بندقية الجينات

الموسوعة الحرة
نظام توصيل الجسيمات PDS-1000/He

في الهندسة الوراثية ، مسدس الجينات أو نظام توصيل الجسيمات البيولوجية هو جهاز يستخدم لتوصيل الحمض النووي الخارجي ( الجينات المنقولة ) أو الحمض النووي الريبي أو البروتين إلى الخلايا. من خلال طلاء جزيئات المعدن الثقيل بجين معين وإطلاق هذه المقذوفات الدقيقة في الخلايا باستخدام القوة الميكانيكية، يمكن إدخال تكامل المعلومات الجينية المرغوبة في الخلايا المرغوبة. غالبًا ما يشار إلى التقنية المستخدمة في توصيل الحمض النووي بهذه المقذوفات الدقيقة باسم "البيولوجيا "، وهو اختصار لـ "الباليستيات البيولوجية". [1] [2]

هذا الجهاز قادر على تحويل أي نوع من الخلايا تقريبًا ولا يقتصر على تحويل النواة؛ بل يمكنه أيضًا تحويل العضيات، بما في ذلك البلاستيدات والميتوكوندريا . [ 3 ]

تُستخدم مدفعات الجينات لتوصيل الحمض النووي الخارجي إلى الخلايا. وتُعرف هذه الطريقة باسم "البيولوجيا". ويمكن استخدام مدفعات الجينات بفعالية على معظم الخلايا، ولكنها تُستخدم بشكل أساسي على الخلايا النباتية.
  1. جهاز البندقية الجينية جاهز للإطلاق.
  2. يملأ الهيليوم الغرفة ويتراكم الضغط ضد قرص التمزق.
  3. يصل الضغط في النهاية إلى النقطة التي ينكسر فيها قرص التمزق، ويؤدي الانفجار الناتج عن الهيليوم إلى دفع الناقل الكبير المغطى بالحمض النووي/الذهب ('القرص البلاستيكي') إلى شاشة التوقف.
  4. عندما يصطدم الناقل الكبير بشاشة التوقف، يتم دفع جزيئات الذهب المغطاة بالحمض النووي عبر الشاشة وإلى الخلايا المستهدفة.

تصميم بندقية الجينات

كانت بندقية الجينات في الأصل مسدسًا هوائيًا من نوع كروسمان تم تعديله لإطلاق جزيئات التنغستن الكثيفة . وقد اخترعها جون سي سانفورد وإد وولف ونيلسون ألين في جامعة كورنيل [4] [5] [6] جنبًا إلى جنب مع تيد كلاين من شركة دوبونت بين عامي 1983 و1986. وكان الهدف الأصلي هو البصل (الذي تم اختياره لحجم خلاياه الكبير)، واستُخدم الجهاز لتوصيل جزيئات مغطاة بجين محدد من شأنه أن ينقل إشارة إذا حدث إدخال صحيح لنسخة الحمض النووي. [7] وقد تم إثبات التحول الجيني عند ملاحظة التعبير عن الجين المحدد داخل خلايا البصل.

استخدمت أقدم البنادق الجينية المصنعة حسب الطلب (التي صنعها نيلسون ألين) خرطوشة مسدس مسمار عيار 22 لدفع أسطوانة بولي إيثيلين (رصاصة) إلى أسفل ماسورة دوغلاس عيار 22. تم وضع قطرة من مسحوق التنغستن المغطى بالمادة الوراثية على الرصاصة وإطلاقها في طبق بتري أدناه. تم لحام الرصاصة بالقرص الموجود أسفل لوحة بتري، وتم تفجير المادة الوراثية في العينة بتأثير دونات ينطوي على تدمير في منتصف العينة مع حلقة من التحول الجيد حول المحيط. تم توصيل البندقية بمضخة فراغ ووضعها تحت فراغ أثناء إطلاق النار. تم وضع التصميم المبكر في إنتاج محدود بواسطة Rumsey-Loomis (ورشة آلات محلية آنذاك في طريق مكلنبورج في إيثاكا، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية).

