همه چيز در مورد علم ژنتیک

[Borna66]

تاريخچه علم ژنتيک



به عنوان مقدمه
دانش زیست شناسی یکی از قدیمی ترین علومی بوده که بشر به آن توجه داشته است. شواهد بسیار زیادی که طی کاوشهای باستان شناسی بدست آمده حکایت از آن دارد که انسانهای پیشین به دانش زیست شناسی توجه داشته اند و در این میان اصلاح نژاد دامها و پرورش گیاهان با باردهی بیشتر از دانش گذشتگان در مورد علم ژنتیک خبر می دهد. اما از حدود یک قرن پیش دانش زیست شناسی وارد مرحله جدیدی شد که بعدا آن را ژنتیک نامیده اند و این امر انقلابی در علم زیست شناسی به وجود آورد. در قرن هجدهم ، عده ای از پژوهشگران بر آن شدند که نحوه انتقال صفات ارثی را از نسلی به نسل دیگر بررسی کنند؛ این بررسی ها به نتیجه قابل ملاحضه ای ختم نشد. دو دلیل مهم آن عبارت بودند از آگاهی نداشتن به ریاضیات و دلیل دوم انتخاب صفاتی بود که برای پژوهش های اولیه ژنتیک مناسب نبودند.

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. این در حالی بودکه جامعه علمی آن دوران به دیدگاه ها و کشفیات او اهمیت چندانی نداد و نتایج کارهای مندل به دست فراموشی سپرده شد. و به نظر می رسید ، پرونده این دانش رو به بسته شدن است. 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 (dna) از سوی جیمز واتسن و فرانسیس کریک ، رشته ای جدید در علم زیست شناسی به وجود 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 بیماری های ژنتیک و پیدا کردن درمانی برای آنها می پرداخت ، ادغام شدند و رشته ای به نام مهندسی ژنتیک را به وجود آوردند که طی اندک زمانی توانست رشته های مختلفی اعم از پزشکی ، صنعت و کشاورزی را تحت الشعاع خود قرار دهد و دیدگاه های مختلف عصر حاضر را به خود اختصاص دهد.

اساس مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی انتقال یک یا تعدادی از ژنهای یک ارگانیسم به درون خزانه ژنتیکی یک ارگانیسم دیگر است. به این ترتیب ارگانیسم جدید واجد ژنهایی خواهد شد که در گذشته فاقد آن بوده و اینک وادار می شود که در شرایط محیطی مناسب اقدام به بیان آن ژن نماید که محصول آن می تواند منجر به بروز صفت خاص و یا تولید فراورده ای شود.

مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در چند سال اخیر توانسته منشأ خدمات ارزنده ای برای نوع بشر باشد. از مهمترین دستاوردهای این دانش می توان تأثیر آن را حیطه های مختلف از جمله صلاح نژادی حیوانات و گیاهان با هدف تولید فراورده های بیشتر، تهیه داروها و هورمون ها با درجه خلوص بالا و صرف هزینه های پایین ، درمان بیماری های ژنتیکی با ایجاد تغییرات در سلول تخم و موار متعدد دیگر اشاره کرد. تشخیص قبل از بارداری بیماری های ژنتیکی ، تشخیص صحت رابطه فرزند با پدر و مادر و همچنین تکنیک شناسایی مجرمان از روی بقایای باقی مانده از بدن ، مو و یا خون آنها از جمله توانایی های دیگر ژنتیک مولکولی است.

در نگاهی دیگر دورنمای دانش ژنتیک و بیوتکنولوژی بسیار زیبا جلوه می کند. تولید اعضای بدن از قلب گرفته تا چشم و دست و پا به صورت مجزا از طریق مهندسی ژنتیک و ارایه آنها به بانکهای اعضای بدن با هدف کمک به نیازمندان پیوند عضو ، یکی از این موارد است. به این ترتیب مشکل دفع پیوند حل خواهد شد و مخصوصاً در صورتی که عضو پیوندی از دارای خزانه ژنتیک همان فرد باشد هیچ آنتی ژن بیگانه ای نمیتواند عامل دفع عضو باشد. درمان بسیاری از بیماری های ژنتیکی مخصوصاً در دوره جنینی قابل درمان خواهد بود. هویت افراد از روی کارتهای شناسایی که بر پایه وراثت و ژنتیک آنها عمل می کند ممکن خواهد شد و مجرمان با گذاشتن کوچکترین اثر بیولوژیکی از خود مثل یک تار مو بسرعت شناسایی خواهند شد.

دنیای آینده در تسخیر دانش ژنتیک خواهد بود و برای این علم نمیتوان پایانی قائل شد. اگر چه به نظر می رسد مثل هر دانش دیگری، این علم هم می تواند ابزاری برای ارضاء حس قدرت طلبی بسیاری از سیاستمداران باشد و تا کنون شاهد جنجالهای بسیاری زیادی هم در این مورد بوده ایم. یکی از مهمترین موارد آن تولید گیاهان تراریخت و کلونینگ و همسانه سازی انسان بوده است.

گریگور مندل

گريگوري مندل كه او را پدر ژنتيك مي دانند در روستاي برنو كه اكنون جزوي از كشور چك است در خانواده اي تنگ دست و آلماني زبان متولد شد. پدر مندل، يك کشاورز بود كه حداقل سه روز در هفته براي مالك زمين در شرايطي بسيار سخت و طاقت فرسا كار مي كرد تا بالاخره روزي مالك یک زمين زراعي شد. مندل هم به پرورش درختان ميوه علاقه زيادي داشت و باغ ميوه كوچك خود را با پيوندهايي بهبود مي بخشيد كه كشيش شهر، پدر «شريبر»، در اختيارش مي گذاشت. يوهان جوان كه پس از راهب شدن گرگور مندل نام گرفت، در اين كار به پدرش كمك مي كرد. و به تدریج با باغباني و پرورش گل آشنا شد.

پدر شريبر در مدرسه دهكده تدريس مي كرد. كودكان در آن مدرسه نه تنها خواندن و نوشتن مي آموختند، بلكه با تاريخ طبيعي و علوم نيز آشنا مي شدند. مندل هم که شاگرد ممتازي بود ، درس را در همان مدرسه شرع کرد.
پدر مندل که مرد فقیری بود ، با وجود امكانات بسيار اندك، هر آنچه در توان داشت، به كار گرفت تا پسرش آينده بهتري داشته باشد. یوهان، تحصيلات ابتدايي را با موفقيت پشت سر گذاشت و براي رفتن به دبيرستان آماده شد. هر چند که رفتن به دبرستان برای خانواده یوهان بسیار سخت بود و والدين او نمي توانستند از نظر مالي كمك زيادي به او بكنند. به همین دلیل هم ، يوهان مجبور بود براي تأمين نيازهاي مالي خود كار كند. با وجود اين، او با موفقيت به تحصيل ادامه داد تا اين كه در شانزده سالگي پدر مندل در يك تصادف به شدت صدمه ديد و مجبور شد كار در مزرعه را رها كند. به اين ترتيب، يوهان بايد كليه مخارج تحصيل خود را به تنهايي فراهم مي كرد. او به خاطر كار زياد و سوء تغذيه، مريض شد. با وجود اين، دبيرستان را با موفقيت به پايان رساند و خود را براي رفتن به دانشگاه آماده كرد. از آن جا كه يوهان سرگرم تحصيل بود و نمي توانست در كار مزرعه به پدر كمك كند، آنتوان مندل ، پدر یوهان تصميم گرفت سرپرستي مزرعه را به دامادش واگذار كند. داماد نيز متعهد شد كه هنگام ورود يوهان به صومعه، مبلغی را به او بپردازد. تقريباً بلافاصله پس از اين كه قرارداد امضا شد، خواهر مندل سهم جهيزيه اش را به برادرش داد تا تحصيلات خود را تكميل كند. و در انتهاي آن سال، تمام بودجه خانواده به اتمام رسيد. در چنان شرايطي، تنها اميد خانواده، كشيش شدن يوهان بود! مندل اميدوار بود به عنوان كشيش، شغلي همچون معلمي در مدرسه پيدا كند و در اوقات فراغت به مطالعات علمي بپردازد. مندل در صومعه اي مشغول فعاليت شد كه داراي يك زيست شناس، يك ستاره شناس، يك فيلسوف و يك آهنگساز بود. طبق يك حكم سلطنتي، آنان مسئوليت تدريس مسائل ديني، فلسفي و رياضيات را بر عهده داشتند. در واقع صومعه بک دانشگاه کوچک بود.

این دانشگاه کوچک براي تكميل گروه كوچك استادانش به شاگرد جواني نياز داشت كه مايل به پيوستن به صومعه باشد. ازاين رو، مندل به توصيه استاد فيزيكش كه مندل را در رشته فيزيك بهترين مي دانست، به صومعه پيوست. چند سال بعد، مندل در يكي از يادداشتهايش چنين نوشت: «اين قدم، تغييري اساسي در زندگي ام به وجود آورد. احساس مي كنم به نقطه اي از زندگي رسيده ام كه ديگر به مبارزه تلخ براي زنده ماندن نيازي ندارم.» او ديگر نگران به دست آوردن لقمه ناني نبود و سرانجام مي توانست از نظر مالي به خانواده اش كمك كند و بخشش سخاوتمندانه خواهرش را با تأمين مخارج تحصيل پسرانش جبران نمايد.

