توصيل الجينات: الفرق بين النسختين

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
ط نقل Maher (Beit al Hikma) صفحة توصيل جين إلى توصيل الجينات
This contribution was added by Bayt al-hikma 2.0 translation project
سطر 1: سطر 1:
'''توصيل الجينات''' {{إنج|Gene delivery}}، وهي عملية لإدخال جين خارجي، مثل [[حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين|الدنا]] أو [[حمض نووي ريبوزي|الرنا]]، إلى [[خلية]] مضيفة.<ref>{{cite journal|vauthors=Jones CH, Chen CK, Ravikrishnan A, Rane S, Pfeifer BA|title=Overcoming nonviral gene delivery barriers: perspective and future|journal=Molecular Pharmaceutics|volume=10|issue=11|pages=4082–98|date=November 2013|pmid=24093932|doi=10.1021/mp400467x|pmc=5232591}}</ref> يجب أن تصل عملية توصيل الجينات إلى الخلية المضيفة حتى تحفز [[تعبير جيني|التعبير الجيني]].<ref name=":232">{{cite journal|vauthors=Kamimura K, Suda T, Zhang G, Liu D|title=Advances in Gene Delivery Systems|journal=Pharmaceutical Medicine|volume=25|issue=5|pages=293–306|date=October 2011|pmid=22200988|doi=10.1007/bf03256872|pmc=3245684}}</ref> تتطلب عملية توصيل الجينات الناجحة أن تظل الجينات الخارجية مستقرةً داخل الخلية المضيفة مع قدرتها على الاندماج في [[مجموع مورثي|الجينوم]] أو التضاعف بصورة مستقلة عنه.<ref name=":122">{{cite journal|vauthors=Mali S|title=Delivery systems for gene therapy|journal=Indian Journal of Human Genetics|volume=19|issue=1|pages=3–8|date=January 2013|pmid=23901186|pmc=3722627|doi=10.4103/0971-6866.112870}}</ref> ويقتضي ذلك تصنيع الدنا ليكون جزءًا من أحد [[ناقل (أحياء جزيئية)|النواقل]]، والذي يُصمم ليكون قادرًا على دخول الخلية المضيفة المستهدفة لتوصيل [[جين متحور|الجين المتحور]] إلى جينوم هذه الخلية.<ref>{{Cite book|title=A Primer of Genome Science|last=Gibson|first=Greg|last2=Muse|first2=Spencer V|name-list-style=vanc|publisher=Sinauer Associates|year=2009|isbn=978-0-87893-236-8|edition=Third|location=23 Plumtree Rd, Sunderland, MA 01375|pages=304–305}}</ref> يمكن تقسيم النواقل المستخدمة في عملية توصيل الجينات إلى مجموعتين: فيروسات مؤتلفة ونواقل اصطناعية (فيروسية وغير فيروسية).<ref name=":232" /><ref name=":42">{{cite journal|vauthors=Pack DW, Hoffman AS, Pun S, Stayton PS|title=Design and development of polymers for gene delivery|language=En|journal=Nature Reviews. Drug Discovery|volume=4|issue=7|pages=581–93|date=July 2005|pmid=16052241|doi=10.1038/nrd1775}}</ref>
'''توصيل جين'''

توصيل [[جين]] أو توصيل الجينات {{إنج|Gene delivery}} هي عملية إدخال [[الدنا]] الخارجي في خلية ثانية مضيفة، على سبيل المثال، واحدة من الخطوات الضرورية من أجل [[علاج جيني|العلاج الجيني]] و[[هندسة وراثية|التعديل الوراثي]] للمحاصيل.<ref>{{استشهاد ويب| مسار = https://meshb.nlm.nih.gov/#/record/ui?ui=D018014 | عنوان = معلومات عن توصيل جين على موقع meshb.nlm.nih.gov | ناشر = meshb.nlm.nih.gov| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20201029032935/https://meshb.nlm.nih.gov/#/record/ui?ui=D018014 | تاريخ أرشيف = 29 أكتوبر 2020 }}</ref><ref>{{استشهاد ويب| مسار = http://purl.org/au-research/vocabulary/anzsrc-for/2008/100109 | عنوان = معلومات عن توصيل جين على موقع purl.org | ناشر = purl.org| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20201030024644/http://vocabs.ands.org.au/repository/api/lda/anzsrc-for/resource?uri=http://purl.org/au-research/vocabulary/anzsrc-for/2008/100109 | تاريخ أرشيف = 30 أكتوبر 2020 }}</ref><ref>{{استشهاد ويب| مسار = http://l.academicdirect.org/Medicine/Informatics/MESH/browse/tree/?t=E05.393.350 | عنوان = معلومات عن توصيل جين على موقع l.academicdirect.org | ناشر = l.academicdirect.org| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20201030005254/http://l.academicdirect.org/Medicine/Informatics/MESH/browse/tree/?t=E05.393.350 | تاريخ أرشيف = 30 أكتوبر 2020 }}</ref>
في [[حقيقيات النوى]] المعقدة متعددة الخلايا (تحديدًا الوايزمانيات)، إذا أُدخل [[جين متحور|الجين المتحور]] إلى خلايا [[خط جنسي|الخط الجنسي]] للمضيف، يمكن للخلية المضيفة الناتجة عن هذه العملية تمرير الجين المتحور إلى [[نسل]] هذا الكائن. وإذا أُدخل الجين المتحور إلى الخلايا الجسدية، سيظل هذا الجين في خلايا الخط الجسدي، وبالتالي سيبقى في الكائن المضيف فقط.<ref name=":32">{{cite journal|vauthors=Nayerossadat N, Maedeh T, Ali PA|title=Viral and nonviral delivery systems for gene delivery|journal=Advanced Biomedical Research|volume=1|pages=27|date=6 July 2012|pmid=23210086|pmc=3507026|doi=10.4103/2277-9175.98152}}</ref>
هناك العديد من الطرق المختلفة لتوصيل الجينات وضعت لأنواع مختلفة من الخلايا والانسجة، من البكتيريا إلى الثدييات. عموما، فإن وسائل يمكن تقسيمها إلى فئتين، وغير الفيروسية الفيروسية.

