✍ کاربرد تکنولوژی DNA نوترکیب در بیوتکنولوژی(فارمینگ و نگرانی های ناشی از آن)

استفاده از کرم ابریشم برای تولید پروتئین نوترکیب مثالی از فرایندی است که اغلب فارمینگ نامیده می شود، محلی که موجودات زنده ترانس ژن به عنوان میزبان تولید مطرح هستند. فارمینگ نبوغی جدید و انقلابی در بیوتکنولوژی و کلون کردن ژن ها می باشد.

فارمینگ در جانوران

یک جانور ترانس ژن جانوری است که در تمام سلول هایش یک ژن کلون شده را دارد. موش ناک اوت مثالی از جانور ترانس ژن است از این موش ها برای مطالعه عملکرد ژن های انسانی و دیگر پستانداران استفاده می شود. این موش ها از طریق میکرو تزریق ژن مورد نظر به درون سلول تخم لقاح یافته تولید می شوند. اگرچه این روش در مورد موش صادق است اما در مورد بسیاری از پستانداران ناکارا و غیر ممکن است و بنابراین تولید جانداران ترانس ژن برای تولید پروتئین ترکیب شامل یک روش منطقی تر به نام انتقال هسته است. این روش عبارت از میکرو تزریق ژن پروتئین نوترکیب به درون سلول های سوماتیک است زیرا کارایی بیشتری نسبت به تزریق به تخم لقاح یافته دارد. از آنجا که سلول سوماتیک به جانور کامل تبدیل نمی شود بنابراین هسته آن را پس از تزریق به درون سلول تخمک بدون هسته وارد می کنند.. سپس سلول حاصل در دستگاه تولید مثل مادری قرار می گیرد، سلولی مهندسی شده توانایی سلول تخم برای تقسیم و تمایز به جانور کامل را دارد و جانور حاصل در همه سلول هایش ژن کلون شده را دارد. این عملیات یک فرایند طولانی است. بنابراین ایجاد جانور ترانس ژن بسیار پر هزینه است، اما از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، زیرا جانور ترانس ژن می تواند زاد و ولد کند و ژن کلون شده را طبق قانون مندل به فرزندانش منتقل کند.
با وجود اینکه پروتئین ها در خون حیوانات ترانس ژن یا در تخم مرغ های ترانس ژن تولید می شوند، اما موفق ترین نمونه های فارمینگ حیوانات ترانس ژن مثل گوسفند یا خوک هستند که در آن ها ژن کلون شده تحت پروموتر ژن بتالاکتامین است. این پروموتر در بافت پستان فعال است و بنابراین امکان ترشح پروتئین نوترکیب به درون شیر وجود دارد. تولید شیر در طول زندگی حیوان ادامه دارد بنابراین امکان ایجاد بازده بالایی از پروتئین نوترکیب ایجاد می شود. برای مثال یک گاو ترانس ژن در طول سال حدود ۸۰۰۰ هزار لیتر شیر تولید می کند که محتوی ۴۰ تا ۸۰ کیلوگرم پروتئین است. به دلیل اینکه پروتئین ترشح شده به راحتی خالص می شود و مهم تر اینکه گوسفند و خوک پستاندار هستند و می توانند پروتئین های انسانی را به درستی پردازش کنند، بنابراین تولید پروتئین های دارویی در حیوانات فارمینگ روش مناسبی برای تولید پروتئین های انسانی در پزشکی است.

