بیوتکنولوژی

وبلاگ انجمن بیوتکنولوژی دانشگاه کردستان

بیوتکنولوژی

وبلاگ انجمن بیوتکنولوژی دانشگاه کردستان

تکنیکهای مهندسی ژنتیک

تکنیکهای مهندسی ژنتیک، علاوه بر ایجاد تحول بزرگ در تولید مواد غذایی، در زمینه بهداشت نیز تحول عظیمی ایجاد کرده است. انسولین انسانی (برای درمان دیابت) اولین دارویی بود که در سال 1982 به وسیله تکنیکهای مهندسی ژنتیک به تولید انبوه رسید و پس از آن تاریخ، مهندسی ژنتیک همچنان به خلق داروهای جدید و واکسن¬ها ادامه داده است. این داروها به میلیون¬ها انسانی که در سرتاسر جهان به بیمارهای قلبی، سرطان، دیابت، پارکینسون، آلزایمر، ایدز و غیره مبتلا هستند، کمک کرده¬اند. داروهایی که از طریق بیوتکنولوژی تهیه می¬شوند به مراتب کمتر از داروهایی که از طرق شیمیایی سنتز می¬شوند اثرات زیانبار جانبی دارند. همچنین بیوتکنولوژی قادر به ساخت داروهای پیچیده¬ای است که به طریق دیگری نمی¬توان آنها را تولید کرد. مثلاً "فعال کننده پلاسمینوژن بافتی" (دارویی که لخته خون را از بین می¬برد)، 240 بار پیچیده¬تر از تاگامت (Tagamet) ، داروی معمول زخم معده است. در ادامه به برخی از این داروها اشاره میشود:

اینترفرون¬ها:
در سال 1957 پژوهش¬گران انگلیسی موادی را در بدن کشف کردند که با مقاوم ساختن سلول¬ها به حمله ویروسی می¬توانند بر علیه ویروس¬ها وارد عمل شوند. بیشتر جانوران مهره¬دار این مواد (اینترفرون¬ها) را تولید می¬کنند و بسیاری از ویروس¬های حیوانی می¬توانند با القای سنتز حیاتی (in vivo) این مواد، نسبت به آنها حساس باشند. حال این سؤال مطرح می¬شود که چرا اینترفرون¬ها، پنیسیلین¬های آلودگی¬های ویروسی نباشند؟ علت عدم تأثیر، به این واقعیت برمی¬گردد که صرفاً مقادیر اندکی اینترفرون در درون سلول¬ها تولید می¬شود. مشکل مهمتر آن است که اینترفرون¬ها به شکلی باورنکردنی پیچیده¬تر از آن هستند که بتوان آنها را استخراج و از پروتئین¬های سلولی جدا کرد. اینترفرون¬های انسانی، گلیکوپروتئین (پروتئینهایی متصل به مولکولهای قند) هستند و امروزه اعتقاد بر این است که در کنترل انواع عفونت¬های ویروسی، از جمله سرماخوردگی نقش دارند. این اینترفرون¬ها، پتانسیل¬ کنترل سرطان را نیز دارند، اما تولید بسیار اندک این ترکیبات همواره مانعی در برابر شناخت وسعت کارایی آنها بوده است.
انواع بسیار متفاوتی از اینترفرون وجود دارد که به گونه¬های جداگانه جانوری اختصاص دارد؛ به نحوی که اینترفرون¬های موش به سلولهای موش پاسخ می¬دهند نه انسان و به عکس اینترفرون¬های انسانی به سلول¬های موش پاسخ نمی¬دهند. به علاوه، ظاهراً بافت¬های متفاوت در یک گونه، اینترفرون¬های متفاوتی می¬سازند. بنابراین اینترفرون لازم برای مطالعه انسانی باید از سلول¬های انسانی استخراج شود و درست از همین جاست که مشکل تولید آغاز می¬شود. بخش اعظم تولید اینترفرون در فنلاند، با استفاده از لوکوسیت¬های خون انجام شده است و مقادیر اندک اینترفرون تولید شده از این سلول¬ها را می¬توان برای آزمونهای بالینی محدود در سرتاسر جهان به کار برد.