يعتبر توصيل الجينات خطوةً ضروريةً في مجال [[علاج جيني|العلاج الجيني]] عن طريق إدخال، أو إيقاف، أحد الجينات بهدف الحصول على نتائج علاجية معينة في المرضى، بالإضافة أيضًا إلى تطبيقات هذه العملية في مجال التعديل الجيني للمحاصيل الزراعية. يوجد العديد من الطرق المتنوعة لهذه العملية بما يتناسب مع مختلف أنواع الخلايا والأنسجة.<ref name=":32" />

== تاريخ ==
ظهرت النواقل الفيروسية في ثمانينيات القرن التاسع عشر كأداة للتعبير عن الجينات المتحورة. وفي 1983، وصف العالم ألبرت سيغل استخدام النواقل الفيروسية في التعبير عن الجينات المتحورة في النباتات، على الرغم أن  معالجة الفيروسات، عبر تنسيل الدنا المتمم، لم تكن متاحةً آنذاك.<ref>{{cite journal|vauthors=Yusibov V, Shivprasad S, Turpen TH, Dawson W, Koprowski H|title=Plant viral vectors based on tobamoviruses|journal=Current Topics in Microbiology and Immunology|volume=240|pages=81–94|date=1999|pmid=10394716|doi=10.1007/978-3-642-60234-4_4|isbn=978-3-540-66265-5}}</ref> كان فيروس [[وقس|الوقس]] أول فيروس يُستخدم كناقل لقاحي في عام 1984، وكان بغرض حماية قردة الشمبانزي من [[التهاب الكبد ب|التهاب الكبد الفيروسي ب]].<ref>{{cite journal|vauthors=Moss B, Smith GL, Gerin JL, Purcell RH|title=Live recombinant vaccinia virus protects chimpanzees against hepatitis B|journal=Nature|volume=311|issue=5981|pages=67–9|date=September 1984|pmid=6472464|doi=10.1038/311067a0|bibcode=1984Natur.311...67M}}</ref> ذُكر توصيل الجينات غير الفيروسي أول مرة بواسطة العالم أوزوالد إيفري وآخرين؛ إذ بينوا أن النمط الظاهري الخلوي يمكن تغييره عبر التعرض إلى الدنا الخارجي.<ref>{{Cite book|title=Die Entdeckung der Doppelhelix|last=Avery|first=Oswald T.|last2=MacLeod|first2=Colin M.|last3=McCarty|first3=Maclyn|name-list-style=vanc|date=2017|publisher=Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg|isbn=9783662471494|series=Klassische Texte der Wissenschaft|pages=97–120|language=de|doi=10.1007/978-3-662-47150-0_2}}</ref>

== الطرق ==
[[File:Bacterial_Transformation.svg|وصلة=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Bacterial_Transformation.svg|تصغير|تعتمد عملية التحويل البكتيري على نقل أحد الجينات من بكتيريا إلى أخرى. ويندمج هذا الجين مع بلازميد البكتيريا المضيفة ويمكن لهذه البكتيريا التعبير عنه.]]
يوجد العديد من الطرق المتنوعة المتاحة لتوصيل الجينات إلى الخلايا المضيفة. تسمى هذه العملية [[تحول (وراثة)|بالتحول]] عند توصيل الجينات إلى البكتيريا أو النباتات، بينما تسمى بالتعداء عند توصيل الجينات إلى الحيوانات. وذلك لأن مصطلح التحول يحمل [[تحول خبيث|معنًى مختلفًا]] بالنسبة للحيوانات، إذ إنه يشير إلى تحول الخلية إلى الحالة السرطانية.<ref name="Alberts2">{{cite book|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21052/|first5=Keith|name-list-style=vanc|page=G:35|location=New York|isbn=978-0-8153-4072-0|year=2002|publisher=Garland Science|first6=Peter|last6=Walter|last5=Roberts|title=Molecular Biology of the Cell|first4=Martin|last4=Raff|first3=Julian|last3=Lewis|first2=Alexander|last2=Johnson|first1=Bruce|last1=Alberts|author-link1=Bruce Alberts}}</ref> يمكن لبعض أنواع البكتيريا أن تمتص الدنا الخارجي بطريقة طبيعية، وبالتالي لا تحتاج إلى طرق خارجية لتوصيل الجينات إليها.<ref name="DNA uptake during bacterial transfo2">{{cite journal|vauthors=Chen I, Dubnau D|date=March 2004|title=DNA uptake during bacterial transformation|journal=Nature Reviews. Microbiology|volume=2|issue=3|pages=241–9|doi=10.1038/nrmicro844|pmid=15083159}}</ref> تحتاج أغلب الخلايا تدخلات خارجيةً بطريقة ما لزيادة نفاذية غشاء الخلية بالنسبة للدنا وذلك للسماح بإدخال الدنا إلى جينوم الخلية المضيفة بطريقة مستقرة.