مندل به عنوان كشيش ناحيه و كشيش بيمارستان به كار مشغول شد. اما كار در بيمارستان براي مندل مناسب نبود و مجاورت با انواع بيماريها او را بيمار كرد. به همين جهت، او براي تدريس به يكي از دبيرستان هاي ناحيه اعزام شد. اين شغل براي مندل بسيار مناسب بود. او رياضيات و ادبيات روم و يونان باستان تدريس مي كرد و بين دانش آموزان و اعضاي دبيرستان، شهرت و محبوبيت زيادي داشت.

مندل با كمك هاي صومعه توانست در دانشگاه وين تحصيل كند. او در كلاس هاي فيزيك تجربي آموخت كه چگونه مي توان به كمك مشاهده و تجربه، فرضيه ها را آزمايش كرد و به قوانين عمومي دست يافت. او به مطالعه آمار و احتمالات پرداخت و با نظريه اتمي در شيمي آشنا شد. همچنين در كلاس هاي زيست شناسي و فيزيولوژي گياهي شركت كرد تا دانش خود را در اين زمينه تكميل كند.

در زمان مندل نظريه توارث آميخته نظريه ای ببود افراد آن را پذبرفه بودند بر این اساس ، صفات فرزندان هميشه حد واسطي از صفات والدين است و طبق نظر لامارك محيط بر وراثت تاثير مي گذارد و ممكن است باعث تغيير صفات منتقل شده از والدين به فرزندان شود. مندل هم که مطالعاتی در این مورد انجام داده بود بر روی اصول وراثت کار کرد و در نهایت نظریه لامارک را را رد كرد. مندل در سال ۱۸۵۶، مطالعات معروفش را روي گياه نخود فرنگي آغاز كرد و پس از هفت سال موفق به كشف اصول اوليه وراثت شد. تمام فضايي كه او براي انجام آزمايشاتش در اختيار داشت، قطعه كوچكي از باغ صومعه بود كه ۳۵ متر طول و هفت متر عرض داشت. او با اين كه به طور تمام وقت تدريس مي كرد، هر گاه فرصتي مي يافت، به كار و آزمايش در باغچه اش مي پرداخت. نتايج آزمايش هاي او در سال ۱۸۶۵ منتشر شد.

مندل گیاه نخود را انتخاب کرد و از طریق دگر لقاحی در نخود سعی کرد که نخود هایی با صفات متقابل را با یکدگر آمیزش دهد و گیاهانی با صفات جدید را به وجود آورد. هر چند که هیچ گاه گیاهی با صفات جدید به وجود نیامد ، اما آزمایشات او به شناسایی اصول مهمی از وراثت ختم شد. آزمايشگاه مندل همان باغچه کلیسا بود و او آزمایشات خود را از سال 1856 تا 1863 بر روي گياه نخود انجام داد و با کمک دانش ریاضی احتمالات موفق شد نسبت های بیان صفات که به دو دسته غالب و مغلوب تقسیم بندی کرده بود را کشف کند که بعدها به قوانين وراثت مندل معروف شد. از آنجا که در آن زمان بسیاری از افراد با نفوذ همچنان نظریات داروین و لامارک را صحیح می پنداشتند حاضر به پذیرش نظریات او نشدند. و مندل در حالی که هنوز نتایج آزمایشات او در محفل علمی معتبری مطرح نشده بود درگذشت و این در حالی بود که حتی گروهی از فلاسفه علم اعتقاد داشتند که مندل به صورت غیر آگاهانه به نتایجی دست پیدا کرده و حتی میخواستند لقبی را که بعداً به عنوان پدر علم ژنتیک برای او انتخواب کردند را منکر شوند. مندل تا سال 1900 همچنان ناشناخته ماند تا این که در این سالها سه دانشجو به صورت جداگانه کارهای مندل را دنبال کردند و قوانین او را به تأیید رساندند. مندل قوانين حقيقي وراثت را كشف كرد، اما محيط فرهنگي اش مانع از آن شد كه ارزش كارهايش شناخته شود. كشف مجدد قوانين مندل تنها هنگامي ممكن شد كه سلسله اي از تهاجم هاي غيرمستقيم علمي تصورات قديمي را از اعتبار ساقط كرد. پژوهش های مندل بر روی حدود 28000 بوته نخود و در مدت 7 سال دنبال شد.

[Borna66]

تقسیم بندی علم ژنتیک

ژنتیک را می‌توان به سه گروه تقسیم بندی کرد.

• ژنتیک پایه
• ژنتیک پزشکی و انسانی
• ژنتیک مولکولی

موضوعات مورد بحث در ژنتیک پایه


ژنتیک مندلی

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 و میتوکندری ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

تغییرات نسبتهای مندلی

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.

احتمالات

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.

پیوستگی ژنها

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.

جهش ژنی

موتاسیون ژنیرا در اصل ، بدن 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.

موضوعات مورد بحث در ژنتیک مولکولی

کشف ساختمان DNA

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 مارپیچی DNA ، 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.

متابولیزم DNA

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.

متابولیزم RNA

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.

متابولیزم پروتئین

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.

تنظیم بیان ژن
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.

فناوری DNA نوترکیبی

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.



موضوعات مورد بحث در ژنتیک پزشکی و انسانی

• 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 یاژنتیک 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.

ارتباط ژنتیک با سایر علوم

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.

[Borna66]

رشد تسلسلی مفاهیم ژنتیکی

رشد و گسترش مفاهیم موجود در هر علم ، مبتنی بر واقعیتهایی است که به مرور زمان شناسایی و روی هم انباشته می‌شوند و به این ترتیب رشد تسلسلی آن را بوجود می‌آورند. موارد فهرست‌وار زیر بخشی از مراحل مختلف رشد این علم جوان را تشکیل می‌دهد:

• توارث از صفات ویژه تمام موجودات زنده است، یعنی اینکه هر موجود زنده همانند خود را در یکی از مراحل زندگی خود تولید می‌کند.
  
  
• در تولید مثل ، عامل یا عواملی از والدین به نتایج منتقل می‌شود. فقط در قرن اخیر بود که دانشمندان به واقعیت این امر پی بردند. پیشرفتهای حاصله در اصلاح تکنیکهای میکروسکوپی در قرن 19 روشن نمود که ماده‌ای از والدین به فرزند انتقال می‌یابد و از این تاریخ به بعد اعتقادات پیشینیان مبنی بر اینکه ، تولید مثل از پدیده‌های خارق‌العاده منشا می‌گیرد، مردود شناخته شد.
  
  
• در داخل یک گونه تغییرات توارثی وجود دارد. با پیدایش مفاهیم و پدیده‌های تکاملی که توسط لامارک و داروین عنوان گردیدند، امکان وجود تغییرات توارثی بین گونه‌ها توجیه شد و تائید گردید که بدون تغییرات ژنتیکی ، تکامل گونه‌ها به این سادگی امکان‌پذیر نبوده است.
  
  
• تغییرات ژنتیکی را می‌توان از تغییرات محیطی جدا نمود. صفات موجودات زنده که کلا فنوتیپ آن را تشکیل می‌دهند، تابعی از ترکیب ژنتیکی آنها (ژنوتیپ) و عوامل محیطی است که این موجود در آن زندگی می‌کند. تظاهر فنوتیپ ، تابع ژنوتیپ و عوامل محیطی است. این عوامل ممکن است فنوتیپ را تغییر دهند، ولی ژنوتیپ را تغییر نمی‌دهند. به عبارت دیگر ، محیط صحنه‌ای است که ژنوتیپ بازیگر آن می‌باشد و فنوتیپ نیز محصولی است که در نتیجه عمل متقابل ژنوتیپ و محیط بوجود می‌آید.
  
  
• ماده‌ای که از یک نسل به نسل دیگر منتقل می‌شود، حامل کلیه اطلاعات و خصوصیات یک فرد به صورت رمز (Code) می‌باشد. در سالهای اخیر ماهیت ماده ژنتیکی شناخته شد و معلوم گردید که ماده منتقله از یک نسل به نسل دیگر DNA است که کلیه اطلاعات و خصوصیات یک فرد بالغ را به صورت رمز دارا می‌باشد.
  
  
• تغییرات آنی ، نادر و غیرقابل پیش بینی شده‌ای در ماده ارثی یک موجود بوجود می‌آید، این تغییرات موتاسیون نام دارند.
  
  

[Borna66]

ژنتیک جمعیت


مقدمه

جمعیت از نظر ژنتیکی عبارت است از گروهی از موجودات یک گونه که با یکدیگر آمیزش پیدا می‌کنند. گروهی محدود از جمعیت که با هم ، آمیزش دارند، ژنتیک مندلی هم گفته می‌شوند. ژنتیک جمعیت ، شاخه‌ای از علم ژنتیک است که رفتار ، خصوصیات ، فراوانی و عمل متقابل ژنها را در یک جمعیت مندلی که دارای ذخایر ژنی مشترک هستند، بطور ریاضی بر اساس قانون تعادل هاردی _ وینبرگ ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد.





سیر تحولی

اختلاف نظر بین صاحبنظران در مورد نقشژنتیک در تکامل موجودات با پیدایش علم سنتتیک جدیدی به نام ژنتیک جمعیت (Population genetics) در دهه 1920 از بین رفت و متعاقبا دانشمندان مختلف از جمله هاردی ، ریاضیدان انگلیسی و وینبرگ در سال 1908 مطالعه نحوه رفتار ژنها و تغییرات فراوانی آنها در جمعیت و نقش آنها در تکامل موجودات زنده را دنبال و مهمترین قانون مرتبط با ژنتیک جمعیت را زیر عنوان قانون هاردی _ وینبرگ در اوایل این قرن پیشنهاد کردند. بطوری که به کمک این قانون می‌توان بسیاری از جنبه‌های مختلف ژنتیک جمعیت را مورد بحث قرار دارد.