تاکنون مطالعات نشان داده¬اند که اینترفرون¬ها در برابر عفونت¬های ویروسی مقاومت می¬بخشند و در واکنش¬های ایمنی طبیعی بدن، حتی در غیاب ویروس¬ها، شرکت دارند. اما توانایی اینترفرون¬ها در جلوگیری از سرطان در جانوران آزمایشگاهی امروزه بیش از همه مورد توجه است. اینترفرون¬ها رویکرد جدیدی در درمان سرطان ارائه می¬کنند. چرا که با حمله به سلول¬های سرطانی و ویروسهای دخیل در فرایند سرطان، مانع رشد این سلول¬ها می¬شوند. همچنین آنها می¬توانند سیستم ایمنی طبیعی بدن را بر علیه سلول¬های سرطانی به کار اندازند. اگرچه مطالعات محدود بالینی پتانسیل زیاد این ترکیبات را در درمان سرطان نشان می¬دهد ولی تولید اندک آنها مانعی جدی در برابر انجام آزمایش¬های قاطع به¬شمار می¬رود. دسترسی بیشتر به اینترفرون¬ها این محدودیت را از میان برخواهد داشت.
در حال حاضر دو منبع برای اینترفرون¬ها وجود دارد. منبع نخست فیبروبلاست¬های انسانی است که با اتصال در سطوح مناسب رشد داده می¬شوند. منبع دوم روش¬های مهندسی ژنتیک است که در این روش ژن اینترفرون فیبروبلاست¬های انسانی را به نحوی در پلاسمید باکتری وارد کرده و آن را سنتز کرده و سپس استخراج و تخلیص می¬کنند.
انسولین:
میلیون¬ها نفر در سراسر جهان برای گریز از اثرات کشنده بیماری دیابت به تزریق دایمی انسولین نیاز دارند. انسولین از لوزالمعده خوک و گاو استخراج می¬شود. مشکلی که در این زمینه وجود دارد آن است که برخی معتقدند اثرات نامطلوب تاسف¬باری که در اثر تزریق منظم انسولین رخ می¬دهد، از برخی مولکول¬های اضافی در انسولین جانوری ناشی می¬شود. شاید با تزریق انسولین انسانی این اثرات جانبی رخ نمی¬داد.
شرکت ژن¬تک (Genetech) که برای توسعه تجارتی برخی از جنبه¬های بیوتکنولوژی شکل گرفته است، توانست ژن انسولین انسانی را با موفقیت به باکتری اشریشیاکلی انتقال داده و به تولید ارزنده¬ای دست یابد. با افزایش مقیاس این فرایند، مقادیر عظیمی انسولین انسانی به شکل تجارتی در دسترس قرار گرفت.
هورمون رشد انسانی:
هورمون رشد انسانی، پروتئینی با 191 اسید آمینه است که در طی زندگی انسانی توسط ¬لوب درونی هیپوفیز ساخته می¬شود. کمبود رشد در کوتوله¬های هیپوفیزی که علت کوتاهی قدشان کمبود هورمون رشد است، با مصرف این دارو در دوران کودکی می¬تواند جبران شود. افزون بر این ثابت شده است که هورمون رشد می¬تواند برای درمان مواردی مانند شکستگی استخوان، سوختگی¬های پوستی و زخم¬های خونریزی¬دهنده مورد استفاده قرار گیرد. هورمون رشد هر گونه، مختص همان گونه است. به همین دلیل تا حدود بیست سال پیش، تنها منبع تأمین هورمون، هیپوفیز مغز مردگان بود که با روشی مشکل و گران استخراج می¬شد و انتقال بعضی از بیماری¬ها، از عوارض مهم آن بوده است. در سالهای اخیر، با استفاده از تکنیک مهندسی ژنتیک، توانسته¬اند این هورمون را از طریق سویه¬ای از باکتری اشریشیاکلی تولید کنند. وال و همکارانش در سال 1998، تولید هورمون رشد در مثانه موش تراریخته را مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که این سیستم ممکن است جایگزین خوبی برای تولید پروتئین¬های نوترکیب باشد. تولید حیوانات تراریخته¬ای که پروتئین نوترکیب دارویی را در شیرشان تولید می¬کنند، به سرمایه¬گذاری زمانی قابل توجهی نیاز دارد. رابرت وال و همکاران او، از پیشبرنده ویژه مثانه (Uroplakin) برای هدایت بیان هورمون رشد در بافت پوششی (اپی تلیوم) مثانه موش تراریخته استفاده کردند و متوجه شدند که این سیستم ممکن است برای تولید پروتئین¬های نوترکیب دارویی به خوبی جایگزین استفاده از غدد پستانی حیوان باشد.