=== الطرق الكيميائية ===
تَستخدم الطرق الكيميائية لتوصيل الجينات مركبات كيميائيةً، طبيعيةً أو اصطناعيةً، لتشكيل جسيمات تسهل نقل الجينات إلى الخلايا.<ref name=":232" /> وتمتلك هذه النواقل الاصطناعية القدرة على الارتباط الكهروستاتيكي بالدنا أو الرنا، مع إمكانية تكديس المعلومات الجينية بها لاستيعاب عمليات أكبر من النقل الجيني.<ref name=":42" /> تدخل النواقل الكيميائية إلى الخلايا غالبًا عن طريق عملية [[إدخال خلوي|الإدخال الخلوي]]، موفرةً الحماية للمادة الجينية من التحلل.<ref name=":32" />

==== الصدمة الحرارية ====
تعتبر هذه الطريقة أحد أبسط طرق التوصيل الجيني، والتي تعتمد على تغيير بيئة الخلية ثم إجهادها عن طريق تعريضها لصدمة حرارية. عادةً ما تُحتضَن الخلايا في محلول يحتوي على كاتيونات ثنائية [[أيون|التكافؤ]] ([[كلوريد الكالسيوم]] على الأغلب) في ظروف باردة، قبل تعريضها إلى النبضة الحرارية. يفكك كلوريد الكالسيوم غشاء الخلية جزئيًا، ما يسمح للدنا المؤتلف بدخول الخلية المضيفة. من المقترح أن تعريض الخلايا إلى الكاتيونات ثنائية التكافؤ، في الظروف الباردة، يمكن أن يغير أو يضعف من بنية سطح الخلية، ليجعلها أكثر نفاذيةً للدنا. ويُعتقد أن النبضة الحرارية ستخلق عدم اتزان حراري عبر الغشاء الخلوي، ما يدفع بالدنا داخل الخلايا عبر المسام الخلوية أو الغشاء التالف للخلية.

==== فوسفات الكالسيوم ====
وهي طريقة أخرى ضمن الطرق البسيطة لتوصيل الجينات، والتي تعتمد على ربط [[فوسفات الكالسيوم]] بالدنا، ثم تعريض الخلايا المضيفة إلى هذا المركب. تحيط الخلايا بهذا المحلول، بالإضافة إلى الدنا، ما يسمح لكمية صغيرة من الدنا بالاندماج مع الجينوم.<ref>{{cite web
| url = https://www.slideshare.net/sarahairasantos/lecture-8-genetic-engineering-of-animal-cells
| title = Lecture 8 genetic engineering of animal cells
| date = 2012-01-25
| website = www.slideshare.net
| access-date = 2018-07-18
}}</ref>

==== الجسيمات الشحمية والبوليمرات ====
يمكن استخدام [[جسيم شحمي|الجسيمات الشحمية]] [[مبلمر|والبوليمرات]] كنواقل لتوصيل الدنا إلى الخلايا. ترتبط الجسيمات الشحمية ذات الشحنة الموجبة بالدنا ذي الشحنة السالبة بينما يمكن للبوليمرات أن تُصمم بطريقة تجعلها تتفاعل مع الدنا،<ref name=":232" /> لتشكيل مركبات تعرف بالمركبات الشحمية والمركبات البوليمرية على الترتيب، والتي تمتصها الخلايا بعد ذلك.<ref>{{cite web
| url = https://biocyclopedia.com/index/genetics/genetic_engineering_and_biotechnology_gene_transfer_methods_and_transgenic_organisms/gene_transfer_transfection_methods_in_animals.php
| title = Gene transfer (transfection) methods in animals {{!}} Genetic Engineering and Biotechnology Gene Transfer Methods and Transgenic Organisms {{!}} Genetics, Biotechnology, Molecular Biology, Botany {{!}} Biocyclopedia.com
| website = biocyclopedia.com
| access-date = 2018-07-18
| last = Biocyclopedia.com
}}</ref> ويمكن الدمج بين هذين النظامين. تستخدم النواقل القائمة على البوليمرات، غير الفيروسية، بوليمرات تتفاعل مع الدنا لتكوين مركبات بوليمرية.<ref name=":32" />

==== الجسيمات النانوية ====
يعتبر استخدام [[جسيم نانوي|الجسيمات النانوية]] المُعدلة، العضوية وغير العضوية، إحدى الطرق الأخرى لتوصيل الجينات.<ref>{{cite journal|last1=Yin|last7=Lau|page=77|volume=347|date=15 September 2017|journal=Coordination Chemistry Reviews|title=Functionalized 2D nanomaterials for gene delivery applications|first8=Ken-Tye|last8=Yong|first7=Shu Ping|first6=Junle|first1=Feng|last6=Qu|first5=Swee Chuan|last5=Tjin|first4=Nishtha|last4=Panwar|first3=Yining|last3=Lin|first2=Bobo|last2=Gu|doi=10.1016/j.ccr.2017.06.024}}</ref><ref>Singh BN, Prateeksha, Gupta VK, Chen J, Atanasov AG. [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28818304 Organic Nanoparticle-Based Combinatory Approaches for Gene Therapy.] Trends Biotechnol. 2017 Dec;35(12):1121–1124. [https://www.cell.com/trends/biotechnology/fulltext/S0167-7799(17)30190-7 doi: 10.1016/j.tibtech.2017.07.010.]</ref>

=== الطرق الفيزيائية ===
يمكن تحفيز التوصيل الاصطناعي للجينات باستخدام طرق فيزيائية، والتي تعتمد على إدخال المادة الجينية بالقوة عبر غشاء الخلية.<ref name=":232" />

==== التثقيب الكهربائي ====
[[File:Gemini_X2_generator.jpg|وصلة=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Gemini_X2_generator.jpg|بديل=|تصغير|يمكن استخدام أجهزة التثقيب الكهربائي لجعل الغشاء الخلوي أكثر نفاذيةً للدنا.]]
يعتبر [[تثقيب كهربائي|التثقيب الكهربائي]] طريقةً لتعزيز [[الخلايا المؤهلة|التأهيل الخلوي]]. تُعرض الخلايا إلى صدمة وجيزة بمجال كهربائي شدته تتراوح بين 10 و20 كيلوفولت لكل سنتيمتر، وذلك لخلق ثقوب في غشاء الخلية يمكن أن يدخل من خلالها الدنا البلازميدي. وبعد الصدمة الكهربائية، تُغلق هذه الثقوب بسرعة عن طريق آليات إصلاح الغشاء الخلوي بالخلية.

