تابع الحصص التعلمية من اللعبة التالية:
🧬 مغامرة التقانة الحيوية
تابع المحتوى التفاعلي من هنا
التقانة الحيوية
أهداف الفصل
يتوقع منك بعد دراسة الفصل أن تكون قادراً على:
- تتبع مراحل تطور التقانة الحيوية تاريخياً.
- تعرف تركيب جزيء DNA بالرسم.
- توضيح خطوات تقنية هندسة الجينات.
- الموازنة بين آليات تطبيق هندسة الجينات الحديثة.
١-١ مفهوم التقانة الحيوية
تعرف التقانة الحيوية بأنها المعارف والمهارات والأساليب والوسائل التي يستخدمها الإنسان في توظيف الكائنات الحية أو أجزاء منها؛ لتطوير المنتجات وتحسينها كماً ونوعاً، من خلال إحداث تعديلات على المادة الوراثية.
يشمل أساسها العلمي عدداً من الفروع. اضغط على كل فرع لتعرفه:
وهي تتراوح بين عمليات قديمة مثل التخمر، وحديثة مثل الهندسة الوراثية.
١-٢ نبذة تاريخية
- منذ آلاف السنين: حصل الإنسان على غذائه بالاعتماد على التنوع الحيوي، وانتقاء الحيوانات والنباتات المناسبة لتربيتها وإكثارها، وعرف صناعة الألبان والأجبان وتخمير العنب (قبل ثلاثة آلاف سنة قبل الميلاد).
- نهاية القرن الماضي: ازدهرت التقانة الحيوية التقليدية باستخدام الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج المضادات الحيوية والأنزيمات وغيرها.
- ١٩٥٣: اكتشف واطسون وكريك الشكل الأساسي للمادة الوراثية DNA، فتطور علم الوراثة الجزيئية وتحددت الخرائط الجينية لبعض الكائنات.
- السبعينيات: انطلقت التقانة الحيوية الحديثة بأولى تجارب الهندسة الوراثية.
- الثمانينيات: ظهر الأنسولين كأول منتج تجاري من الهندسة الوراثية، وانتشرت زراعة الأنسجة، وتطور نقل الأجنّة في الإنتاج الحيواني.
- التسعينيات: التوسع في عمل خرائط جينية لكائنات حية كثيرة.
- بداية القرن ٢١: الخريطة الجينية للإنسان؛ إذ تضمنت الخلية الواحدة (٢٠ – ٢٥ ألف جين).
من الطرق المستخدمة: التهجين، والهندسة الوراثية، وزراعة الأنسجة.
١-٣ الهندسة الوراثية (هندسة الجينات)
الجينات تتابعات من الحمض النووي منقوص الأكسجين (DNA) محمولة على الكروموسومات في الخلية، وهي المسؤولة عن انتقال الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء.
يتكون جزيء DNA من سلسلتين لولبيتين تلتفان بعضهما حول بعض، كل منهما من وحدات بنائية تدعى النيوكليوتيدات. يتألف كل نيوكليوتيد من: سكر خماسي (رايبوز منقوص الأكسجين) + مجموعة فوسفات + قاعدة نيتروجينية. تختلف النيوكليوتيدات بنوع قاعدتها، وترتبط القواعد بروابط هيدروجينية.
—
تشكل سلسلة القواعد النيتروجينية مخزون المعلومات الوراثية الذي يميز الكائنات الحية بعضها عن بعض.
١-٤ خطوات هندسة الجينات
هندسة الجينات: مجموعة التقانات الحيوية التي يمكن بوساطتها إنتاج تراكيب جينية جديدة من جينات تم عزلها والتعرف عليها، وإدخالها في خلايا كائنات مختلفة؛ لدراستها أو تحفيزها، لإنتاج مواد ذات فائدة للإنسان صحياً وغذائياً وبيئياً.
- اختيار الكائن الحي الذي يحتوي على الصفة الوراثية المرغوبة.
- اختيار مقطع DNA يحتوي الجين المطلوب (كجين الأنسولين) وقطعه بأنزيم خاص.
- اختيار كائن حي يحتوي على البلازميد (كالبكتيريا والخميرة).
- قص البلازميد في منطقة معينة بأنزيمات القطع نفسها.
- ربط مقطع DNA المقصوص مع البلازميد لإنتاج DNA المعدل بأنزيم ربط مناسب.
- إدخال DNA المعدل إلى كائن حي آخر (كالبكتيريا).
- زراعة البكتيريا في أوعية معقمة بوسط مناسب، واستخلاص المادة المطلوبة بعد فترة مناسبة في الحاضنة.
فكّر: لماذا تستخدم البكتيريا في هذه التقنية؟
سؤال للنقاش مع معلمك؛ الكتاب لا يعطي إجابته نصاً.
الهندسة الوراثية في النباتات
تُستخدم آليات منها تكنولوجيا DNA معاد التركيب لإنتاج نبات يحمل صفة غير موجودة فيه أصلاً، مثل مقاومة الآفات:
- يُستخلص البلازميد من البكتيريا ويضاف إليه الجين المرغوب (كجين مقاومة الآفات).
- يُدخل البلازميد إلى الخلية النباتية فيندمج مع DNA أحد كروموسوماتها.
- عند انقسام الخلية تحصل كل خلية ناتجة على نسخة من الجين عن طريق تضاعف DNA، فتصبح الخلايا مزودة بالجين الذي يضفي مقاومة الآفات.
فكّر: كيف تحصل على نخلة ثمارها كبيرة ومذاقها أطيب؟
طبّق الخطوات الثلاث أعلاه مع جين الصفة المطلوبة.
نشاط ٣-١
لوحظ توفر أصناف من الفواكه والخضراوات بصفات جديدة كالطعم واللون والشكل. ابحث في بعضها مفسراً علاقة ذلك بالهندسة الوراثية.
الهندسة الوراثية في الحيوانات
يمكن إنتاج حيوانات مهندسة جينياً لإنتاج بروتينات بشرية (كالهرمونات والأنزيمات) في حليب حيوانات كالماشية:
- تؤخذ بويضة من أنثى الحيوان ويتم إخصابها خارجياً.
- يؤخذ الجين المرغوب من خلية إنسان (كجين هرمون النمو) ويربط بمحفز لجين يعمل في خلايا الغدد اللبنية، ويحقن في نواة البويضة المخصبة قبل انقسامها الأول ليصبح جزءاً من جيناتها.
- تزرع البويضة المخصبة في رحم أنثى مهيأة للحمل؛ فإذا نجحت العملية وُلد حيوان قادر على إنتاج هرمون النمو في حليبه طوال حياته.
- يُعزل الهرمون ويُعالج ويُنقّى ويُستخدم.