واکسن‌های DNA:
یکی از شاخه‌های ژن‌درمانی, استفاده از واکسن‌های DNA است. در این روش، به منظور ایجاد ایمنی در بدن، ژن‌های خاصی وارد بدن می‌شوند. به عبارت دقیق‌تر، ایمنی¬سازی توسط DNA صورت می‌گیرد؛ بدین صورت که DNA از باکتری و یا ویروس عفونت‌زا جدا و تخلیص می‌گردد و پس از انجام عملیاتی بر روی آن، از طریق بمباران ذرات حامل یا تزریق توسط سوزن وارد سلول می‌شود. در نتیجه، شاخص‌های آنتی ژنی در خود سلول ساخته می‌شود. برخی افراد، پیدایش این نوع از واکسن‌ها را انقلاب سوم در واکسیناسیون نامیده‌اند. هرچند هنوز این نوع واکسن‌ها در مرحلة تحقیقاتی می‌باشند و به سطح استفادة کلینیکی برای انسان نرسیده‌اند. اما آشنایی مختصر با آنها برای کارشناسان و تصمیم‌گیران کشور، لازم به‌نظر می‌رسد که در زیر ارائه شده است:
- ایدة ژن‌درمانی اولین بار در سال‌های 1950 و 1960 مطرح گردید؛ زمانی که دانشمندان دریافتند که تزریق مواد ژنتیکی به درون بدن حیوانات باعث ایجاد پاسخ ایمنی می‌شود. (این عمل کاملا مستقل از واکسیناسیون بود.)
- در اواخر سال 1980، روبرت زوآگا مطالعه‌ای را آغاز کرد تا بتواند استراتژی ویروس‌ها را برای انتقال DNA به داخل سلول کشف کند. این کار در واقع منجر به تولید آنتی‌ژن برای واکسیناسیون نیز می‌شد.
- در سال 1990 شرکت ویکال و محققین دانشگاه ویسکانسین دریافتند که تزریق پلاسمید بدون هر گونه ناقل منجر به تولید یک ایمنی کامل در موش می¬شود.
- در سال 1993 درآزمایشگاه‌های تحقیقاتی مرک این نتیجه بدست آمد که تزریق ژن ویروس آنفلوآنزا به درون ماهیچه موش باعث ایجاد یک پاسخ ایمنی کامل می‌شود.
- در سال 1995 DNA برای اولین بار برای متوقف کردن پاسخ ایمنی بر علیه ویروس ایدز در انسان استفاده شد. در سال 1996 شرکت ویکال موفق به ثبت یک Patent برای روش واکسیناسیون DNA شد. در همان سال مطالعات در زمینة لنفوم، آنفلوآنزا و ویروس هرپس آغاز گردید.
در حال حاضر مطالعات در این زمینه خیلی گسترده می‌باشد. توانایی پیشرفت غیرقابل باوری در زمینه بهداشت در این پروژه متصور است و در آینده قدرت پاسخگویی در برابر بیماری‌هایی نظیر سرطان و ایدز با قیمت ارزان از آن انتظار می‌رود. برای مثال دکتر نابل موفق به تولید نوعی واکسن DNA شده که سیستم ایمنی سلولی را در مقابل ویروس ایدز تحریک می‌کند. این امر بیانگر اهمیت این واکسن برای مقابله با ایدز است.
پادتن¬های تک‌دودمانی (آنتی بادی¬های مونوکلونال):
پادتن¬ها، پروتئین¬های ویژه¬ای هستند که بدن برای مقابله با بیماری¬ها از آنها استفاده می¬کند. پادتن¬ها به وسیله گلبول¬های سفید خون در پاسخ به هر ماده¬ای شامل میکروارگانیسم¬های مولد بیماری که ماده خارجی به شمار می¬روند، ساخته می¬شوند. پادتن¬ها ضمن گردش در خون به این مواد خارجی متصل می¬¬شوند و از آسیب رساندن آنها به بدن جلوگیری می¬کنند.
