العلوم الحياتية

التكنولوجيا الحيوية
B i o t e c h n o l o g y

التكنولوجيا الحيوية 

ما هي التكنولوجيا الحيوية؟
- فرع من فروع العلوم الحياتية، يهتمُّ بتوظيف الكائنات الحيَّة والمعلومات المُتعلِّقة بها في مجالات عِدَّة، واستخدامها في صنع بعض المُنتَجات وتطويرها لخدمة البشرية.

-استخدم الإنسان بعض الكائنات الحيَّة ومُنتَجاتها منذ القِدَم لتحسين مناحي حياته، مثل: إضافة الخميرة إلى الطحين لإعداد الخبز، وإدخال البكتيريا في عمليات التعدين وصناعة الألبان ومُنتَجاتها، أنظر الشكل الآتي.

- وفي ظلِّ التطوُّر في علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية، أصبح الإنسان يستخدم الكائنات الحيَّة بعد تعديل المادة الوراثية فيها ومعالجتها، ثم ينقلها إلى كائن حيٍّ آخر.

 

التكنولوجيا الحيوية وموادها

 - تتطلَّب التكنولوجيا الحيوية وجود أدوات ومواد مختلفة، مثل:

1)إنزيمات الحمض النووي DNA.

2)ونواقل الجينات.

 

1)إنزيمات الحمض النووي DNA.

أ)إنزيمات القطع المُحدَّد 
- هي إنزيمات مُتخصِّصة تتعرَّف تسلسلا مُحدَّدًا من النيوكليوتيدات في منطقة تُسمّى منطقة التعرُّف.

- ويكون تسلسل النيوكليوتيدات في إحدى سلسلتي DNA (من النهاية ʹ5 إلى النهاية ʹ3) هو التسلسل نفسه للسلسلة المُقابِلة لها (من النهاية ʹ3 إلى النهاية ʹ5) في منطقة التعرف.

- وتقطع هذه الإنزيمات جزيء DNA عند مواقع محددة بين نيوكليوتيدين متتاليين تسمى مواقع القطع، انظر الشكل الآتي.
 

من الشكل يكون تسلسل النيوكليوتيدات في السلسلتين (أ، ب) من ’ 5 إلى ’ 3 هو: .AAGCTT

أُدوِّن تسلسل النيوكليوتيدات في منطقة التعرُّف من 5ʹ إلى 3ʹ في السلسلة (أ)والسلسلة (ب).

- السلسلة (أ) (AAGCTT)

 السلسلة (ب) (AAGCTT)

أتحقَّق: أُوضِّح المقصود بإنزيمات القطع المُحدَّد.

- إنزيمات مُتخصصة تتعرَّف تسلسلاً مُحدَّدًا من النيوكليوتيدات في منطقة تُسمى منطقة التعرف، ويكون تسلسل النيوكليوتيدات في إحدى سلسلتي ( DNA من ʹ5 إلى ʹ3 ) هو التسلسل نفسه للسلسلة المُقابِّلة لها .

- وقد تتكرر مناطق تعرّف إنزيم قطع محدد ما على جزيء DNA فيقطع في أكثر من موقع بحيث ينتج أجزاء متعددة الأطوال من DNA.

- تُنتِج أنواع مختلفة من البكتيريا إنزيمات القطع للدفاع عن نفسها ضد أنواع مختلفة من الفيروسات.

- وتُسمّى الإنزيمات تبعًا لجنس البكتيريا المُنتِجة لها، ونوعها، وترتيب اكتشاف الإنزيم، أنظر الجدول الآتي.

بعض أنواع إنزيمات القطع المحدد
إنزيم القطع المحدّد	اسم الجنس للبكتيريا	النوع	السلالة	السلالة الفرعية	رقم الإنزيم  بحسب ترتيب اكتشافه
EcoR I	Escherichia	coli	R	-	1
BamH I	Bacillus	amyloliquefaciens	H		1
Hind III	Haemophillus	influenzea	-	d	3
Pst I	Providencia	stuartii	-	-	1

 

- ينتج من بعض إنزيمات القطع المُحدَّد قطع من DNA ذات أطراف مفردة، وهي تتكوَّن من سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات، تُسمّى النهايات اللزجة.
 