==== المقذوفات الحيوية ====
[[File:Genegun.jpg|وصلة=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Genegun.jpg|بديل=|تصغير|مدفع جيني يستخدم طريقة المقذوفات الحيوية لإدخال الدنا إلى الخلايا.]]
وهي طريقة أخرى تستخدم في تحويل الخلايا النباتية باستخدام [[مدفع جيني]]، والذي يعتمد على إطلاق جسيمات، من الذهب أو التنغستن، مغطاة بالدنا إلى خلايا نباتية صغيرة أو أجنة نباتية.<ref>{{cite book|title=Genetically Modified Plants: Assessing Safety and Managing Risk|last=Head|first=Graham|last2=Hull|first2=Roger H|last3=Tzotzos|first3=George T.|name-list-style=vanc|publisher=Academic Pr|year=2009|isbn=978-0-12-374106-6|location=London|page=244}}</ref> تدخل بعض المواد الجينية إلى الخلايا النباتية وتعمل على تحويلها. يمكن استخدام هذه الطريقة في النباتات المقاومة للإصابة ببكتيريا الأجرعية، كما تستخدم أيضًا في تحويل [[صانعة|بلاستيدات]] النباتات. يمكن تحويل الخلايا النباتية أيضًا عن طريق التثقيب الكهربائي، والذي يقوم على تعريض غشاء الخلية إلى صدمة كهربائية لجعله أكثر نفاذيةً للدنا البلازميدي. وبسبب التلف الذي يصيب الخلايا والدنا عند استخدام طريقتي التثقيب الكهربائي، والمقذوفات الحيوية، تقل كفاءة التحويل باستخدام هاتين الطريقتين مقارنةً بالتحويل عن طريق بكتيريا الأجرعية.<ref>{{cite journal|last1=Hwang|first1=HH|last2=Yu|first2=M|last3=Lai|first3=EM|title=Agrobacterium-mediated plant transformation: biology and applications.|journal=Arabidopsis Book|date=2017|volume=15|pages=e0186|doi=10.1199/tab.0186|pmid=31068763|pmc=6501860}}</ref>

==== الحقن الميكروي ====
تعتمد [[حقن مكروي|هذه الطريقة]] على حقن الدنا إلى [[نواة (خلية)|نوية الخلية]] مباشرةً عبر [[غلاف نووي|الغلاف النووي]].<ref name="DNA uptake during bacterial transfo2" />

==== التثقيب الصوتي ====
تستخدم [[صوتنة الخلايا|هذه الطريقة]] موجات صوتيةً لخلق ثقوب في غشاء الخلية للسماح بدخول المادة الجينية.

==== التثقيب الضوئي ====
تستخدم هذه الطريقة نبضات ليزريةً لخلق ثقوب في غشاء الخلية للسماح بدخول المادة الجينية.

==== التثقيب المغناطيسي ====
تستخدم هذه الطريقة جسيمات مغناطيسيةً مرتبطةً بالدنا مع استخدام مجال مغناطيسي لتركيز الجسيمات الحاملة للحمض النووي إلى الخلايا المستهدفة.

==== التثقيب المائي ====
يمكن استخدام تأثير الخاصية الشعرية الهيدرودينامي في التلاعب بنفاذية الخلية.

=== بكتيريا الأجرعية ===
[[File:Agrobacterium-tumefaciens.png|وصلة=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Agrobacterium-tumefaciens.png|تصغير|بكتيريا ''الأجرعية المورمة'' ''A. tumefaciens'' أثناء ارتباطها بخلية لنبات الجزر.]]
في النباتات، غالبًا ما تُستخدم طريقة إعادة التركيب الجيني بواسطة بكتيريا ''[[أجرعية|الأجرعية]]'' لإدخال الدنا إلى الخلايا،<ref name="NRC_20042">{{cite book|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK215771/|title=Methods and Mechanisms for Genetic Manipulation of Plants, Animals, and Microorganisms|author=National Research Council (US) Committee on Identifying and Assessing Unintended Effects of Genetically Engineered Foods on Human Health|date=2004-01-01|publisher=National Academies Press (US)}}</ref> وذلك للاستفادة من تسلسل شدفة الدنا لبكتيريا ''الأجرعية'' الذي يسمح بإدخال المادة الجينية إلى الخلايا النباتية بشكل طبيعي.<ref>{{cite journal|vauthors=Gelvin SB|date=March 2003|title=Agrobacterium-mediated plant transformation: the biology behind the "gene-jockeying" tool|journal=Microbiology and Molecular Biology Reviews|volume=67|issue=1|pages=16–37, table of contents|doi=10.1128/MMBR.67.1.16-37.2003|pmc=150518|pmid=12626681}}</ref> تُقطع الأنسجة النباتية إلى قطع صغيرة، وتُغمر في سائل معلق على بكتيريا ''الأجرعية''. ترتبط هذه البكتيريا بالعديد من الخلايا النباتية المكشوفة بعد التقطيع. وتستخدم البكتيريا عملية [[اقتران بكتيري|الاقتران البكتيري]] لنقل جزء من الدنا، يُعرف [[شدفة الدنا|بشدفة الدنا]]، من البلازميد الخاص بها إلى الخلايا النباتية. يُوجَّه الدنا المنقول إلى نوية الخلية النباتية ثم يندمج مع الدنا [[مجموع مورثي|الجينومي]] للنبات المضيف. تندمج شدفة الدنا البلازميدي بطريقة شبه عشوائية مع جينوم الخلية المضيفة.<ref>{{cite journal|vauthors=Francis KE, Spiker S|date=February 2005|title=Identification of Arabidopsis thaliana transformants without selection reveals a high occurrence of silenced T-DNA integrations|journal=The Plant Journal|volume=41|issue=3|pages=464–77|doi=10.1111/j.1365-313x.2004.02312.x|pmid=15659104|doi-access=free}}</ref>

