||((مهندسی ژنتیک)) شامل روشهایی مانند جداسازی ، خالص سازی ، وارد کردن و تظاهر یک ژن خاص در یک میزبان است که منجر به ایجاد یک صفت جدید یا تولید محصول مورد نظر می‌شود. مهندسی ژنتیک کابردهای وسیعی دارد.||
!دید کلی
با استفاده از فن‌آوری DNA نوترکیب ، مطالعه ساختمان و عملکرد ((ژن به عنوان عامل وراثت|ژن)) بسیار آسان شده است و جداسازی یک ژن از یک ((کروموزوم)) بزرگ نیاز دارد به:


*روشهایی برای برش و دوختن قطعات DNA


*وجود ناقلین کوچک DNA که قادر به تکثیر خود بوده و ژنهایی در داخل آنها قرار داده شود.


*روشهایی برای ارائه ناقل حاوی DNA خارجی به سلولی که در آن بتواند تکثیر یافته و کلنی‌هایی را ایجاد کند.


*روشهایی برای شناسایی سلولهای حاوی DNA مورد نظر.

پیشرفتهای حاصل در این فن‌آوری ، در حال متحول نمودن بسیاری از دیدگاه‌های پزشکی ، کشاورزی و سایر صنایع می‌باشد.

پیشرفتهای حاصل از دهها سال کار هزاران دانشمند در زمینه‌های ((ژنتیک)) ، ((بیوشیمی)) ، ((بیولوژی سلول)) و ((شیمی فیزیک)) در آزمایشگاههای متعدد گرد هم آمدند تا فن‌آوریهایی برای تعیین موقعیت ، جداسازی ، آماده سازی و مطالعه قطعات DNA مشتق از کروموزومهای بسیار بزرگتر را ایجاد نمایند. تاکنون فن‌آوریهای کلون سازی DNA ، فرصتهای غیر قابل تصوری را برای تعیین هویت و مطالعه ژنهایی فراهم نموده‌اند که تقریبا در هر فرآیند بیولوژیک شناخته شده ، نقش دارند. این روشهای جدید ، تحقیقات پایه ، کشاورزی ، پزشکی ، اکولوژی ، پزشکی قانونی و بسیاری از زمینه‌های دیگر را دگرگون کرده‌اند.
!کاربردهای مهندسی ژنتیک
کابردهای عملی مهندسی ژنتیک بسیار زیاد می‌باشد. تعداد معدودی از این کاربردها به شرح زیر است:
!!تخمیرهای میکروبی
تعدادی از محصولات مهم صنعتی بوسیله میکروارگانیزمها ساخته می‌شوند که از بین آنها ، ((آنتی بیوتیک|آنتی بیوتیکها)) مهمترین گروه می‌باشند. بوسیله مهندسی ژنتیک می‌توان میکروارگانیزمهایی ایجاد کرد که آنتی بیوتیک بیشتری تولید کنند و یا مشتقی از آنتی بیوتیک اولیه را بسازند.
!!واکسنهای ویروسی
((واکسن)) ماده‌ای است که می‌تواند سیستم ایمنی را بر علیه یک عامل عفونی تحریک کند. معمولا از ویروسهای کشته شده به عنوان واکسن استفاده می‌شود، ولی همواره یک خطر احتمالی وجود دارد که ((ویروس)) بطور کامل غیر فعال نشده باشد.

از آنجایی که معمولا قسمت فعال و ایمنی‌زایی ویروس ، پروتئینهای پوشش آن هستند، می‌توان پروتئینهای پوششی را به تنهایی و بدون قسمتهای دیگر تهیه کرد. برای این کار ژن مربوط به پروتئین پوششی را در یک ((باکتری)) و یا در یک ویروس غیر بیماری‌زا کلون می‌کنند و از آنها به عنوان واکسنهای بی‌خطر استفاده می‌نمایند.
!!تولید ((پروتئین|پروتئینهای خاص))
تولید پروتئینهای خاص از نظر پزشکی و تجاری ارزش دارد. تولید تجاری پروتئینهای انسان از طریق استخراج از بافتها یا مایعات بدن غیر ممکن یا بسیار گران است. با کلون کردن ژنهای مربوط به این پروتئینها در باکتریها تولید تجاری این پروتئینها ، امکان‌پذیر می‌گردد.
!!حیوانات و گیاهان تغییر یافته
علاوه بر تولید محصولات ارزشمند بوسیله ((میکروب|میکروبها)) ، از مهندسی ژنتیک می‌توان به منظور ایجاد گیاهان و جانوران تغییر یافته استفاده کرد. به این گیاهان و جانوران بطور کلی __تغییر یافته ژنتیکی__ (Trasgenetic) ، گفته می‌شود. تغییرات ژنی این موجودات ، مواردی چون تولید محصولات بیشتر ، تغییر کیفیت گوشت و سبزیجات و تولید پروتئینهای خاص که بوسیله باکتریها ، نمی‌توان تولید کرد، را دربر می‌گیرد. این کار بطور کلی از طریق وارد کردن ژنهای نوترکیب در دوران جنینی به جانوران و در کشت بافت به گیاهان انجام می‌شود.
!!بیوتکنولوژی محیط زیست
باکتریها به دلیل تنوع متابولیزمی گسترده ، دارای یک خزانه ژنتیکی بسیار غنی می‌باشند. در بعضی موارد در این خزانه ژنهایی یافت می‌شوند که مواد آلوده کننده محیط زیست را تجزیه می‌کنند. ژنهای تجزیه بیولوژیکی بسیاری از مواد زاید فاضلابهای شهری و پسابهای صنعتی ، از باکتریهای موجود در طبیعت جدا شده‌اند. از این ژنها می‌توان برای کاهش آلودگیهای محیط زیست استفاده کرد.