ژن و سرنوشت آن

سرنوشت یک جفت ژن در یک جمعیت به چه صورت است؟ قدرت تولید مثل یک موجود که دارای ژن بخصوصی است، بستگی به فراوانی آن ژن در جمعیت ، و عواملی دیگری از جمله رابطه بین آن جمعیت و محیط دارد. بنابراین هر چند افراد حامل ژن می‌باشند، ولی سرنوشت این افراد و ژنی را که حمل می‌کنند، بستگی به جمعیت و عوامل موثر در آن دارد. جمعیت چه هاپلوئید و چه دیپلوئید و ... باشد، دارای دو صفت ویژه است: فراوانی ژنی و حوضچه ژنتیکی.

• فراوانی ژنی عبارت است از نسبت آلل‌های مختلف یک ژن در جمعیت. جهت بدست آوردن فراوانی ژنی ، تعداد افرادی را که دارای ژنوتیپ‌های مختلف هستند، بدست آورده و نسبت فراوانی نسبی هر کدام از آلل‌ها را تخمین می‌زنیم. فراوانی یک ژن از فراوانی ژنوتیپ هموزیگوس نسبت به آن ژن به اضافه نصف فراوانی هتروزیگوس‌ها هم محاسبه می‌شود.
  
  
• حوضچه ژنتیکی عبارت است از مجموع ژنهای موجود در گامتهای تولید شده توسط یک جمعیت. بنابراین رابطه ژنتیکی بین یک نسل با نسل دیگر شبیه رابطه ژنتیکی بین والد و نوزاد است.

جمله بینومی و ژنتیک جمعیت

در این جمله حروف a نماینده احتمال حدوث یک اتفاق ، b نماینده احتمال حدوث اتفاق دیگر و n نماینده تعداد اتفاقات است. جمله را می‌توان برای بیان نسبت ژنوتیپی 11 حاصل از تلاقی‌های مونوهیبریدی بکار برد. به جای a از حروف p و به جای b از حروف q استفاده می‌شود. از آنجایی که در یک مکان ژنی معمولا دو تا آلل وجود دارد، فراوانی آنها را در جمعیت مجموعا برابر واحد یک در نظر می‌گیرند. با توجه به اطلاعات فوق می‌توان ژنوتیپ‌های موجود در یک مونوهیبرید () را به صورت معادله ، بیان نمود.

محاسبه فراوانی الل‌ها

هم بارزی یا غالبیت ناقص

در جمعیتهای انسانی دو تا الل اتوزومی M () و N () وجود دارند که می‌توانند آنتی ژن خون و نوع آن را تحت تاثیر قرار دارند. در جهت تعیین فراوانی الل‌های و مطالعه‌ای در مورد مهاجرین قفقازی کشور ایالات متحده به صورت زیر گزارش شده است:
ژنوتیپ فنوتیپ130330391787تعداد


برای محاسبه فراوانی الل‌های و می‌توان به صورت زیر عمل کرد:

غالبیت کامل

غالب و مغلوب بودن الل‌ها ، فراوانی آنها را مستقیما تحت تاثیر قرار نمی‌دهد. فراوانی آنها مشابه الل‌های هم بارز یا الل‌های با غالبیت ناقص است. الل غالب در مقایسه با الل مغلوب ، فنوتیپ مربوطه را در توده بیشتر ظاهر می‌سازد، چرا که الل غالب اثر الل مغلوب را در حالت هتروزیگوسی نیز نهفته نگه می‌دارد. قدرت چشایی و عدم قدرت چشایی نسبت به نمک فنیل تیو کاربامید (PTC) مثال مناسبی برای مطالعه فراوانی الل‌ها در حالت غالبیت کامل است. کسانی که دارای قدرت چشایی نسبت به این نمک هستند، مزه آن را تلخ احساس می‌کنند و این صفت تحت کنترل یک ژن غالب T قرار دارد.



چند اللی

در صورتی که یک ژن بیش از دو آلل داشته باشد، با استفاده از بسط دو جمله‌ای می‌توان فراوانی‌های ژنوتیپی هر کدام از ژنوتیپ‌ها را بدست آورد. برای مثال اگر ژنی دارای سه آلل ، ، با فراوانی‌های به ترتیب p ، q و r باشد، بطوری که ، فراوانی ژنوتیپی را در حالت تعادل می‌توان از بسط سه جمله‌ای زیر بدست آورد که فراوانی‌های ژنوتیپی در گروههای خونی ABO را در انسان می‌توان با این روش نشان داد.


OOBB BOABAA AOژنوتیپ OBABAفنوتیپ فراوانی



وابستگی به جنس

در مورد ژنهای وابسته به جنس ، تعداد ژنوتیپ‌های ممکنه افزایش می‌یابد. علت این افزایش تفاوت کروموزومهای جنسی در جنسهای نر و ماده است. اگر ماده‌ها XX و نرها XY باشند، از نظر یک جفت ژن a و A پنج ژنوتیپ امکان‌پذیر است، سه عدد از این ژنوتیپ‌ها (AA , Aa , aa) در ماده‌ها و دو عدد در نرها (A , a) وجود خواهد داشت. اگر آمیزش به صورت تصادفی باشد، می‌توان ثابت کرد که این تعادل نسل به نسل ، باقی خواهد ماند. این تعادل بر مبنای برابر بودن فراوانی آلل‌ها در نر و ماده است. اگر تفاوتی بین فراوانی الل‌ها در دو جنس مخالف وجود داشته باشد، جمعیت در حالت تعادل نمی‌باشد.

برای مذکرها

برای مونث‌ها

آمیزش‌های خویشاوندی

از انواع آمیزش‌های غیر تصادفی ، آمیزش‌های خویشاوندی یا همخونی است. در این نوع آمیزش ، افرادی که دارای قرابت و خویشاوندی هستند، با هم آمیزش پیدا می‌کنند. همخونی دارای درجات مختلفی است. نزدیکترین نوع آن خودلقاحی است که در گیاهان صورت می‌گیرد. گیاهانی که نسبت به یک جفت ژن هتروزیگوس هستند، در اثر خودلقاحی تولید نوزادانی می‌کنند که 50% آنها هموزیگوت و مابقی هتروزیگوت هستند. میزان افزایش هموزیگوسیتی در اثر ازدواجهای فامیلی را ضریب همخونی Coefficient inbreeding گویند و آن را با f نشان می‌دهند.

ضریب همخونی احتمال به ارث رسیدن دو آلل یک جایگاه ژنی در یک موجود است که منشا مشترک داشته باشند و یا به عبارت دیگر این آلل‌ها کپی یک ژن در یک والد مشترک باشد. این ضریب در مورد فرد بکار برده شده و درجه خویشاوندی بین والدین فرد را نشان می‌دهد. اگر دو والد به صورت تصادفی آمیزش پیدا کنند، ضریب همخونی نوزاد برابر این است که دو گامت به صورت تصادفی از والدین دارای ژنهای یکسان در یک جایگاه ژنی باشند.

اصل هاردی _ وینبرگ

این اصل بدین صورت بیان می‌گردد که در یک جمعیت بزرگ که آمیزش به صورت تصادفی است و مهاجرت ، جهش و انتخاب وجود ندارد، فراوانی ژنی و ژنوتیپی ، نسل به نسل ، ثابت باقی مانده و فراوانی ژنوتیپی را می‌توان به کمک فراوانی ژنی بدست آورد.

عواملی که فراوانی ژنها را تغییر می‌دهند.

• موتاسیون: جهش موجب پیدایش الل‌های جدید و نهایتا تغییرات ژنتیکی می‌شود.
  
  
• مهاجرت: حرکت افراد یا ژنها از یک جمعیت به جمعیت دیگر را در ژنتیک ، مهاجرت گویند.
  
  
• رانش ژنتیکی: در جمعیت‌های کوچک ، فراوانی پاره‌ای از آلل‌ها ، ممکن است بطور تصادفی شدیدا تغییر یابد.
  
  
• آمیزش‌های غیر تصادفی: خویش آمیزی باعث می‌شود که فراوانی پاره‌ای از ژنوتیپ‌ها از آنچه که قانون هاروی _ وینبرگ پیش بینی می‌کند، متفاوت باشد.
  
  
• گزینش: گزینش با تغییر در فراوانی ژنها ، عامل مهم در تغییرات تکاملی در داخل یک جمعیت به شمار می‌رود و می‌تواند موجب جدا شدن یا تفکیک جمعیتها به نژادها و گونه‌های مختلف شود.

[Borna66]

خصوصیات یک جمعت متعادل

• تمام افراد جمعیت بایستی از نظر تولید مثل باهم یکسان باشند.
  
  
• جمعیت باید از تعداد زیادی افراد تشکیل شده باشد.
  
  
• آمیزش به صورت تصادفی باشد.
  
  
• نباید مهاجرت به درون یا به بیرون جمعیت صورت بگیرد.
  
  
• بایستی جهش در حالت تعادل باشد.
  
  

نقص هر کدام از شروط بالا می‌تواند باعث تغییر فراوانی ژنها و لذا بهم خوردن تعادل ژنتیکی گردد.