- ويسهل التحام النهايات اللزجة بنهاية لزجة مُتمِّمة لها من قطعة DNA أُخرى.

- وكذلك ينتج من بعض إنزيمات القطع المُحدَّد قطع من DNA تتكوَّن نهاياتها من سلسلتين من النيوكليوتيدات، وتُسمّى النهايات غير اللزجة.

- ويصعب التحام النهايات غير اللزجة بسلاسل أُخرى؛ ما يحدُّ من استخدامها في التكنولوجيا الحيوية، أنظر الشكل.

أتحقَّق: أُوضِّح المقصود بالنهاية اللزجة.

- قطع من DNA ذات أطراف مفردة، وهي تتكوَّن من سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات، ويسهل التحام النهايات اللزجة بنهاية لزجة مُتمِّمة لها من قطعة DNA أُخرى.

 

ب) إنزيم الربط 

- يُستخدَم إنزيم الربط في التكنولوجيا الحيوية لإنتاج DNA معاد تركيبه.

كيف؟
- وذلك بتكوين روابط تساهمية فوسفاتية ثنائية الإستر بين نهايات سلسلتي DNA، ما يؤدّي إلى التحامهما، أنظر الشكل الآتي.

 

أُوضِّح نوع الروابط التي يُكوِّنها إنزيم الربط.

- روابط تساهمية فوسفاتية ثنائية الإستر بين نهايات سلسلتي DNA.

 

ج) إنزيم بلمرة DNA مُتحمِّل الحرارة 

- إنزيم يُستخدَم في بلمرة DNA ، ويُستخلَص نوع من بكتيريا مُحِبَّة للحرارة تعيش في الينابيع الحارَّة.

 

2) نواقل الجينات

- تُستخدَم نواقل الجينات لنقل الجين المرغوب فيه إلى الخلية الحيَّة المُستهدَفة.ومن الأمثلة عليها:

أ) البلازميدات:

- هي DNA حلقي في سيتوبلازم البكتيريا.

- وهو يتضاعف بصورة مستقلة.

- تحتوي البلازميدات المُستخدَمة في التكنولوجيا الحيوية على:

    1)منطقة مُحفِّز عوامل النسخ.

    2)ومناطق تعرُّف إنزيمات القطع المُحدَّد.

    3)وجينات لمقاومة أنواع مختلفة من المضادات الحيوية.

   4)ومنطقة أصل التضاعف(ORI) التي تسمح بتضاعف البلازميد، أنظر الشكل الآتي.

 

 

ب)الفيروسات آكلة البكتيريا:

- تُستخدَم بعض أنواع الفيروسات آكلة البكتيريا نواقل جينية عندما تكون قطع DNA المراد نقلها كبيرة الحجم بعد تعديلها جينيًّا باستخدام إنزيمات القطع المُحدَّد وإنزيم الربط، أنظر الشكل الآتي.

ج)الجُسَيْمات الدهنية:

- حويصلات كروية من الليبيدات المفسفرة تُستعمَل لنقل الأليلات السليمة أو الأدوية في المعالجة الجينية.

 

أتحقَّق: أُوضِّح دور منطقة أصل التضاعف في البلازميد.

- منطقة أصل التضاعف(ORI) التي تسمح بتضاعف البلازميد.