باعت شركة Biolistics, Inc لشركة Dupont حقوق تصنيع وتوزيع جهاز محدث مع تحسينات تشمل استخدام الهيليوم كوقود غير متفجر وآلية توصيل تصادم متعددة الأقراص لتقليل الضرر الذي يلحق بأنسجة العينة. تُستخدم أيضًا معادن ثقيلة أخرى مثل الذهب والفضة لتوصيل المواد الوراثية مع تفضيل الذهب بسبب انخفاض السمية الخلوية مقارنة بحاملات المقذوفات المصنوعة من التنغستن. [ 8]

تصميم البناء الحيوي

تتضمن عملية التحويل البيولوجي دمج جزء وظيفي من الحمض النووي - المعروف باسم بنية الحمض النووي - في الخلايا المستهدفة. بنية الجين هي شريط الحمض النووي الذي يحتوي على جميع العناصر التنظيمية المطلوبة للتعبير السليم داخل الكائن الحي المستهدف. [9] [ الصفحة المطلوبة ] في حين أن هياكل الجينات قد تختلف في تصميمها اعتمادًا على النتيجة المرجوة من عملية التحويل، فإن جميع الهياكل تحتوي عادةً على مزيج من تسلسل المروج وتسلسل المنهي والجين المطلوب وجين المراسل .

المروج
تتحكم المحفزات في موقع وحجم التعبير الجيني وتعمل كـ "عجلة القيادة ودواسة الوقود" للجين. [9] [ الصفحة المطلوبة ] تسبق المحفزات الجين المطلوب في بنية الحمض النووي ويمكن تغييرها من خلال التصميم المختبري لضبط التعبير عن الجينات المنقولة. يعد المحفز 35S من فيروس فسيفساء القرنبيط مثالاً على المحفز المستخدم بشكل شائع والذي يؤدي إلى تعبير جيني تكويني قوي داخل النباتات. [10]
المدمر
إن تسلسلات المنهي مطلوبة للتعبير الجيني السليم، وهي توضع بعد منطقة الترميز للجين المطلوب داخل بنية الحمض النووي. إن المنهي الشائع للتحول البيولوجي هو منتهي NOS المشتق من Agrobacterium tumefaciens . ونظرًا للتكرار العالي لاستخدام هذا المنهي في النباتات المعدلة وراثيًا، فقد تم تطوير استراتيجيات للكشف عن وجوده داخل إمدادات الغذاء لمراقبة المحاصيل المعدلة وراثيًا غير المصرح بها. [11] [ فشل التحقق ]
جين المراسل
الجين الذي يشفر علامة قابلة للاختيار هو عنصر مشترك في بنيات الحمض النووي ويُستخدم لاختيار الخلايا المحولة بشكل صحيح. ستعتمد العلامة القابلة للاختيار المختارة على الأنواع التي يتم تحويلها، ولكنها ستكون عادةً جينًا يمنح الخلايا القدرة على إزالة السموم من بعض مبيدات الأعشاب أو المضادات الحيوية مثل كاناميسين أو هيجروميسين ب أو جليفوسات [9] [ الصفحة المطلوبة ] [12] [13] [14]
عناصر إضافية
تتضمن المكونات الاختيارية لبناء الحمض النووي عناصر مثل تسلسلات cre-lox التي تسمح بالإزالة المتحكم فيها للبناء من الجينوم المستهدف. [15] يتم اختيار هذه العناصر من قبل مطور البناء لأداء وظائف متخصصة جنبًا إلى جنب مع الجين الرئيسي محل الاهتمام.

طلب

تُستخدم البنادق الجينية في الغالب مع الخلايا النباتية. ومع ذلك، هناك إمكانية كبيرة لاستخدامها مع البشر والحيوانات الأخرى أيضًا.

النباتات

غالبًا ما يكون هدف مدفع الجينات نسيجًا من الخلايا النباتية غير المتمايزة أو مجموعة من الأجنة غير الناضجة التي تنمو على وسط هلامي في طبق بتري. بعد توصيل جزيئات الذهب المغطاة بالحمض النووي إلى الخلايا، يتم استخدام الحمض النووي كقالب للنسخ (التعبير المؤقت) وأحيانًا يتم دمجه في كروموسوم نباتي (التحول "المستقر")

إذا كان بناء الحمض النووي الذي تم تسليمه يحتوي على علامة قابلة للاختيار، فيمكن اختيار الخلايا المحولة بشكل مستقر وزراعتها باستخدام طرق زراعة الأنسجة. على سبيل المثال، إذا كان بناء الحمض النووي الذي تم تسليمه يحتوي على جين يمنح مقاومة لمضاد حيوي أو مبيد أعشاب، فيمكن اختيار الخلايا المحولة بشكل مستقر عن طريق تضمين هذا المضاد الحيوي أو مبيد الأعشاب في وسائط زراعة الأنسجة.