خصوصیات قانون تعادل

خاصیت اول قانون تعادل

فراوانی سه ژنوتیپ AA (غالب) Aa ، aa (مغلوب) ، به صورت بسط دو جمله‌ای p+q)2 = p2 + q2 + 2pq) نشان داده می‌شود. p فراوانی آلل A و q فراوانی آلل a در استخر ژنی است و ترکیب آللها به صورت تصادفی بوده و ژنوتیپهای حاصل تصادفی هستند. احتمال ایجاد ژنوتیپ AA برابر p2 ، aa برابر q2 و Aa برابر 2pq است.

خاصیت دوم قانون

درصد ژنوتیپها از نسلی به نسل بعد تغییر نمی‌کند. یعنی هرگاه در جمعیتی که ژنوتیپهای AA , Aa , aa با نسبتهای p2 : 2pq : q2 وجود دارند، لقاح تصادفی صورت بگیرد، فروانی ژنوتیپها در نسل بعضی به صورت درصدهای نسبی ثابت خواهد ماند. معادله هاردی - وینبرگ هیچ مقدار خاصی را برای q , p مشخص نمی‌کند. فراوانی آللها در جمعیت به هر مقداری که باشد موجب فراوانی ژنوتیپی به صورت p2 : 2pq : q2 می‌شود، مادام که فراوانی آلل ثابت بماند، این فراوانیهای ژنوتیپی از نسلی به نسل دیگر ثابت خواهند بود.

نتایج قانون تعادل

اگر توان دوم فراوانی ژنوتیپی هتروزیگوتها در یک جمعیت برابر چهار برابر حاصل ضرب فراوانی دو ژنوتیپ هموزیگوت ، در جمعیت باشد، در این حالت می‌گوییم که جمعیتها به صورت متعادل است. در یک جمعیت بزرگ که آمیزشها به صورت تصادفی انجام می‌شود، و تمام ژنوتیپها از نظر قدرت زنده ماندن یکسان هستند. فراوانی ژنی در یک نسل بستگی به فروانی ژنی و نه فروانی ژنوتیپی نسل قبل دارد. جمعیتی که دارای این خاصیت باشد، اصطلاحا گویند در حالت تعادل (equilibrium) است. طبق قانون هاردی - وینبرگ اگر یک جمعیت در حال تعادل نباشد. فقط یک نسل آمیزش ، کافی است که آن را به حالت تعادل در آورد.





کاربرد قانون تعادل

کاربرد عملی اصلی قانون هاردی - وینبرگ درژنتیک پزشکی درمشاوره ژنتیکی برای اختلالات اتوزومی مغلوب است. در مورد بیماری فنیل کتونوریا ، فروانی هموزیگوتهای مبتلا در جمعیت را می‌توان دقیقا تعیین کرد، زیرا بیماری از طریق برنامه‌های غربالگری در نوزادان شناسایی می‌شود. افراد هتروزیگوت ناقلان خاموش هستند و اندازه گیری مستقیم میزان بروز آنها در جمعیت از روی فنوتیپها غیر ممکن است. قانون تعادل هاردی - وینبرگ ، برآورد فراوانی هتروزیگوتها و استفاده از آن برای مشاوره و ژنتیکی را مقدور می‌سازد.

عواملی که تعادل هاردی - وینبرگ را بهم می‌زنند

در دنیای واقعی ژنتیک پزشکی شامل جمعیتهای انسانی و آللهای بیماری ، خصوصیات جامعه متعادل صدق نمی‌کنند ژنوتیپهای موجود در یک جمعیت ممکن است در تعادل هاردی - وینبرگ نباشند. از عوامل بر هم زننده تعادل می‌توان آمیزشهای غیر تصادم را نام برد که شامل آمیزشهای خویشاوندی و غیر خویشاوندی است. از طرف دیگر بعضی باعث تغییر فراوانی ژنهای می‌شوند که شامل موارد زیر هستند.

مهاجرت

میزان تغییر فراوانی ژنی در جمعیتی که مهاجرت در آن صورت می‌گیرد بستگی به میزان مهاجرت و تفاوت بین فراوانیهای ژنومی بومیها و مهاجریسن دارد.

جهش

اگر ژن جدیدی در اثر جهش در یک جمعیت بوجود آید احتمال بقای این ژن بسیار کم است ولی عاملی که باعث تغییر فراوانی در اثر جهش می‌شود، فراوان بودن جهش است.

گزینش

یکی از مهمترین عوامل تغییرات فراوانی ژنها قدرت باروری حاملین آن است. انواع مکانیزمهایی که قدرت باروری یک ژنوتیپ را تغییر می‌دهد، گزینش نام دارد.

رانش یا دریفت

رانش ژنتیکی به علت اینکه جوامع از نظر اندازه محدود هستند، ایجاد می‌گردد. بطوری که خطای نمونه‌ای سبب تغییرات فراوانی آنی می‌گردد.

چشم انداز بحث

توصیف ریاضی رفتار ژنها در جمعیتها با جز مهمی در بسیاری از شاخه‌ها مانند انسان شناسی ، زیست شناسی تکاملی وژنتیک انسانی است. در ژنتیک پزشک یژنتیک جمعیت عمدتا کاربرد عملی داشته است. یعنی تعیین فراوانی آللی محاسبات خطر بیماری. با افزایش نقش آزمایشهای ژنتیکی و فناوریهای درمانی در بزرگتر جلوه دادن اثر مراقبتی ژنتیک پزشکی بر سلامت عمومی و خطر بیماریهای ژنتیکی در نسلهای بعد درک اصول ژنتیک جمعیت روز به روز مهمتر خواهد شد.

[Borna66]

عوامل موثر در تعادل ژنتیکی
اطلاعات اولیه

فراوانی نسبی اللها مانند ( و ) و ژنوتیپها ( ، ، ) در یک جمعیت در طول چندین نسل ثابت و پایدار می‌ماند. علی‌رغم این ثبات و پایداری ، حدوث تغییرات تکاملی تحت شرایط ویژه‌ای اجتناب ناپذیر است. بنابراین قانون هاردی _ وینبرگ نمی‌تواند همواره بطور نامحدود و مطلق قابل استناد باشد و کاربرد آن فقط تحت شرایط زیر امکان‌پذیر است:

• موتاسیون یا باید صورت نگیرد و یا به تعادل و ثبات خود رسیده باشد.
• تغییرات تصادفی در فراوانی ژنها باید بسیار جزئی و یا قابل اغماض باشد.
• مهاجرت ژنها یا نباید صورت بگیرد و یا بین جمعیتها به تعادل خود برسد.
• تولید مثل باید تصادفی باشد.
• گزینش صورت نگیرد.
  
  

مسلم است که تحقق این شرایط به ندرت امکان‌پذیر است و یا احتمالا هرگز امکان‌پذیر نیست. بنابراین قانون هاردی _ وینبرگ فقط گرایش به تعادل را توجیه می‌کند و در واقع مسیر واقعی ژنتیکی جمعیتهای حقیقی را نشان نمی‌دهد.

تاریخچه

قانون تعادل در ژنتیک ، توسط ریاضیدان انگلیسی به نام هاردی و وینبرگ آلمانی بطور مستقل در سال 1908 ارائه گردید. آنها نشان دادند که فراوانی ژنها ارتباطی با غالبیت یا نهفته بودن آنها نداشته وتحت شرایط خاصی از نسلی به نسل بعد هیچ تغییری نمی‌کند.

عواملی که موجب بهم خوردن تعادل می‌شوند

جهش Mutation

موتاسیون موجب پیدایش اللهای جدید و نهایتا تغییرات ژنتیکی می‌شود. شدت موتاسیون در ژنهای مختلف متفاوت است، در بعضی از ژنها زیاد و در برخی دیگر کم است. موتاسیونها ، اصولا مغلوب هستند. تعیین شدت آنها در موجودات هاپلوئید بطور مستقیم آسان ، ولی در موجودات دیپلوئید مشکل است. اما بطور غیر مستقیم با استفاده از روشهای آماری و احتمالات می‌توان آن را تخمین زد. در صورتی که شدت موتاسیون ، مشخص باشد، می‌توان قانون هاردی _ وینبرگ را در مورد نقش آن در تغییرات فراوانی ژنها در هر نسل بکار برد.

یکی از دلایلی که باعث تغییر فراوانی ژن در جمعیت می‌گردد، فراوانی جهش است. مسلما اگر ژن A بطور مداوم به a جهش یابد و جهش عکس نیز وجود نداشته باشد، فراوانی a در هر نسل زیاد و فراوانی A کم می‌شود. اگر این عمل برای مدت درازی صورت گیرد، به تدریج آلل a جایگزین الل A می‌شود. برای مثال اگر فراوانی اولیه A برابر اندازه این تصویر کوچک شده است ! برای مشاهده تصویر اصلی اینجا کلیک کنید . اندازه اصلی تصویر 1020x1320 و حجم آن 1 کیلوبایت میباشد. و شدت جهش A به a نیز برابر u باشد، نسل اول جهش باعث بوجود آمدن a با فراوانی می‌گردد. اگر تعداد نسلهای اضافه شده به n برسد، فراوانی A برابر می‌گردد.

همیشه جهش یک طرفه نیست. برای مثال آلل a هم ، می‌تواند با شدت V دوباره به A جهش یابد. اگر فراوانی اولیه اللهای A و a را به ترتیب با و نشان دهیم، تغییر فراوانی یکی از اللها را در دو نسل با q∆ نشان می‌دهیم:

مهاجرت Migration

حرکت افراد یا ژنها از یک جمعیت به جمعیت دیگر را در ژنتیک ، مهاجرت گویند که یک عامل مهم در عدم تعادل ژنتیکی در یک جمعیت به شمار می‌آید. مهاجرت در بعضی موارد مانند حرکت یک جانور از یک محل به محل دیگر ، قابل روئیت است. اما در موارد دیگر ، مانند انتقال گامتهای گیاهان یا گامتهای حاصل از جانوران دریایی در مراحل اولیه تشکیل آنها ، نامشهود است. اگر خصوصیات این جانور با خصوصیات جانوران دیگر مغایر باشد، در این صورت جانور جدید ، پس از آنکه به محیط جدید سازگاری کافی پیدا کرده و جفت‌گیری‌های تصادفی را انجام می‌دهد، موجب تغییر در ترکیب ژنتیکی آنجمعیت می‌شود.