نشاط محاكاة عمل إنزيمات القطع المُحدَّد - تُنتِج أنواع مختلفة من البكتيريا إنزيمات القطع للدفاع عن نفسها ضد أنواع مختلفة من الفيروسات. - وهي إنزيمات مُتخصِّصة تتعرَّف تسلسلا مُحدّدًا من النيوكليوتيدات، وتقطع جزيء DNA عند مواقع مُحدَّدة بين نيوكليوتيدين متتاليين. - وقد يتكرَّر التسلسل الذي يتعرَّفه إنزيم قطع مُحدَّد ما على جزيء DNA ، فيقطع في أكثر من موقع؛ ما يؤدّي إلى إنتاج أجزاء مُتعدِّدة الأطوال من DNA. المواد والأدوات: 4 نسخ من تسلسل جزيء DNA التالي، مقص، 4 أقلام ألوان مختلفة. ʹGAATTCTCGAGGATCCTTCCAAAAGCTTCCTTGAGGCCAAAA-3-$\text{'}5$ ʹCTTAAGAGCTCCTAGGAAGGTTTTCGAAGGAACTCCGGTTTT-5-$\text{'}3$ إرشادات السلامة: استعمال المقص بحذر.
الإنزيم	منطقة التعرف		منطقة القطع
EcoRI	$\text{'}$GAATTC-3-$\text{'}5$    $\text{'}$CTTAAG-5-$\text{'}3$
BamHI	$\text{'}$GGATCC-3-$\text{'}5$ $\text{'}$CCTAGG-5-$\text{'}3$
HindIII	ʹAAGCTT-3-$\text{'}5$ $\text{'}$TTCGAA-5-$\text{'}3$
HaeIII	$\text{'}$GGCC-3-$\text{'}5$ $\text{'}$CCGG-5-$\text{'}3$
خطوات العمل: 1- مُعتمِدًا الجدول أعلاه، أُحدِّد مناطق التعرُّف ومنطقة القطع لكل إنزيم على نسخ جزيء DNA. 2- أُلاحِظ قراءة تسلسل النيوكليوتيدات من 5ʹ إلى 3ʹ في كلتا السلسلتين في منطقة التعرُّف لكل إنزيم قطع محدد، ثم أُدوِّن ملاحظاتي. 3- أُلوِّن مناطق التعرُّف ومناطق القطع لكل إنزيم قطع محدد من الإنزيمات الوارد ذكرها في الجدول. 4- أُجرِّب: أستعمل المقص لقص جزيء DNA في منطقة القطع إنزيم قطع محدد من الإنزيمات الوارد ذكرها في الجدول. 5- أُلاحِظ شكل القطع الناتجة من كل إنزيم قطع محدد، ثم أُدوِّن ملاحظاتي. التحليل والاستنتاج: 1. أُقارِن بين نهايات القطع الناتجة من استخدام إنزيمات القطع المُحدَّد في النشاط. 2. أُفسِّر: تعدُّد القطع الناتجة أحيانًا عند استخدام إنزيم قطع مُحدَّد. 3. أتوقَّع: أيُّ القطع أكثر استخدامًا في هندسة الجينات؟ 4. أُفسِّر سبب استعمال إنزيم القطع المُحدَّد نفسه لقطع الجين المرغوب، وقطع الناقل الجيني عند إنتاج DNA المعاد تركيبه.
1- أقارن - الإنزيم	EcoRI	BamHI	HindIII	HaeIII
نهايات القطع الناتجة	لزجة(مفردة)	لزجة(مفردة)	لزجة(مفردة)	غير لزجة (نهاية مزدوجة)
2- أُفسِّر	قد يتكرَّر التسلسل الذي يتعرَّفه إنزيم قطع مُحدَّد ما على جزيء DNA ، فيقطع في أكثر من موقع.
3- أتوقَّع	ذات  النهايات اللزجة (نهاية مفردة)
4- أُفسِّر	لكل إنزيم قطع منطقة تعر ف خاصة به، وموقع قطع خاص به. عند قطع الجين المرغو ب، والناقل الجيني بنفس الانزيم تنتج قطع متممة لبعضها البعض في كلا من الجين والناقل، وبذلك تتلاءم القطع وتكون متممة لبعضها البعض عند لصقها بإنزيم الربط فينتج DNA المعاد تركيبه.

 

 

مضاعفة DNA وفصله
 

*تفاعل إنزيم البلمرة المُتسلسِل(PCR)

ما هو تفاعل إنزيم البلمرة المُتسلسِل (PCR)؟
- هو عملية مضاعفة عيِّنة صغيرة من DNA لإنتاج ملايين النسخ منها خلال ساعات عِدَّة باستخدام جهاز الدورية الحرارية، أنظر الشكل الآتي.

- ويُعْزى إلى العالِِم كاري موليس تطوير هذه التقنية.

- لإتمام هذا التفاعل، يَلزم وجود:

1- عيِّنة DNA التي يراد مضاعفتها.

2- وإنزيم البلمرة مُتحمِّل الحرارة.

3- وأعداد من النيوكليوتيدات الأربعة: ؛A,T,G,C لاستخدامها في بناء سلاسل جديدة.

4- وسلاسل البَدْء.

سلاسل البدء :

- هي سلاسل مفردة من النيوكليوتيدات، قد يصل عددها إلى 20 نيوكليوتيدًا أو أكثر.

