مهندسی ژنتیک؛ تغییر محتوای ژنتیکی جانداران برای ایجاد صفات جدید

مهندسی ژنتیک؛ طراحی دوبارهٔ کتاب حیات

دی‌ان‌ای و ژن؛ الفبای سازندهٔ موجودات زنده

همهٔ موجودات زنده، از کوچکترین باکتری گرفته تا انسان، توسط یک مولکول به نام دی‌ان‌ای ساخته و کنترل می‌شوند. این مولکول را می‌توان به یک کتاب دستورالعمل بسیار دقیق تشبیه کرد که چگونگی ساخت و عملکرد یک موجود زنده را مشخص می‌کند. هر ژن⁵ بخش خاصی از این کتاب است که دستور ساخت یک پروتئین⁶ خاص را می‌دهد. پروتئین‌ها نیز بلوک‌های ساختمانی و موتورهای مولکولی سلول‌ها هستند. برای مثال، ژنی به نام INS دستور ساخت پروتئین انسولین⁷ را صادر می‌کند که در کنترل قند خون نقش اساسی دارد.

ساختار دی‌ان‌ای به شکل یک نردبان مارپیچ دوطرفه است که به آن مارپیچ دوگانه⁸ می‌گویند. پله‌های این نردبان از جفت‌های باز⁹ تشکیل شده‌اند. چهار نوع باز اصلی وجود دارد که با حروف $A$ (آدنین)، $T$ (تیمین)، $G$ (گوانین) و $C$ (سیتوزین) نشان داده می‌شوند. ترتیب قرارگیری این بازها، کد ژنتیکی را تشکیل می‌دهد که مشخص می‌کند کدام پروتئین ساخته شود.

ابزارهای مهندسی ژنتیک؛ قیچی و چسب مولکولی

دانشمندان برای تغییر در دی‌ان‌ای از ابزارهای ویژه‌ای استفاده می‌کنند. مهم‌ترین این ابزارها، آنزیم‌های برشی¹⁰ و آنزیم‌های اتصال‌دهنده¹¹ هستند.

آنزیم‌های برشی مانند قیچی‌های مولکولی عمل می‌کنند و دی‌ان‌ای را در نقاط خاصی قطع می‌کنند. برای مثال، آنزیم‌های EcoRI توالی $GAATTC$ را تشخیص داده و بین $G$ و $A$ می‌برد.

آنزیم‌های اتصال‌دهنده مانند چسب مولکولی، تکه‌های دی‌ان‌ای را به هم متصل می‌کنند. با ترکیب این دو ابزار، می‌توان یک ژن جدید را از یک جاندار جدا کرد و در دی‌ان‌ای جاندار دیگر قرار داد.

در سال‌های اخیر، یک فناوری انقلابی به نام کریسپر-کَس۹¹² توسعه یافته است. این سیستم، که از یک مکانیسم دفاعی در باکتری‌ها الهام گرفته شده، مانند یک جی‌پی‌اس مولکولی عمل می‌کند که می‌تواند یک نقطهٔ دقیق از ژنوم¹³ را پیدا کرده و توسط پروتئین کَس۹، آن را برش دهد. دقت و سادگی نسبی کریسپر، تحول عظیمی در مهندسی ژنتیک ایجاد کرده است.

موجودات تراریخته؛ از کشاورزی تا پزشکی

جاندارانی که محتوای ژنتیکی آن‌ها توسط انسان تغییر داده شده باشد، جانداران تراریخته¹⁴ نامیده می‌شوند. این فناوری کاربردهای گسترده‌ای دارد:

یک مثال ملموس، تولید برنج طلایی¹⁵ است. در این برنج، ژن‌های لازم برای تولید پیش‌ساز ویتامین A (بتا-کاروتن) از گیاه نرگس و یک باکتری به برنج منتقل شده است. این برنج می‌تواند به مبارزه با کمبود ویتامین A که باعث نابینایی در کودکان می‌شود، کمک کند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ تغییر (Modification)
² مهندسی ژنتیک (Genetic Engineering)
³ مستقیم (Direct)
⁴ دی‌ان‌ای (DNA: DeoxyriboNucleic Acid)
⁵ ژن (Gene)
⁶ پروتئین (Protein)
⁷ انسولین (Insulin)
⁸ مارپیچ دوگانه (Double Helix)
⁹ باز (Nitrogenous Base)
¹⁰ آنزیم‌های برشی (Restriction Enzymes)
¹¹ آنزیم‌های اتصال‌دهنده (Ligase Enzymes)
¹² کریسپر-کَس۹ (CRISPR-Cas9)
¹³ ژنوم (Genome)
¹⁴ جانداران تراریخته (Genetically Modified Organisms - GMOs)
¹⁵ برنج طلایی (Golden Rice)
¹⁶ آر‌ان‌ای (RNA: RiboNucleic Acid)