• اثر مهاجرت خیلی ساده است. فرض کنید که یک جمعیت بزرگ شامل نسبتی برابر m مهاجر در هر نسل است. مابقی جمعیت یعنی بومی هستند. اگر فرض کنیم فراوانی یک ژن خاص در بین مهاجران و در بین افراد بومی برابر باشد، در آن صورت فراوانی ژن در جمعیت یعنی برابر است با :
  
  
  
  
  
  q∆ تفاوت بین فراوانی ژن جمعیت قبل و بعد از مهاجرت است:
  
  
  
  
  
  میزان تغییر فراوانی در جمعیتی که مهاجرت به آن صورت می‌گیرد، بستگی به میزان مهاجرت و تفاوت بین فراوانی‌های ژنی بومی و مهاجرین دارد.

آمیزش غیرتصادفی

بعضی از افراد که دارای ژنوتیپهای مشخص می‌باشند، بعضی مواقع به عوض اینکه با افراد مختلف آمیزش تصادفی داشته باشند، بطور غیر تصادفی و از قبل تعیین شده ، با همدیگر آمیزش می‌کنند، پدیده‌ای که آن را آمیزش غیرتصادفی می‌نامند. خویش‌آمیزی نوعی آمیزش غیرتصادفی است که از خصوصیات ویژه بسیاری از موجودات هرمافرودیت به شمار می‌رود. خویش‌آمیزی باعث می‌شود که فراوانی پاره‌ای از ژنوتیپها از آنچه که قانون هاردی _ وینبرگ پیش بینی می‌کند، متفاوت باشد. خویش‌آمیزی فراوانی اللی را تغییر نمی‌دهد، اما نسبت افراد هموزیگوس را در جمعیت افزایش می‌دهد.

[Borna66]

اصطلاحات رایج در علم ژنتیک

• آلل: انواع جایگزین اطلاعات ژنتیکی در یک جایگاه ژنی خاص یا به عبارت دیگر دو شکل مختلف یک ژن را آلل گویند.
  
  
• آلل نوع وحشی (wild-type allele): در مورد بسیاری از ژنها ، نگارش منفرد رایجی در اکثر افراد وجود دارد که متخصصان ژنتیک آن را آلل نوع وحشی یا آلل طبیعی می‌نامند.
  
  
• آلل جهش یافته: نگارشهای دیگر ژن به غیر از آلل نوع وحشی که بواسطه جهش با آلل نوع طبیعی تفاوت دارند.
  
  
• چند شکلی جایگاه ژنی: اگر در جمعیت حداقل دو آلل نسبتا رایج در یک جایگاه ژنی موجود باشند، گفته می‌شود که این جایگاه ژنی ، حالت چند شکلی را نشان می‌دهد.
  
  

• ژنوتیپ (Genotype): ژنوتیپ یک فرد مجموعه آلل‌هایی است که ساختار ژنتیکی او را مجموعا در تمام جایگاههای ژنی بطور معمولتر در یک جایگاه ژنی تشکیل می‌دهند.
  
  
• فنوتیپ (Phenotype): فنوتیپ بروز قابل مشاهده یک ژنوتیپ به عنوان صفتی ظاهری ، بالینی با بیوشیمیایی یا مولکولی است.
  
  
• اختلال تک ژنی: اختلالی است که توسط آلل‌هایی در یک جایگاه ژنی منفرد تعیین می‌شود. نوعی آلل که بر اثر جهش در گذشته بوجود آمده و بطور معمول نادرست ، جایگزین یک آلل نوع وحشی روی یک یا هر دو کروموزوم می‌شود.
• هوموزیگوت: وقتی فردی یک جفت آلل یکسان داشته باشد، گفته می‌شود که او هموزیگوس (هموزیگوت) است.
  
  
• هتروزیگوت:وقتی فردی یک جفت آلل متفاوت داشته باشد، گفته می‌شود که هتروزیگوس (هتروزیگوت) است.
  
  
• هتروزیگوت مرکب: اصطلاح هتروزیگوت مرکب ، برای توصیف ژنوتیپی بکار می‌رود که در آن دو آلل جهش یافته مختلف از یکژن وجود داشته باشند، نه یک آلل طبیعی و یک آلل جهش یافته.
• جهش (Mutation):اصطلاح جهش به دو معنی در ژنتیک پزشکی استفاده می‌شود؛ گاهی برای نشان دادن یک تغییر ژنتیکی جدید که قبلا شناخته نشده است و گاهی صرفا برای نشان دادن یک آلل مسبب بیماری.
  
  
• ژنوم (Genome):یک مجموعه کامل (n) کرموزومی که به عنوان یک واحد از یک والد به ارث می‌رسد.
  
  
• Holandric gene:ژنی که روی کروموزوم y قرار دارد. بنابراین این ژن از پدر به پسر به ارث می‌رسد.
  
  
• همی زیگوس (Hemizygous):وضعیت و حالتی است که فقط یکی از آلل‌های یک جفت ژن وجود داشته باشد. مثل ژنهای وابسته به جنس یا در اثر کمبود.
• هتروکروماتین:رنگ پذیری بعضی از قسمتهای کروموزوم شدید بوده و هترکروماتین نامیده می‌شود. تکرار شده در یوکاریوت که به ندرت ، نسخه برداری می‌گردد.
• کروموزوم x:کروموزومی که در تعیین جنسیت دخالت دارد. در اکثر حیوانات ، ماده‌ها دارای دو و نرها دارای یک کروموزوم x هستند.
  
  
• کروموزوم y:لنگه کرموزوم x در اکثر گونه‌های گیاهی و جانوری ، در مگس سرکه کروموزوم y از هتروکروماتین تشکیل شده ژنهای خیلی کمی را حمل می‌کند و در تعیین جنسیت دخالت ندارد. در ازای آن کرموزوم y ژنهایی را حمل می‌کند و در تعیین جنسیت نرها دخالت دارد.
• یونی والانت (univalent):کروموزوم جفت نشده در میوز.
• Ascertainment:روش انتخاب افراد ، جهت بررسی در یک مطالعه ژنتیکی.
  
  

• آتوزوم (Autosome):کروموزوم های غیر جنسی.
  
  
• فرد حامل (Carricr):فردی که حامل ژن مغلوب است و اثر ژن در آن ظاهر نمی‌شود.
  
  
• سانتی مورگان (Centimorgan):در پیوستگی ژنها ، واحدی است که نشان دهنده یک درصد نوترکیبی است و به آن واحد نقشه‌ای (Map unit) ، نیز می‌گویند.
  
  
• سانترومر:بخشی از کروموزوم که به رشته‌های دوک در هنگام تقسیم سلولی ، متصل است.
• سیسترون (Cistron):یک واحد فعال مولکول DNA است. یک سیسترون DNA مشخص کننده یک زنجیره پلی پپتیدی در سنتز protein است.
• کراسینگ اور (Crassing-over):در نتیجه تقاطع یا تبادل قسمتی از کروموزوم ها مبادله ژنهای پیوسته صورت می‌گیرد که این امر سبب تولید ترکیباتی می‌شود که متفاوت با والدینشان خواهند بود. بنابراین عبارت تقاطع کروموزومی (Crassing-over) شامل ترکیبات ژنی جدید می‌شود.
• دی هیبرید (Dihybrid):فردی که با داشتن دو جفت آلل به صورت هتروزیگوت باشد. نوزاد تولید شده از آمیزش دو والد هموزیگوس که نسبت به دو جفت باهم تفاوت داشته باشند.
  
  
• دیپلوئید (Diploid):موجود یا سلولی که دارای دو مجموعه کروموزومی (2n) باشد.
  
  
• همولوگ (Homologs):یک زوج کرموزوم که یکی از مادر و دیگری از پدر به ارث می‌رسد و در طی میوز اول باهم جفت می‌شوند و تبادل متقاطع پیدا می‌کنند و در طی میوز 2 از هم جدا می‌شوند.
  
  
• فنوکپی (Phenocopy):موجودی که فنوتیپ (نه ژنوتیپ) آن بوسیله محیط عوض شده و شبیه فنوتیپ جهش یافته (Mutan) شده است.

دانشنامه رشد

[Borna66]

ژنتیک و سرطان


سرطان (Cancer) رشد خطرناک بافت بدن بوسیله تقسیم سریع سلولهای بدن است. سرطان اساسا یک بیماری ژنتیکی است.

اطلاعات اولیه

سلولهای سرطانی به دو صورت وجود دارند: اول نوعی که به آن حالت پیشرونده گویند و آن عبارت از استعداد سرایت و تخریب بافتهای مجاور است، بطور مثال سلولهای سرطانی شکم ممکن است فقط تا مثانه پیشرفت نمایند. حالت دوم ، سلولهای سرطانی که باعث ایجاد حالت ثانویه در قسمتهای مختلف بدن می‌شوند. سلولهای سرطانی از یاخته‌های رشد یافته قبلی بوجود آمده و بوسیله جریان خون به سایر اعضا و جوارح برده می‌شوند و در آنجا مجددا شروع به تقسیم نموده و ایجاد توده‌های غده‌ای شکل می‌نمایند. سرطان نزد کودکان و اشخاص بالای 40 سال ، بیشتر از سایر گروههای سنی دیده می‌شود.