پادتن¬های تک دودمانی دارای دو ویژگی سودمند هستند: نخست اینکه، آنها بسیار اختصاصی عمل می¬کنند و هر پادتن فقط به یک آنتی ژن ویژه متصل می¬شود. دوم اینکه بعضی پادتن¬ها وقتی با بروز بیماری فعال شوند به مقاومت برعلیه بیماری ادامه می¬دهند. به دلیل صفت اختصاصی بودن پادتن¬هاست که تکنولوژی تولید پادتن¬های تک دودمانی بسیار پرارزش است. این پادتن¬ها نه¬تنها به¬عنوان درمان برای مقاومت در برابر بیماری¬ها مورد استفاده قرار می¬گیرند، بلکه می¬توانند به تشخیص طیف گسترده¬ای از بیماری¬ها کمک کنند و وجود داروها، فرآورده¬های باکتریایی و ویروسی و دیگر مواد غیرمعمول و غیرطبیعی را در خون تشخیص دهند.
به دلیل کاربردهای گسترده این مواد، مدت¬های مدیدی تولید آنها در مقادیر خالص مورد توجه دانشمندان بوده است. سرانجام، در سال 1975، تکنولوژی تولید پادتن¬های تک دودمانی به وسیله میلشتین و کوهلر در دانشگاه کمبریج ابداع گردید. برای تولید پادتن¬های تک¬دودمانی، یک آنتی¬ژن به حیوان آزمایشگاهی مانند موش تزریق می¬گردد که منجر به تولید پادتن در سلول¬های لنفوسیت آن می¬شود. لنفوسیت¬ها از طحال موش گرفته شده و با سلول¬های سرطانی که می¬توانند تا بی¬نهایت تکثیر شوند امتزاج می¬یابند. نتیجه این امتزاج ایجاد سلول¬های هیبرید یا دورگه¬ای است که "هیبریدوما" نامیده می¬شوند. این سلول¬ها به طور مداوم قادر به تولید پادتن هستند. این پادتن¬ها، پادتن¬های تک¬دودمانی نامیده می¬شود زیرا آنها تنها از یک نوع سلول به وجود آمده¬اند.
پادتن¬ها به گونه¬ای روزافزون ابزار مهمی در تشخیص بیماری¬ها می¬شوند. افزایش کاربرد آنها در پزشکی به قدری سریع بوده است که تهیه لیست کاملشان ممکن نیست. این لیست، افزون بر اینکه شامل آزمون¬های تشخیص بارداری و مشخص کردن سرطان¬ها بوده، شامل تشخیص ویروس¬های معده¬ای، هپاتیتB، فیبروز کیستی و بیماری¬هایی مانند ایدز نیز می‌باشد که از طریق جنسی منتقل می¬شوند.
آزمون¬های مبتنی بر پادتن¬های تک¬دودمانی، می¬توانند به گونه¬ای طراحی شوند که نیاز به استفاده از مواد گران‌قیمت نداشته باشند. آنها همچنین می¬توانند به جای صرف چند ساعت یا چند روز که در گذشته معمول بوده است، در طی چند دقیقه نتیجه را مشخص کنند. همچنین چون آزمون¬های مذکور بسیار حساس¬اند، مقدار نمونه¬ای که باید از بیمار گرفته شود، اندک است. چنانکه در بعضی موارد حتی یک قطره خون برای تشخیص کافی است. بعضی از این آزمایش¬ها به قدری راحت و ارزان¬اند که در مطب دکتر و یا حتی در خانه نیز انجام پذیرند. در عین حال، انجام آزمون¬های پیچیده¬تری نیز امکان¬پذیر است.
به¬عنوان مثال، پادتن¬های تک¬دودمانی حامل مواد رادیواکتیو و یا مواد حساس به اشعة ایکس برای مشخص‌کردن جایگاه تومور مورد استفاده قرار می¬گیرند. بنابراین، با استفاده از سیستم¬های ردیابی و تصویربرداری کامپیوتری نوین، جایگاه تومور را می¬توان تعیین کرد. پژوهش¬های بیشتری برای استفاده از آنها در درمان سرطان، التهاب¬ها و نواقص سیستم ایمنی در حال بررسی است.