آلية عمل الجينات Gene Mechanism

والآن يأتي السؤال الهام وهو كيف يمكن لعلماء البيولوجيا الجزيئية فهم كيفية عمل الجينات؟ لذا استخدم مهندسوا الوراثة تقنية سميت استبدال الجينات المستهدفة gene targeting وفيه يتم استحداث لطفرة واستبدالها بجين سوى داخل احدى الخلايا الجذعية المشتقة من الجين – Embryo derived stem cells من اجنة الفئران ثم ادخالها في خلايا جنين الفار فتكون بذلك اجنة معطلة الجين المستهدف knocked out فإذا ادى ذلك الى احداث تشوه في مخ الفار كان ذلك دليل على مسئولية هذا الجين عن تكوين المخ. ولقد اصبحت تقنية الاستهداف الجيني تقنية مثيرة وهامة عندما استخدم في مشروع الجينوم البشري لكشف اسرار الجينات المسئولة عن الامراض الوراثية حيث ان دراسة تسلسل النيوكليوتيدات للجين لا يفسر وظيفته في حياة الكائن الحي.

على اية حال تبدا التقنية بعزل جين من الخلايا الجذعية المشتقة من الجنين Embryo-derived  stem cells (ES) والمراد دراسة وظيفته ويحور ذلك الجين لإنتاج جين طافر يتم استبداله بالجين السوى ويكون ذلك عن طريق ايلاج جين مقاوم للنيوميسين neomycin resistance (neo r) وذلك لتسهيل امر العثور عن الخلايا التي تم الايلاج فيها ويسمى هذا الجزء من الجين بالواسم الموجب، كما يضاف للجين جزء آخر يسمى بجين الثياميدين كيناز tK ويعتبر واسم ثاني ويعرف بالواسم السلبي حيث ان هذا الجين يسبب حساسية للخلايا الحاضنة له ضد المضاد الحيوي الكانسيكلوفير. وبعد تصميم الجين الطافر هذا يتم تحميله على ناقل مناسب مثل بلازميد القولون حيث يتم ادخال الناقل الى خلايا جنين الفأر الجذعية (ES) فيقوم الناقل :

• اما بنقل الجين الطافر بدلا من الجين السوى (المستهدف) على كروموسوم من كروموسومات خلايا الفأر الجينية وفي هذه الحالة سوف يتم استبدال الجين السوى بجين مشابه مع احتوائه على الجزء الخاص بجين neo r في منتصفه دون الجزء الخاص بال tK وذلك لان انزيم القطع المحدد سوف يتعرف على الجين المستهدف فقط  بمعنى معرفة تسلسل البداية والنهاية له.
• او بنقل الجين المستهدف بطريقة عشوائية ويتم نقل الجين الطافر كله أي بالوسمة الثانية والخاصة بالـtk.
• او لا يتم الايلاج اصلا في الخلايا.

ولعزل الخلايا التي تحمل الطفرة المستهدفة يتم وضع الخلايا كلها في وسط يحتوي على عقارين احدهما مضاد المينوميسين المعروف باسم G418 والثاني مضاد الكانسيكلوفير فيقوم المضاد الاول بقتل الخلايا التي لا تحتوي على الجين الطافر فيقضي على الخلايا التي لم يحدث لها انتقال للجين المستهدف اما العقار الثاني فهو مميت للخلايا التي انتقال اليها الجين الطافر عشوائياً والحاوي على القطعة الثانية الخاصة بالجين tk والمسببة للحساسية للمضاد الحيوي الثاني، وعليه يتم الحصول على الخلايا المطلوبة والتي هندست وراثيا فاذا كانت مأخوذة من فأر بني اللون، يتم ايلاج تلك الخلايا داخل خلايا جنينية وهي في طور الكيسية الاريمية (البلاستولة) لأنثى فأر اسود اللون ثم ننقل الخلايا الى رحم ام بديلة حيث تنمو وتكون النسل (شكل 1).

شكل 1 : كيفية الحصول على فئران محورة وراثياً

وتفحص الفئران للحصول على الفار المحتوى على ضلال بنية ممزوجة باللون الاسود لتشير تلك الصفة على انه الفار المطلوب والحاوي على خلايا ES المهندسة وتعرف تلك الفئران بالفئران الكيميرية (الخليطة) Chimeras، وبعد ذلك يتم تزاوج الذكور الكيميرية (الخليطة) مع اناث سوداء ويختبر النسل progeny بحثا عن الطفرة المستهدفة ويستبعد الفار الاسود  والبني ويستمر في تزاوج الذكور والاناث الباقية لتلد فئران تحمل الطفرة بصورة نقية او نسختين من الجين الطافر فتظهر عندئذ الشذوذ الجسدي او المرضى لنتعرف على وظيفة الجين المستهدف.

المصادر:

عبيده ، علي ابراهيم علي و محمود ، احمد عبد الفتاح .اساسيات التقنية الحيوية . كلية الزراعة جامعة الاسكندرية .