سرطان یکی از شایع‌ترین و شدیدترین بیماریهای مشاهده شده در طب بالینی است. آمار نشان می‌دهد که سرطان به نوعی بیش از 3/1 جمعیت را گرفتار می‌کند، مسئول بیش از 20 درصد تمام موارد مرگ و میر است و در کشورهای پیشرفته مسئول بیش از 10 درصد کل هزینه مراقبتهای پزشکی می‌باشد. سرطان در صورت عدم درمان ، همواره کشنده است. تشخیص و درمان زودرس اهمیت حیاتی دارد و شناسایی افراد در معرض افزایش خطر سرطان پیش از ابتلا به آن ، یکی از اهداف مهم تحقیقات سرطان است.




سمبل سرطان

زیست شناسی سرطان

سرطان یک بیماری منفرد نیست، بلکه نامی است که برای توصیف اشکال بیماری‌زایی نئوپلازی بکار می‌رود. نئوپلازی نوعی روند بیماری است که با تزاید کنترل نشده سلولی منجر شونده به یک توده یا تومو ، مشخص می‌شود. به هر حال برای اینکه تومور (نئوپلاسم) را سرطان محسوب کنیم، باید بدخیم هم باشد، یعنی رشد آن دیگر کنترل شده نبوده و تومور قادر به تهاجم به بافتهای مجاور یا گسترش به نواحی دورتر یا هر دو می‌باشد.

اشکال سرطان

• سارکومها (Sarcomas) ، که در آنها تومور از یک بافت مزانشیمی مانند استخوانماهیچه یاافت همبندبوجود آمده است.
• کارسینومها (Carcinomas) ، که از بافت پوششی مانند سلولهای مفروش کننده روده‌ها ، نایژه‌ها و یا مجاری غدد پستانی ایجاد می‌شود.
• بدخیمیهای خونی و لنفاوی مانند لوکمیها و لنفوم‌ها که در سرتاسر مغز استخواندستگاه لنفاوی و خون محیطی گسترش می‌یابند. در داخل هر یک از گروههای اصلی ، تومورها را برحسب مکان ، نوع بافتی ، تظاهر بافت شناختی و درجه بدخیمی طبقه بندی می‌کنند.
  
  نئوپلازی که نوعی تجمع غیر طبیعی سلولهاست، به علت عدم تعادل بین تزاید و فرسایش سلولی ایجاد می‌شود. سلولها با گذر از چرخه سلولی و انجام میتوز افزایش می‌یابند، در حالی که فرسایش به علت مرگ برنامه ریزی شده سلولی ، از طریق نوعی روند طبیعی قطعه قطعه شدن DNA و خود کشی سلولی که به آن آپوپتوز اطلاق می‌‌شود، سلولها را از یک بافت خارج می‌کند.

اساس ژنتیکی سرطان

• صرف نظر از اینکه آیا سرطان به صورت تک گیر در یک فرد ، یا بطور مکرر در بسیاری از افراد در داخل خانواده‌ها به صورت یک صفت ارثی رخ می‌دهد، سرطان نوعی بیماری ژنتیکی است.
• انواع مختلف ژنها را در آغاز روند سرطان ، دخیل دانسته‌اند، اینها شامل ژنهای رمز گردانی کننده پروتئینها در مسیرهای پیام‌دهی برای تزاید سلولی ، اجزای اسکلت سلولی دخیل در حفظ مهار تماسی ، تنظیم کننده‌های چرخه میتوزی ، اجزای ماشین مرگ سلولی برنامه ریزی شده و پروتئینهای مسئول تشخیص و ترمیم جهشها می‌باشند.
• انواع مختلف جهشها مسئول ایجاد سرطان هستند، اینها شامل جهشهایی مانند موارد زیر می‌باشند: جهشهای کسب فعالیت و فعال کننده یک آلل از یک پروتوانکوژن ، از دست دادن دو آلل یا جهش منفی غالب یک آلل از یک ژن سرکوب‌گر تومور ، جابجایی کروموزومی که باعث بروز نادرست ژنهای رمز گردانی کننده پروتئینهایی که خواص عملکردی جدیدی بدست آورده‌اند، می‌شوند.
• پس از شروع ، سرطان ، از طریق جمع‌آوری صدمه ژنتیکی اضافی به واسطه جهش یا برش و چسباندن اپی ژنتیک ژنهایی که ماشین سلولی رمز گردانی کننده DNA صدمه دیده را ترمیم و حالت طبیعی ژنتیک سلولی را حفظ می‌کنند، تکامل می‌یابد.

سرطان در خانواده‌ها

بسیاری از اشکال سرطان ، میزان بروز بالاتری در بستگان بیماران نسبت به جمعیت عمومی دارند. بارزترین این اشکال خانوادگی سرطان حدود 50 اختلال مندلی است که در آنها خطر سرطان بسیار زیاد است، مانند سرطان معده ، سرطان پوست و سرطان خون. در برخی سرطانها ، جهشهایی در یک ژن منفرد می‌تواند عامل دخیل غالب در ایجاد بیماری باشد. در برخی خانواده‌ها ، حتی در غیاب نوعی طرح توارث مندلی آشکار سرطان ، خطر این بیماری بیشتر از حد متوسط است. به عنوان مثال افزایش بروز سرطان در محدوده 2 تا 3 برابر در بستگان درجه اول بیماران مشاهده شده است و این امر چنین مطرح می‌کند که بسیاری از سرطانها ، صفات پیچیده ناشی از عوامل ژنتیکی و نیز محیطی می‌باشند.

انکوژنها

انکوژن ، نوعی ژن جهش یافته است که عملکرد یا بروز تغییر یافته آن موجب تحریک غیر طبیعی تقسیم و تزاید سلولی می‌شود. جهش فعال کننده می‌تواند در خود انکوژن ، در عناصر تنظیم کننده آن یا حتی در تعداد نسخه‌های ژنومی آن باشد و به عملکرد تنظیم نشده یا بروز مفرط فرآورده انکوژنی بینجامد. انکوژنها اثری غالب در سطح سلولی دارند، یعنی وقتی یک آلل جهش یافته منفرد فعال شود یا بروز مفرط پیدا کند، برای تغییر دادن فنوتیپ سلول از طبیعی به بدخیم ، کافی است.

ژنهای سرکوب‌گر تومور

در حالی که پروتئین‌های رمز گردانی شده توسط انکوژنها ، سرطان را عموما از طریق جهشهای کسب عملکرد یا بروز افزایش یافته یا نامناسب یک آلل از ژن پیش می‌برند، ژنهای بسیار دیگری وجود دارند که جهش در آنها از طریق مکانیزم متفاوتی ، یعنی از دست رفتن عملکرد هر دو آلل ژن ، در ایجاد بدخیمی نقش دارد. به این ژنها ، ژنهای سرکوب‌گر تومور گفته می‌شود. از آنجا که این ژنها و فرآورده‌های آنها طبیعت حفاظت کنندگی در برابر سرطان دارند، امید بر آن است که درک آنها سرانجام به بهتر شدن شیوه‌های درمان ضد سرطان منجر شود.





تغییرات سیتوژنتیکی سرطان

تغییرات سیتوژنتیکی مانند تغییر در تعداد کروموزومها یا ساختمان کروموزوم‌ها) شاه علامتهای سرطان هستند، به ویژه در مراحل دیررس‌تر و بدخیم‌تر یا مهاجم‌تر تکامل تومور. این تغییرات ژنتیکی ، مطرح کننده آن هستند که از عناصر مهم پیشرفت سرطان ، نقایصی در ژنهای دخیل در حفظ انسجام و پایداری کروموزمی و تخمین جور شدن صحیح میتوزی است.

از کانونهای تمرکز تحقیقات سرطان ، روی تعریف سیتوژنتیکی و مولکولی این اختلالات است که بسیاری از آنها را مرتبط با پروتوانکوژنها یا ژنهای سرکوب‌گر تومور می‌دانند و احتمالا تقویت بروز پروتوانکوژنها را مقدور می‌سازند یا نمایانگر از دست رفتن آللهای ژن سرکوب‌گر تومور می‌باشند.

پرتوها

پرتوهای یونیزه کننده ، خطر سرطان را افزایش می‌دهند. داده‌های مربوط به افراد زنده مانده از بمبهای اتمی هیروشیما و ناکازاکی و سایر جمعیتهای برخورد داشته با پرتوها ، دوره نهان طولانی را نشان می‌دهند که در مورد لوکمی در محدوده 5 سال است، اما برای برخی تومورها تا 40 سال می‌رسد. این خطر وابسته به سن است و بیشترین میزان آن برای کودکان زیر 10 سال و افراد مسن می‌باشد.

پرتوتابی برای افراد دچار نقایص ذاتی ترمیم DNA به مراتب صدمه زننده‌تر از جمعیت عمومی است. هر فردی در معرض درجاتی از پرتوهای یونیزه کننده ناشی از پرتوتابی زمینه‌ای ، برخورد طبی و انرژی هسته‌ای می‌باشد. متاسفانه نقاط ابهام زیادی در مورد وسعت آثار پرتوها ، خصوصا پرتوتابی در سطح کم ، بر خطر سرطانها وجود دارد.