- وهي تُصمَّم وَفق تسلسلات مُحدَّدة، بحيث تكون مُتمِّمة لتسلسل النيوكليوتيدات في بداية منطقة التضاعف، ثم ترتبط بها، فتصبح بداية السلسلة المراد بناؤها مزدوجة؛ لأنَّ إنزيم بلمرة DNA مُتحمِّل الحرارة يتطلَّب وجود تسلسل DNA مزدوج لبَدْء بناء السلسلة المُكمِّلة.

أتحقَّق: أُوضِّح المقصود بسلاسل البَدْء.

- سلاسل مفردة من النيوكليوتيدات، قد يصل عددها إلى 20 نيوكليوتيدًا أو أكثر، وهي تُصمَّم وَفق تسلسلات مُحدَّدة، بحيث تكون مُتمِّمة لتسلسل النيوكليوتيدات في بداية منطقة التضاعف، ثم ترتبط بها.

 

خطوات تفاعل إنزيم البلمرة المُتسلسِل:
توجد ثلاث مراحل أساسية لتفاعل البلمرة في كل دورة من دورات التفاعل، وتعتمد كل مرحلة على درجة حرارة مُعيَّنة، أنظر الشكل الآتي.

 

أحسُبُ عدد جزيئات DNA الناتجة بعد 5 دورات في جهاز الدورية الحرارية علما بأن عدد الجزيئات الناتجة يساوي ^ن 2، حيث ن عدد الدورات.

- ^ن 2 = 2⁵ = 3125 جزيء من DNA.

 

الفصل الكهربائي الهلامي 

- تُفصَل قطع DNA اعتمادًا على شحنتها السالبة والاختلاف في أطوالها.

كيف؟

- باستخدام جهاز الفصل الكهربائي الهلامي.

ممّا يتكون؟ وكيف يعمل؟

- الذي يحوي محلولا موصِلا للتيار الكهربائي.

- إذ توضَع عيِّنات DNA داخل ثقوب في المادة الهلامية.

- ثم يوصَل التيار الكهربائي مدَّة مناسبة.

- فتتحرَّك قطع DNA في اتجاه القطب الموجب.

- ثم يُفصَل التيار الكهربائي.

- وتُرفَع المادة الهلامية، وتوضَع في محلول يحوي صبغة خاصة بـ DNA.

- ثم تُنقَل هذه المادة إلى جهاز التصوير باستخدام الأشعة فوق البنفسجية UV.

النتيجة:

- فتظهر خطوط تُمثِّل قطع DNA على مسافات مختلفة من القطب السالب تبعًا لطول القطعة.
- تتناسب المسافة المقطوعة مع طول القطعة تناسبًا عكسيًّا انظر الشكل أدناه (أ).

- وتُمثِّل مجموعة الخطوط الظاهرة خرائط قَطع ، انظر الشكل أدناه (ب).

بماذا تستخدم؟

- تُستخدَم في هندسة الجينات.

- ودراسة الطفرات.

- والتمييز بين الأفراد كما في البصمة الوراثية.

أتحقَّق: أربط بين أطوال قطع DNA والمسافة التي تقطعها على المادة الهلامية.

- تتناسب المسافة المقطوعة مع طول القطعة تناسبًا عكسيًّا.فتكون القطع الصغيرة هي الأقرب للقطب الموجب.

 

تطبيقات التكنولوجيا الحيوية 

1)البصمة الوراثية 

- البصمة الوراثية هي خريطة قَطع تُبيِّن توزيع قِطع DNA في عيِّنة DNA التي يراد تحليلها، وتُؤخَذ من نواة خلية حيَّة، مثل:

1)خلايا الدم البيضاء.

2) وجذور الشعر.

3)والخلايا الطلائية.

- تُعَدُّ هذه الخريطة باستخدام منطقة تحوي أعدادًا مُتغيِّرةً من تسلسلات DNA المُتكرِّرة (VNTR).

- وهي تختلف من شخص إلى آخر.

- وتتشابه فقط في التوائم المُتطابِقة.

- لذا تُستخدَم في القضايا القانونية، مثل: تحديد النسب، والتحقيق في الجرائم. وكذلك تُستخدَم في تحديد هوية الضحايا في الكوارث الطبيعة.