پروتئین نوترکیب در گیاهان

آخرین راه ممکن برای تولید پروتئین نوترکیب، گیاهان هستند. گیاهان و جانوران فرایند های پردازش مشابهی دارند، هر چند تفاوت اندکی در مسیر گلیکوزیلاسیون وجود دارد. کشت سلول های گیاهی تکنولوژی تثبیت شده ای است که قبلا برای تولید تجاری محصولات طبیعی گیاهی استفاده می شده است. گیاه کامل می تواند در تراکم بالا رشد کند. دستیابی به پروتئین نوترکیب در محصولات گیاهانی مثل ذرت، تنباکو، برنج و نیشکر امکان پذیر است. یک راهکار، قرار دادن ژن مورد نظر بعد از پروموتر یک ژن مخصوص دانه مثل بتا-فاسئولین است که پروتئین اصلی دانه را در لوبیای Phaseolus vulgaris کد می کند. بنابراین پروتئین نوترکیب در دانه تولید می شود و با توجه به شکل تجمعی آن، جمع آوری و پردازش پروتئین حاصل به سهولت انجام می شود. پروتئین نوترکیب در برگ تنباکو، یونجه و غده سیب زمینی هم تولید شده اند. در تمام این موارد پروتئین را از مخلوط پیچیده ای از مواد بیوشیمیایی که در زمان خرد کردن دانه، برگ یا دکمه ها ایجاد می شود، خالص می کنند یک راه حل برای جلوگیری از چنین مشکلی بیان پروتئین نوترکیب به صورت ترکیب با یک پپتید هدایتگر است که ترشح پروتئین را از طریق ریشه ها هدایت می کند. البته چنین گیاهانی به جای اینکه در مزرعه رشد کنند نیاز به این دارند که در سیستم Hydroponic رشد کنند. این سیستم با آنکه بازده را کم می کند اما هزینه خالص سازی را کاهش می دهد.
به هر حال گیاهان وسیله ارزان و با تکنولوژی پایین برای تولید انبوه پروتئین نوترکیب محسوب می شوند. پروتئین های دارویی مهم مثل اینترلوکین ها و آنتی بادی ها به صورت آزمایشی در گیاهان تولید شده اند. در حال حاضر گیاهان ترانس ژن زمینه تحقیقاتی قوی می باشند، به طوری که تعدادی از شرکت های بیوتکنولوژی گیاهی سیستم هایی برای تولید تجاری فراورده های نوترکیب در گیاهان توسعه دادند. یک احتمال ممکن، دستیابی به گیاهانی است که بتواند واکسن تولید کنند، در نتیجه یک برنامه ی واکسیناسیون ارزان و کارا را فراهم می کنند.

موارد اخلاقی در مورد فارمینگ

در بحث فارمینگ وارد زمینه ای از مبحث کلونینگ خواهیم شد که نگرانی هایی را در بین عموم ایجاد کرده است. هیچ دانشجوی مهندسی ژنتیک نباید از بحث و جدال های حاصل از دستکاری ژنتیکی جانوران و گیاهان غافل شود.
یکی از ترس هایی که در مورد استفاده از جانوران ترانس ژن وجود دارد احتمال بیمار شدن حیوانات است. این موضوع فقط متمرکز بر پروتئین های نوترکیب نیست بلکه دستکاری هایی که منجر به تولید جانوران ترانس ژن را نیز شامل می شود. حیواناتی که از طریق انتقال هسته تولید می شوند در حین تولد از نقص های متعددی رنج می برند و آن هایی که زنده می مانند پروتئین مورد نیاز به اندازه کافی سنتز نمی کنند به این معنی که فارمینگ با تلفات زیادی همراه است. حتی حیوانات سالم دستکاری شده هم از پیری زودرس رنج می برند مثل گوسفند دالی که مورد شناخته شده ای است، هرچند حیوان ترانس ژنی نبود اما اولین حیوانی بود که با انتقال هسته به وجود آمد. اغلب گوسفندهای طبیعی تا ۱۲ سال عمر می کنند اما دالی در سال ۵ زندگی مبتلا به التهاب گسترده مفاصل شد. یک سال بعد به دلیل ابتلا به بیماری انتهایی ریوی کشته شد که تنها در گسفندان پیر دیده می شود. این پیری زودرس مرتبط با سن سلول سوماتیکی است که گوسفند دالی هسته خود را از آن گرفته بود. این گوسفند ۶ سال داشت و بنابراین دالی در هنگام تولد ۶ ساله بود. اگرچه تکنولوژی از زمان تولید گوسفند دالی در ۱۹۹۷ رو به پیشرفت بوده است اما مشکلات جانوران ترانس ژن هنوز حل نشده است و نگرانی وسیع وعمومی نسبت به موضوع انتقال هسته برای ایجاد حیوانات شبیه سازی شده به جای انتقال ژن همچنان باقی مانده است.
فارمینگ در گیاهان نگرانی های اخلاقی کاملا متفاوتی را دارد که به اثر محصولات دستکاری شده بر روی محیط زیست مربوط می شود. البته این مطلب درباره تمام محصولات GM صادق است.

تکنیک تولید پروتئین از ژن های‌ ‌کلون شده – بخش اول

تکنیک تولید پروتئین از ژن های کلون شده – بخش دوم

تکنیک تولید پروتئین از ژن های کلون شده – بخش سوم