ومع تعديل البلازميد للتعبير عن جينات معينة، يستطيع الباحثون إدخال الجين المُختار بطريقة مستقرة إلى الجينوم النباتي. يعتبر المكرران الصغيران (25 زوجًا قاعديًا) الجانبيان فقط أهم الأجزاء الضرورية من شدفة الدنا، إذ يجب استخدام أحدهما على الأقل في عملية التحويل النباتي.<ref name="Montagu19772">{{cite book|title=Genetic Engineering for Nitrogen Fixation|vauthors=Schell J, Van Montagu M|year=1977|isbn=978-1-4684-0882-9|veditors=Hollaender A, Burris RH, Day PR, Hardy RW, Helinski DR, Lamborg MR, Owens L, Valentine RC|series=Basic Life Sciences|volume=9|pages=159–79|chapter=The Ti-Plasmid of Agrobacterium Tumefaciens, A Natural Vector for the Introduction of NIF Genes in Plants?|doi=10.1007/978-1-4684-0880-5_12|pmid=336023}}</ref><ref name="Joos19832">{{cite journal|vauthors=Joos H, Timmerman B, Montagu MV, Schell J|year=1983|title=Genetic analysis of transfer and stabilization of Agrobacterium DNA in plant cells|journal=The EMBO Journal|volume=2|issue=12|pages=2151–60|pmc=555427|pmid=16453483|doi=10.1002/j.1460-2075.1983.tb01716.x}}</ref> تُنسَّل الجينات المُخطط إدخالها إلى النبات لتكوين نواقل تحويل نباتي تحتوي على منطقة شدفة الدنا من [[بلازميد|البلازميد]]. وتعتبر عملية [[تسريب الأجرعية]] طريقةً بديلةً لهذه الطريقة.<ref name="Thomson2">{{cite journal|author=Thomson JA|title=Genetic Engineering of Plants|url=http://www.eolss.net/sample-chapters/c17/e6-58-03-04.pdf|journal=Biotechnology|volume=3|access-date=17 July 2016}}</ref><ref>{{cite journal|vauthors=Leuzinger K, Dent M, Hurtado J, Stahnke J, Lai H, Zhou X, Chen Q|date=July 2013|title=Efficient agroinfiltration of plants for high-level transient expression of recombinant proteins|journal=Journal of Visualized Experiments|volume=77|issue=77|doi=10.3791/50521|pmc=3846102|pmid=23913006}}</ref>


== مراجع ==
== مراجع ==
{{مراجع}}
{{مراجع|2}}


== انظر أيضا ==
== انظر أيضا ==
سطر 15: سطر 83:
{{بذرة تقنية حيوية}}
{{بذرة تقنية حيوية}}


{{شريط بوابات| علم الوراثة}}
{{شريط بوابات| علم الوراثة|تقانة حيوية}}
[[تصنيف:تقانة حيوية]]
[[تصنيف:تقانة حيوية]]
[[تصنيف:توصيل جين]]
[[تصنيف:توصيل جين]]

نسخة 15:24، 13 مارس 2021

توصيل الجينات (بالإنجليزية: Gene delivery)‏، وهي عملية لإدخال جين خارجي، مثل الدنا أو الرنا، إلى خلية مضيفة.[1] يجب أن تصل عملية توصيل الجينات إلى الخلية المضيفة حتى تحفز التعبير الجيني.[2] تتطلب عملية توصيل الجينات الناجحة أن تظل الجينات الخارجية مستقرةً داخل الخلية المضيفة مع قدرتها على الاندماج في الجينوم أو التضاعف بصورة مستقلة عنه.[3] ويقتضي ذلك تصنيع الدنا ليكون جزءًا من أحد النواقل، والذي يُصمم ليكون قادرًا على دخول الخلية المضيفة المستهدفة لتوصيل الجين المتحور إلى جينوم هذه الخلية.[4] يمكن تقسيم النواقل المستخدمة في عملية توصيل الجينات إلى مجموعتين: فيروسات مؤتلفة ونواقل اصطناعية (فيروسية وغير فيروسية).[2][5]

في حقيقيات النوى المعقدة متعددة الخلايا (تحديدًا الوايزمانيات)، إذا أُدخل الجين المتحور إلى خلايا الخط الجنسي للمضيف، يمكن للخلية المضيفة الناتجة عن هذه العملية تمرير الجين المتحور إلى نسل هذا الكائن. وإذا أُدخل الجين المتحور إلى الخلايا الجسدية، سيظل هذا الجين في خلايا الخط الجسدي، وبالتالي سيبقى في الكائن المضيف فقط.[6]

يعتبر توصيل الجينات خطوةً ضروريةً في مجال العلاج الجيني عن طريق إدخال، أو إيقاف، أحد الجينات بهدف الحصول على نتائج علاجية معينة في المرضى، بالإضافة أيضًا إلى تطبيقات هذه العملية في مجال التعديل الجيني للمحاصيل الزراعية. يوجد العديد من الطرق المتنوعة لهذه العملية بما يتناسب مع مختلف أنواع الخلايا والأنسجة.[6]

تاريخ

ظهرت النواقل الفيروسية في ثمانينيات القرن التاسع عشر كأداة للتعبير عن الجينات المتحورة. وفي 1983، وصف العالم ألبرت سيغل استخدام النواقل الفيروسية في التعبير عن الجينات المتحورة في النباتات، على الرغم أن  معالجة الفيروسات، عبر تنسيل الدنا المتمم، لم تكن متاحةً آنذاك.[7] كان فيروس الوقس أول فيروس يُستخدم كناقل لقاحي في عام 1984، وكان بغرض حماية قردة الشمبانزي من التهاب الكبد الفيروسي ب.[8] ذُكر توصيل الجينات غير الفيروسي أول مرة بواسطة العالم أوزوالد إيفري وآخرين؛ إذ بينوا أن النمط الظاهري الخلوي يمكن تغييره عبر التعرض إلى الدنا الخارجي.[9]

الطرق

تعتمد عملية التحويل البكتيري على نقل أحد الجينات من بكتيريا إلى أخرى. ويندمج هذا الجين مع بلازميد البكتيريا المضيفة ويمكن لهذه البكتيريا التعبير عنه.