- ففي حالة تحديد النسب، تُحلَّل هذه الخريطة، ثم تُقارَن بنتائج عيِّنات الفحص للأبوين؛ إذ تكون بعض قطع DNA للطفل من الأُمِّ، وبعضها الآخر من الأب. أنظر الشكل الآتي.

أستنتج: أيُّ الطفلين هو طفل لهذه العائلة؟

- الطفل الثاني.

 

2)هندسة الجينات 

- يُقصَد بها تعديل DNA للكائن الحيِّ؛ ما يُغيِّر المعلومات الوراثية فيه.

- وتبعًا لذلك، يتغيَّر نوع البروتينات التي يُكوِّنها، وكمِّيتها؛ ما يؤدي لإنتاج مواد جديدة، أو أداء وظائف جديدة.
- تعتمد هذه العملية على عزل جينات مُُحدَّدة من DNA المُتبرِّع، ثم إضافتها إلى DNA المُستقبِل لإنتاج DNA المعاد تركيبه .

- تُعَدُّ بكتيريا E. coli أحد أقدم الكائنات الحيَّة المُعدَّلة وراثيًّا، وكان الهدف من تعديلها هو إنتاج الأنسولين البشري المعاد تركيبه.

 

تطبيقات هندسة الجينات 

أ)تطبيقات طبية Medical Applications
- استُخدِمت هندسة الجينات في إنتاج اللقاحات والبروتينات العلاجية، مثل:

1- هرمون الأنسولين.

2- وهرمون النمو.

3- ومادة تُستعمَل لعلاج العقم، تُسمّى الفولستم.

4- وكذلك استُخدِمت في العلاج الجيني بتثبيط الجين المسؤول عن إحداث المرض، أو بإدخال نسخة من الجين السليم في خلايا فرد مصاب بمرض وراثي ناتج من اجتماع جينين مُتنحِّيين؛ لتعويض نقص البروتين الوظيفي في الخلايا.

- من الأمراض التي يُمكِن معالجتها جينيًّا:

1- مرض التليُّف الكيسي.

2- وأنواع مُعيَّنة من نزف الدم.

3- ومرض مناعي يُسمّى ADA-SCID.

أنظر الشكل الآتي الذي يُبيِّن خطوات العلاج الجيني.

أتتبَّع خطوات العلاج الجيني.

- أ. استخلاص خلايا المريض.

ب. تعديل الفيروس بإضافة الجين المرغوب.

ج. ادخال الفيروس المعدل جينيًّا إلى خلايا المريض.

د. حقن المريض بالخلايا المعدلة جينيًّا .

* من التحدِّيات التي تُواجِه استخدام العلاج الجيني:

- التأكُّد من اندماج الجين المرغوب في المادة الوراثية للخلية التي تحتاج إليه، ثم التأكُّد أنَّ الجين سيكون نشطًا، واختيار ناقل مناسب لا يُحدِث ردود فعل مناعية.

 

ب) تطبيقات زراعية

- تُعدَّل النباتات جينيًّا لإكسابها صفات مرغوبة، مثل:

1- زيادة القيمة الغذائية للنبات.

2- وملاءمة الظروف البيئية.

3-ومقاومة الآفات الزراعية.

4- وزيادة إنتاج المحاصيل الزراعية.

- تعتمد هندسة الجينات في النبات على:

1- تعديل البلازميد جينيًّا.

2- ونقله إلى بكتيريا تُهاجِم خلايا النبات، وتَدخل خلاياه.

3- ثم دمج الجين ذي الصفات المرغوبة مع DNA للنبات.

5- فتظهر الصفات الجديدة في النبات المُعدَّل جينيًّا، أنظر الشكل الآتي

* من الأمثلة على استخدام هندسة الجينات في النباتات:

1- تعديل نبات الأرز جينيًّا لإنتاج كمِّيات أكثر من فيتامين A.

2- وتعديل نبات القطن بإضافة جين مسؤول عن بروتين يُؤثِّر في جهاز الحشرات الهضمي ليصبح محصولا مُقاوِمًا للحشرات؛ ما يُقلِّل الفاقد من المحصول بسبب الآفات الزراعية.

*ومن الأمثلة على استخدام هندسة الجينات في تحسين الإنتاج الحيواني:

1- تعديل بعض صفات الحيوان لزيادة إنتاجه من الحليب، أو البيض، أو اللحوم.

