ناقل: مولکول حامل ژن خارجی به میزبان

ناقل: پستچی کوچک دنیای ژن‌ها

ناقل چیست و چگونه کار می‌کند؟

تصور کنید می‌خواهید یک کتاب بسیار ارزشمند (که همان ژن خارجی است) را برای دوستی در شهری دیگر بفرستید. شما کتاب را به تنهایی در صندوق پست نمی‌اندازید، بلکه آن را داخل یک بسته‌بندی محافظ (مثلاً یک جعبه) قرار می‌دهید و آدرس مقصد را روی آن می‌نویسید. در دنیای سلول‌ها، این بسته‌پستی، یک ناقل نامیده می‌شود. ناقل یک مولکول DNA⁴ است که قابلیت حمل و وارد کردن یک تکه DNA یا ژن مورد نظر ما را به داخل سلول میزبان دارد. ساده‌ترین و معروف‌ترین نوع ناقل، پلاسمید است.

یک پلاسمید، یک مولکول DNA حلقوی کوچک و جدا از کروموزوم اصلی باکتری است. برای اینکه یک پلاسمید بتواند به عنوان ناقل عمل کند، باید چند بخش مهم داشته باشد:

انواع مختلف ناقل‌های مولکولی

همان‌طور که برای ارسال بسته‌های مختلف (سبک، سنگین، ظریف) از روش‌های پستی متفاوتی استفاده می‌کنیم، در زیست‌فناوری نیز برای اهداف گوناگون، از ناقل‌های مختلفی بهره می‌بریم.

کاربرد ناقل‌ها: از تولید انسولین تا واکسن‌های نوین

یکی از شناخته‌شده‌ترین مثال‌ها برای درک کاربرد ناقل‌ها، تولید انسولین انسانی است. افراد مبتلا به دیابت نوع ۱ به تزریق انسولین نیاز دارند. در گذشته انسولین از لوزالمعدهٔ حیوانات استخراج می‌شد که هم کم‌بود و هم گران بود. امروزه چگونه این مشکل حل شده است؟

1. ژن مسئول ساخت انسولین در انسان شناسایی و جدا می‌شود.
2. این ژن داخل یک پلاسمید ناقل، در محل سایت برش، قرار می‌گیرد.
3. پلاسمید حاوی ژن انسولین به باکتری اشریشیا کلی¹⁴ منتقل می‌شود.
4. باکتری‌هایی که پلاسمید را دریافت کرده‌اند (با کمک ژن نشانگر شناسایی می‌شوند)، شروع به تکثیر می‌کنند.
5. همزمان با تکثیر باکتری، ژن انسولین نیز فعال شده و باکتری انسولین انسانی تولید می‌کند.
6. انسولین تولید شده، استخراج و خالص‌سازی شده و برای بیماران استفاده می‌شود.

در تولید برخی واکسن‌ها، مانند واکسن آسترازنکا برای بیماری کرونا، از یک وکتور ویروسی استفاده شد. در این روش، از یک ویروس بی‌خطر (مانند یک آدنوویروس¹⁵ شامپانزه) به عنوان ناقل استفاده می‌کنند. ژن‌های بیماری‌زای این ویروس حذف و به جای آن، ژن مربوط به ساخت پروتئین سنبلهٔ ویروس کرونا وارد می‌شود. وقتی این ناقل ویروسی به بدن انسان تزریق می‌شود، سلول‌های ما پروتئین سنبله را می‌سازند و سیستم ایمنی بدن را برای مقابله با ویروس واقعی آماده می‌کند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ ناقل (Vector): در زیست‌فناوری به مولکولی گفته می‌شود که قادر است توالی DNAیی خارجی را به درون یک سلول میزبان منتقل کند.
² پلاسمید (Plasmid): مولکول DNAی حلقوی کوچک و جدا از کروموزوم اصلی که در باکتری‌ها و برخی موجودات دیگر یافت می‌شود و اغلب به عنوان ناقل استفاده می‌شود.
³ ژن خارجی (Foreign Gene): توالی DNAیی که از منبعی غیر از سلول میزبان گرفته شده است.
⁴ DNA: دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (Deoxyribonucleic Acid)، مولکول حاوی اطلاعات ژنتیکی موجودات زنده.
⁵ منشأ تکثیر (Origin of Replication - ori): توالی خاصی روی DNA که تکثیر آن از آنجا آغاز می‌شود.
⁶ ژن نشانگر (Marker Gene): ژنی که برای شناسایی سلول‌های میزبانی که ناقل را دریافت کرده‌اند استفاده می‌شود، مانند ژن مقاومت به آنتی‌بیوتیک.
⁷ سایت برش (Restriction Site): توالی اختصاصی روی DNA که توسط آنزیم‌های برشی تشخیص داده شده و بریده می‌شود.
⁸ پروموتر (Promoter): ناحیه‌ای از DNA که رونویسی یک ژن از آنجا شروع می‌شود و مانند یک کلید کنترل‌کننده عمل می‌کند.
⁹ وکتور ویروسی (Viral Vector): نوعی ناقل که از یک ویروس تغییر یافته و بی‌خطر برای انتقال ژن به سلول‌های انسانی یا جانوری استفاده می‌کند.
¹⁰ کروموزوم مصنوعی باکتری (Bacterial Artificial Chromosome - BAC): نوعی ناقل که می‌تواند تکه‌های بسیار بزرگ DNA را در باکتری حمل کند.
¹¹ کلون‌گذاری (Cloning): در اینجا به معنای تولید تعداد زیادی کپی از یک ژن یا قطعه DNA.
¹² وکتورهای بیان در گیاهان (Plant Expression Vectors): ناقل‌های ویژه طراحی شده برای انتقال و بیان ژن در سلول‌های گیاهی.
¹³ گیاهان تراریخته (Transgenic Plants): گیاهانی که یک یا چند ژن از گونه‌ای دیگر به آن‌ها منتقل شده است.
¹⁴ اشریشیا کلی (Escherichia coli - E. coli): یک گونه باکتری که به طور گسترده در تحقیقات زیست‌فناوری استفاده می‌شود.
¹⁵ آدنوویروس (Adenovirus): گروهی از ویروس‌ها که می‌توانند به عنوان ناقل استفاده شوند.