يمكن معالجة الخلايا المحولة بسلسلة من الهرمونات النباتية، مثل الأوكسينات والجبرلينات ، وقد ينقسم كل منها ويتمايز إلى خلايا الأنسجة المنظمة المتخصصة للنبات بأكمله. تسمى هذه القدرة على التجديد الكامل بالقدرة الكاملة . قد يكون للنبات الجديد الذي نشأ من خلية محولة بنجاح سمات جديدة قابلة للتوريث. يمكن مقارنة استخدام مسدس الجينات باستخدام Agrobacterium tumefaciens وبلازميد Ti الخاص به لإدخال الحمض النووي في الخلايا النباتية. راجع التحويل لمعرفة طرق التحويل المختلفة في الأنواع المختلفة.

البشر والحيوانات الأخرى

وقد تم استخدام البنادق الجينية أيضًا لتوصيل لقاحات الحمض النووي .

كما يتم استخدام توصيل البلازميدات إلى الخلايا العصبية للفئران من خلال استخدام مدفع الجينات، وخاصة الخلايا العصبية DRG، كمقدمة دوائية في دراسة تأثيرات الأمراض العصبية التنكسية مثل مرض الزهايمر .

أصبحت بندقية الجينات أداة شائعة لتصنيف مجموعات فرعية من الخلايا في الأنسجة المزروعة. بالإضافة إلى قدرتها على نقل الجينات إلى الخلايا باستخدام البلازميدات DNA المشفرة للبروتينات الفلورية، يمكن تعديل بندقية الجينات لتوصيل مجموعة واسعة من الأصباغ الحيوية إلى الخلايا. [16]

تم استخدام قصف الجينات أيضًا لتحويل Caenorhabditis elegans ، كبديل للحقن المجهري . [17]

المزايا

أثبتت التقنيات الحيوية أنها طريقة متعددة الاستخدامات للتعديل الوراثي، ويفضل عمومًا هندسة المحاصيل المقاومة للتحول، مثل الحبوب . والجدير بالذكر أن الذرة المعدلة وراثيًا هي أحد منتجات التقنيات الحيوية. [9] [ الصفحة المطلوبة ] كما شهد تحويل البلاستيدات نجاحًا كبيرًا مع القصف الجزيئي عند مقارنته بالتقنيات الحالية الأخرى، مثل التحول بوساطة Agrobacterium ، والتي تواجه صعوبة في استهداف الناقل والتعبير بشكل مستقر في البلاستيدات الخضراء. [9] [ الصفحة المطلوبة ] [18] بالإضافة إلى ذلك، لا توجد تقارير عن قيام البلاستيدات الخضراء بإسكات الجين المنقول المُدرج باستخدام مسدس الجينات. [19] بالإضافة إلى ذلك، من خلال إطلاق واحد فقط لمسدس الجينات، يمكن للفني الماهر إنشاء كائنين متحولين في أنواع معينة. [18] سمحت هذه التقنية حتى بتعديل أنسجة معينة في الموقع ، على الرغم من أن هذا من المرجح أن يؤدي إلى إتلاف أعداد كبيرة من الخلايا وتحويل بعض خلايا الأنسجة فقط، وليس كلها. [20]

القيود

تُدخل البيولوجيا الجزيئية الحمض النووي عشوائيًا إلى الخلايا المستهدفة. وبالتالي، يمكن تحويل الحمض النووي إلى أي جينومات موجودة في الخلية، سواء كانت نووية أو ميتوكوندريا أو بلازميدية أو أي جينومات أخرى، في أي تركيبة، على الرغم من أن التصميم السليم للبناء قد يخفف من ذلك. إن توصيل وتكامل قوالب متعددة لبناء الحمض النووي هو احتمال واضح، مما يؤدي إلى مستويات تعبير متغيرة محتملة وأعداد نسخ من الجين المُدرج. [9] [ الصفحة المطلوبة ] ويرجع هذا إلى قدرة البنيات على إعطاء وأخذ المادة الوراثية من بنيات أخرى، مما يتسبب في عدم حمل بعضها لجين منقول وحمل البعض الآخر نسخًا متعددة؛ يعتمد عدد النسخ المُدرجة على عدد نسخ الجين المنقول التي يمتلكها البناء المُدرج، وعدد النسخ المُدرج منها. [9] [ الصفحة المطلوبة ] أيضًا، نظرًا لأن البنيات حقيقية النواة تعتمد على إعادة التركيب غير المشروع - وهي العملية التي يتم من خلالها دمج الجين المنقول في الجينوم بدون تسلسلات جينية مماثلة - وليس إعادة التركيب المتماثل ، فلا يمكن استهدافها لمواقع محددة داخل الجينوم، [9] [ الصفحة المطلوبة ] ما لم يتم توصيل الجين المنقول مع كواشف تحرير الجينوم .

