0 محصولات
نمایش سبد خرید
تراشه های زیستی
طاهر نجفی
بیوتکنولوژی چیست؟
بیوتکنولوژی مجموعه‌ای از متون و روشها است که برای تولید، تغییر و اصلاح فراورده‌ها،
به‌نژادی گیاهان و جانوران و تولید میکرو ارگانیسم‌ها برای کاربردهای ویژه، از ارگانیسمهای زنده استفاده می‌کند.
ـ کاربرد روشهای علمی و فنی در تبدیل بعضی مواد به کمک عوامل بیولوژیک
(میکروارگانیسم‌ها، یاخته‌های گیاهی و جانوری و آنزیم‌ها) برای تولید کالاها
و خدمات در کشاورزی، صنایع غذائی و دارویی و پزشکی
ـ مجموعه‌ای از فنون و روشها که در آن از ارگانیسمهای زنده یا قسمتی از آنها در فرایندهای تولید،
تغییر و بهینه‌سازی گیاهان و جانوران استفاده میشود.
ـ کاربرد تکنیکهای مهندسی ژنتیک در تولید محصولات کشاورزی، صنعتی، درمانی و تشخیص باکیفیت
بالاتر و قیمت ارزانتر و محصول بیشتر و کم خطرتر
ـ استفاده از سلول زنده یا توانائیهای سلولهای زنده یا اجزای آنها و فرآوری و انتقال آنها به‌صورت تولید در مقیاس انبوه
ـ بهره‌برداری تجاری از ارگانیسم‌ها یا اجزای آنها
ـ کاربرد روشهای مهندسی ژنتیک در تولید یا دستکاری میکروارگانیسم‌ها و ارگانیسم‌ها
ـ علم رام‌کردن و استفاده از میکروارگانیسم‌ها در راستای منافع انسان
تراشه های زیستی
بیوتکنولوژی را می‌توان به درختی شبیه کرد که ریشه‌های تناور آنرا علومی بعضاً با قدمت زیاد
مانند زیست شناسی بویژه زیست شناسی مولکولی، ژنتیک، میکروبیولوژی، بیوشیمی، ایمونولوژی،
شیمی، مهندسی شیمی، مهندسی بیوشیمی، گیاه‌شناسی، جانورشناسی، داروسازی، کامپیوتر
و… تشکیل می‌دهند.
گستردگی کاربرد بیوتکنولوژی در قرن بیست و یکم بحدی است که، اقتصاد، بهداشت، درمان،
محیط زیست، آموزش، کشاورزی، صنعت، تغذیه و سایر جنبه‌های زندگی بشر را تحت تأثیر
شگرفت خود قرار خواهد داد.
کاربردهای بیوتکنولوژی
بیوتکنولوژی پزشکی
از مهمترین کاربردهای بیوتک در پزشکی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
ـ تأثیر دگرگون بخش در امر پیشگیری از بیماریهای میکروبی، بیماریهای ژنتیکی،
بیماریهای تغذیه‌ای و متابولیسمی و بیماریهای روحی‌روانی و…
ـ تأثیر دگرگون بخش در امر درمان بیماریهای عفونی، ژنتیکی، سوءتغذیه و متابولیسم و نازائی
ـ تأثیر دگرگون بخش در پزشکی قانونی
ـ تأثیر دگرگون بخش در پزشکی زیبائی
تراشه های زیستی
عناوین مطرح در بیوتکنولوژی پزشکی که هرکدام نیاز به توصیف کامل دارند عمدتاً عبارتند از:
ژن‌درمانی، واکسنهای نوترکیب، DNA واکسنها، بیوانفورماتیک، ژنومیکس، پروتئومیکس، بیومدسین و بیوفارماسئوتیکال
امروزه پیشرفتهای پزشکی به مدد بیوتکنولوژی درحال سرعت گرفتن می‌باشد.
پزشکی سنتی بتدریج جای خود را به پزشکی مولکولی خواهد داد. درآینده نه‌چندان
دور مکانیسم هیچ بیماری ناشناخته نخواهد ماند و تقریباً هیچ بیماری غیرقابل کنترل نخواهد بود.
پزشکی سنتی عمدتاً بدنبال علائم و نشانه‌ها Sign & Symptoms بیماریها بوده و از روی آن به استنتاج
وجود بیماری و عامل بیماریزا می‌پرداخت و در مواردی بدلیل ناشناخته بودن عوامل بیماریها، مکانیسم‌ها
و سیستم‌های کنترلی آنها مبارزه تنها برعلیه علائم و نشانه‌ها صورت می‌گرفت.
تراشه های زیستی
امروزه بکمک بیوتکنولوژی، علم پزشکی درحال شناخت ریشه‌ای‌ترین بخش از حیات و مظاهر آن می‌باشد.
با کشف کامل توالی ژنوم انسان در سال 2001 هم‌اکنون دانشمندان بیوتکنولوژیست بدنبال شناسائی ژنهای
مسئول صفتهای مختلف و نیز ژنهای مسئول نقائص گوناگون انسانی می‌باشند. تا به‌حال ژنهای مسئول ایجاد
بیماریهای بسیاری شامل سرطانها، بیماریهای قلبی عروقی، تنفسی، روانی و… شناسائی شده‌اند.
با شناسائی تک‌تک این ژنها و سپس شناسائی پروتئینهای حاصله از این ژنها داروهای کاملاً انتخابی
و مؤثر برای مقابله با یک بیماری ساخته می‌شوند (tailor made) این مبارزه در سطح پروتئین و فنوتیپ
است راه دیگر مبارزه استفاده از ژن‌درمانی و Antisence است.
بیماریهای ژنتیکی بسیاری درحال حاضر بعنوان کاندید برای ژن‌درمانی درنظر گرفته شده‌اند.
تقریباً هرکدام از ما تعدادی ژن ناقص در بدن خود داریم که برخی از آنها خصوصیات خود را در
فنوتیب ما آشکار نکرده‌اند و برخی دیگر کم یا زیاد خصوصیات خود را در فنوتیپ ما آشکار نموده‌اند
تقریباً از هر 10 نفر یکنفر دارای اختلالات ژنتیکی تظاهر یافته می‌باشد. تقریباً 5% مراجعه کودکان
به بیمارستانها بخاطر نقص در یک تک‌ژن می‌باشد.
تراشه های زیستی
بیماریهائی مانند سیستیک فیبروزیس، دسیتروفی عضلانی دوشن، بیماری سیستم عصبی هانتینگتون،
تالاسمی، هموفیلی، کم‌خونی داسی شکل، سندروم لش ـ نایهان lesch-Nyhan ، فنیل کتونوری و…
جزو کاندیداهای ژن درمانی هستند.
بیشتر توجه در ژن درمانی متوجه بیماریهای ژنتیکی – متابولیکی است که نقص یک ژن باعث عدم سنتز
یا سنتز ناقص یک پروتئین و عدم انجام یک فرآیند شیمیائی میشود.
فرآیند ژن درمانی می‌تواند بر روی سلولهای سوماتیک بدن صورت گیرد و یا بر روی سلولهای زایا صورت گیرد
که در اینصورت صفت اصلاح شده به نسل بعد نیز منتقل میشود.
در فرآیند ژن درمانی معمولاً از قطعات ژن سالم ساختگی بهره گرفته میشود.
تکنولوژی دیگری که استفاده میشود آنتی سنس است که در آن از قطعات اسیدهای نوکلئیک
DNA و RNA یا ترکیبات آنالوگ آنها استفاده میشود و بدین‌ترتیب اتصال احتمالی این قطعات به
محل موردنظر مانع بیان یک ژن ناقص و یا تولید یک پروتئین مضر می‌گردد.
واکسنهای نوترکیب
می‌توان گفت که در تولید همه‌گونه از واکسنها از تکنیکهای بیوتکنولوژی بهره‌گرفته شده و میشود.
لیکن اوج توانمندیهای بیوتکنولوژی نوین را می‌توان در واکسنهای نوترکیب نسل چهارم (و نیز DNA
واکسنها) مشاهده کرد. تابحال برای تولید واکسنها از میکروارگانیسم‌های ضعیف شده یا کشته شده
یا اجزاء آنها که بصورت طبیعی از آنها استخراج می‌شدند استفاده می‌شد و این امر در موارد قابل توجهی
باعث ایجاد عوارض جانبی در افراد می‌گردید. لیکن باتوسعه تکنیکهای DNA نوترکیب، واکسنهای نسل چهارم
تولید شدند که در آنها تنها از جزء مؤثر در ایجاد ایمنی (جزء ایمونوژن) میکروارگانیسم‌ها استفاده میشود.
نمونه آن واکسن ساب‌یونیتی مؤثر در برابر هپاتیت B می‌باشد.
فرآیند تولید یک واکسن نوترکیب بسیار طولانی و پیچیده می‌باشد. در ابتدا بیوتکنولوژیستها باید
ایمونوژن‌ترین جزء میکروارگانیسم‌ها را که معمولاً پروتئینها یا گلیکوپرتئینهای غشائی هستند طبق
فرآیندهای بسیار طولانی و پیچیده شناسائی کنند و پس از آن با شناسائی محل و توالی ژن آن
در ژنوم میکروارگانیسم اقدام به تکثیر آن بخش کرده و قطعات تکثیر شده را درون پلاسمیدهای ویژه
کلونینگ قرار دهند و سپس اقدام به انتقال پلاسمیدهای نوترکیب به سلول میزبان مناسب برای تولید
آن پروتئین بنمایند.
درصورت موفقیت در تولید اقتصادی یک پروتئین کاندید برای واکسن یک بانک سلولی و یک بانک پلاسمید
از سلولهای نوترکیب ایجاد شده و ساختارهای پلاسمیدی آنها ایجاد میشود که برای مراحل بعد مورد
استفاده قرار گیرد.
تراشه های زیستی
برای تأیید این واکسن از نظر مؤثر بودن، کارآئی و بی‌ضرر بودن برای انسان (یا دام)
(ClinicalTrials) مراحل زیادی باید طی شود که چندین سال بطول می‌کشد.
برای تولید صنعتی و تجاری یک واکسن نیاز به سرمایه‌گذاری فراوانی می‌باشد. بخشی از این
سرمایه‌گذاری باید برای ایجاد یک محیط کاملاً استاندارد مطابق با شرایط (Good Manufacturing Practices) GMP
و تسهیلات و تأسیسات استاندارد مطابق با GMP و افراد کاملاً متخصص و آموزش دیده
و ایجاد یک سیستم با ثبات حفظ کیفیت گردد.
واکسنهای DNA
با پیشرفت تکنیکهای بیوتکنولوژی نسل بعدی واکسنها پیشنهاد شدند که در آنها بجای تولید بخش
ایمونوژن عامل بیماریزا در کارخانه‌ها با ارسال اطلاعات ژنتیکی (DNA) لازم برای تولید این اجزاء درون
سلولهای بدن به تولید این ایمونوژنها در بدن پرداخته میشود. از مهمترین مزایای این واکسنها درعین
مشکل بودن طراحی و تولید آنها پایدار بودن ایمنی حاصله و کنترل بیشتر بر نحوه ایمنی‌زائی در بدن می‌باشد.
بیومدسین یا بیوفارماسئوتیکال
بسیاری از بیماریهای رایج انسانی بدلیل نقص ژنتیکی در تولید یک پروتئین فانکشنال در سلولهای بدن می‌باشد.
این بیماریها که شیوع زیادی در جوامع انسانی دارند اغلب دارای آثار اقتصادی – اجتماعی بیشتری نسبت به
سایر بیماریها هستند. بعنوان مثال بیماریهائی مانند هموفیلی، تالاسمی، کم‌خونی‌ها، انواع نقص‌های سیستم ایمنی،
اختلالات رشد و دیابت و…
با پیشرفتهای اخیر در زمینه علوم زیستی بیوتکنولوژیستها قادر شده‌اند تا با شناسائی این اختلالات و ژنهای
مربوطه به تولید پروتئینهایی بپردازند که بدن این بیماران قادر به تولید آنها نیست یا میزان تولید آنها کافی نیست.
از جمله این پروتئینها می‌توان به انواع فاکتورهای خونی، اریتروپوئیتین، انواع اینترلوکین‌ها، انواع هورمونها مانند
انسولین، هورمون رشد اشاره کرد که درحال حاضر در کارخانه‌های بیوتک در مقیاس صنعتی درحال تولید هستند.
تولید این پروتئینها هرچند که هزینه‌بری زیادی را بهمراه دارد اما باعث کاهش چشمگیر مرگ‌ومیر ناشی از اختلالات
ژنتیکی شده است.
تراشه های زیستی
بازار تولید این مواد درحال حاضر بالغ بر میلیاردها دلار است و دارای رشد روزافزونی نیز می‌باشد.
درحالیکه رشد سالانه صنعت دارو 3% می‌باشد، رشد سالانه صنعت داروهای بیوتکنولوژی 25% می‌باشد.
ژنومیکس Genomics
پروژه ژنوم انسانی بزرگترین و باارزش‌ترین پروژه در علوم‌زیستی بوده است که تابحال اجرا شده
و در حقیقات منشاء پدید آمدن علم ژنومیکس نیز محسوب میشود. HGP باهدف تعیین توالی
ژنوم (محتوای ژنتیکی) انسان در سال 1996 شروع شده و درسال 2001 با اتمام نسخه اولیه
به اوج خود رسید . با کامل شدن پروژه ژنوم انسان دانشمندان به محل دقیق ژنهای انسان
پی‌خواهند برد و با شناسائی ژنوتیب مربوط به تمام جنبه‌های فنوتیپ انسان به کلید اصلی
صفات انسانی دست پیدا خواهند کرد. شناسائی این ژنها دانشمندان را قادر خواهد ساخت
که به رفع تمام نقائص ژنتیکی انسانها بپردازند و نیز منشاء تمام حالات جسمی و روحی و رفتاری
انسان را شناسائی کرده و در دست خود بگیرند.
هم‌اکنون ژنهای جدیدی برای اختلالات جسمی و حتی روحی مانند بیماریهای قلبی و عروقی،
اسیکزوفرنی و… شناسائی شده است و پیمودن این راه باسرعت هرچه تمام ادامه دارد.
اینک قدمهای زیادی به انتهای این مرحله سرنوشت‌ساز از تاریخ بشر باقی نمانده است
و همگی دانشمندان منتظر به‌ثمر رسیدن دستاوردهای این پروژه در آینده بسیار نزدیک می‌باشند.
یکی از ابزارها و شاخه‌های بیوتکنولوژی که اخیراً به شکوفائی رسیده است بیوانفورماتیک می‌باشد
که کار تجزیه و تحلیل داده‌های بدست آمده از HGP و… را انجام داده و آنها را تبدیل به اطلاعات باارزش
و قابل استفاده برای دانشمندان مختلف می‌نماید.
موضوع مرتبط با این امر موضوع کشف SNP ها می‌باشد. SNP ها تفاوت‌های تک‌نوکلئوتیدی هستند
که بین دو فرد، از نظر یک ژن بین آنها وجود دارد. شناسائی این تفاوتها ارزش فراوانی دارد.
چراکه بطور مثال فردی که دارای هوش بیشتر یا دندان مستحکمتر نسبت به فرد دیگری است
ممکن است تنها در یک نوکلئوتید از یک ژن با یکدیگر تفاوت داشته باشند و شناسائی مکان
و نوع این تفاوت ارزش اقتصادی زیادی برای کاشف و انحصارگر آن دارد. بهمین دلیل هم‌اکنون
شکارچیان ژن درحال شناسایی قوم‌ها و نژادهائی هستند که در یک یا چند زمینه خاص دارای
خصوصیات برتر می‌باشند.
پروتئومیکس Proteomics
دنیای پروتئومیکس دنیای بی‌انتهائی است که ما هم‌اکنون در روزنه ورودی آن قرار گرفته‌ایم.
دانشمندان بعد از استخراج اطلاعات ژنوم انسانی به کاربرد آن در حوزه پروتئومیکس می‌اندیشند.
در پروتئومیکس دانشمندان براساس اصل یک پروتئین یک ژن بدنبال یافتن کلیه پروتئینهای تولید
شده در بدن انسان و ربط آن به یک ژن هستند.
پس از اتمام پروژه پروتئومیکس که حتی بسیار بزرگتر و طولانی‌تر و پرابعادتر از پروژه ژنومیکس
خواهد بود می‌توان گفت که انسان به عمده اطلاعات حیاتی لازم در مورد خود دست یافته است
و پس از کاربرد این اطلاعات در طراحی داروها و فرآیندهای مناسب تقریباً قادر به مبارزه با هر بیماری
و هر اختلال در بدن خود خواهد بود و حتی قادر به پیشگیری از اکثر آنها خواهد شد.
مرحله بعد از (و حتی همگام با) پروتئؤمیکس طراحی داروهای بیولوژیک می‌باشد که دانشمندان
را قادر می‌سازد پروتئینهای مزاحم یا ناقص را خنثی کنند یا تولید پروتئینهای ضروری در بدن را باعث شوند.
بازار پروتئومیکس برعکس ژنومیکس بسیار گسترده‌تر و غیر متمرکز بوده و هم‌اکنون بسیاری
از کشورها حتی کشورهای جهان سوم مثل برزیل نیز قدم به این عرصه گذاشته‌اند.
تراشه های زیستی
کلونینگ انسان
از زمانی که دانشمندان با ابداع روش جدید همانندسازی گوسفندی بنام دالی را خلق کردند
امیدها و نگرانیهای زیادی در جوامع انسانی بوجود آمد. بیوتکنولوژیستها توانستند با انتقال
محتوای ژنتیکی یک سلول سوماتیک به یک سلول تخم که محتوای ژنتیکی آن تخلیه شده بود
به تولید موجوداتی کاملاً مشابه موجود دالی دست یابند. بازار این فناوری در تکثیر دام‌هایی
با خصوصیات ویژه مانند شیر زیاد یا گوشت مناسب بسیار گسترده است. با اینحال کشیده
شدن این بحث به همانندسازی انسان نگرانیهائی را در کشورهای مختلف بوجود آمده است.
موضوع مرتبط با این امر تولید موجودات یا ارگانهای انسانی از سلولهای ریشه‌ای جنین می‌باشد
که همانند کلونینگ دارای مخالفان و موافقان خاص خود می‌باشد.
تراشه‌های زیستی
تراشه‌های زیستی مانند DNA Chips از کاربردهای نوین و بسیار اغواگر بیوتکنولوژی می‌باشد.
در یکی از این کاربردها دانشمندان توانسته‌اند با استفاده از رشته‌های DNA به تولید تراشه‌هائی دست بزنند
که سرعت پردازش اطلاعات در آنها در مقایسه با حجم کوچک آنها بسیار بیش از تراشه‌های معمولی می‌باشد.
از کاربردهای دیگر و اصلی تراشه‌های زیستی دو مورد DNA Chips و DNA Microarray می‌باشد.
DNA Chips : در این تکنولوژی بیوتکنولوژیستها با ساختن قطعات الیگو نوکلئوتیدی 20 تا
80 نوکلئوتیدی با توالی‌های متفاوت و تثبیت آن بصورت آرایشی از نقاط بسیار ریز (کمتر از 300 میکرون)
بر روی بستر مناسب (مانند نیتروسلولز یا برخی فلزات و مواد پلاستیکی) و سپس مجاور کردن نمونه‌های
DNA مجهول با این نقاط تثبیت شده شرایط یک واکنش هیبریدیزاسیون را بوجود می‌آورند.
در صورتیکه بین سکانس مجهول و سکانس معلوم هر یک از الیکونوکلئوتیدها واکنش هیبریداسیون
صورت گیرد می‌توان پی‌به سکانس DNA مجهول برد.
از این روش همچنین برای تعیین میزان بیان پروتئین یا فراوانی نیز استفاده میشود.
این روش توسط شرکت Affymetryx ابداع شده است.
تراشه های زیستی
DNA Microarray : در این تکنولوژی پروب cDNA (با طول بین 500 تا 5000 باز)
بر روی بستر جامد مناسب تثبیت بود و سپس این نقاط تثبیت شده در معرض
نمونه‌های DNA مجهول قرار می‌گیرد.
این روش در دانشگاه استانفورد ابداع شده است.
کاربرد هر دو روش که تاحد زیادی مشابه هم هستند در کشف ژنها، در تشخیص بیماریها،
در علم فارماکوژنومیک و در علم توکیکوژونومیک و…. می‌باشد.
تاریخچه تراشه های زیستی
پیشرفت تراشه های زیستی تاریخچه ای طولانی دارد وباشروع دراوایل کاربرروی تکنولوزی سنسورها
بود که درسال 1922 PH اغازمی شود. یکی ازنخستین سنسورهای شیمیایی سبک الکترود شیمیایی
بوسیله کشف اختلاف پتانسیل ایجاد شده درمیان یک غشاء PH بوسیله هوگز ساخته شد. اندازه گیری
H شیشه ای نازک برای تراوش یون های هیدروزن انجام می شد . این کار بوسیله تبادل الکترون بین
انجام می گرفت. مفهوم اساسی استفاده ازمکان های تبادل برای دست یافتن به پوسته یا Sio مثبت و
غشاء برای کشف سنسورهای یونی دیگردرسال های آینده مورد استفاده قرارگرفت. به عنوان مثال
مثب
ت بوسیله بهم پیوستن والینومیسین دریک غشاء نازک تولید می شود.(اسچولتز1996 K یک س
نسور
پس ازگذشت سی سال اولین بیوسنسور (سنسوری که از مولکولهای بیولوزیکی استفاده می کرد )ساخته
شد. درسال 1956 للاند کلارک نوشته ای را برروی الکترود دریافت اکسیزن منتشرکرد.این وسیله
اساس یک سنسورگلوکزشدکه درسال 1962 بوسیله کلارک وهمکارش لیونزساخته شد که درساخت
آن ازمولکولهای اکسید گلوکوزجاسازی شده دریک غشاءتراکافت استفاده شده بود.
آنزیم وظیفه داشت که درحضورگلوکزمیزان اکسیزن قابل دسترسی برای الکترود اکسیزن را کاهش
بدهد بدین وسیله سطح اکسیزن گلوکزمتمرکزشده گزارش می شد. این مورد وبیوسنسورهای مشابه به
عنوان الکترود آنزیم شناخته شدو امروزه هنوزهم مورد استفاده قرار می گیرند.
DNA درسال 1953 واتسون وکریک همگان را ازکشفشان که همان ساختارآشنای مارپیچ دوتایی
است وهمچنین مجموعه تحقیقات زنتیکی (که تا کنون این تحقیقات همچنان ادامه دارد )آشنا کردند.
پیشرفت شیوه تسلسل درسال 1977 بوسیله گیلبرت وسانجر(که به صورت جداگانه کارمی کردند)
محققان را قادرساخت تابه صورت مستقیم بتوانند کدهای زنتیک راکه دستورالعملهایی را برای پیوند
پروتئینی فراهم می کند بخوانند.این تحقیق نشان دادکه چگونه هیبریداسیون مکمل رشته های”الگونوکلئو
استفاده شود. DNA تید” می تواند به عنوان پایه ای برای دریافت
توانا کرد DNA ا ین دو پیشرفت تکنولوزی رابرای استفاده ازبیوسنسورهای مدرن برپایه
راابداع کرد که این روش-PCR اولادرسال 1983 کری مولیس فن ((واکنش زنجیره پلیمری )) –
می باشد. DNA روشی برای تقویت تمرکز
رادرمواردنمونه فراهم کرد. DNA این کشف امکان ردیابی مقادیر کوچک از
بابرچسبهای فلورسنتDNA ثانیا درسال 1986 هودوهمکارانش روشی رابرای برچسب مولکولهای
به جای برچسب های رادیویی ابداع کردندکه بدین وسیله تواناسازی آزمایش هیبریداسیون به صورت نوری انجام می شد.
سرعت پیشرفت تکنولوزی درزمینه بیوشیمی ونیمه رساناها درسال 1980 منجربه پیشرفت عظیم
تراشه های زیستی درسال 1990 شد.
دراین زمان مشخص شد که تراشه های زیستی تکنولوزی عظیمی هستند که چندین بخش جدا
ازهم را شامل می شوند وهنوزهم کامل نشده اند
تراشه زیستی چیست ؟
کسانی که مبحث تکنولوزی های رادنبال می کنند خصوصادرزمینه بیوتکنولوزی تراشه های
زیستی را می شناسند ومی دانند که آنها حاصل ترکیب نیمه رساناها با زیست شناسی مولکولی هستند.
تراشه های زیستی مشابه نیمه رساناها هستندبا این تفاوت که به جای داشتن مدارهای الکتریکی پایه
یا پروتئین دارندکه به سطح یک تراشه که می تواند از جنس DNA -RNA زیستی
شیشه –پلاستیک یا سلیکون باشد الصاق شده اند.
بسته به سطح جنس الصاقی دونوع اصلی ازتراشه های زیستی وجود دارد:
- دارند.DNA-RNA تراشه های نوکلئوساید که
- تراشه های پروتئین
البته یک نوع دیگرازتراشه های زیستی هم وجود دارد که تراشه آزمایشگاهی نامیده می شود که از میکروسیلان ها برای انجام بسیاری ازتستهای آزمایشگاهی استاندارد که امروزه دربیمارستان ها انجام می شود استفاده می کند.
اما ما به آن نوع تراشه دست پیدا نمی کنیم چون به طور معمول آن یک نسخه مینیاتوری شده ازتستهای شیمیایی – کلینیکی استاندارد است ولزوما یک جزءبیولوزی ندارد.
دانش زمینه برای تراشه های زیستی
تمام دستورالعملهای مورد نیازبرای تمام DNA دی اکسی ریبو نوکلوئیک اسید یا
RNA ارگانیسمهای زندگی راشامل می شود باپذیرش تعدادی ویروس که اساس
هستند.
یک رشته دوتایی است ویک اساس نوکلئوسید که شامل آدنین – سیتوسین – گوآنین DNA
وتمین است و یک شکرریبوس ویک گروه فسفات راشامل می شود.
به صورت یک DNA جیمزواتسون وفرانسیس کریک درسال1953 کشف کردند که
پیچک دوتایی یا منحنی دوتایی به صورت محکم پیچیده شده بود.
ها با همدیگربه عنوان زن ها گروه بندی می شوند اگرچه این گروه بندی ممکن استDNA
مستقیما به صورت نزدیک نباشد.
(زن ها) به عنوان تشخیص دهنده شناخته می شوند به این معنی که اغلب اوقاتDNA
ها بیصدا یعنی آرام یا خاموش هستند (چیزی رابیان نمی کنند) به این علت که به DNA
موردDNA صورت محکم به هم پیچیده شده اند . اما وقتی که یک بخش بخصوص از
بهDNA خوانده شودوپروتئین مناسب ساخته شود.این کاربوسیله کپی کردن
مخصوصا مسنجریا پیام آور RNA
نامیده می شود انجام می شود .به این فرآیند رونویسی گفته می شود MRNA که
به پروتئین ترجمه می شود DNA پس درفرآیند رونویسی متن
تراشه های زیستی برای شناسایی دی ان ای یا آر ان ای ناشناس (لایه نوکلوئیک اسید) از
طریق فرآیند پیوند زنی – پیوستگی – بین یک لایه نوکلوئیک اسیدهای ناشناس ویک لایه
تراشه های زیستی
نوکلوئیک اسیدهای شناخته شده استفاده می شود.این کاردرابتدا بوسیله عوض کردن ماهیت
ناشناس باحرارت انجام می شود . وقتی که زنجیرهای بین دولایه دی ان ای ذوب DNA
تولید می شود .سپس دی ان ای یا آران ای ناشناس به یک تراشه DNA شوند یک تک لایه
زیستی تبدیل می شود که تک لایه دی ان ای یا آران ای روی سطح آن ثابت شده است .
اگریک قطعه از دی ان ای یا آران ای روی تراشه زیستی با دی ان ای یا آران ای
ناشناس مطابقت داده شود پیوستگی رخ می دهد وتشعشع حاصل از آن به محقق اجازه
می دهد که دی ان ای یا آران ای مطابقت داده شده با دی ان ای ناشناس را بشناسد .
مواردکاربرد تراشه های زیستی
- تحقیقات داروئی
- تشخیص های داروئی
- قوانین
- پیوند
- تشخیص هویت
- آزمایشهای محیطی وآب
نمونه های مختلفی ازاستفاده ازتراشه های زیستی
گرى هوپر عضو انجمن بیوتکنولوژى که کارهاى میلیون دلارى برعهده دارد،
با صداى خشن، عینک کوچک هیئت کالین پاول خطاب به همکارانش که همگى
مثل او قدشان حدود دو متر است، مى گوید: «بچه ها، بجنبید! اگر این کار را نکنیم،
چینى ها جاى ما خواهند کرد!» این خطر را وجود یک مشت از صاحبان صنایع داروسازى
که سخنرانى هاى رمزى و در لفافه شان مدت ها به درازا مى کشد، به خوبى نشان مى دهد.
بر روى صندلى هاى این سالن که در سال هاى پایانى سده پیش در میدان اتحاد واقع
در قلب سانفرانسیسکو ساخته شد، در پشت پرده هاى سنگین و به رنگ قرمز آتشین
آن، این مردان پنجاه، شصت ساله به ناگهان از اندیشه آهسته تر کردن سرعت پیشرفت
تراشه هاى زیستى به خشم مى آیند.
اینجا صحبت از سیلیسیم _ همان ماده اى که سیم هاى تلفن نیز از آن ساخته مى شوند _
است که یک رشته DNA (یا رمز حیات) بر روى آن قرار داده مى شود.
تراشه اى که بزرگ تر از نصف یک دانه شکر نیست قادر به کارهایى است
_ از پزشکى تا کشاورزى و علوم زیبایى _ که دیوانه کننده اند.
این مجموعه سحرآمیز، آمیزه اى از بیولوژى و الکترونیک، درصدد زیر و رو کردن آن چیزى است
که بیوتکنولوژى خوانده مى شود. علمى که قرار است انقلابى در زندگى ما پدید آورد …
ولى چگونه؟ چیز زیادى نمى دانیم. با این حال، ماتما کالیکورا تحلیلگر موسسه
«فراست و سالیوان» مطمئن است که تا ده سال دیگر این ابتکار بازارى بزرگ تر
از 10 میلیارد دلار را به روى ما خواهد گشود. گام هاى اولیه صنایعى چون
هیولت _ پاکارد، موتورولا و آى بى ام تنها آغاز این راه است.
در واقع این اندیشه چندان جدید نیست. تراشه هاى زیستى در واقع حاصل ازدواج
(که مسلماً قدرى دیرهنگام بود) دو کشف قدیمى است که بیش از 50 سال عمر دارند.
کارهاى جیمز واتسون و فرانسیس کریک _ برندگان جایزه نوبل در رشته فیزیک در سال 1962
_ در حقیقت به سال 1953 بازمى گردد. در این سال دو پژوهشگر مولکول DNA
(که تعیین کننده وراثت ژنتیک هستند) را کشف کردند. مولکول DNA تشکیل شده
از دو رشته که ساختمانى مى سازند که بر روى خویش مى پیچد و هر یک از این
دو رشته قرینه آن دیگرى است. در همین زمان تراشه الکترونیک که توسط رادیوسازان
در ساختمان ترانزیستورها به کار مى رفت، براى نخستین بار ساخته شد.
تنها کارى که باقى مانده بود، ازدواج فرخنده این دو پدیده نوین بود و استفن فودور،
زیست شناس از دانشگاه پرینستون، این کار را انجام داد. اندیشه وى بسیار ساده بود:
از آنجا که هر رشته DNA از یک ردیف رمز تشکیل شده که با دوقلوى خویش به صورتى
کاملاً قرینه یکى مى شود لذا کافى است که یک رشته تنها را بر روى تراشه اى قرار دهیم،
در این صورت به محض مواجه شدن آن با دوقلویش صدور یک پیام فلورسانت را تحریم خواهد
کرد که سپس کامپیوتر مى تواند آن را دریافت کند.
تولید بیمارستان صحرایی بر روی تراشه زیستی
محققان دانشگاههای کالیفرنیا و کلارکسون در حال تکمیل طرحی هستند
که تشخیص و درمان طبی را با تراشه ای الکتریکی تلفیق کرده و قادر خواهند بود
با تشخیص سریع جراحت از مرگ بسیاری از مجروحان در میدانهای جنگ جلوگیری کند.
تراشه های زیستی
به گزارش مهر، دانشمندان دانشگاه کلارکسون و کالیفرنیا در حال تولید بیمارستان
صحرایی بر روی تراشه رایانه ای هستند که در صورت اتصال به لباس و یا بدن سربازان
می تواند بروز جراحت را ردیابی کرده و به صورت خودکار درمان مناسب را تجویز کند.
به گفته یکی از محققان این پروژه تاکنون طراحی الکترودهای زیستی و سلولهای
سوختی زیستی که توانایی مضاعف کردن سیگنالهای بیوشیمیایی مغز را دارند
به اتمام رسیده است و در آینده با استفاده از این تجهیزات می توان ساختاری را
تولید کرد که با استفاده از سیگنالهای فیزیولوژیکی قابل کنترل بوده و در مقابل نیازهای
بدن پاسخگو باشد.
محققان در حال حاضر مشغول تحقیق بر روی خلق آنزیمهایی هستند
که توانایی محاسبه نشانگرهای زیستی را داشته و با ارائه دلایل کافی
بر اساس تغییرات بیولوژیکی ناشی از جراحات در بدن به تجویز درمانهای مناسب بپردازد.
این سیستم می تواند عرق، اشک و خون سرباز را به منظور اندازه گیری
نشانگرهای زیستی که در حال حاضر نشان دهنده جراحتهای رایج میدان های
جنگ از قبیل شوک روحی، آسیب مغزی، فرسودگی و دیگر آسیبهای جدی هستند
را کنترل کرده و داروی مناسب را تجویز کند.
به دلیل اینکه اکثریت مرگ و میر در میدانهای جنگ 30 دقیقه پس از بروز جراحت رخ می دهد،
تشخیص سریع و درمان سریع در افزایش میزان نجات یافتگان از میان مجروحان نقشی حیاتی
را به عهده دارد.
تراشه های زیستی
تشخیص تومورهای سرطانی
پژوهشگران ایتالیایی نوعی تراشه زیستی را ابداع کرده اند که می تواند
در تشخیص بعضی از انواع تومورها در مراحل اولیه کمک کند.
به گزارش خبرگزاری مهر، محققان دانشگاههای پیزا، ونیز، پادوا، برشا و بلونیا همراه
با شرکای صنعتی، نوعی تراشه زیستی را ابداع کردند که می تواند در مراحل اولیه
بعضی از تومورها این بیماریها را تشخیص دهد.
این دستگاه جدید که به تازگی به عرضه تجاری رسیده است نوعی دستگاه تشخیص
نانوسکوپی به شکل یک جعبه کوچک الکترونیکی است.
دستگاه محتوی این تراشه زیستی به یک رایانه کوچک متصل شده است که نشانگرهای
بیولوژیکی فعلی در تشخیص برخی از تومورها را شناسایی می کند. این روش تشخیص
در آینده می تواند حتی در خانه نیز استفاده شود.
این محققان در این خصوص اظهار داشتند: “این سیستم برای تشخیص زودهنگام
چهار نوع سرطان سینه، کلون، پروستات و کبد بسیار مفید است. عملکرد این دستگاه
بسیار ساده است. کافی است که در این ماشین چند قطره خون وارد کرد تا در کوتاهترین
زمان ممکن پاسخ را ارائه کند.”
براساس گزارش آنسا، هزینه فعلی برای هر آزمایش 20 کمتر از یورو است
و این ماشین درحال حاضر در بازار از دو تا 300 هزار یورو براساس نوع مدل آن
و ویژه کلینیکها عرضه می شود اما اگر این عرضه نتایج خوبی دربرداشته باشد
می تواند با قیمتهای کمتری ارائه شود.
جایگزینی مناسب برای حیوانات آزمایشگاهی
محققان تراشه زیستی ساخته اند که می توان از آن به عنوان جایگزینی برای حیوانات آزمایشگاهی
در صنایع داروسازی و لوازم آرایشی بهداشتی استفاده کرد.
به گزارش مهر، آزمایش داروهای جدید بر روی حیوانات آزمایشگاهی معمولا در مشخص کردن خطر
برای انسان نتایج مشخصی ندارند و در عین حال پرهزینه و زمان بر نیز تمام می شوند.
اکنون محققان تراشه زیستی طراحی و ساخته اند که می تواند ترکیبات دارای مواد سمی و خطرناک
را در مراحل اولیه تولید دارو شناسایی کند.
این تراشه زیستی همچنین می تواند برای تصویربرداری سریع از مواد شیمیایی و آرایشی بهداشتی
با هدف شناسایی ترکیبات سمی احتمالی شان موثر باشد.
بر اساس گزارش تکنولوژی ریویو، این تراشه های زیستی که “تراشه داده” نام دارند
در انستیتو پلی تکنیک رنسلر در آمریکا ساخته شده و این امکان نوین را به محققان می دهند
تا تشخیص بسیار سریعی از وجود ترکیبات سمی احتمالی در محصولات تولیدی دهند.
این تراشه ها دربرگیرنده آرایه های بسیار کوچکی هستند که بیش از یک هزار کشت
میکروبی سه بعدی را در خود جای داده اند. هر یک از کشتهای میکروبی تنها 20 نانولیتر
حجم دارند با این حال از قابلیتهای کاربردی بالایی برخوردارند.
تراشه های زیستی
تشخیص میزان سمیت داروها
محققان اعلام کردند که موفق به ساخت تراشه های زیستی (BioChip) شدند
که می توانند میزان سمیت داروهای مدنظر را طی یک آزمایش کوتاه نشان دهند.
در نتیجه شرکت های بزرگ شیمیایی و دارو سازان به دنبال راهی هستند که این
ارزیابی ها را سریع تر و ایمن تر انجام دهند و مجبور به انجام آزمایشات زودهنگام
بر روی حیوانات آزمایشگاهی نشوند.
محققان دانشگاه Renssealer اعلام کردند که با همکاری دانشگاه های
Californiaو Berkeley، موفق به ساخت تراشه های زیستی (BioChip) شدند
که می توانند میزان سمیت داروهای مدنظر را طی یک آزمایش کوتاه نشان دهند.
این تراشه ها به نام های MetaChip و DataChipخوانده می شوند و تقلید جالبی
از فرآیندهای بدن درهنگام مصرف دارو هستند.
MetaChip : در اصل یک ورقه شیشه ای است که متشکل از 20 قطره نانو لیتری از آنزیم های
بدن انسان می باشد. محققان می توانند میزان سمیت ترکیبات ساخته شده خود را با این
قطرات آنزیمی، آزمایش کرده و شاهد عکس العملی آنها باشند.
: DataChip ورقه شیشه ای است که با قطراتی حاوی سلول های کشت شده از اندام های کبد
، مثانه یا کلیه آستر شده است. محققان می توانند ترکیبات ساخته شده خود را روی این قطرات
بریزند و میزان ایمنی دارو و همچنین رشد یا مرگ و میر سلول ها را بر حسب زمان اندازه گیری کنند.
پرفسور Jonathan Dordick، عضو هئت علمی زیست شناسی و شیمی دانشگاه Renssealer
می گوید: “70% علت ناموفق بودن یک دارو سمیت آن است. اگر ما بتوانیم این مسئله را زودتر
متوجه شویم، هرگز به آزمایش روی آنها ادامه نخواهیم داد. و درنتیجه به ازای هر ماده ساخته شده،
صدها ملیون دلار صرفه جویی می شود. و دیگر لازم نیست برای درک نحوه عمل آنها، بر روی حیوانات
زیادی آزمایش به عمل آید. هر چند که در آن صورت هم ممکن بود در انسان تظاهر متفاوتی داشته باشد.
اما این مطلب بدان معنا نیست که ما می توانیم حیوانات را به طور کامل از روند آزمایشات خود حذف کنیم،
بلکه حیوانات می توانند تنها در مراحل پایانی کار مورد استفاده قرار گیرند.”
DataChip ها می توانند در روند رشد و توسعه خود در آینده، علاوه بر سلول های
یاد شده، حاوی انواع مختلفی از سلول های بدن مانند سلول های قلبی، عصبی،
پوستی و… ، باشند.
همچنین این کمپانی در صدد است که تراشه های زیستی تولید کند که هم زمان بتواند
آزمایشات دیگری را علاوه بر میزان سمیت ماده دارویی (مانند میزان حساسیت) بر روی
این سلول ها انجام دهد.
تراشه های زیستی
مسیری که یک دارو از آزمایشگاه تا داروخانه طی می کند، معمولاً طولانی و هزینه بر بوده
و حداقل یک دهه یا بیشتر به طول می انجامد. اغلب این آزمایش‌ها به دلیل بررسی اثرات
فرعی و سمی دارو مستلزم صرف وقت و هزینه زیادی است.
کمک درمطالعه ضربان قلب واسیبهای مغزی
دکتر بابک ضیائی دانشیار علوم مهندسی رایانه و برق دانشگاه پوردو نسل جدیدی
از الکترودهای زیستی را ارائه کرده است که به محققان در مطالعه ضربان قلب و آسیبهای
مغزی کمک خواهد کرد.
به گزارش مهر، سلولهای قلبی در هر بار ضربان تقریباً صد در صد کشیده می شوند
اما مشکل اینجاست که پلت فورمهای فعلی که برای مطالعه این سلولها به کار گرفته
می شوند، ایستا و غیردینامیک هستند و در نتیجه محدودیتهای زیادی برای محققان
در مطالعه سلولهای قلبی در محیطهای آزمایشگاهی فراهم کرده اند.
اکنون محققان دانشگاه پوردو و استنفورد الکترودهای زیستی کشسان جدید
و با قابلیتهای خیره کننده ای را برای مطالعه سلولهای قلبی ارائه کرده اند.
این الکترودها از قابلیتهای بالایی نظیر کمک به متخصصان در افزایش کیفیت پیوندهای
بافتی برخوردارند. این پیوندها با هدف احیای آسیبهای وارد به قلب از جانب حملات قلبی
صورت می گیرد.
به گفته محققان، می توان به فناوری نوینی که از سوی این محققان ارائه شده است
به عنوان تعامل الکتریکی زیستی یاد کرد که در سامانه های قابل کاشت در بدن به کار می روند.
همچنین از این الکترودها می توان برای مطالعه این موضوع استفاده کرد که فشارهای مکانیکی
وارد به مغز در جریان آسیبهای مغزی چگونه فعالیت الکتریکی نورونها را در طولانی مدت تغییر می دهد.
این سامانه جدید که از سوی دکتر بابک ضیائی دانشیار علوم مهندسی رایانه و برق دانشگاه پوردو
ارائه شده است، ترکیبی از نوعی پلیمر انعطافی است که در ساختار آن از آرایه کوچکی از سوزن
پوشیده از طلا استفاده شده است.
این سوزنها که شباهت زیادی به میخ هم دارند به عنوان میکروالکترودهایی عمل می کنند
که می توانند علایم الکتریکی را ارسال و ثبت کنند
در گذشته مشکل اصلی در طراحی این آرایه های الکترودی در ارائه تماسهای الکتریکی
برای این الکترودها بوده است، اما اکنون و در فناوری نوینی که از سوی دکتر ضیائی ارائه
شده است، جریان الکتریکی به وسیله آلیاژ مایع فلزی که در کانالهای ساخته شده در دل
پلمیر قرار دارند، بین الکترودها برقرار است.
تحول درگرافن ها
محققان دانشکاه منچستر با استفاده از گرافن و مجاورت آن با گاز هیدروژن موفق به تولید
ماده ای عایق شدند که می تواند به زودی مسیر تولید تراشه های زیستی رایانه ای را هموار
سازد.
به گزارش مهر، دانشمندان به تازگی موفق به کشف روشی برای بهبود خصوصیات گرافن –
صفحات کربنی با ضخامت یک اتم- و تبدیل آن به لایه ای عایق شده اند. این روش جدید می تواند
مسیر استفاده از این ماده را در تولید تراشه های زیستی رایانه ای هموار کرده و گرافن را جایگزین
سیلیکون سازد.
گرافن در حال حاضر به عنوان یکی از بهترین مواد رسانا در جهان شناخته می شود.
با این حال تجهیزات الکترونیکی باید در کنار داشتن خواص الکتریکی از خواص نارسانایی
نیز برخوردار باشند.
محققان دانشگاه منچستر به همین منظور روشی را ارائه داده اند که با استفاده از آن می توان
لایه های گرافنی را به گونه ای تغییر ساختار داد که خواص نارسانایی به خود بگیرد. به این مفهوم
که با افزودن اتمهای هیدروژن به سطح گرافن این ماده به لایه ای عایق تبدیل خواهد شد.
یکپارچه کردن نانو سیمها
محققان ایالت پن در آمریکا به روشی برای یکپارچه کردن مخلوطی از نانوسیم‌هایی
که به‌صورت زیستی برچسب‌دار شده‌اند، روی تراشه‌های مدار مجتمع رسیده اند.
با استفاده از این روش ممکن است بتوان یک افزارۀ قابل حمل و کوچک ساخت که
بتواند انواع گوناگونی از ترکیبات پزشکی یا محیطی را تشخیص داده و گزارش کند.
به گزارش سرویس علم و فناوری پایگاه اطلاع رسانی صبا ،ترسامیر، استاد مهندسی برق
در آزمایشگاه نانوساخت ایالت پن و یکی از این محققان می‌گوید: شاید یکی از مهمترین
چیزها برای اتصال نانوسیم‌ها به مدار الکتریکی قراردادن دقیق آنها است.
ما نیازمند کنترل مکان فضایی روی تراشه با دقت کمتر از یک میکرون هستیم.
با استفاده از فرآیند استاندارد ساخت تراشه، هرکدام از انواع نانوسیم‌ها باید در
یک عملیات جداگانه روی تراشه قرار داده شوند. این محققان با استفاده از روش
پایین به بالای خود، می‌توانند سه نوع متفاوت از نانوسیم‌های روکش‌داده‌شده با
DNA را هر جایی که بخواهند (با خطای کمتر از یک درصد)، قرار دهند.
کریستین کیتینگ، استاد دانشگاه شیمی می‌گوید: این روش می‌تواند برای شناسایی
همزمان پاتوژن‌ها یا بیماریهای مختلف مبتنی بر اثرات اسید نوکلئیک‌شان، استفاده شود.
این محققان می‌گویند که اجزاء افزاره از قبیل نانوسیم‌ها می‌توانند از تعدادی مواد متفاوت تولید
شوند و حتی قبل از آرایش آنها روی یک تراشه با مولکولهای زیستی روکش‌داده شوند.
آنها اضافه می‌کنند که قرار دادن دقیق نانوسیم‌ها هنوز با استفاده از روشهای سنتی مشکل است.
این محققان با استفاده از روش آرایش خود، می‌توانند نانوسیم‌های ویژه‌ای در مکان‌های خاصی قرار
دهند.
آنها با تراشه‌ای شروع می‌کنند که در مکان‌هایی که می‌خواهند نانوسیم‌ها را قرار دهند،
دارای تورفتگی‌های منظم ریزی است. آنها سپس یک میدان الکتریکی بین الکترودها اعمال
می‌کنند. این الکترودها مساحتی که می‌خواهند نانوسیم‌ها در آن آرایش یابند، را مشخص
می‌کنند.
این محققان مخلوطی از نانوسیم‌های برچسب‌دار و یک مایع روی تراشه تزریق کردند.
این نانوسیم‌ها با یک میدان الکتریکی به مکان‌های مورد نظر متصل شدند و داخل این
چاه‌های ریز افتادند.
مِیر می‌گوید: ما برای کنترل مکانی که هر کدام از انواع نانوسیم‌ها می‌رود،
نیازی به کانالهای میکروسیالیت نداریم. ما می‌توانیم این محلول را روی تمام
تراشه تزریق کنیم و نانوسیم‌های داخل آن فقط به مکان‌هایی که ویژه شده‌اند،
متصل خواهند شد.
این برای افزایش مقیاس تولید، مهم است.
این محققان سپس میدان الکتریکی را حرکت دادند
و نانوسیم‌های برچسب‌دار بعدی را روی تراشه قرار دادند.
در این آزمایش، نانوسیم‌های برچسب‌دار مختلف بصورت
ردیفی قرار داده شدند، اما این محققان می‌گویند که آنها
می‌توانند در پیکربندی‌های متنوع قرار داده شوند.
با استفاده از این روش، نانوسیم‌ها می‌توانند برای ساخت افزاره‌های
گوناگونی از قبیل تشدیدکننده‌ها یا ترانزیستورهای اثر میدانی که می‌توانند
برای شناسایی هدف‌های اسید نوکلئیکی استفاده شوند؛ آرایش یابند.
نتایج این تحقیق در مجله Science منتشر شده‌است.
نخستین نقشه از نحوه تنظیم عمل ژنها در ژنوم مخمر تهیه شد
محققان موسسه زیست شناسی وایتهد با بهره گیری از روشهای تجزیه مولکولی
با درجه تفکیک بسیار بالا موفق شده‌اند نخستین نقشه کامل از تنظیم ژنها را در
درون ساختار کامل ژنتیکی مخمر تکمیل کنند.
ریچارد یانگ و همکارانش در موسسه تحقیقات زیست-پزشکی وایتهد در شهر کیمبریج
در ماساچوست چند روش مختلف از جمله بهره گیری از ردیفهای تجزیه و تحلیل مولکول
دی ان آ واقع بر روی تراشه های از جنس نیمه هادیها را که بر روی آنها ۴۰هزار سنجنده مولکول
دی ان آ قرار داشت برای بررسی ژنوم مخمر به کار گرفتند.
در گزارشی که این پژوهشگران در نشریه علمی “سل = Cellسلول” به چاپ رسانده‌اند
جزییات موقعیت پروتئین های موسوم به هیستون را که در ژنوم مشخص ساخته اند.
این پروتئینهای مهم وظیفه تنظیم ساختار مولکول دی ان آ و تنظیم موقعیت ژنها را بر
روی این ساختار بر عهده دارند.
در این نقشه همچنین مشخص شده در کدام بخش از ژنوم در هیستونها تغییر به وجود آمده است.
این تغییرات ناشی از تاثیر گروه های شیمیایی اضافی است که واکنشهای نظیر استیلی کردن یا
متیلی کردن محیط را بوجود می‌آورند و از این طریق به فعال کردن یا از فعالیت انداختن ژنها
(اصطلاحا روشن و خاموش کردن ژنها) کمک می‌کنند.
نقشه ژنتیک شما فقط به قیمت 300 دلار
در ابتدا این واقعیت به ویژه براى جهان پزشکى شگفتى آور بود
که با استفاده از چنین ابزارى مى توان تشخیص ها را بدون اشتباه
و به نحوى بى سابقه داد. دپارتمان زیست شناسى مولکولى در دانشگاه
دوک (کارولیناى شمالى) در این میان به موفقیت هایى نائل شد.
یکى از پروفسورها، تحقیقاتى را بر روى بیمارى که مشکوک به ابتلا به سرطان بود، انجام داد.
نمونه خونى که به کمک یک تراشه زیستى از بیمار گرفته شد، این امکان را داد که ظرف کمتر
از ده دقیقه ساختمان ژنتیک بیمار به دست آید و پزشک بلافاصله توانست تصمیم بگیرد که از
چه درمانى استفاده کند. جلوگیرى از اتلاف وقت که در اینجا بى اندازه ارزشمند است.
هنوز هم پس از گذشت پنج سال از آن رویداد مهم، چنین تشخیصى مى تواند یک آزمایشگاه
کامل را به مدت چندین روز به تکاپو اندازد. بازار جدیدى متولد شده: تاکنون چندین موسسه
پیشنهاد کرده اند که نقشه ژنتیک آدم ها را به 300 تا 500 دلار در اختیارشان قرار دهند.
موسسه ایسلندى DeCode Genetics در یخچال هایش ژن هاى حدود بیست بیمارى مهم،
از جمله شیزوفرنى را در اختیار دارد. در فرانسه انستیتو BioMe ,rieux روى سرطان کار مى کند.
تراشه هاى زیستى که خود را با بیمارى ها و درمان آنها شناسانده اند، مى توانند
به علاوه خطرناک نیز باشند، چه امروز ژن هایى که نماینده بیمارى هایى هستند،
شناخته شده اند. شرکت AFFymetrix در کالیفرنیا، جزء نخستین موسساتى بوده
که تراشه هاى زیستى را پذیرفت و اکنون بدین کار مشغول است.
یکى از کارکنان این شرکت مى گوید: «تراشه هاى ما براى کنترل کردن ترکیب مواد غذایى اند،
در واقع براى آنکه ببینیم غذاى روبه روى ما که گوشت گاو یا ماهى معرفى مى شود، همان است
که از آن انتظار داریم.» براى انجام این پروژه شرکت مذکور نیاز به حمایت جامعه آمریکا دارد و شریک
فرانسوى اش BioMe ,rieux نیز یکى یکى ژن هایى را که بازسازى مى کند در اختیار آن قرار مى دهد
و چه بازارى! این ابزار بسیار کوچک معجزه گر قادر است تا 30 نوع گوناگون مهره داران را شناسایى کند.
حتى مى تواند حیوانات را براساس جنس (پستانداران، پرندگان و ماهى ها) یا نوع
(ماکیان، گوسفند، خوک، کبک، ماهى قزل آلا) شناسایى کند و حتى از میان جوندگان
موش را تشخیص دهد. دانشمندان فکر همه چیز را کرده اند!
ولى قضیه به اینجا ختم نمى شود: تراشه هاى زیستى از گذشته حیوان نیز ما را آگاه مى کند.
طبق قوانین فرانسه و اروپا غذایى که به چهارپایان داده مى شود، نباید منشاء حیوانى داشته باشد.
توماس اشلوم برگر رئیس شرکت با فرانسه شکسته بسته اى مى گوید: «شما در فرانسه وقتى که
صحبت از گاو مى کنید، به دادن این عنوان به حیوان مطمئنید.» با استفاده از این تکنولوژى مى توان
از یک دانه برنج پى برد که چه نوع کود شیمیایى به آن داده اند و اینکه تحت تغییر و تبدیلات ژنتیکى
قرار گرفته یا خیر … یک کین واقعى. جنگ اطلاعات زیست شناسى آغاز شده است.
پارک منلو در حومه پالوآلتو راهروى ورودى با کپى تابلوى «مطالعه رنگ ها» اثر کاندینسکى (1913)
تزئین شده اند. پژوهشگران باذوقند، آیا به همین اندازه بااستعداد نیز هستند؟ این موسسه که در سال
1997 از سوى شیمى دان آلکس زافارونى (مجله Forbes را به یاد قهرمان فقید اسکاتلندى، جیم کلارک
بیوتکنولوژى نام نهاده) بنیانگذارى شده به کاربرد به کلى جدیدى از تراشه هاى زیستى مى پردازد:
ردیابى اشیا. اوگوست مورتى 50 ساله که اصلاً نیویورکى است و بیش از نیمى از عمرش را در بخش
زیست شناسى گذرانده اکنون به فروش تراشه هاى زیستى سنتى _ که در واقع فعالیت اصلى موسسه
را تشکیل مى دهد – مشغول است. این بار او فکر مى کند، کسب و کار خوبى خواهد داشت.
به تازگى یکى از مارک هاى بسیار شیک و گرانقیمت به وى مراجعه کرده و از نمونه هاى تقلیدى
کیف هاى چرمى اش که از چرم نژاد خاصى از گاوهاست، شاکى است باید دید کیف هاى چرمى
تقلیدى در رمز ژنتیک چه تفاوت کم وبیش اندکى با چرم اصیل دارند. مورتى تنها یک کار جزیى مى کند.
وى «اثر انگشت» چرم اخیر را بر روى یک تراشه زیستى قرار مى دهد و هر بار که کیف هاى وارداتى
سوءظن مأمور گمرک را برمى انگیزند، کافى است «اثر انگشت» آنها با آنچه که به عنوان نمونه موجود
است مقایسه شود.
تراشه های زیستی
بخش خصوصى تنها کسانى نیستند که در این میان منتفع مى شوند، بلکه دولت نیز مى تواند
از ثمرات این تکنولوژى بهره مند شود. بر روى تپه ماهورهاى پوشیده از درختان انگور در کالیفرنیا
هزاران نفر از پژوهشگران در آزمایشگاه لارنس لیومور که در سال 1952 به بزرگداشت مخترع
سیکلوترون به نام وى نامیده شد، مشغول کارند. در سالن هاى فوق سرى این آزمایشگاه _
که حتى مشاهده آنها توسط افراد خارج از آزمایشگاه مستلزم داشتن اجازه کتبى مقامات است
_ پژوهشگران بر روى روش هاى مقابله با میکروب سیاه زخم مطالعه مى کنند. این پودر که
مقامات و کنگره را در آمریکا پس از 11 سپتامبر سال 2001 اینچنین وحشت زده کرده، در واقع
چیزى جز یک آنزیم نیست. با این حال به برکت وجود و ساخت تراشه هاى زیستى مناسب
به راحتى مى توان آن را شناسایى کرد.
اما کار به اینجا ختم نمى شود. در پایان سال 2003 پنتاگون اعتبارى به مبلغ بیش از 2 میلیون دلار
را در اختیار گروهى در دانشگاه ویرجینیا قرار داد که از جمله گیرنده هاى بسیار کوچکى را بر روى
پوست سربازان داوطلب پیش از آغاز جنگ پیوند زند. این ترموستات هاى واقعى سلامتى سربازان،
علاوه بر اندازه گیرى میزان آنتى کر (ضد باکترى یا سموم) بدن آنها این امکان را نیز به وجود مى آورد
که به صورت شناسنامه هاى ژنتیکى آنها عمل کنند.
این کمک ذى قیمتى به جراحانى است که ناچارند سربازان را در همان حالت بیهوشى
و بى خبرى تحت عمل جراحى قرار دهند. کاربردهاى دیگرى که براى این وسیله ارزشمند
متصور است،
از این قرارند: سربازانى که در بیابان گم مى شوند و به واحه اى مى رسند،
مى توانند تراشه را در تماس با آب قرار دهند و دریابند که آب آلوده
(مثلاً بقایاى ناقلان ویروس سرخک) است یا خیر. علاوه بر میدان هاى
نبرد، تراشه هاى زیستى کاربردهایى نیز در فضا دارند.
ناسا که یکى از شرکاى برنامه دانشگاه ویرجینیاست، درصدد است
فضانوردان خویش را مجهز به چنین تراشه هایى سازد که بتواند از
هیوستون سطح قند خون فضانوردان در مأموریت را اندازه گیرى کند.
در کاپ کاناورال تاکید مى شود: «این برنامه را با میل و علاقه دنبال مى کنیم.
همه اینها چراغ سبزى است براى تولید انبوه تراشه هاى زیستى.»
در ورودى AFFymetrix که در 20 کیلومترى سمت کالیفرنیا قرار دارد، نوشته اى از طلا _
که یادآور دوران هجوم براى یافتن رگه هاى طلا در زمان هاى گذشته است _ ما را باخبر
مى سازد که ده سال از ساختن آن گذشته است. ولى گویى اینجا آغاز و پایان جهان است.
براى آنکه به این عمل ضدعفونى شده و عارى از میکروب پا گذارید، مدیر آنجا براد کریگر از شما
مى خواهد که وارد سالنى شوید که همزمان سى تایى هواکش بسیار کوچک شما را تحت
بمباران هواى تصفیه و فرآورى شده قرار مى دهند. تنها چیزهایى که مى توانید با خود داشته باشید،
عبارتند از یک کوله پژوهش بر دوش، یک چراغ قوه، شماره تلفن هاى اشخاصى که در موارد ضرورى
مى توانید با آنها تماس بگیرید و صحنه هاى تماشایى از اینجا آغاز مى شوند.
تراشه های زیستی
جنگ قیمت ها در پیش است
جالب ترین قسمت داستان در سالنى اتفاق مى افتد که بسیار تحت نظر است.
در اینجا یخچال هاى بزرگى قرار دارند که تورهایى از آن حفاظت مى کنند.
در داخل این گاوصندوق هاست که موسسه ردیاب هایى از جنس DNA خود
را ذخیره کرده است. رشته هاى تکى DNA وجود دارند که سطح گلوکز را تعیین
مى کنند. نوعى سفارش کارکنان سفارش هزاران DNA از مشتریان دریافت مى کنند
که آنها را به کمک روبوت ها بر روى صفحات شیشه اى رشته بسیار کوچک نگهدارى
مى نمایند.
این تراشه هاى زیستى که هرکدام یک در یک سانتیمتر ابعاد دارند، مى توانند
چندین هزار ردیاب را در خود داشته باشند.یک بازار واقعى که جاى خود را در بورس
هم باز کرده است:
افى متریکس سالانه چندین صد هزار تراشه مى فروشد. استیوم لومباردى یکى از اعضاى گروه،
در حالى که تراشه اى به ابعاد دو سانتیمتر را بین انگشتان اشاره و شست خویش نگه داشته
بر روى صندلى راحتى اش نشسته و در صورتش احساس رضایت یک کهنه کار به خوبى دیده
مى شود. وى در گذشته به صورت دستى و با پیپت تشخیص هایش را صورت مى داد.
ولى امروز کار به روشى بسیار پیشرفته صورت مى گیرد، موسسه اى که مشغول کار است
شبانه روز 24 ساعت و در هفت روز هفته فعالیت مى کند. «ما کم کم داریم به صورت اینتل
این صنعت در مى آییم: تراشه هاى ما در انبوهى از تکنولوژى در آینده دیگر به چشم نخواهند آمد.»
با این حال افى متریکس ناچار به مبارزه کردن است چرا که کالیفرنیا در این میان تنها نیست.
دیگرانى هستند که به سرعت پیش مى روند. مثلاً در فرانسه داباگ در قطب ژن اورى (اسون)
در آغاز راه است. در چین چندین صد پروژه که در ابتدا با تزریق ده ها میلیون دلار از سوى دولت
کار خود را شروع کردند، اکنون اندک اندک مستقل مى شوند. علاوه بر این ما شرکت هاى بزرگى
چون جنرال الکتریک، موتورولا، آى بى ام، ابزارهاى تگزاس، کورنینگ، هیتاچى- که در ساخت
«مرکز حیاتى» عظیم هنگ کنگ مشارکت دارد و حتى فیلیپس هم گام در این راه گذاشته اند
– همه اینها آماده وارد شدن در بازارند.
سرسخت ترین آنها Agilent نام دارد. این موسسه واقع در پالوآلتو جایگاه دوم را در این بخش
به خود اختصاص داده است. دارین سولومون معاون رئیس موسسه مى گوید: «ما سال گذشته
15درصد رشد را به ثبت رساندیم.» در واقع این موسسه متکى به هیولت پاکارد است.
(هیولت پاکارد پیش از استقلال آن را به وجود آورد) که با 142000 کارمند داراى قدرت واقعى است
Agilent که سالانه بیش از یک میلیارد دلار خرج تحقیقاتش مى کند، امروز آزمایشگاه کاملى را بر
روى یک تراشه به بازار آورده که 20 هزار ژن در آن جاى دارد. تازه واردى که میدان نبرد را- که شرط
ضرورى موفقیتش است- داوطلبانه و بدون برخوردار شدن از امتیازات پذیرش صلح ترک گوید، چیزى
نصیبش نمى شود.
تراشه ها هنوز گرانند و گاه تا چندین ده دلار قیمت دارند. افى متریکس براساس آمار و ارقام افتخار
مى کند که از سال 1996 قیمت ها را بسیار پایین آورده، در آن سال قیمت یک تراشه فراتر از 200 دلار
بوده گرچه هنوز هم براى فروش به عموم مردم قدرى گران است. براى پایین آوردن قیمت هیچ راهى
بهتر از تغییر روش تولید نیست. تولید کننده آمریکایى فیبرهاى نورى- کورینگ ماده اى از شیشه
ساخته که داراى هزاران حفره بسیار کوچک است که ردیاب هاى DNA در داخل آنها جاى مى گیرند.
به گفته شرکت مذکور، با این ماده جدید در هر دقیقه بیشتر از سابق مى توان تراشه تولید کرد
و بدین ترتیب هزینه هاى تولید را کاهش داد.
تب جمع آورى و ثبت اطلاعات
حتى در شرایط ارزانى، مشکلات دیگرى در پیش پاى تراشه هاى زیستى قرار دارند،
چه رشته هاى DNA مسائل و موضوعات بسیار جدى پیرامون اخلاقیات را به پیش مى کشند.
اولین آنها برملا کردن، مثل دستکارى اطلاعات محرمانه خصوصى است. چگونه مى توان این
بانک هاى عظیم اطلاعاتى را که هزاران اطلاعات راجع به تنوع ژنتیک را گرد آورده اند، کنترل کرد؟
در انگلستان بیوبانک این کشور نمونه هایى از DNA 500 هزار داوطلب را جمع آورى کرده است.
آیا روزى سناریوى فیلم آمریکایى «خوش آمدید به گاتاکا» که در آن اوما تورمن عاشق اتان هاوک
به وى کمک مى کند تا از چنگال یک دولت پلیسى که در آن موفقیت نه از کار یا دانش بلکه از رمز
DNA افراد حاصل مى شد بگریزد، به واقعیت نخواهد پیوست؟ این تب حتى به کانادا نیز راه یافته،
در اینجا هشت ماه است که پروژه غول آساى کارتاژن مشغول جمع آورى و ثبت اطلاعات مربوط
به بیمارى هاست، اطلاعاتى که به آسانى در اختیار بخش خصوصى قرار گیرد و اما استونى،
دو سال است که سرسختانه سیاست فناورى پیشرفته را در پیش گرفته و این اندیشه جاه طلبانه
را در سر دارد که اطلاعات ژنتیک تمام شهروندان خویش _ و نه فقط بیماران _ را جمع آورى کند.
تراشه های زیستی
ولى این همراهى، بسیار مهم _ جذاب ولى به همان اندازه نگران کننده _ انسان و الکترونیک است
که همه را نگران مى کند و به گفته گلن مک گى مسئول مسائل و موضوعات اخلاقى در دانشگاه
پنسیلوانیا: «انسان همان احساس نگرانى را دارد که در نخستین روزهاى کلون هاى ژن ها
(بازسازى و کشت ژن ها در محیط مصنوعى) داشت، احساس اینکه نمى داند بالاخره کار به
کجا ختم مى شود.» وى اخیراً کتابى تحت عنوان «آن سوى علم ژنتیک» منتشر کرده که در آن
شدیداً به وضع موجود که در آن عموم مردم از کمبود اطلاعات و آگاهى رنج مى برند خرده گرفته
است: «زمان آن فرا رسیده که پس از این همه سال تحولات بى سروصدا بالاخره در جعبه سحرآمیز را بگشائیم…»
ولى تهاجم ژن ها به دنیاى الکترونیک قصد از پاى ایستادن را ندارد. موسسه وایزمن نخستین
کامپیوتر براساس DNA را به راه انداخته است. این کامپیوتر که بسیار کوچک تر از کامپیوترهاى
معمولى است، احتمالاً پس از تولید انبوه بسیار ارزان تر خواهند بود. ولى در عین حال و به
خصوص بسیار قدرتمندتر: داده ها در این کامپیوتر بر پایه چهار فرآورى مى شوند
(الفباى ژنتیک از چهار رمز تشکیل شده است: A براى آدنین، T براى تیمین، C
براى سیتوزین و G براى گوانین) و نه برپایه دوتایى (0 و 1) همچون کامپیوترهاى
کلاسیک چهار در برابر دو: طرفداران این کامپیوترها لاف مى زنند که قدرت آنها چهار
برابر افزایش مى یابد. یک مثال؟ مایا، نخستین کامپیوتر DNA تمام بازى هاى tic-tac-toe
(بازى با شرکت دو حریف که هر یک سعى مى کند سه حرف را به صورت افقى، عمودى،
یا مورب زودتر از آن دیگرى به صورت یک ردیف قرار دهد
[در ایران بازى مشابه به نام «دوز بازى» از قدیم رایج بوده است]) را بى برو و برگرد مى برد،
در حالى که کامپیوترهاى امروزى از هر ده مورد بازى تنها شش مورد شانس برملا شدن از
حریف انسانى را دارند…
0