النسخ والاستنساخ Cloning

تشتهر كلمة الاستنساخ بين الناس لارتباطها بخلق الكائنات او انشاء نسخ منها . ولكن بالمصطلح فان كلمة نسخ او استنساخ تعني عملية انشاء صورة طبقا الاصل من المادة التي يراد نسخها . وقد يكون النسخ لقطعة من الدنا او نسخ كائن حي متكامل . ولا شك ان لغتنا العربية تفرق بين كلمة نسخ واستنساخ ولكننا سوف نستخدم كلمة نسخ او استنساخ في حديثنا لنشير لنفس المضمون . وتعني كلمة استنساخ في اللغة العربية ما ينتج عنه نسخة او مستنسخ Clone . وعندما قام احد العلماء وفريقه العلمي بنشر خب استنساخ النعجة دولي في احد مختبرات اسكتلندا (مختبر روزيلين) علم 1997 زاد اهتمام العالم بموضوع الاستنساخ وزاد الفضول العلمي في الحديث عن استنساخ البشر .

وفجر ذلك الخبر الكثير من التحفظات الدولية من كثي من المراكز الدينية والعلمية لها قد يقع على الجانب الاخلاقي من عملية استنساخ الانسان . وبعد ذلك اصبحت كلمة الاستنساخ شائعة بين العامة عند الحديث عن       عملية خلق نسخة اخرمن الحيوان او الانسان وبذلك ظهر اللبس   بين الكثيرين في معنى هذه الكلمة . ولا شك فان العلماء كانوا ومازالوا يستعملون هذه الكلمة في الاشارة الى عملية صنع نسخة من اي مادة وراثية وليس بالضرورة خلق او نسخ كائن حي بالكامل .    

ولذلك قسم العلماء الاستنساخ او النسخ الى ثلاثة انواع :

1- نسخ او استنساخ القطع من الدنا عن طريق الهندسة الوراثية وبما يعرف بتكنولوجيا اعادة توليف المادة الوراثية Recombinant DNA Technology .

2- الاستنساخ التكاثري او الجنسي Reproductive cloning  .

3- الاستنساخ العلاجي  Therapeutic cloning  .

اولا : نسخ او استنساخ القطع من الدنا عن طريق الهندسة الوراثية Recombinant DNA Technology  

انما يهتم به العلماء في باب الاستنساخ هو نسخ قطع من الدنا سواء اكانت هذه القطع عبارة عن جين او الجينوم (كل دنا الموجود في الكائن الحي ) . واشهر العمليات التي تجري هي نسخ قطعة من الدنا . ويحتاج العلماء للقيام بنسخ القطع لانهم يحتاجون الى كمية كبيرة من هذه النسخ وذلك لندرة  استخلاصها في كل مرة من داخل الخلية وذلك لوجود التعقيدات  الانشائية للكروموسومات . وعلى سبيل المثال ، فان الجين المنتج لسلسة بيتا  في الهيموجلوبين والمعروف بجين بيتا جلوبين (beta-Globin Gene) يمثل فقط 0.00005% من حجم الدنا     الكلي في الخلية ( يتراوح حول 3 بلايين قاعدة نيوكلوتيدية ) . كما ان الجين العملاق والمعرف بجين الدستروفين Dystrophin gnen والذي قد يصل حجمة الى 25 ميجا قواعد (25 Megabases) لايمثل اكثر من 0.008 % من الحجم الكلي للدنا في الخلية . ولذلك معظم العلماء يحتاجون الى اجراء نسخ لهذه الجينات او القطع من الدنا لكي يتسنى لهم التعامل بها واجراء التجارب عليها .

وهنالك طريقتين رئيسيتان للنسخ :

- النسخ عن طريق استخدام الخلايا الحية Cell-based DNA cloning       

- النسخ بطريقة الخلايا غير حية Cell-free DNA cloning  وذلك باستخدام تقنية Polymerase chain reaction

- نسخ او اكثار المادة الوراثية  اعتمادا على الخلايا Cell-based DNA cloning

ويرتكز النسخ باستخدام الخلايا الحية على اربعة خطوات :

1- بناء جزيئات من دنا المعاد توليفها بالالتصاق بناقل Vector له القدرة على التضاعف ، وذلك عن طريق استخدام الانزيمات القاطعة

Construction of recombinant DNA molecules by in vitro attachment to replicon ( Vector)   

2- النقل باستخدام البكتيريا او الخميرة Transformation using bacteria or yeast                 

3- اختيار المستعمرات البكتيرية التي تحتوي على الناقل والقطعة المعاد توليفها والسماح لها بالتضاعف في اطباق او في محاليل سائلة .