يوجد العديد من الطرق المتنوعة المتاحة لتوصيل الجينات إلى الخلايا المضيفة. تسمى هذه العملية بالتحول عند توصيل الجينات إلى البكتيريا أو النباتات، بينما تسمى بالتعداء عند توصيل الجينات إلى الحيوانات. وذلك لأن مصطلح التحول يحمل معنًى مختلفًا بالنسبة للحيوانات، إذ إنه يشير إلى تحول الخلية إلى الحالة السرطانية.[10] يمكن لبعض أنواع البكتيريا أن تمتص الدنا الخارجي بطريقة طبيعية، وبالتالي لا تحتاج إلى طرق خارجية لتوصيل الجينات إليها.[11] تحتاج أغلب الخلايا تدخلات خارجيةً بطريقة ما لزيادة نفاذية غشاء الخلية بالنسبة للدنا وذلك للسماح بإدخال الدنا إلى جينوم الخلية المضيفة بطريقة مستقرة.

الطرق الكيميائية

تَستخدم الطرق الكيميائية لتوصيل الجينات مركبات كيميائيةً، طبيعيةً أو اصطناعيةً، لتشكيل جسيمات تسهل نقل الجينات إلى الخلايا.[2] وتمتلك هذه النواقل الاصطناعية القدرة على الارتباط الكهروستاتيكي بالدنا أو الرنا، مع إمكانية تكديس المعلومات الجينية بها لاستيعاب عمليات أكبر من النقل الجيني.[5] تدخل النواقل الكيميائية إلى الخلايا غالبًا عن طريق عملية الإدخال الخلوي، موفرةً الحماية للمادة الجينية من التحلل.[6]

الصدمة الحرارية

تعتبر هذه الطريقة أحد أبسط طرق التوصيل الجيني، والتي تعتمد على تغيير بيئة الخلية ثم إجهادها عن طريق تعريضها لصدمة حرارية. عادةً ما تُحتضَن الخلايا في محلول يحتوي على كاتيونات ثنائية التكافؤ (كلوريد الكالسيوم على الأغلب) في ظروف باردة، قبل تعريضها إلى النبضة الحرارية. يفكك كلوريد الكالسيوم غشاء الخلية جزئيًا، ما يسمح للدنا المؤتلف بدخول الخلية المضيفة. من المقترح أن تعريض الخلايا إلى الكاتيونات ثنائية التكافؤ، في الظروف الباردة، يمكن أن يغير أو يضعف من بنية سطح الخلية، ليجعلها أكثر نفاذيةً للدنا. ويُعتقد أن النبضة الحرارية ستخلق عدم اتزان حراري عبر الغشاء الخلوي، ما يدفع بالدنا داخل الخلايا عبر المسام الخلوية أو الغشاء التالف للخلية.

فوسفات الكالسيوم

وهي طريقة أخرى ضمن الطرق البسيطة لتوصيل الجينات، والتي تعتمد على ربط فوسفات الكالسيوم بالدنا، ثم تعريض الخلايا المضيفة إلى هذا المركب. تحيط الخلايا بهذا المحلول، بالإضافة إلى الدنا، ما يسمح لكمية صغيرة من الدنا بالاندماج مع الجينوم.[12]

الجسيمات الشحمية والبوليمرات

يمكن استخدام الجسيمات الشحمية والبوليمرات كنواقل لتوصيل الدنا إلى الخلايا. ترتبط الجسيمات الشحمية ذات الشحنة الموجبة بالدنا ذي الشحنة السالبة بينما يمكن للبوليمرات أن تُصمم بطريقة تجعلها تتفاعل مع الدنا،[2] لتشكيل مركبات تعرف بالمركبات الشحمية والمركبات البوليمرية على الترتيب، والتي تمتصها الخلايا بعد ذلك.[13] ويمكن الدمج بين هذين النظامين. تستخدم النواقل القائمة على البوليمرات، غير الفيروسية، بوليمرات تتفاعل مع الدنا لتكوين مركبات بوليمرية.[6]

الجسيمات النانوية

يعتبر استخدام الجسيمات النانوية المُعدلة، العضوية وغير العضوية، إحدى الطرق الأخرى لتوصيل الجينات.[14][15]

الطرق الفيزيائية

يمكن تحفيز التوصيل الاصطناعي للجينات باستخدام طرق فيزيائية، والتي تعتمد على إدخال المادة الجينية بالقوة عبر غشاء الخلية.[2]

التثقيب الكهربائي

يمكن استخدام أجهزة التثقيب الكهربائي لجعل الغشاء الخلوي أكثر نفاذيةً للدنا.

يعتبر التثقيب الكهربائي طريقةً لتعزيز التأهيل الخلوي. تُعرض الخلايا إلى صدمة وجيزة بمجال كهربائي شدته تتراوح بين 10 و20 كيلوفولت لكل سنتيمتر، وذلك لخلق ثقوب في غشاء الخلية يمكن أن يدخل من خلالها الدنا البلازميدي. وبعد الصدمة الكهربائية، تُغلق هذه الثقوب بسرعة عن طريق آليات إصلاح الغشاء الخلوي بالخلية.

المقذوفات الحيوية

مدفع جيني يستخدم طريقة المقذوفات الحيوية لإدخال الدنا إلى الخلايا.