سرطان‌زاهای شیمیایی

امروزه نگرانی در مورد بسیاری از سرطان‌زاهای شیمیایی خصوصا توتون ، اجزای رژیم غذایی ، سرطان‌زاهای صنعتی و فضولات سمی وجود دارد. اثبات خطر برخورد اغلب دشوار است، اما سطح نگرانی در حدی می‌باشد که تمام پزشکان باید دانش کاری از این موضوع داشته باشند و بتوانند بین واقعیات اثبات شده و موضوعات مورد شک و بحث افتراق قائل شوند.

یک موضو ع مهم که در آن عوامل محیطی و ژنتیکی می‌توانند تعامل کنند تا آثار سرطان‌زای مواد شیمیایی را تقویت یا مسدود کنند، در ژنهای رمز گردانی کننده آنزیم‌هایی است که داروهای برونزاد و مواد شیمیایی را متابولیزه می‌کنند. گروهی از آنزیم‌های متابولیزه کننده داروها که توسط خانواده ژنهای سیتوکروم P450 رمز گردانی می‌شوند، مسئول سم زدایی مواد شیمیایی خارجی هستند. یکی از این آنزیم‌ها ، آنزیم آریل هیدروکربن هیدروکسیلاز (AHH) ، پروتئینی قابل القا است که در متابولیزم هیدروکربنهای چند حلقه‌ای مانند آنهایی که در دود سیگار یافت می‌شوند، دخالت دارد.

AHH ، هیدروکربن را به شکل اپوکسیدی تبدیل می‌کند که راحت‌تر از بدن دفع می‌شود، اما سرطان‌زا نیز می‌باشد. میزان متابولیزم هیدروکربن بطور ژنتیکی کنترل می‌شود و در جمعیت سالم ، تنوع چند شکل نشان می‌دهد. افراد حامل آللی با قابلیت القای زیاد ، خصوصا افراد سیگاری ، ظاهرا در معرض خطر افزایش یافته سرطان ریه می‌باشند.





آینده بحث

سرطان نوعی اختلال ژنتیکی است که در آن ، کنترل تزاید سلولی از دست رفته است. مکانیزم پایه در تمام سرطانها ، جهش در رده زاینده یا بطور به مراتب ناشایع‌تر ، در سلولهای پیکری می‌باشد. در مورد روندهای ژنتیکی ایجاد سرطان و عوامل محیطی که DNA را تغییر می‌دهند و لذا به بدخیمی منجر می‌شوند، مطالب ناشناخته زیادی وجود دارد.

محتمل است که بینش جدید به نقش بنیادی تغییرات DNA در ایجاد سرطان ، در آینده نزدیک ، به ایجاد روشهای بهتر و اختصاصی‌تر تشخیص زود هنگام ، پیشگیری و درمان بیماریهای بدخیم منجر شود.

[Borna66]

ژنتیک پزشکی و انسانی

دید کلی

این نظر که ژنتیک پزشکی صرفا مربوط به توارث خصوصیات جزئی ، سطحی و نادر است، جای خود را به درک نقش اساسیژن در فرایندهای پایه زندگی داده است. ژنتیک پزشکی و ژنتیک انسانی ، در خط مقدم تحقیقات پیرامون تنوع و توارث انسانها قرار دارند، در حالی که در پیشرفت سریع زیست شناسی مولکولی ، یوشیمی و زیست شناسی سلولی نیز نقش دارند و از آن بهره می‌برند. بویژه ، در دهه آخر قرن 20 و شروع قرن 21 شاهد آغاز پروژه ژنوم انسانی بوده‌ایم که تلاش هدفمند در جهت تعیین محتوای کامل ژنوم انسان است.

ژنوم به زبان ساده به صورت مجموعه اطلاعات ژنتیکی گونه ما که در هر یک از سلولهای هسته‌دار بدن رمزگردانی می‌شود، تعریف می‌گردد. همگام با سایر موضوعات زیست شناسی نوین ، پروژه ژنوم انسانی از طریق فراهم سازی بینش اساسی در مورد بسیاری از بیماریها و پیشبرد تکامل ابزارهای تشخیصی به مراتب بهتر ، اقدامات پیشگیری کننده و شیوه‌های درمانی در آینده نزدیک ، در حال متحول کردن ژنتیک پزشکی و انسانی است. پس از کامل شدن ، پروژه ژنوم انسانی ، توالی کامل تمام DNA انسان را در دسترس قرار خواهد داد. آگاهی از این توالی کامل ، به نوبه خود شناسایی تمام ژنهای انسان را مقدور می‌سازد و نهایتا تعیین این موضوع را که چگونه تنوع در این ژنها در ایجاد سلامت و بیماری نقش دارد، امکان‌پذیر می‌سازد.

تاریخچه

در سال 1902 گارود (Garrod) و گالتون (Galton) ، که بنیانگذاران ژنتیک پزشکی نام گرفته‌اند، با بررسی آلکاپتون اوری اولین نمونه توارث مندلی در انسان را گزارش کردند. گارود در گزارش خود با تشکر از همکاریهای بیت سن (Bateson) زیست شناس ، نتیجه ازدواجهای فامیلی را در بوجود آمدن به اصطلاح خطاهای متابولیزم مادرزادی تاکید کرده بود. این اولین نتیجه روشن همکاری تحقیقی بین علم پزشکی و غیر پزشکی بود که تا به حال ادامه پیدا کرده و حاصل آن نیز پیشرفت سریع این علم می‌باشد.

در اواخر دهه 50 قرن بیستم ، مطالعه علمی کروموزوم‌های انسان مقدور گشت و نقش نقایص کروموزومی در عقب افتادگی رشدی و ذهنی ، عقیمی و دیگر عوارض روشن شد. جدیدا تعیین نقشه کروموزومی ژنهای انسان بر روی کروموزوم‌ها مشخص شده است. توسعه و کاربرد علم ژنتیک نتایج سودمندی برای پزشکی بالینی داشته است.





اهمیت ژنتیک در تمام جنبه‌های پزشکی

اگرچه ژنتیک پزشکی به صورت تخصصی شناخته شده در آمده است، واضحا آشکار شده که ژنتیک انسانی مفاهیم یکنواخت مهمی فراهم می‌سازد که مسیر تمام کارهای پزشکی را روشن و آنها را همسو می‌کند. برای بهره‌مند ساختن کامل بیماران و خانواده‌های آنها از دانش در حال گسترش ژنتیک ، تمام پزشکان و همکاران آنها در مشاغل بهداشتی نیاز به درک اصول پایه ژنتیک انسانی دارند.

• وجود اشکال جایگزین یک ژن (آللها) در جمعیت ، پیدایش فنوتیپ‌های مشابه بوجود آمده از جهش و تنوع در جایگاههای ژنی مختلف ، اهمیت تعاملات ژنی _ ژنی و ژنی _ محیطی در بیماری ، نقش جهش پیکری در سرطان و پیری ، مقدور بودن تشخیص پیش از تولد ، امیدواری در زمینه ژن درمانی‌های قوی ، مفاهیمی هستند که امروزه در تمام کارهای پزشکی نفوذ پیدا کرده‌اند و در آینده فقط مهمتر خواهند شد.
• یک جنبه از کار ژنتیک پزشکی که مربوط به تمام طب است، ارزش تاکید دارد: این علم نه تنها بر بیمار بلکه بر کل خانواده نیز متمرکز می‌باشد. تاریخچه جامع خانوادگی ، از گامهای اولیه مهم در تجزیه و تحلیل هر نوع اختلال است، صرفنظر از اینکه ژنتیکی بودن این اختلال شناخته شده یا ناشناخته باشد.
• تاریخچه ژنتیکی ، از این جهت اهمیت دارد که می‌تواند نقش حیاتی در تشخیص داشته باشد، ممکن است ارثی بودن یک اختلال را نشان دهد، می‌تواند اطلاعاتی پیرامون تاریخچه طبیعی یک بیماری و تنوع در بروز آن فراهم کند و می‌تواند طرح توارث را آشکار سازد. تشخیص یک بیماری ارثی ، تخمین خطر برای سایر افراد خانواده را مقدور می‌کند تا بتوان اداره و تدیبر مناسب ، پیشگیری و مشاوره برای بیمار و خانواده او در نظر گرفت.

قوانین موجود در ژنتیک انسانی و پزشکی

• ژنتیک ، موضوع پراکنده‌ای مرتبط با تنوع و توارث در تمام موجودات زنده است. در این حوزه وسیع ، ژنتیک انسانی ، داشن تنوع و توارث در انسان است. در حالی که ژنتیک پزشکی ، با زیرگروهی از تنوع ژنتیکی انسان که در کار طب و تحقیقات پزشکی حائز اهیمیت است، سروکار دارد.
• در ژنتیک انسانی و پزشکی ، حوزه‌های متعدد جالبی وجود دارند که به صورت جهات گوناگون تکامل ژنتیک مشخص می‌شوند. حوزه‌های اصلی شناخته شده این تخصص عبارتند از:
  
  • 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.

موضوعات اخلاقی در ژنتیک پزشکی

موفقیتهای ژنتیک پزشکی ، با رشد موازی سطح نگرانی و اضطراب در مورد استفاده از دانشمان در جهت مفید (نه مضر) برای افراد ، خانواده‌هایشان و کل جامعه همراه بوده است. با شروع پروژه ژنوم انسانی در ایالات متحده ، کنگره آمریکا ، معضلات اخلاقی آسیب پذیری جدی جامعه بر اثر استفاده نادرست از این دانش بسیار توسعه یافته ژنتیک انسانی را شناسایی کرد.