Selective propagation of cell clones in culture plates

4- عزل سلالات الدنا المعاد توليفها Isolation of recombinant DNA clones  

وسوف نتناول الخطوات السابقة بشى من التفصيل :

1- بناء جزيئات من الدنا المعاد توليفها Construction of recombinant DNA molecules

يعتمد النسخ باستخدام الخلايا الحية على قدرة قطعه الدنا المراد نسخها على التكاثر الذاتي عندما توضع داخل الخلية الحية . ولا شك ان قطع الدنا العادية ليس لديها القدرة على التضاعف الذاتي ولذلك فان العلماء تغلبوا على هذا الامر بان ادخلوا القطعة المراد نسخها في ناقل من النواقل Vector  المعروفة بقدرتها على التضاعف الذاتي . وبغض النظر عن نوع الناقل فان طريقه ادخال قطعة الدنا المراد نسخها الى الناقل تقريبا واحدة . وتلك هي الخطوات التي تتم وببساطة كما يلي :

- بعد ان يتم تحديد القطعة المراد نسخها يضاف  اليها انزيم قاطع محدد وليكن مثلا انزيم (ا) فيقوم هذا الانزيم بقطع الدنا في مكان محدد حسب التسلسل النيوكلوتيدي

- يضاف نفس الانزيم للناقل والذي يقوم بقطعه ايضا في نفس التسلسل النيوكليوتيدي .

- تضاف القطع المراد نسخها بعد قطعها بالأنزيم القاطع الى الناقل الذي قطع ايضا . فتتداخل التسلسلات النيوكيلوتيدية بين الناقل وبين قطع الدنا المراد نسخها ، فتنشأ من ذلك قطعة مهجنة من الناقل وبداخله القطعة المراد نسخها (شكل 1)  . وترتبط قطعة دنا بالبلازميد من اطرافها برابطة هيدروجينية وهي رابطة ضعيفة لذلك يضاف انزيم يسمى Ligase او اللاصق لكي يجعل الترابط بين قطعة الدنا والناقل الى رابطة تساهمية قوية Covalent bond  .

ومما لا شك فيه ان اكثر الناقلات استخداما هي البلازميدات ولكن يمكن استخدام الفاج ايضا ، والياك او اي ناقل اخر . في العادة يكون العامل المحدد لنوع الناقل المراد استخدامه هو كبر القطعة المراد استنساخها. ففي حالة القطع الصغيرة يستخدم البلازميد او الفاج بينما يستخدم الياك او الباك في حالة القطع الكبيرة .

شكل (1) : تصميم القطع المهجنة من الدنا في كلا من البلازميد والحامض النووي

2- نقل القطعة المهجنة والموجودة بداخل الناقل الى خلية حية

في الغالب تستعمل بكتيريا خاصة هي E.coli  في عملية الكلونة وذلك لسهولة ادخال الناقل اليها ، والى سرعة انقسامها ( تنقسم البكتيريا تقريبا كل 20 دقيقة ) ، اضافة الى توفر طرق الاختيار خاصة التي تعتمد على خاصية الحماية من المضادات الحيوية . ويدخل البلازميد او الفاج تلقائيا الى داخل البكتيريا بينما تحتاج النواقل الاخرى الى مساعدة ، ذلك بتغير تركيز الاملاح المحيطة بالبكتيريا او بالتعرض الى نبضة كهربائية لكي يسمح الجدار المحيط بالبكتيريا بدخول النواقل . ومن طبيعة البكتيريا انها تنقسم تلقائيا وبشكل سريع وكذلك البلازميدات (شكل 2) .

3- عزل سلالات المادة الوراثية والسماح لها بالتكاثر في اطباق الزراعة

باختيار المستعمرات البكتيرية التي تحتوي على الناقل والقطعة المهجنة مع تكاثر الخلايا البكتيرية وتكاثر البلازميد التي بداخلها ينتج لدينا اعداد كثيرة من المستعمرات البكتيرية وبها البلازميد المهجن . ولكن قد يكون في داخل الطبق الذي زرع فيه البكتيريا التي تحتوي على البلازميد المهجن فانه عادة ما يتم استعمال ناقلات عليها جينات واقية من المضادات الحيوية ، كالجين الواقي من المضاد الحيوي امبيسيلين اوالتتراسكيلين وغيرها . وبذلك فالمضاد الحيوي سوف يمنع تكاثر اي خلية بكتيرية لا تحتوي على البلازميد المهجن .

