يمكن أن تستقطب الجراثيم مادة وراثية DNA غريبة في عملية تسمى الاستحالة. والاستحالة هي خطوة أساسية في عملية تنسيل المادة الوراثية، تحدث بعد الهضم بإنزيمات التقييد النوعية والربط، وتُنقَل البلاسميدات الجديدة إلى الجراثيم.
بعد الاستحالة، تُنتقى الجراثيم على أطباق فيها مضادات حيوية، والجراثيم المحورة بالبلاسميدات تكون مقاومة للمضادات الحيوية، وكل منها يشكل مستعمرة.
يمكن تنمية المستعمرات التي تحوي البلاسميد المطلوب للوصول إلى أعداد كبيرة من الجراثيم المتماثلة التي تستخدم لإنتاج بلاسميد أو تصنيع بروتين جديد.
تنسيل المادة الوراثية:
الاستحالة وانتقاء الجراثيم هي خطوات أساسية في عملية تنسيل المادة الوراثية، وهي عملية للحصول على نسخ متعددة من شدفة معينة من المادة الوراثية، ويُحصل على النسخ غالبًا في الجراثيم.
في تجربة تنسيل نموذجية، يُدخل الباحثون قطعةً من المادة الوراثية مثل الجين إلى قطعة حلقية من الـDNA تسمى بلاسميد. تُستخدم هذه الخطوة إنزيمات تقييد وإنزيم ربط (ليغاز) وتسمى عملية الربط.
بعد الربط، الخطوة التالية هي نقل المادة الوراثية إلى الجراثيم خلال عملية الاستحالة، ثم يمكن استخدام مضاد حيوي للانتقاء، وطرق تحليل المادة الوراثية لتحديد الجراثيم التي تحتوي البلاسميد الذي نبحث عنه.
خطوات الاستحالة والانتقاء الجرثومي:
- يتم مزج الجراثيم المحضرّة بشكل خاص مع المادة الوراثية من عملية الربط.
- تُعرّض الجراثيم لصدمة حرارية تسمح لبعض الجراثيم باستقطاب البلاسميد.
- تحتوي البلاسميدات المستخدمة في التنسيل على جين مقاومة لمضاد حيوي، لذا نضع كل الجراثيم على طبق يحوي المضاد الحيوي لانتقاء الجراثيم المحورة بالبلاسميد فقط.
- تموت الجراثيم غير المحورة بالبلاسميد، وكل جرثومة محورة بالبلاسميد تتكاثر لتعطي مجموعة من الجراثيم المتماثلة المحورة بالبلاسميد وتُكوّن مستعمرة.
- تُختبر مستعمرات متعددة لتحديد المستعمرات المحورة بالبلاسميد المطلوب، مثلًا بواسطة التفاعل التسلسلي باستخدام إنزيم بوليمراز أو الهضم بإنزيمات التقييد.
- تُنمّى المستعمرة المحورة بالبلاسميد المطلوب بكميات كبيرة وتستخدم لإنتاج بروتينات أو بلاسميدات جديدة.
لماذا يجب اختبار المستعمرات؟
يجب أن تحتوي كل الجراثيم التي تشكل المستعمرة على البلاسميد الذي يؤمن مقاومة تجاه المضاد الحيوي، لكن ليس من الضروري أن تحتوي كل المستعمرات المحورة على نفس البلاسميد.
عندما ننسل المادة الوراثية، يوجد احتمال أن تتشكل منتجات جانبية إضافةً إلى البلاسميد الذي أردنا تشكيله، فعندما نحاول إدخال جين إلى بلاسميد باستخدام إنزيم تقييد معين، في بعض الحالات يغلق البلاسميد على نفسه دون أن يستقطب الجين، وفي حالات أخرى يدخل الجين بشكل مقلوب.
لماذا نهتم إذا دخل الجين إلى البلاسميد بشكل مقلوب؟
في بعض الحالات لا نهتم، لكن إذا أردنا التعبير عن الجين في الجراثيم لإنتاج بروتين، يجب أن ندخل الجين بالاتجاه الصحيح نسبةً إلى التسلسل الذي يوجه التعبير الجيني.
إذا دخل الجين بالشكل المقلوب، يتم استنساخ النطاق الآخر من الـDNA ولا ينتج أي بروتين.
بسبب هذه الاحتمالات، من المهم جمع البلاسميدات من كل مستعمرة وفحصها لمعرفة ما إذا كانت متناسبة مع البلاسميد الذي حاولنا إنتاجه. تستخدم تقنيات الهضم بإنزيمات تقييد التفاعل التسلسلي باستخدام إنزيم بوليمراز وسلسلة المادة الوراثية استخدامًا شائعًا لتحليل البلاسميدات من المستعمرات الجرثومية.
إنتاج البروتينات في الجراثيم:
لنفترض أننا حددنا المستعمرات التي تحوي البلاسميد المطلوب، ما الخطوة التالية؟
ما الهدف من هذه الاستحالة والانتقاء والتحليل؟
الإمكانية الأولى: الجراثيم مصانع للبلاسميدات:
في بعض الحالات، تستخدم الجراثيم ببساطة كمصانع للبلاسميدات لإنتاج الكثير من المادة للوراثية للبلاسميد، وتستخدم هذه البلاسميدات في خطوات تنسيل إضافية مثلًا لتركيب بلاسميدات أكثر تعقيدًا، أو في تجارب أخرى متنوعة.
في بعض الحالات، تستخدم البلاسميدات مباشرةً لأهداف عملية، فمثلًا استخدمت لإيصال جين بشري إلى نسيج الرئة مؤخرًا في تجربة سريرية لعلاج جيني لمرضى المرض الجيني وهو التليف الكيسي.
الإمكانية الثانية: الجراثيم مصانع للبروتينات:
في حالات أخرى، تستخدم الجراثيم كمصانع للبروتينات، إذا احتوى البلاسميد التسلسل الصحيح، تحرّض الجراثيم للتعبير عن الجين الذي يحتويها عند إضافة إشارة كيميائية، يقود التعبير عن الجين لإنتاج الرنا المرسال الذي يترجم إلى بروتين، بعدها يمكن حل الجراثيم لتحرير البروتين.
باستخدام تقانة كروماتوغرافيا الإلفة، يُنقّى البروتين المطلوب من المزيج المستخلص من الجراثيم بواسطة عمود على سطحه كريات مغلفة بأضداد ترتبط بشكل نوعي بالبروتين الهدف.
الأضداد التي في العمود مصممة لترتبط مع البروتين الهدف، لذا يبقى البروتين مدمصًا على العمود، بينما تذهب بقية الجزيئات بعيدًا، وفي الخطوة الأخيرة يحرر البروتين من العمود ويجمع للاستخدام.
اقرأ أيضًا:
كيف يؤمن تطوير الجراثيم لترسانات المضادات الحيوية خططًا دوائية جديدة
استراتيجيات جديدة لمكافحة الجراثيم المقاومة للمضادات الحيوية
ترجمة: زينب منذر رزوق
تدقيق: آلاء ديب