وهي طريقة أخرى تستخدم في تحويل الخلايا النباتية باستخدام مدفع جيني، والذي يعتمد على إطلاق جسيمات، من الذهب أو التنغستن، مغطاة بالدنا إلى خلايا نباتية صغيرة أو أجنة نباتية.[16] تدخل بعض المواد الجينية إلى الخلايا النباتية وتعمل على تحويلها. يمكن استخدام هذه الطريقة في النباتات المقاومة للإصابة ببكتيريا الأجرعية، كما تستخدم أيضًا في تحويل بلاستيدات النباتات. يمكن تحويل الخلايا النباتية أيضًا عن طريق التثقيب الكهربائي، والذي يقوم على تعريض غشاء الخلية إلى صدمة كهربائية لجعله أكثر نفاذيةً للدنا البلازميدي. وبسبب التلف الذي يصيب الخلايا والدنا عند استخدام طريقتي التثقيب الكهربائي، والمقذوفات الحيوية، تقل كفاءة التحويل باستخدام هاتين الطريقتين مقارنةً بالتحويل عن طريق بكتيريا الأجرعية.[17]

الحقن الميكروي

تعتمد هذه الطريقة على حقن الدنا إلى نوية الخلية مباشرةً عبر الغلاف النووي.[11]

التثقيب الصوتي

تستخدم هذه الطريقة موجات صوتيةً لخلق ثقوب في غشاء الخلية للسماح بدخول المادة الجينية.

التثقيب الضوئي

تستخدم هذه الطريقة نبضات ليزريةً لخلق ثقوب في غشاء الخلية للسماح بدخول المادة الجينية.

التثقيب المغناطيسي

تستخدم هذه الطريقة جسيمات مغناطيسيةً مرتبطةً بالدنا مع استخدام مجال مغناطيسي لتركيز الجسيمات الحاملة للحمض النووي إلى الخلايا المستهدفة.

التثقيب المائي

يمكن استخدام تأثير الخاصية الشعرية الهيدرودينامي في التلاعب بنفاذية الخلية.

بكتيريا الأجرعية

بكتيريا الأجرعية المورمة A. tumefaciens أثناء ارتباطها بخلية لنبات الجزر.

في النباتات، غالبًا ما تُستخدم طريقة إعادة التركيب الجيني بواسطة بكتيريا الأجرعية لإدخال الدنا إلى الخلايا،[18] وذلك للاستفادة من تسلسل شدفة الدنا لبكتيريا الأجرعية الذي يسمح بإدخال المادة الجينية إلى الخلايا النباتية بشكل طبيعي.[19] تُقطع الأنسجة النباتية إلى قطع صغيرة، وتُغمر في سائل معلق على بكتيريا الأجرعية. ترتبط هذه البكتيريا بالعديد من الخلايا النباتية المكشوفة بعد التقطيع. وتستخدم البكتيريا عملية الاقتران البكتيري لنقل جزء من الدنا، يُعرف بشدفة الدنا، من البلازميد الخاص بها إلى الخلايا النباتية. يُوجَّه الدنا المنقول إلى نوية الخلية النباتية ثم يندمج مع الدنا الجينومي للنبات المضيف. تندمج شدفة الدنا البلازميدي بطريقة شبه عشوائية مع جينوم الخلية المضيفة.[20]

ومع تعديل البلازميد للتعبير عن جينات معينة، يستطيع الباحثون إدخال الجين المُختار بطريقة مستقرة إلى الجينوم النباتي. يعتبر المكرران الصغيران (25 زوجًا قاعديًا) الجانبيان فقط أهم الأجزاء الضرورية من شدفة الدنا، إذ يجب استخدام أحدهما على الأقل في عملية التحويل النباتي.[21][22] تُنسَّل الجينات المُخطط إدخالها إلى النبات لتكوين نواقل تحويل نباتي تحتوي على منطقة شدفة الدنا من البلازميد. وتعتبر عملية تسريب الأجرعية طريقةً بديلةً لهذه الطريقة.[23][24]