شكل (2) : نقل القطعة المهجنة والتي هي بداخل الناقل الى خلية

4- عزل المادة الوراثية المستنسخة

بعد ان يتم التعرف على المستعمرات التي تحتوي على البلازميد المهجن فانه يمكن نقلها الى طبق جديد ويحافظ عليها وتغذى لكي تستمر في التكاثر . يكون لهذه البكتيريا اعداد كبيرة من البلازميد وبذلك تنتهي عملية النسخ . ويستفاد من هذه القطع المنسوخة في القيام بالمزيد من الابحاث او التجارب عليها كان يقوم مثلا انتاج مكتبة من الدنا او محاولة استنتاج التسلسل النووي النيوكلوتيدي للقطعة . كما يمكن تحوير هذه العملية بحيث يحتوي البلازميد على قطعة من cDNA ومن ثم تحوير المراحل الاخيرة من الكلونة لإنتاج بروتين بدلا من الدنا .وهذه الطريقة هي التي تستعمل في انتاج بعض الهرمونات كهرمون النمو .

ثانيا: الاستنساخ التكاثري reproductive cloning

يعرف الاستنساخ التكاثري او الجنسي بأنه انتاج كائن حي بنفس مواصفات المادة الوراثية النووية Nuclear DNA لكائن حي اخر ( المنسوخ منه ) . لقد قام الفريق العلمي بمختبر روزلين عام 1997 بعملية استنساخ جنسي للنعجة دولي . وتعرف هذه العملية ايضا بنقل نواة الخلية الجسمية Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT) وبشكل مبسط نقل نواة من خلية من خلايا الجسم غير الجنسية اي غير الموجودة بالمبيض (في الانثى ) ومن خلايا الخصية (في الذكر ) . والخلية التي استعملت لاستنساخ النعجة دولي كان من خلايا الثدي لنعجة اخرى (شكل 3) .

ومن ثم اخذت بويضة من المبيض وقام العلماء من التخلص من النواة التي بداخل تلك البويضة ثم قاموا بزراعة النواة التي اخذوها من الثدي في داخل البويضة . ثم قاموا بصعق تلك البويضة بالكهرباء لتنشط عملية الانقسام. وبعد ان بدأت هذه البويضة بالانقسام قاموا بزرعها داخل الرحم لنعجة وبعدها نمى الجنين في الرحم ليكون نعجة كاملة . وعلميا فان دولي او اي حيوان او انسان يستنسخ بهذه الطريقة ليس في الحقيقة نسخة مطابقة للام او الاب الذي اخذ منه النواة حيث ان هناك بعضا من المادة الوراثية موجودا خارج النواة وهو بالتحديد موجود في داخل البويضة التي ازيل منها النواة ، وهذه المادة الوراثية موجودة على جسيمات صغيرة تسمى الميتوكوندريا .  ومع ان الميتوكوندريا مصنع هام للطاقة الا انه يكثر فيها الطفرات مع تقدم العمر وقد يكون لها علاقة بالتقدم في السن .

شكل (3) : استنساخ النعجة دوللي بالكامل

ثالثا : الاستنساخ العلاجي Therapeutic Cloning  

ويقصد بذلك استنساخ كائنات حية لأخذ خلايا جذعية Stem cells  ولا يسمح لها للوصول الى تخليق كائن حي كامل . تنبع اهمية هذه الخلايا قدراتها على انتاج اي خلايا او اعضاء كالكلية والكبد والخلايا الدموية والتي يرجى من استخدامها علاج الكثير من الامراض التي لا يوجد لها علاج ناجح حتى الان . ولقد قامت احدى الشركات العلمية في ولاية ماسيشيوستز بالولايات المتحدة الامريكية Advanced cell Technologies  في شهر نوفمبر من عام 2001 بالإعلان عن محاولة ناجحة لاستخلاص خلايا جذعية من اجنة مستنسخة وذلك بعد ان قامت باستخدام ثمان بويضات بشرية تم تفريغها من نويتها ثم زرع بداخلها انوية خلايا من الجلد . ولقد نجحوا في انتاج خلاعية من بويضة واحدة بينما فشلت البويضات السبع الاخرى .

المصادر:

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