2- وزيادة مقاومة الأمراض في الحيوانات.

3- واستخدام فئران التجارب المُعدَّلة جينيا في دراسة تطوُّر الأمراض وتأثير الأدوية.

الربط بالصحة اضطراب طيف التوحُّد استطاع العلماء معرفة السبب الجيني لاضطراب طيف التوحُّد ASD بعد دراسة جين Hoxd 4 و DNA المحيط به، وتقصيّ دوره في نمو الدماغ الخلفي في الأَجِنَّة وتطوُّره. وقد توصَّل العلماء إلى  أنَّ النمو غير الطبيعي في الجزء الخلفي من الدماغ يُسهِم في تطوُّر اضطراب طيف التوحُّد.

 

 

الاستنساخ 

-وضّح المقصود بالاستنساخ؟

- إنتاج كائن حيّ مُتعدِّد الخلايا من خلية واحدة، بحيث يتطابق وراثيًّا مع الكائن الحيِّ الذي تبرَّع بالخلية الأصلية المُستنسَخة.

أ)الاستنساخ في النبات Plant Cloning

- يُستنسَخ نبات الأوركيد؛ نظرًا إلى أهميته الاقتصادية، وصعوبة تكثيره خضريًّا، وتُستنسَخ
نباتات أُخرى؛ لخصائصها المُميَّزة، مثل: جودة المحصول، ومقاومة مُسبِّبات الأمراض النباتية.
 

- استنسخ العالِِم ستيوارد نبات الجَزَر باستخدام خلايا الجذر لإنتاج نباتات جَزَر كثيرة، مُتماثِلة وراثيًّا، ومُُماثِلة للنبات الأصلي.

- لتعرُّف خطوات استنساخ النباتات، أنظر الشكل الآتي.

ب) الاستنساخ في الحيوانات Animals Cloning

- استنسخ العلماء الأغنام والبقر والقطط والفئران عن طريق استبدال نواة خلية جسمية

سليمة ثنائية المجموعة الكروموسومية ومأخوذة من الحيوان المراد استنساخه بنواة بويضة

غير مُخصَّبة، ثم تحفيز البويضة ثنائية المجموعة الكروموسومية على الانقسام؛ فيتكوَّن الجنين

الذي يُزرَع في رحم أنثى أُخرى، وتكون صفات النسل الناتج مُماثِلة لصفات الحيوان الذي أُخِذت

منه الخلية الجسمية.

- في عام 1996 م، استُنسِخت النعجة دولّلي، أنظر الشكل الآتي، وكان ذلك بدايةً لاستنساخ عديد من الكائنات الحيَّة.

الربط بالدين - قررت جميع والهيئات والمؤسسات الشرعية بالإجماع منع وتحريم الإستنساخ البشري مطلقا لما فيه من ضياع الأنساب وحفظا للمنظومة المجتمعية. - أما في ما يخص استنساخ النباتات والحيوانات لأغراض البحث العلمي أو العلاج أو زراعة الأعضاء أو استخلاص العقاقير فإنه يسمح به بحدود الإعتدال وجلب المصالح ودرء المفاسد وفقا للضوابط الشرعية.

 

مشروع الجينوم البشري 

- يُقصَد بمشروع الجينوم البشري تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في كامل DNA للإنسان،

وتعرُّف مواقع الجينات وترتيبها في الكروموسومات جميعها، أنظر الشكل الآتي.

- درسْتُ سابقًا أنَّ هذا المشروع قد استغرق مدَّة طويلة.

- واليوم أصبح مُمكِنًا معرفةُ تسلسل الجينوم البشري في أقل من يوم واحد نتيجة التطوُّرات التي شهدتها التكنولوجيا الحيوية.

- يستفاد من هذا المشروع في:

  * تشخيص الأمراض الوراثية.

  * وتعرُّف علاجاتها.

  * وتحديد الأمراض التي تنتج من أليلات سائدة أو مُتنحِّية، ويتحكَّم فيها جين واحد، مثل: مرض        هنتنغتون، والتليُّف الكيسي.

  *فضلا عن اكتشاف الجينات التي تُؤثِّر في أمراض أكثر تعقيدًا، مثل: مرض السرطان، وأمراض    القلب.