مراجع

  1. ^ Jones CH، Chen CK، Ravikrishnan A، Rane S، Pfeifer BA (نوفمبر 2013). "Overcoming nonviral gene delivery barriers: perspective and future". Molecular Pharmaceutics. ج. 10 ع. 11: 4082–98. DOI:10.1021/mp400467x. PMC:5232591. PMID:24093932.
  2. ^ أ ب ت ث ج Kamimura K، Suda T، Zhang G، Liu D (أكتوبر 2011). "Advances in Gene Delivery Systems". Pharmaceutical Medicine. ج. 25 ع. 5: 293–306. DOI:10.1007/bf03256872. PMC:3245684. PMID:22200988.
  3. ^ Mali S (يناير 2013). "Delivery systems for gene therapy". Indian Journal of Human Genetics. ج. 19 ع. 1: 3–8. DOI:10.4103/0971-6866.112870. PMC:3722627. PMID:23901186.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: دوي مجاني غير معلم (link)
  4. ^ Gibson G، Muse SV (2009). A Primer of Genome Science (ط. Third). 23 Plumtree Rd, Sunderland, MA 01375: Sinauer Associates. ص. 304–305. ISBN:978-0-87893-236-8.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: مكان (link)
  5. ^ أ ب Pack DW, Hoffman AS, Pun S, Stayton PS (Jul 2005). "Design and development of polymers for gene delivery". Nature Reviews. Drug Discovery (بالإنجليزية). 4 (7): 581–93. DOI:10.1038/nrd1775. PMID:16052241.
  6. ^ أ ب ت ث Nayerossadat N، Maedeh T، Ali PA (6 يوليو 2012). "Viral and nonviral delivery systems for gene delivery". Advanced Biomedical Research. ج. 1: 27. DOI:10.4103/2277-9175.98152. PMC:3507026. PMID:23210086.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: دوي مجاني غير معلم (link)
  7. ^ Yusibov V، Shivprasad S، Turpen TH، Dawson W، Koprowski H (1999). "Plant viral vectors based on tobamoviruses". Current Topics in Microbiology and Immunology. ج. 240: 81–94. DOI:10.1007/978-3-642-60234-4_4. ISBN:978-3-540-66265-5. PMID:10394716.
  8. ^ Moss B، Smith GL، Gerin JL، Purcell RH (سبتمبر 1984). "Live recombinant vaccinia virus protects chimpanzees against hepatitis B". Nature. ج. 311 ع. 5981: 67–9. Bibcode:1984Natur.311...67M. DOI:10.1038/311067a0. PMID:6472464.
  9. ^ Avery OT, MacLeod CM, McCarty M (2017). Die Entdeckung der Doppelhelix. Klassische Texte der Wissenschaft (بالألمانية). Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. pp. 97–120. DOI:10.1007/978-3-662-47150-0_2. ISBN:9783662471494.
  10. ^ Alberts B، Johnson A، Lewis J، Raff M، Roberts K، Walter P (2002). Molecular Biology of the Cell. New York: Garland Science. ص. G:35. ISBN:978-0-8153-4072-0.
  11. ^ أ ب Chen I، Dubnau D (مارس 2004). "DNA uptake during bacterial transformation". Nature Reviews. Microbiology. ج. 2 ع. 3: 241–9. DOI:10.1038/nrmicro844. PMID:15083159.
  12. ^ "Lecture 8 genetic engineering of animal cells". www.slideshare.net. 25 يناير 2012. اطلع عليه بتاريخ 2018-07-18.
  13. ^ Biocyclopedia.com. "Gene transfer (transfection) methods in animals | Genetic Engineering and Biotechnology Gene Transfer Methods and Transgenic Organisms | Genetics, Biotechnology, Molecular Biology, Botany | Biocyclopedia.com". biocyclopedia.com. اطلع عليه بتاريخ 2018-07-18.
  14. ^ Yin، Feng؛ Gu، Bobo؛ Lin، Yining؛ Panwar، Nishtha؛ Tjin، Swee Chuan؛ Qu، Junle؛ Lau، Shu Ping؛ Yong، Ken-Tye (15 سبتمبر 2017). "Functionalized 2D nanomaterials for gene delivery applications". Coordination Chemistry Reviews. ج. 347: 77. DOI:10.1016/j.ccr.2017.06.024.
  15. ^ Singh BN, Prateeksha, Gupta VK, Chen J, Atanasov AG. Organic Nanoparticle-Based Combinatory Approaches for Gene Therapy. Trends Biotechnol. 2017 Dec;35(12):1121–1124. doi: 10.1016/j.tibtech.2017.07.010.
  16. ^ Head G، Hull RH، Tzotzos GT (2009). Genetically Modified Plants: Assessing Safety and Managing Risk. London: Academic Pr. ص. 244. ISBN:978-0-12-374106-6.
  17. ^ Hwang، HH؛ Yu، M؛ Lai، EM (2017). "Agrobacterium-mediated plant transformation: biology and applications". Arabidopsis Book. ج. 15: e0186. DOI:10.1199/tab.0186. PMC:6501860. PMID:31068763.
  18. ^ National Research Council (US) Committee on Identifying and Assessing Unintended Effects of Genetically Engineered Foods on Human Health (1 يناير 2004). Methods and Mechanisms for Genetic Manipulation of Plants, Animals, and Microorganisms. National Academies Press (US).
  19. ^ Gelvin SB (مارس 2003). "Agrobacterium-mediated plant transformation: the biology behind the "gene-jockeying" tool". Microbiology and Molecular Biology Reviews. ج. 67 ع. 1: 16–37, table of contents. DOI:10.1128/MMBR.67.1.16-37.2003. PMC:150518. PMID:12626681.
  20. ^ Francis KE، Spiker S (فبراير 2005). "Identification of Arabidopsis thaliana transformants without selection reveals a high occurrence of silenced T-DNA integrations". The Plant Journal. ج. 41 ع. 3: 464–77. DOI:10.1111/j.1365-313x.2004.02312.x. PMID:15659104.
  21. ^ Schell J، Van Montagu M (1977). "The Ti-Plasmid of Agrobacterium Tumefaciens, A Natural Vector for the Introduction of NIF Genes in Plants?". في Hollaender A، Burris RH، Day PR، Hardy RW، Helinski DR، Lamborg MR، Owens L، Valentine RC (المحررون). Genetic Engineering for Nitrogen Fixation. Basic Life Sciences. ج. 9. ص. 159–79. DOI:10.1007/978-1-4684-0880-5_12. ISBN:978-1-4684-0882-9. PMID:336023.
  22. ^ Joos H، Timmerman B، Montagu MV، Schell J (1983). "Genetic analysis of transfer and stabilization of Agrobacterium DNA in plant cells". The EMBO Journal. ج. 2 ع. 12: 2151–60. DOI:10.1002/j.1460-2075.1983.tb01716.x. PMC:555427. PMID:16453483.
  23. ^ Thomson JA. "Genetic Engineering of Plants" (PDF). Biotechnology. ج. 3. اطلع عليه بتاريخ 2016-07-17.
  24. ^ Leuzinger K، Dent M، Hurtado J، Stahnke J، Lai H، Zhou X، Chen Q (يوليو 2013). "Efficient agroinfiltration of plants for high-level transient expression of recombinant proteins". Journal of Visualized Experiments. ج. 77 ع. 77. DOI:10.3791/50521. PMC:3846102. PMID:23913006.

انظر أيضا

أيقونة بذرة

هذه بذرة مقالة عن علم الوراثة بحاجة للتوسيع. فضلًا شارك في تحريرها.

أيقونة بذرة

هذه بذرة مقالة عن التقانة الحيوية بحاجة للتوسيع. فضلًا شارك في تحريرها.


مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=توصيل_الجينات&oldid=53042869»