNA أثناء النسخ المتماثل. نظرًا لأن الخيطين (الثقيل والخفيف) على جزيء mtDNA الدائري لهما أصول مختلفة من النسخ المتماثل ، فإنه يتكاثر في وضع D-loop. يبدأ أحد الخيطين في التكاثر أولاً ، مما يؤدي إلى إزاحة الخيط الآخر.يستمر هذا حتى يصل النسخ المتماثل إلى أصل النسخ المتماثل على الشريط الآخر ، وعند هذه النقطة يبدأ الشريط الآخر في التكرار في الاتجاه المعاكس. ينتج عن هذا جزيئين mtDNA جديدين. تحتوي كل ميتوكوندريا على عدة نسخ من جزيء mtDNA وعدد جزيئات mtDNA هو عامل مقيد في انشطار الميتوكوندريا. بعد أن تحتوي الميتوكوندريا على كمية كافية من mtDNA ومنطقة الغشاء وبروتينات الغشاء ، يمكن أن تخضع للانشطار (مشابه جدًا لتلك التي تستخدمها البكتيريا) لتصبح ميتوكوندريا. تشير الدلائل إلى أن الميتوكوندريا يمكن أن تخضع أيضًا للاندماج وتبادل المواد الجينية (في شكل تقاطع) بين بعضها البعض. تشكل الميتوكوندريا أحيانًا مصفوفات كبيرة يحدث فيها الاندماج والانشطار وتبادل البروتين باستمرار. تشترك mtDNA بين الميتوكوندريا (على الرغم من حقيقة أنها يمكن أن تخضع للانصهار). [ بحاجة لمصدر ]

الضرر وخطأ النسخ تحرير

الحمض النووي للميتوكوندريا عرضة للتلف من جذور الأكسجين الحرة من الأخطاء التي تحدث أثناء إنتاج ATP من خلال سلسلة نقل الإلكترون. يمكن أن تحدث هذه الأخطاء بسبب الاضطرابات الوراثية والسرطان وتغيرات درجة الحرارة. يمكن لهذه الجذور إتلاف جزيئات mtDNA أو تغييرها ، مما يجعل من الصعب على بوليميراز الميتوكوندريا تكرارها. يمكن أن تؤدي كلتا الحالتين إلى عمليات الحذف وإعادة الترتيب والطفرات الأخرى. أشارت الأدلة الحديثة إلى أن الميتوكوندريا لديها إنزيمات تقوم بمراجعة mtDNA وإصلاح الطفرات التي قد تحدث بسبب الجذور الحرة. من المعتقد أن إعادة تركيب الحمض النووي الموجود في خلايا الثدييات يشارك أيضًا في عملية إعادة التركيب الإصلاحي. ارتبطت عمليات الحذف والطفرات الناتجة عن الجذور الحرة بعملية الشيخوخة. يُعتقد أن الجذور تسبب طفرات تؤدي إلى بروتينات متحولة ، والتي بدورها تؤدي إلى مزيد من الجذور. تستغرق هذه العملية سنوات عديدة وترتبط ببعض عمليات الشيخوخة التي تدخل في الأنسجة المعتمدة على الأكسجين مثل الدماغ والقلب والعضلات والكلى. عمليات التعزيز الذاتي مثل هذه هي الأسباب المحتملة للأمراض التنكسية بما في ذلك مرض باركنسون والزهايمر ومرض الشريان التاجي. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير أخطاء النسخ المتماثل mtDNA بوساطة الكروموسومات

نظرًا لأن نمو وانشطار الميتوكوندريا يتم بوساطة الحمض النووي النووي ، يمكن أن يكون للطفرات في الحمض النووي النووي مجموعة واسعة من التأثيرات على تكاثر mtDNA. على الرغم من حقيقة أن مواقع بعض هذه الطفرات قد تم العثور عليها في الكروموسومات البشرية ، لم يتم حتى الآن عزل جينات وبروتينات معينة. تحتاج الميتوكوندريا إلى بروتين معين للخضوع للانشطار. إذا لم يكن هذا البروتين (الذي تولده النواة) موجودًا ، فإن الميتوكوندريا تنمو لكنها لا تنقسم. هذا يؤدي إلى ميتوكوندريا عملاقة وغير فعالة. يمكن أن تؤثر الأخطاء في جينات الكروموسومات أو منتجاتها أيضًا على تكاثر الميتوكوندريا بشكل مباشر أكثر عن طريق تثبيط بوليميراز الميتوكوندريا ويمكن أن تسبب طفرات في mtDNA بشكل مباشر وغير مباشر. غالبًا ما تحدث الطفرات غير المباشرة بسبب الجذور التي تنتجها البروتينات المعيبة المصنوعة من الحمض النووي النووي. [ بحاجة لمصدر ]

مساهمة الميتوكوندريا مقابل تعديل الجينوم النووي

في المجموع ، تستضيف الميتوكوندريا حوالي 3000 نوع مختلف من البروتينات ، ولكن حوالي 13 نوعًا منها فقط مشفر على الحمض النووي للميتوكوندريا. تشترك معظم أنواع البروتينات البالغ عددها 3000 نوع في مجموعة متنوعة من العمليات غير إنتاج ATP ، مثل تخليق البورفيرين. فقط حوالي 3 ٪ منهم يرمزون لبروتينات إنتاج ATP. هذا يعني أن معظم ترميز المعلومات الجينية للتركيب البروتيني للميتوكوندريا موجود في الحمض النووي الصبغي ويشارك في عمليات أخرى غير تخليق ATP. يزيد هذا من فرص حدوث طفرة تؤثر على الميتوكوندريا في الحمض النووي الصبغي ، الموروث في النمط المندلي. والنتيجة الأخرى هي أن الطفرة الكروموسومية ستؤثر على نسيج معين بسبب احتياجاته الخاصة ، سواء كانت تلك متطلبات طاقة عالية أو حاجة لتقويض أو استقلاب ناقل عصبي معين أو حمض نووي. نظرًا لأنه يتم نقل عدة نسخ من جينوم الميتوكوندريا بواسطة كل ميتوكوندريا (2-10 في البشر) ، يمكن وراثة طفرات الميتوكوندريا الأمومي عن طريق طفرات mtDNA الموجودة في الميتوكوندريا داخل البويضة قبل الإخصاب ، أو (كما هو مذكور أعلاه) من خلال الطفرات في الكروموسومات. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير العرض التقديمي