مراجع

  1. ^ O'Brien, John A.; Lummis, Sarah CR (2011). "Nano-biolistics: A method of biolistic transfection of cells and tissue using a gene gun with novel nanometer-sized castiles". BMC Biotechnology . 11:66 . doi : 10.1186/1472-6750-11-66 . PMC  3144454. PMID  21663596 .
  2. ^ كارتر، مات؛ شيه، جينيفر (6 مارس 2015). "استراتيجيات توصيل الجينات". دليل تقنيات البحث في علم الأعصاب (الطبعة الثانية). أكاديميك بريس. رقم ISBN 978-0-12-800511-8.
  3. ^ سانفورد، جون سي. (1990). "التحول الحيوي للنباتات". فيزيولوجيا النبات . 79 (1): 206-209. رمز Bibcode :1990PPlan..79..206S. doi :10.1111/j.1399-3054.1990.tb05888.x. ISSN  1399-3054.
  4. ^ Segelken, Roger (14 May 1987). "عالم أحياء يخترع بندقية لإطلاق النار على الخلايا باستخدام الحمض النووي" (PDF) . Cornell Chronicle . ص. 3. مؤرشف من الأصل (PDF) في 29 أكتوبر 2013. تم الاسترجاع في 5 يونيو 2014 .
  5. ^ سانفورد، جيه سي؛ كلاين، تي إم؛ وولف، إي دي؛ ألين، إن. (1987). "توصيل المواد إلى الخلايا والأنسجة باستخدام عملية قصف الجسيمات". علم الجسيمات والتكنولوجيا . 5 (1): 27-37. doi :10.1080/02726358708904533.
  6. ^ كلاين، تي إم؛ وولف، إي دي؛ وو، آر؛ سانفورد، جيه سي (مايو 1987). "مقذوفات دقيقة عالية السرعة لتوصيل الأحماض النووية إلى الخلايا الحية". نيتشر . 327 (6117): 70-73. رمز Bibcode :1987Natur.327...70K. doi :10.1038/327070a0. S2CID  4265777.
  7. ^ Segelken, Roger. "The Gene Shotgun". كلية الزراعة وعلوم الحياة بجامعة كورنيل. مؤرشف من الأصل في 26 أبريل 2010. تم الاسترجاع في 5 يونيو 2014 .
  8. ^ راسل، جولي أ.؛ روي، ميهير ك.؛ سانفورد، جون سي. (1992-03-01). "الصدمة الجسدية وسمية التنغستن تقللان من كفاءة التحول البيولوجي". فسيولوجيا النبات . 98 (3): 1050-1056. doi :10.1104/pp.98.3.1050. ISSN 0032-0889  . PMC 1080307. PMID  16668726. 
  9. ^ abcdefgh سلاتر، أدريان؛ سكوت، نايجل؛ فاولر، مارك (2008). التكنولوجيا الحيوية النباتية: التلاعب الجيني بالنباتات (الطبعة الثانية). أكسفورد، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: دار نشر جامعة أكسفورد. رقم ISBN 978-0-19-928261-6.
  10. ^ Benfey, PN; Chua, N.-H. (16 نوفمبر 1990). "محفز فيروس موزاييك القرنبيط 35S: التنظيم التركيبي للنسخ في النباتات". مجلة العلوم . 250 (4983): 959–966. رمز Bibcode :1990Sci...250..959B. doi :10.1126/science.250.4983.959. ISSN  0036-8075. PMID  17746920. S2CID  35471862.
  11. ^ "nopaline synthase terminator: Topics by Science.gov". www.science.gov . تم الاسترجاع في 2019-11-20 .
  12. ^ Norris, MH; Kang, Y.; Lu, D.; Wilcox, BA; Hoang, TT (2009-07-31). "مقاومة الجليفوسات كعلامة جديدة متوافقة مع العامل المختار وغير قابلة للاختيار من المضادات الحيوية في الطفرات الكروموسومية للجينات الأساسية asd وdapB لـ Burkholderia pseudomallei". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي . 75 (19): 6062–6075. رمز Bibcode :2009ApEnM..75.6062N. doi :10.1128/aem.00820-09. ISSN  0099-2240. PMC 2753064. PMID 19648360  . 