* وقد كان مشروع الجينوم البشري مدخلا للعديد من مشاريع الجينوم المختلفة كما يبين المخطط الآتي.

 

أتحقَّق: أُوضِّح المقصود من الجينوم البشري.

- تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في كامل DNA للإنسان، وتعرف مواقع الجينات وترتيبها في الكروموسومات جميعها.

 

المعلوماتية الحيوية

- يُقصَد بالمعلوماتية الحيوية استخدام الحاسوب في جمع تسلسل عدد كبير من النيوكليوتيدات، ومعالجتها، وتحليلها، ودراستها، أو استخدامه في جمع كَمٍّ كبير من المعلومات المُتعلِّقة بالعلوم الحياتية، أنظر الشكل الآتي.

- وهذا يتطلَّب توافر نظام ذي سعة وسرعة كبيرتين.

-تعتمد المعلوماتية الحيوية على أجهزة حاسوب مُتطوِّرة يُمكِنها تخزين كَمٍّ هائل من البيانات وإدارتها، وإنشاء قواعد بيانات تُخزِّن تسلسل الجينوم والمحتوى البروتيني للعيِّنات المدروسة، وتسلسل البروتين وتركيبه.

- فمثلا، COSMIC هي قاعدة بيانات للطفرات الجسمية المُسبِّبة لمرض السرطان.

- و (BLAST) هي قاعدة بيانات تساعد على المقارنة السريعة بين تسلسلات الجينات على جزيئات DNA للكائنات المختلفة والتشابه الجيني بينها؛ ما يُسهِم في تعرُّف وظائف الجينات، وتمييز الجينات المُسبِّبة للاختلالات الوراثية.

أتحقَّق: أُقارِن بين قاعدة بيانات BLAST وقاعدة بيانات COSMIC من حيث نوع البيانات في كلٍّ منهما.

- هي قاعدة بيانات للطفرات الجسمية المُسببة لمرض السرطان. و BLAST هي قاعدة بيانات تساعد
على المقارنة السريعة بين تسلسلات الجينات على جزيئات DNA للكائنات المختلفة والتشابه الجيني بينها؛ ما يُسهِّم في تعرف وظائف الجينات، وتمييز الجينات المُسببة للاختلالات الوراثية .

 

علم المحتوى البروتيني 

- علم يدرس أنواع البروتينات المختلفة، ومدى وفرتها، وتركيبها، ووظائفها، وأثرها في جسم الكائن الحيِّ.

- وهو يتضمَّن معرفة تسلسل الحموض الأمينية في البروتين، انظر الشكل الآتي.

- اعتمادًا على المعلوماتية الحيوية، يُمكِن تعرُّف الجين المسؤول عن إنتاج بروتين ما، وتحديد الأمراض الوراثية، وتشخيصها، وتطوير الأدوية المناسبة لعلاجها.

- يُعَدُّ مشروع رسم خريطة البروتينات للإنسان قاعدة بيانات مرجعية (HPRD) ، يستفاد منها في:

   *تعرُّف عدد البروتينات.

   *ووظائفها المختلفة.

   *وعلاقة البروتينات بالأمراض.

القضايا الأخلاقية المُرتبِطة بالتكنولوجيا الحيوية 

- بالرغم من الإيجابيات العديدة لاستخدام التكنولوجيا الحيوية، فإنَّه توجد آثار سلبية لها، مثل:
 

1- تأثير الجين المنقول في الجينات الأُخرى، مثل: زيادة نشاطها، أو تثبيط عملها.
 

2- مهاجمة جهاز المناعة للناقل الجيني.
 

3- التأثير في الأنظمة البيئية، وإصابة الإنسان أو الكائنات الحيَّة الأُخرى بالأمراض.
 

4- إنتاج سلالات من الكائنات الحيَّة لاستخدامها أسلحة بيولوجية في تدمير البشرية.
 

5- تعديل صفات الأَجِنَّة غير المَرَضية، مثل: الذكاء، والجمال، والطول.

 

أتحقَّق: أُوضِّح المقصود بالمحتوى البروتيني.

-دراسة أنواع البروتينات المختلفة، ومدى وفرتها، وتركيبها، ووظائفها، وأثرها في جسم  الكائن الحيِّ، وهو يتضمَّن معرفة تسلسل الحموض الأمينية في البروتين.