مثالی از این کار ، ژنهای تجزیه کننده حشره کشهای کلردار ، مانند 5,4,2__- تری کلروفنوکسی استیک اسید ، کلروبنزن ، نفتالین ، تولوئن ، آنیلین__ و هیدروکربنهای مختلف دیگر می‌باشد. ژنهای مورد نظر از ((باکتری پسدوموناس|باکتریهای پسدوموناس)) ، ((باکتری آلکالیژنس|آلکالیژنس)) و تعدادی از باکتریهای دیگر جدا شده و در پلاسمیدهای مختلف وارد شده است. همچنین پلاسمیدهایی ایجاد شده است که ژنهای تجزیه کننده چند ماده مختلف را بطور همزمان بر روی خود دارند.
!!تنظیم ژنها و ((ژن درمانی))
استفاده اولیه مهندسی ژنتیک در تولید محصولات مفید صنعتی و یا بهبود تولید بود، ولی مطالعات اخیر بر روی کنترل ژنهای خاص بنا شده است. امروزه قسمت اعظم تحقیقات پایه در مهندسی ژنتیک بر روی Antisense RNA که نقش مهمی در تنظیم ژنتیکی بیان ژنها به عهده دارد، پایه گذاری شده است. همچنین مطالعات گسترده‌ای بر روی امکان درمان بیماریهای ژنتیکی از طریق وارد کردن ژن سالم (ژن درمانی، Gene Trapy) در حال انجام است.
!تولید پروتئینها و هورمونهای کاربردی
یکی از کاربردهای عملی اولیه مهندسی ژنتیک تولید پروتئینهای مورد نظر بوسیله میکروارگانیزمهای سریع‌الرشد و تولید ارزان قیمت این پروتئینها بود. بسیاری از پروتئینها و پپتیدهای پستانداران ارزش دارویی زیاد دارند، ولی معمولا در مقادیر بسیار ناچیزی در بافتهای طبیعی وجود دارند و استخراج آنها مقرون به صرفه نمی‌باشد. این پروتئینها را می‌توان به راحتی در میکروارگانیزمها تولید کرد.
!!تولید ((هورمون|هورمونها))
بسیاری از هورمونها ، ((پپتید|پپتیدها)) و یا پروتئینهای کوچک هستند. این هورمونها در کنترل متابولیزم بدن پستاندارن و مخصوصا انسان استفاده‌های خاص و مهمی دارند. یکی از مثالهای این تولیدات ، تولید ((انسولین|هورمون انسولین)) می‌باشد. هورمون انسولین انسانی اولین داروی تولید شده بوسیله مهندسی ژنتیک بود که مصرف عمومی پیدا کرد. انسولین هورمونی است که بوسیله غده لوزالمعده ترشح می‌شود و کمبود آن باعث __بیماری دیابت__ می‌گردد.

بیماری دیابت گریبانگیر میلیونها نفر در سراسر جهان است که روش استاندارد درمان آن ، تزریق منظم انسولین است. چون انسولین پستانداران مختلف تقریبا مشابه می‌باشد، در ابتدا از انسولین جدا شده از لوزالمعده گاو و یا خوک استفاده می‌شد، ولی انسولین غیرانسانی به اندازه انسولین انسانی موثر نیست و هزینه خالص سازی نیز گران می‌باشد، لکن امروزه این هورمونها توسط مهندسی ژنتیک تولید می‌شوند.

لازم به ذکر است که تولید هورمونهایی مانند انسولین یک کار ساده مهندسی ژنتیک نیست که فقط شامل وارد کردن ژن مربوطه به داخل حامل و کلون کردن آن باشد، زیرا بسیاری از هورمونها فقط قطعات کوچکی از پلی پپتیدهای بزرگ تولید شده بوسیله ژنها می‌باشند. برای روشن شدن مطلب تولید هورمون انسولین شرح داده می‌شود:
!!تولید انسولین
انسولین انسانی از دو قطعه پلی پپتیدی (B,A) ساخته شده است که بوسیله پیوندهای دی سولفیدی به هم متصل شده‌اند. این دو قطعه بوسیله قسمتهای مختلف یک ژن اولیه انسولین کد می‌شود. در واقع در سلولهای لوزالمعده ، انسولین ابتدا به صورت یک زنجیره پلی پپتیدی ساخته می‌شود که 86 ((اسید آمینه)) دارد و __پری پرو انسولین__ نامیده می‌شود. سپس این پری پرو انسولین به __پرو انسولین__ تبدیل می‌شود و از این پرو انسولین طی فرایندهای خاص آنزیمی ، دو قطعه A با 21 اسید آمینه و B با 30 اسید آمینه ، جدا شده، به هم متصل می‌شوند و انسولین را می‌سازند.

دو روش در مورد تولید انسولین انسانی در سلولهای باکتریایی مورد توجه قرار می‌گیرد:


*__تولید پرو انسولین و تبدیل آن به انسولین بوسیله تغییرات شیمیایی :__

چون ژن هورمون انسولین انسانی نسبتا کوچک است، سنتز مصنوعی ژن مربوطه به آن بسیار ساده‌تر از استخراج ژن آن از داخل ژنوم انسان می‌باشد. این کار با تولید یک قطعه 63 نوکلئوتیدی برای قطعه A و یک قطعه 90 نوکلئوتیدی برای قطعه B صورت می‌گیرد. سپس این دو قطعه به هم متصل می‌شوند و یک ژن بیان قوی مانند ((لاکتوز)) و ((تریپتوفان)) نیز به آنها اضافه می‌شود و در قسمت بین این ژنها و قطعات مربوط به انسولین یک کدون مربوط به ((اسید آمینه میتونین)) وارد می‌شود.

این میتونین به این منظور وارد می‌شود که بعدا بتوان بوسیله ماده ((برمید سیانوژن)) ، قطعه پلی پپتیدی پری انسولین را از قطعه مربوط به حامل بیان ژن (لاکتوز یا تریپتوفان) جدا کرد. انسولین در ساختمان خود میتونین ندارد، بنابراین شکسته نمی‌شود. سپس پیوندهای دی سولفیدی بین دو قطعه A و B برقرار می‌شود. توالی انسولین به صورتی است که بطور طبیعی بر روی هم تا می‌خورد، به صورتی که ((اسید آمینه سیستئین|اسید آمینه‌های سیستئین)) روبروی هم قرار دارد و می‌توان به راحتی این سیستئین‌ها را به هم متصل کرد. سپس قسمت اتصال بین A و B بوسیله ((تریپسین)) بریده می‌شود و انسولین آماده استفاده می‌شود.


*__تولید جداگانه قطعات A و B :__

اصول این روش همانند روش بالاست، فقط در انتها دو قطعه را با هم مجاور می‌کنند و پیوند دی سولفیدی برقرار می‌سازند. بازده این روش از نظر عملی 60 درصد است.
!تولید پروتئینهای دیگر
علاوه بر تولید انسولین ، تلاشی برای تهیه پروتئینهای مختلف دیگری نیز در حال انجام است که به صورت فهرست‌وار می‌توان به آنها اشاره کرد:


*فاکتورهای انعقاد خون IX , VIII , VII برای ((هموفیلی|افراد هموفیلی)).


*فاکتور فعال کننده پلاسمینوژن بافتی : برای رفع لخته‌های داخل عروقی در افراد مستعد سکته و یا افرادی که جراحی قلب دارند.


*((اریترو پوئیتین)) که برای درمان کم خونی بکار می‌رود.


*((اینتروفرون|اینتروفرونها)) که برای درمان سرطانها ، بکار می‌رود.


*اینترلوکین _2 ، فاکتور توموز نکروزیس و فاکتور تحریک کننده ماکروفاژها که پروتئینهای دخیل در تنظیم پاسخ ایمنی هستند و همچنین در درمان بعضی از سرطانهای خون کاربرد دارد.

تولید این پروتئینها و مواد مشابه مطمئنا چهره پزشکی را در این قرن ، دگرگون خواهد کرد.
!چشم انداز
محصولات فن‌آوری DNA نوترکیب ، از پروتئینها تا موجودات مهندسی شده متفاوت می‌باشد. با این فن‌آوریها می‌توان مقادیر زیاد پروتئینها را برای مقاصد تجارتی تولید نمود. از میکروارگانیزمها می‌توان برای انجام کارهای اختصاصی استفاده نمود. با استفاده از مهندسی ژنتیک ، می‌توان صفاتی را در گیاهان و جانوران ایجاد کرد که برای کشاورزی و پزشکی مفید باشند. بعضی از محصولات این فن‌آوری برای استفاده مورد تائید قرار گرفته و تعداد زیادی در حال تکامل هستند. در طی چند سال اخیر ، مهندسی ژنتیک از یک فن‌آوری وعده دهنده به یک صنعت چند بیلیون دلاری تبدیل شده و بیشتر رشد آن در صنعت دارویی بوده است.
!مباحث مرتبط با عنوان
*((اسید آمینه))
*((انسولین))
*((ژنتیک))
*((ژن درمانی))
*((کاربردهای انتقال ژن به گیاهان))
*((گیاهان و مهندسی ژنتیک))
*((مهندسی ژنتیک))
*((مهندسی ژنتیک در پستانداران))
*((مهندسی ژنتیک در مخمر))
*((هورمون))