تتراوح شدة أمراض الميتوكوندريا من عديمة الأعراض إلى قاتلة ، وهي في الغالب بسبب الطفرات الوراثية بدلاً من الطفرات المكتسبة في الحمض النووي للميتوكوندريا. يمكن أن تسبب طفرة معينة في الميتوكوندريا أمراضًا مختلفة اعتمادًا على شدة المشكلة في الميتوكوندريا والأنسجة التي توجد بها الميتوكوندريا المصابة. وعلى العكس من ذلك ، قد تظهر العديد من الطفرات المختلفة على أنها نفس المرض. هذا التوصيف الخاص بالمريض تقريبًا لأمراض الميتوكوندريا (انظر الطب الشخصي) يجعل من الصعب جدًا التعرف عليها وتشخيصها وتعقبها بدقة. يمكن ملاحظة بعض الأمراض عند الولادة أو حتى قبلها (يتسبب العديد منها في الوفاة) بينما لا تظهر أمراض أخرى حتى مرحلة البلوغ المتأخرة (اضطرابات الظهور المتأخر). وذلك لأن عدد الميتوكوندريا الطافرة مقابل النوع البري يختلف بين الخلايا والأنسجة ، ويتغير باستمرار. نظرًا لأن الخلايا تحتوي على ميتوكوندريا متعددة ، يمكن أن تحتوي الميتوكوندريا المختلفة في نفس الخلية على أشكال مختلفة من mtDNA. يشار إلى هذه الحالة باسم heteroplasmy. عندما يصل نسيج معين إلى نسبة معينة من الميتوكوندريا الطافرة مقابل الميتوكوندريا من النوع البري ، سيظهر المرض نفسه. تختلف النسبة من شخص لآخر ومن نسيج إلى نسيج (اعتمادًا على الطاقة المحددة والأكسجين ومتطلبات التمثيل الغذائي وتأثيرات الطفرة المحددة). أمراض الميتوكوندريا عديدة ومختلفة. بصرف النظر عن الأمراض التي تسببها تشوهات في الحمض النووي للميتوكوندريا ، يشتبه في أن العديد من الأمراض مرتبطة جزئيًا بخلل وظائف الميتوكوندريا ، مثل مرض السكري ، [12] أشكال السرطان [13] وأمراض القلب والأوعية الدموية ، والحماض اللبني ، [14] أشكال معينة من اعتلال عضلي ، [15] هشاشة العظام ، [16] مرض الزهايمر ، [17] مرض باركنسون ، [18] السكتة الدماغية ، [19] عقم الرجال [20] والتي يعتقد أيضًا أنها تلعب دورًا في عملية الشيخوخة. [21]

يمكن أيضًا استخدام mtDNA البشري للمساعدة في تحديد الأفراد. [22] تستخدم مختبرات الطب الشرعي أحيانًا مقارنة mtDNA لتحديد الرفات البشرية ، وخاصة لتحديد بقايا الهياكل العظمية القديمة غير المحددة. على الرغم من أنه على عكس الحمض النووي النووي ، فإن mtDNA ليس خاصًا بفرد واحد ، إلا أنه يمكن استخدامه مع أدلة أخرى (الأدلة الأنثروبولوجية ، والأدلة الظرفية ، وما شابه) لتحديد الهوية. يستخدم mtDNA أيضًا لاستبعاد التطابقات المحتملة بين الأشخاص المفقودين والرفات مجهولة الهوية. [23] يعتقد العديد من الباحثين أن mtDNA أكثر ملاءمة للتعرف على بقايا الهيكل العظمي الأقدم من الحمض النووي النووي لأن العدد الأكبر من نسخ mtDNA لكل خلية يزيد من فرصة الحصول على عينة مفيدة ، ولأن التطابق مع قريب حي ممكن حتى إذا فصلت أجيال عديدة عن الأم.

أمثلة تحرير

تم التعرف على رفات جيسي جيمس الأمريكية الخارجة عن القانون باستخدام مقارنة بين mtDNA المستخرج من رفاته و mtDNA لابن حفيدة أخته. [24]

وبالمثل ، تم التعرف على بقايا الكسندرا فيودوروفنا (أليكس من هيس) ، آخر إمبراطورة لروسيا ، وأطفالها من خلال مقارنة الحمض النووي للميتوكوندريا مع تلك الخاصة بالأمير فيليب ، دوق إدنبرة ، الذي كانت جدته لأمه أخت ألكسندرا فيكتوريا من هيس. [25]

وبالمثل لتحديد الإمبراطور نيكولاس الثاني ، لا يزال الحمض النووي الخاص به في الميتوكوندريا يُقارن مع جيمس كارنيجي ، دوق فايف الثالث ، الذي كانت جدته الكبرى ألكسندرا من الدنمارك (الملكة ألكسندرا) أخت نيكولاس الثاني والدة داغمار الدنماركية (الإمبراطورة ماريا فيودوروفنا). [25] [26]


شاهد الفيديو: الهندسة الوراثية - استنساخ الحمض النووى DNA (شهر فبراير 2023).