  13. ^ Blochlinger, K; Diggelmann, H (December 1984). "Hygromycin B phosphotransferase as a selectable mark for DNA transfer experiments with higher eucaryotic cells". علم الأحياء الجزيئي والخلوي . 4 (12): 2929–2931. doi :10.1128/mcb.4.12.2929. ISSN  0270-7306. PMC 369308. PMID 6098829  . 
  14. ^ كارير، هيلين؛ هوكينبيري، تيش نويل؛ سواب، زورا؛ ماليجا، بال (أكتوبر 1993). "مقاومة الكاناميسين كعلامة قابلة للاختيار لتحويل البلاستيد في التبغ". مجلة علم الوراثة الجزيئية والعامة MGG . 241–241 (1–2): 49–56. doi :10.1007/bf00280200. ISSN  0026-8925. PMID  8232211. S2CID  2291268.
  15. ^ جيلبرتسون، لاري (ديسمبر 2003). "إعادة تركيب كري-لوكس: أدوات إبداعية للتكنولوجيا الحيوية النباتية". اتجاهات في التكنولوجيا الحيوية . 21 (12): 550-555. doi :10.1016/j.tibtech.2003.09.011. ISSN  0167-7799. PMID  14624864.
  16. ^ جان، وين-بياو؛ جروتزيندلر، جايمي؛ وونغ، واي ثونغ؛ وونغ، راشيل أو إل ؛ ليختمان، جيف دبليو (2000). "الوسم متعدد الألوان "ثنائي اللون" للجهاز العصبي باستخدام تركيبات الصبغة المحبة للدهون". نيورون . 27 (2): 219-25. doi : 10.1016/S0896-6273(00)00031-3 . PMID  10985343. S2CID  16962732.
  17. ^ Praitis, Vida (2006). "Creation of Transgenic Lines Using Microparticle Bombardment Methods". C. Elegans . Methods in Molecular Biology. المجلد 351. ص 93-108. doi :10.1385/1-59745-151-7:93. ISBN 978-1-59745-151-2. PMID  16988428.
  18. ^ ab Sanford, John (28 أبريل 2006). "التحول الحيوي للنباتات". Physiologia Plantarum . 79 (1): 206–209. Bibcode :1990PPlan..79..206S. doi :10.1111/j.1399-3054.1990.tb05888.x.
  19. ^ كيكيرت، جولي؛ فيدال، خوسيه؛ ريش، بروس (2005). "التحول المستقر لخلايا النبات بواسطة القصف الجزيئي/البيولوجيا". النباتات المعدلة وراثيًا . طرق في علم الأحياء الجزيئي. المجلد 286. ص 61-78. doi :10.1385/1-59259-827-7:061. ISBN 978-1-59259-827-4. PMID  15310913. S2CID  44395352.
  20. ^ هايوورد، إم دي؛ بوسمارك، إن أو؛ روماجوسا، تي. (2012). تربية النبات: المبادئ والآفاق . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص. 131. رقم ISBN 9789401115247.

قراءة إضافية

  • O'Brien, J; Holt, M; Whiteside, G; Lummis, SC; Hastings, MH (2001). "تعديلات على مسدس الجينات المحمول باليد: تحسينات للتحويل البيولوجي للأنسجة العصبية العضوية في المختبر". مجلة أساليب علم الأعصاب . 112 (1): 57–64. doi :10.1016/S0165-0270(01)00457-5. PMID  11640958. S2CID  30561105.
  • يقدم جون أوبراين...Gene Gun Barrels لمزيد من المعلومات حول علم الأحياء
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gene_gun&oldid=1254268218"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate