گفتار درمانی و توانبخشی پایگاه اطلاع رسانی گفتار توان گستر
علم ژنتیک
علم ژنتیک یکی از شاخههای علوم زیستی است. بوسیله قوانین و مفاهیم موجود در این علم میتوانیم به تشابه یا عدم تشابه دو موجود نسبت به یکدیگر پی ببریم و بدانیم که چطور و چرا چنین تشابه و یا عدم تشابه در داخل یک جامعه گیاهی و یا جامعه جانوری ، بوجود آمده است. علم ژنتیک علم انتقال اطلاعات بیولوژیکی از یک سلول به سلول دیگر ، از والد به نوزاد و بنابراین از یک نسل به نسل بعد است. ژنتیک با چگونگی این انتقالات که مبنای اختلالات و تشابهات موجود در ارگانیسمهاست، سروکار دارد. علم ژنتیک در مورد سرشت فیزیکی و شیمیایی این اطلاعات نیز صحبت میکند
علم زیست شناسی ، هرچند به صورت توصیفی از قدیمیترین
علومی بوده که بشر به آن توجه داشته است. اما از حدود یک قرن پیش این علم وارد
مرحله جدیدی شد که بعدا آن را ژنتیک نامیدهاند و این امر انقلابی در علم زیست
شناسی بوجود آورد. در قرن هجدهم ، عدهای از پژوهشگران بر آن شدند که نحوه انتقال
صفات ارثی را از نسلی به نسل دیگر بررسی کنند. ولی به دو دلیل مهم که یکی عدم
انتخاب صفات مناسب و دیگری نداشتن اطلاعات کافی در زمینه ریاضیات بود، به نتیجهای
نرسیدند
اولین کسی که توانست قوانین حاکم بر انتقال صفات ارثی را شناسایی کند، کشیشی اتریشی
به نام گریگور مندل بود که در سال 1865 این قوانین را که حاصل آزمایشاتش روی گیاه
نخود فرنگی بود، ارائه
کرد. اما متاسفانه جامعه علمی آن دوران به دیدگاهها و کشفیات او اهمیت چندانی نداد
و نتایج کارهای مندل به دست فراموشی سپرده شد. در سال 1900 میلادی کشف مجدد قوانین
ارائه شده از سوی مندل ، توسط درویس ، شرماک و کورنز باعث شد که نظریات او مورد
توجه و قبول قرار گرفته و مندل به عنوان پدر علم ژنتیک شناخته شود
در سال 1953 با کشف ساختمان جایگاه ژنها از سوی جیمز واتسون و فرانسیس کریک ،
رشتهای جدید در علم زیست شناسی بوجود آمد که زیست شناسی ملکولی نام گرفت . با حدود
گذشت یک قرن از کشفیات مندل در خلال سالهای 1971 و 1973 در رشته زیست شناسی ملکولی
و ژنتیک که اولی به بررسی ساختمان و مکانیسم عمل ژنها و دومی به بررسی بیماریهای
ژنتیک و پیدا کردن درمانی برای آنها میپرداخت ، ادغام شدند و رشتهای به نام
مهندسی ژنتیک را بوجود آوردند که طی اندک زمانی توانست رشتههای مختلفی اعم از
پزشکی ، صنعت و کشاورزی را تحتالشعاع خود قرار دهد
ژنتیک را میتوان به سه گروه تقسیم بندی کرد
ژنتیک پایه
ژنتیک پزشکی و انسانی
ژنتیک مولکولی
|
|
ژنتیک مندلی یا کروموزومی بخشی از ژنتیک امروزی است که از توارث ژنهای موجود در روی کروموزومها بحث میکند، اما برعکس در ژنتیک غیر مندلی که به ژنتیک غیر کروموزومی نیز معروف است، توارث مواد ژنتیکی موجود در کلروپلاست و میتوکندری ، مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد
نسبتهای فنوتیپی مندلی در مونوهیبریدها (3:1) ، تحت تاثیر عوامل متعددی چون غالبیت ناقص ، هم بارزی ، ژنهای کشنده ، نافذ بودن و قدرت تظاهر یک ژن و چند آللی قرار میگیرد که نسبتهای مندلی را تغییر میدهد
آشنایی با قوانین علم احتمالات ، از نظر درک چگونگی انجام پدپدههای ژنتیکی ، پیش بینی فنوتیپی ، نتایج حاصله از یک آمیزش و برآورد انطباق نسبت فنوتیپی نسل اول و دوم ، با یکی از مکانیزمهای ژنتیکی دارای اهمیت فوقالعادهای میباشد
پدیده پیوستگی ژنها (Linkage) بوسیله
سوتون ، در سال 1903 ، عنوان گردید. سوتون با
بیان اینکه
کروموزومها حامل عوامل ارثی (ژنها)
هستند، روشن نمود که تعداد ژنها به مراتب بیشتر از تعداد کروموزومها بوده و
بنابراین هر کروموزوم ، میتواند حامل ژنهای متعددی باشد
موتاسیون ژنی
را در اصل ، بدون توجه به تغییرات ماده ژنتیکی ، برای بیان تغییرات فنوتیپی در
جانوران یا گیاهان نیز بکار بردهاند و بدان مناسبت ، موجودی که فنوتیپ آن در نتیجه
موتاسیون تغییر میکند را موتان میگویند
شناخت امروزی ما در مورد مسیرهای اطلاعاتی از همگرایی
یافتههای ژنتیکی ، فیزیکی و شیمیایی در
بیوشیمی امروزی حاصل شده است. این شناخت در کشف ساختمان دو رشته مارپیچیDNA
، توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال 1953 خلاصه گردید
ژنها و کروموزومها
ژنها قطعاتی از یک کروموزوم هستند که اطلاعات مورد نیاز برای یک مولکول DNA یا یک پلی پپتید را دارند. علاوه بر ژنها ، انواع مختلفی از توالیهای مختلف تنظیمی در روی کروموزومها وجود دارد که در همانند سازی ، رونویسی و ... شرکت دارند
سلامت DNA بیشترین اهمیت را برای سلول دارد که آن را
میتوان از پیچیدگی و کثرت سیستمهای آنزیمی شرکت کننده در همانند سازی ، ترمیم و
نوترکیبی DNA دریافت.
همانند سازی DNA
با صحت بسیار بالا و در یک دوره زمانی مشخص در طی چرخه سلولی به انجام می رسد
رونویسی توسط آنزیم RNA پلیمراز وابسته به DNA کاتالیز
میشود. رونویسی در چندین فاز ، شامل اتصال RNA پلیمراز به یک جایگاه DNA به نام
پروموتور ، شروع سنتز رونویسی ، طویل سازی و خاتمه ، روی میدهد. سه نوع RNA ساخته
میشود
پروتئینها در یک کمپلکس RNA پروتئینی به نام ریبوزوم ، با
یک توالی اسید آمینههای خاص در طی ترجمه اطلاعات کد شده در RNA پیک ، سنتز
میگردند
بیان ژنها توسط فرآیندهایی
تنظیم میشود که بر روی سرعت تولید و تخریب محصولات ژنی اثر میگذارند. بیشتر این
تنظیم در سطح شروع رونویسی و بواسطه پروتئینهای تنظیمی رخ میدهد که رونویسی را از
پروموتورهای اختصاصی مهار یا تحریک میکنند
با استفاده از فناوری DNA نو ترکیبی مطالعه
ساختمان و عملکرد ژن بسیار آسان شده است. جداسازی یک ژن از یک کروموزوم
بزرگ نیاز دارد به، روشهایی برای برش و دوختن قطعات DNA ، وجود ناقلین کوچک که قادر
به تکثیر خود بوده و ژنها در داخل آنها قرار داده میشوند، روشهایی برای ارائه ناقل
حاوی DNA خارجی به سلولی که در آن بتواند تکثیر یافته و کلنیهایی را ایجاد کند و
روشهایی برای شناسایی سلولهای حاوی DNA مورد نظر. پیشرفتهای حاصل در این فناوری ،
در حال متحول نمودن بسیاری از دیدگاههای پزشکی ، کشاورزی و سایر صنایع میباشد.
مطالعه کروموزومها یا
ژنتیک سلولی
(Cytogenetics)
بررسی ساختمان و عملکرد هر ژن یا ژنتیک بیوشیمیایی و
مولکولی
مطالعه ژنوم، سازمانیابی و اعمال آن یا
ژنومیک (genomics)
بررسی تنوع ژنتیکی در جمعیتهای انسانی و عوامل تعیین
کننده فراوانی آللها یا
ژنتیک جمعیت
بررسی کنترل ژنتیکی تکامل یا
ژنتیک تکامل
استفاده از ژنتیک برای تشخیص و مراقبت از بیمار یا
ژنتیک بالینی
مشاوره ژنتیکی
که اطلاعاتی پیرامون خطر ابتلا به بیماری را ارائه میدهد و در عین حال ، حمایت
روانی و آموزشی فراهم میکند، به حرفه بهداشتی جدیدی تکامل پیدا کرده است که در
آن تمام کادر مشاغل پزشکی ، خود را وقف مراقبت از بیماران و خانوادههای آنها
میکنند
علاوه بر تماس مستقیم با بیمار ، ژنتیک پزشکی ، از طریق فراهم سازی تشخیص آزمایشگاهی ، افراد و از طریق برنامههای غربالگری (Screening) طراحی شده برای شناسایی اشخاص در معرض خطر ابتلا یا انتقال یک اختلال ژنتیکی ، جمعیت را مراقبت میکند
ژنتیک علمی است جدید و تقریبا از اوایل سالهای 1900
میلادی با ظهور علوم
سیتولوژی و
سیتوژنتیک جنبه علمیتر به خود گرفته است. علم سیتولوژی با ژنتیک قرابت
نزدیکی دارد و به کمک این علم میتوان
مورفولوژی ،
فیزیولوژی و
وظایف ضمائم مختلف یک یاخته را مورد بررسی قرار داد. سیتوژنتیک نیز بخشی از علوم
زیستی است که روی کروموزوم ، ضمائم یاخته و ارتباط آن با پدیدههای ژنتیکی بحث
میکند و در واقع علم دورگهای از سیتولوژی و ژنتیک به شمار میرود
پس از آنکه
اسیدهای نوکلئیک بوجود آمدند، احتمال میرود که پیدایش جانداران جدید با سرعت
بسیار زیادتری انجام گرفته باشد. این شتاب عظیم را ژنها ، که القاب کنونی اسیدهای
نوکلئیک هستند امکانپذیر ساختهاند. اکنون جانداران بر طبق دستورالعملهایی که
ژنهایشان فراهم میآورند، به
تولید مثل میپردازند و به سبب اینکه نسلهای متوالی جانداران ، ژنها را به ارث
میبرند. پدید آمدن یک جاندار جدید به صورت فرایندی کنترل شده و غیر تصادفی درآمده
است. آنچه جاندار به ارث میبرد تا حد زیادی بقای او را تعیین میکند، بنابراین
وراثت از نظر سازگاری جانداران حائز اهمیت است.
اما چیزی که جانداران به ارث میبرند، ماهیچه نیرومند ، برگ سبز ، خون قرمز یا
مانند آن نیست، بلکه ژنها و دیگر محتویات سلولهای زاینده است. سپس در فردی که از
این سلولها ناشی میشود، صفات قابل رویت تحت نظارت ژنهایی که به ارث برده است، پدید
میآید. محصول این گونه وراثت موجود زنده منحصر به فردی است که در بعضی از صفات کلی
خود به والدینش شباهت دارد و در بسیاری از صفات جزئی با آنها تفاوت دارد. اگر این
تفاوتها کشنده نباشند یا سبب عدم باروری نشوند، جاندار حاصل میتواند زنده بماند و
ژنهای خود را به نسلهای بعدی انتقال دهد.
«ویلیام هاروی» ، در سال 1651 ، این نظریه را بیان کرد که تمام موجودات زنده از
جمله ، انسان ، از تخم بوجود آمدهاند و
اسپرم فقط فرایند تولید مثل نقش دارد. هاروی همچنین تئوری اپیژنز را
ارئه داد که طبق این تئوری در مرحله رشد جنینی ، ارگانها و ساختمانهای جدیدی از
ماده زنده تمایز نیافته ، بوجود میآید. پژوهشهای جدید درباره وراثت بوسیله
گرگور مندل که کشیشی اتریشی بود، در نیمه دوم قرن 19 آغاز شد. وی دو
قانون مهم را کشف کرد که همه پیشرفتهای بعدی علم وراثت بر پایه آنها بنا نهاده شده
است.
تمام نوکلئوتیدها در
DNA ، گهگاه دستخوش دگرگونیهایی میشوند که
جهش (Mutation) نام دارد. پس از هر جهش ، ژن جهش یافته (Mutant) به جای
ژن اولیه به سلولهای فرزند انتقال مییابد و به ارث برده میشود. DNA جهش یافته ،
آنگاه صفات تازهای بوجود میآورد که ارثی هستند. ژنهایی که جز ژنهای ساختمانی
هستند، مسئول ساختن زنجیرههای پلی پپتیدی هستند.
اگر جهشی در یکی از این ژنها ، روی دهد، مجموعه صفات و ویژگیهایی که ژن جهش یافته
مسئول بخش کوچکی از آن میباشد، بطور مستقیم یا غیر مستقیم ، تحت تاثیر قرار خواهند
گرفت و از آنجایی که بیشتر
پروتئینها نقش آنزیمی بر عهده دارند، این جهش بر واکنشهایی که
آنزیم مربوطه در آن دخالت دارد، اثر میگذارد. ژنهای دیگر که نقش تنظیم کننده
دارند، فعالیت ژنهای دیگری را کنترل میکنند و جهش در این ژنها بر کنترل ژنهای
ساختمانی اثر میگذارد. DNA هر موجود از تعدادی ژنهای مختلف تشکیل شده است.
در هنگام رشد ، هر ژن دقیقا ژن همانند خود را پدید میآورد. هنگامی که یک ژن جهش
مییابد، ژن جهش یافته در تقسیمات بعدی سلول ، ژنهای جهش یافته همانند خود را بوجود
میآورد و اگر این ژن یک ژن ساختمانی باشد، جهش منجر به تولید پروتئین جهش یافته
میگردد. ژن جهش یافته و ژن اولیه نسبت بهم آللومورف (Allelomorph) نامیده میشوند.
یاختههای یک گیاه یا یک جانور دارای تعداد معینی
کروموزوم است که ویژه آن گونه گیاهی یا جانوری میباشد و تعداد این کروموزومها
در همه یاختههای آن فرد پایدار و یکسان است. بنابراین همه یاختههای یک فرد دارای
مجموعههای ژنی یکسانی میباشند، مثلا در مگس سرکه در حدود 10 هزار ژن شناخته شده
است. افراد مختلف یک گونه دارای
آللهای متفاوت یک ژن در سلولهای خود میباشند. در هر کروموزوم ، ژنها بطور خطی
قرار گرفتهاند و نظام آنها پایدار و ثابت است. جایگاه ثابت هر ژن در کروموزوم که
ویژه آن ژن است، لوکوس (Locus) نامیده میشود.
دو ژن آلل نمیتوانند بطور همزمان در یک جایگاه وجود داشته باشند و در یک زمان هر
جایگاه میتواند پذیرایی تنها یکی از ژنهای آلل باشد. برخی از ژنها به ویژه ژنهایی
که در ساختن RNA دخالت دارند، چندین بار در یک مجموعه کروموزومی تکرار میشوند. در
پدیده
میتوز ، پیش از تقسیم هسته ، ژنها و در نتیجه کرومزومها، دو برابر شدهاند و
هر یک از دو یاخته حاصل از تقسیم ، یکی از مجموعههای کروموزومی را دریافت میکند و
از اینرو مجموعههای کروموزومی دو سلول دقیقا یکسان خواهد بود.
در یاختههای بدنی گیاهان و جانوران کروموزومها به صورت جفت وجود دارند و از
نظر ظاهری یکسان میباشند (به جز کروموزومهای جنسی). در هر لنگه از یک جفت
کروموزوم ، نظام جایگاههای ژنی ، همانند نظام جایگاههای لنگه دیگر میباشد و ژنهایی
که در جایگاههایی همانند قرار دارند، ممکن است یکسان بوده و یا آلل یکدیگر باشند.
در حالت نخست فرد از نظر دو ژن
هموزیگوت و در حالت دوم
هتروزیگوت میباشد. شماره کروموزومها در یاختههای حاصل از
تقسیم میوز یا
گامتها ، 2/1 تعداد کروموزومها در سلولهای پیکری است و در هر یک از
گامتها ، تنها یک لنگه از یک جفت کروموزوم همانند ، در برخی از جایگاهها باهم
متفاوت هستند.
در نتیجه گامتها نیز با هم متفاوت خواهند بود و چون توزیع کروموزومها در هر گامت از
قانون احتمالات پیروی میکند، در نتیجه احتمال تولید گامتهای مختلف در صورتی که
تعداد کروموزومها را در نظر بگیریم، خواهد بود. این حالت ،
تفکیک مستقل نامیده میشود. تقاطع کروموزومی (Crossing-Over) نیز به
ایجاد تفاوتهای بیشتر بین گامتها ، کمک میکند.
در سادهترین حالت ، یک ژن را میتوان به صورت قطعهای از یک مولکول DNA و حاوی
رمز برای توالی
اسید آمینهای یک رشته پلی پپتیدی و توالیهای تنظیم کننده لازم برای بروز آن
در نظر گرفت. به هر حال این توصیف برای ژنهای موجود در
ژنوم انسان ، ناکافی است، زیرا تعداد ناچیزی ژن به صورت توالیهای
رمزدار پیوسته وجود دارد. بلکه در عوض در بین اکثریت ژنها ، یک یا بیش از یک ناحیه
فاقد رمز موجود است. این توالیهای حد فاصل که اینترون (intron) نامیده میشوند،
ابتدا در هسته به RNA رونویسی میشوند، اما در RNA پیامبر بالغ در سیتوپلاسم وجود
ندارند.
لذا اطلاعات توالیهای اینترونی ، بطور طبیعی در فرآورده پروتئینی نهائی نمایانده
نمیشود. اینترونها یک در میان با توالیهای رمزدار یا اگزون (exon) که نهایتا
توالی اسید آمینهای پروتئین را رمز گردانی میکنند، قرار دارند. اگرچه تعداد کمی
از ژنها در ژنوم انسان فاقد اینترون میباشند، اکثر ژنها حداقل یک و معمولا چندین
اینترون دارند. ژن دیستروفین وابسته به جنس که حاوی 2 میلیون جفت باز است، کمتر از
یک درصد آن حاوی اگزونهای رمزدار است. اینترونها در ساختار ژنها ، نقش حفاظت از
اگزونها را در برابر جهشها بر عهده دارند.
ژن نه تنها توالیهای رمزدار واقعی است، بلکه دارای توالیهای نوکلئوتیدی مجاور
لازم برای بروز مناسب ژن ، یعنی برای تولید یک
مولکول RNA پیامبر طبیعی ، به مقدار صحیح ، در محل درست و در زمان صحیح حین
تکامل و یا در طی چرخه سلولی نیز میباشد. توالیهای نوکلئوتیدی مجاور ، پیامهای
مولکولی شروع و پایان را برای ساخت
RNA پیامبر رونویسی شده از ژن فراهم میکنند. ژن دارای دو انتهای
به است. در انتهای ژن ، یک ناحیه پیشبر وجود دارد که شامل توالیهای
مسئول شروع مناسب رونویسی است.
پیشبرها و نیز عناصر تنظیم کننده میتوانند محلهایی برای جهش در
بیماریهای ژنتیکی که قادرند مانع بروز طبیعی ژن شوند، باشند. این عناصر
تنظیم کننده شامل تقویت کنندهها ، خاموش کنندهها و نواحی کنترل کننده جایگاه ژنی
هستند. در انتهای ژن ، یک ناحیه ترجمه نشده مهم یافت میشود که حاوی پیامی
برای اضافه شدن یک توالی از واحدهای آدنوزین به اصطلاح دم پلی A به انتهای RNA
پیامبر بالغ است.
جریان اطلاعات از ژن به
پلی پپتید ، شامل چندین مرحله است.
رونویسی یک ژن در محل شروع رونویسی روی RNA کروموزومی ، بلافاصله از
توالیهای رمزدار آغاز میشود و در طول کروموزوم ادامه یافته، از چند صد جفت
باز تا بیش از یک میلیون جفت باز و در هر دو گروه اینترونها و اگزونها و ناحیه
بعد از پایان توالیهای رمزدار را رونویسی میکند.
پس از تغییر یافتن در هر دو انتهای و رونوشت اولیه RNA ،
بخشهای مربوط به اینترونها برداشته میشوند و قطعات مربوط به اگزونها به یکدیگر
چسبانده میشوند.
پس از برش و چسباندن RNA ، RNA پیامبر حاصل که اینک فقط حاوی بخشهای رمزدار ژن است، از هسته به سیتوپلاسم سلول برده میشود و در آنجا نهایتا به توالی اسید آمینهای پلی پپتید رمزگردانی شده ، ترجمه میگردد. هر یک از این مراحل ، در معرض بروز خطا هستند و جهشهایی که در هر یک از این مراحل مداخله میکنند، در ایجاد تعدادی از اختلالات ژنتیکی دخیل دانسته شدهاند.
یک تعریف میگوید: حیات عبارت است از یکسری فرایندهای پیچیده حاصل از
دستورالعملهای خاصی که بوسیله
اسید نوکلئیک سلولهای زنده همواره در فعالیت میباشد. چون ویروسها در خارج از
بدن میزبان به حالت خنثی بسر میبرند به این مفهوم نمیتوان آنها را موجود زنده در
نظر گرفت. معهذا هنگامی که ویروسها وارد سلول میزبان میشوند اسیدهای نوکلئیک آنها
فعال گشته و منجر به
تکثیر ویروس میگردد. از نظر بالینی ویروسها را میتوان موجودات زنده در
نظر گرفت زیرا آنها مانند
باکتریها ،
قارچهای بیماریزا
آلودگی و بیماری ایجاد میکنند. به ویروس کامل ویریون گفته میشود
یک ذره ویروسی دارای یک هسته مرکزی اسید نوکلئیکی DNA یا RNA به عنوان
ماده ژنتیکی میباشد. نسبت اسید نوکلئیک به پروتئین غلاف ویروس از یک
درصد در ویروس
آنفلوانزا تا 50 درصد در برخی از
باکتریوفاژها متغیر است. برخلاف سلولهای پروکاریوتیک و یوکاریوتیک که همواره
دارای DNA به عنوان ماده ژنتیکی اصلی خود هستند ویروسها دارای یکی از دو نوع اسید
نوکلئیک بوده و هرگز هر دو را باهم ندارد. اسید نوکلئیک در بعضی ویروسها به شکل
خطی و در بعضی به شکل
حلقوی میباشد
اسید نوکلئیک ویروس بوسیله غلاف پروتئینی به نام کپسید احاطه شده است. کپسید ویروس که معماری آن بوسیله اسید نوکلئیک ویروسی تعیین میشود بخش عمده ویروس را بویژه در ویروسهای کوچک شامل میشود. هر کپسید از واحدهای کوچک پروتئینی به نام کپسومر ساخته شده است. نظم و ترتیب قرار گرفتن کپسومرها ، شکل کلی و پیکر