کنگره کاربرد بخشی از بودجه پروژه ژنوم انسانی آمریکا برای حمایت از تحقیقات و آموزش در زمینه‌های اخلاقی ، قانونی و اجتماعی (EISI) این پروژه را الزامی ساخت. برنامه‌های مشابهی در کشورهای دیگر نیز وجود دارند. تلاش (EISI) در جهت مطالعه اثر دانش بدست آمده از پروژه ژنوم انسانی در بسیاری از حوزه‌ها مانند کار طب و سایر حرفه‌های مراقبت بهداشتی ، وضع و ارائه سیاست عمومی ، قانون و آموزش می‌باشد.

در هر بحثی از موضوعات اخلاقی در پزشکی ، سه اصل اساسی غالبا ذکر می‌شود: سودمندی ، احترام به خودمختاری فرد ، عدالت. وقتی این سه اصل در تعارض با یکدیگر باشند، موضوعات اخلاقی پیچیده‌ای بوجود می‌آید. نقش متخصصان اخلاقی پزشکی که در حد فاصل بین جامعه و ژنتیک پزشکی کار می‌کنند، سنجیدن تقاضاهای متعارض است که هر کدام بر پایه یک یا بیش از یک اصل اساسی فوق ادعای مشروعیت دارند.

[Borna66]

ژنوم در موجودات مختلف

اطلاعات اولیه

در ساده‌ترین حالت یک ژن را می‌توان به صورت قطعه‌ای از یکمولکول DNA و حاوی رمز برای توالی اسید آمینه‌ای یک رشته پلی پپتیدی و توالیهای تنظیم کننده لازم برای بروز آن در نظر گرفت. در بین جانداران دو نوع سلول یوکاریوت و پروکاریوت در نظر گرفته می‌شود. جانداران یوکاریوت به جاندارنی گفته می‌شود که سلولهای آنها دارای هسته است و مولکولهای DNA آنها در داخل ساختمانهایی به نام کروموزوم درهسته بسته بندی شده‌اند. در جانداران پروکایوت هسته مشخص و کروموزومها یافت نمی‌شوند و مولکولهای DNA در ساختارهایی به نام نوکلوئید که فاقد پروتئینهای هیستون هستند مجتمع می‌شوند. به مجموعه این ژنها در هر سلول در جانداران مختلف ژنوم آن جاندار گفته می‌شود.





ژنوم ویروسها

ژنوم ویروسها ساختمان ساده‌ای دارند که معمولا فقط از مقداری اسید نوکلئیک تشکیل شده است (در ویروسهای پوشش‌دار یک لایه لیپیدی نیز وجود دارد). اسید نوکلئیک موجود در ویروسها ممکن است، %RNA یا باشد. ولی در هیچ ویروسی DNA و RNA باهم وجود ندارد. RNA و DNA موجود در ویروسها ممکن است تک رشته‌ای یا دو رشته‌ای باشند. همچنین در مورد ویروسهای DNA‌دار ممکن است ژنوم آنها به صورت خطی یا حلقوی باشد. ولی در ویروسهای RNAدار ، ژنوم همواره به صورت خطی خواهد بود. در بعضی از ویروسها برای مثال رترو ویروسها که عامل بیماری ایدزهستند، در بین آنها می‌باشد. ژنوم به صورت یک قطعه‌ای نبوده ، بلکه چند قطعه‌ای می‌باشد.

اندازه ژنوم ویروسها

اندازه ژنوم ویروسها یکسان نیست و حدودا بین 3 کیلو باز تا 200 کیلو باز متغیر می‌باشد. وزن ژنوم ویروسها در حدود 1.7 الی 106×13 می‌باشد. همانطوری که از مثالهای فوق مشخص است، تفاوت خاصی بین اندازه ژنوم ویروسهای مربوط بهپروکاریوتها و ویروسهای مربوط به یوکارویوتها وجود ندارد. نکته جالب دیگر در مورد ژنوم ویروسها این است که مولکولهای دیگری مانند پلی پپتیدها و آمینو اسیدها و قندها ممکن است به صورت کووالانسیبه اسیدهای نوکلئیک ویروسها متصل شوند.

برای مثال در باکتریوفاژ ، زوج T4 , T2 به جای سیتوزین ، 5-هیدروکسی متیل سیتوزین وجود دارد که عامل OH- ، هیدروکسی متیل سیتوزینمعمولا با قند گلوکزجایگزین می‌شود. این عمل ، محافظت ژنوم ویروس در مقابل آنزیمهای نوکلئاز میزبان را سبب می‌شود.





ژنوم پروکاریوتها

ژنوم پروکاریوتها یک مولکول DNA حلقوی است که به میزان زیادی پیچ خورده و به صورت فرا پیچیده در آمده است. تا خوردن و فراپیچش برای جای گرفتن ژنوم در داخل سلول بسیار ضروری است. زیرا اندازه معمولی ژنوم در پروکاریوتها بسیار بزرگتر از اندازهسلول باکتری است. برای مثال طول DNA کامل Ecoli بدون واپیچش حدود 100mm است. در حالی که طول خود سلول Ecoli حدود 2 میکرومتر می‌باشد و جای دادن این DNA در داخل EColi به تا خوردن زیادی نیاز دارد. اندازه ژنوم معمولی باکتریها در حدود 109 الی 1010 دالتون می‌باشد.

مثلا EColi دارای ژنومی با وزن 2.7x109 دالتون و با حدود 4600 کیلو جفت باز می‌باشد. این اندازه به میزان قابل توجهی کوچکتر از ژنوم یوکاریوتها می‌باشد. ولی از اندازه ژنوم ویروسها بزرگتر است. در بسیاری از باکتریها علاوه بر ژنوم اصلی ، در حدود 20-1 مولکول کوچک DNA حلقوی وجود دارد که پلاسمید خوانده می‌شوند. اندازه پلاسمیدها کوچک بوده و در حدود اندازه ژنوم ویروسها می‌باشد. پلاسمیدها قدرت تکثیر دارند و با نظم خاصی متناسب با تقسیم باکتریها تکثیر می‌شوند.

بطوری که تعداد آنها درون سلول باکتری همواره ثابت است. مشخصه اصلی پلاسمیدها این است که اطلاعات مربوط به بعضی از خصوصیات باکتریها ، مثلا مقاومت به آنتی بیوتیکها یا توانایی مصرف مواد و غیره بر روی پلاسمید قرار دارند و با انتقال یک پلاسمید از یک باکتری به باکتری دیگر این خصوصیات نیز منتقل می‌شود. امروزه پلاسمیدها نقش مهمی در زمینه کارهای مهندسی ژنتیک بر عهده دارند.

ژنوم میتوکندری و کلروپلاست

این ژنومها از نظر بسیاری از خصوصیات شبیه ژنوم باکتریها می‌باشد. این ژنومها نیز به صورت DNA حلقوی فرا پیچیده هستند. اندازه این ژنومها در یوکاریوتهای مختلف متفاوت است. برای مثال اندازه کلروپلاست در گیاهان مختلف حدود 120 - 20 کیلو جفت باز می‌باشد. ولی اندازه ژنوم میتوکندری محدوده وسیعتری دارد و حدود 200 - 16 کیلو جفت باز می‌باشد.

میتوکندری یوکاریوتهای عالی‌تر ژنوم کوچکتری نسبت به میتوکندری یوکاریوتهای پست دارند. برای مثال اندازه ژنوم میتوکندری انسان 16569 جفت باز می‌باشد. در حالی که اندازه ژنوم میتوکندری مخمر حدود 90000 جفت باز می‌باشد. دانشمندان علت کوچکتر شدن ژنوم میتوکندری در یوکاریوتهای عالی‌تر را خارج شدن ژنهااز میتوکندری و ورود آنها به داخل ژنوم میزبان می‌دانند. این مطلب امروزه تا حدودی به اثبات رسیده است.






ژنوم یوکاریوتها
اندازه ژنوم موجودات یوکاریوت از مخمر گرفته تا انسان ، نسبت به ژنومهای قطعات مختلف DNA ، رشته‌ای است که هنگام تقسیم سلولی به صورت کروموزومها قابل مشاهده هستند. این ساختار ناشی از وجود هیستونها در داخل ژنوم یوکاریوتها می‌باشد. اندازه ژنوم یوکاریوتها 1015 - 1010 جفت باز متغیر می‌باشد که در تعداد متفاوتی از کروموزومها وجود دارند.

اندازه کروموزومها و تعداد آنها در هر گونه از یوکاریوتها ثابت می‌باشد. نکته دیگر در مورد یوکاریوتها محصور بودن ژنوم آنها در داخل هسته می‌باشد. وجود غشای هسته باعث می‌شود که اعمال همانندسازی و نسخه برداری DNA در خارج از محیط داخلی سلول صورت بگیرد که این مطلب خود یک عامل تنظیمی برای ژنها می‌باشد.

توالیهای با تکرار زیاد

نکته مهم و جالب توجه دیگر در مورد ژنوم یوکاریوتها ، وجود توالیهای تکرار شونده در ژنوم آنهاست. این توالیهای تکراری در ژنوم تمامی یوکاریوتها وجود دارد و ممکن است تا 10 میلیون بار تکرار شوند. توالی تکرار شونده ممکن است تا حدود 100 نوکلوتیدرا شامل شود. این توالیها را توالیهایی با تکرار زیاد می‌نامند. در کنار توالیهای با تکرار زیاد ، توالیهای دیگری با تکرار متوسط نیز وجود دارند که طول آنها بیشتر از طول توالیهای با تکرار زیاد می‌باشد. این توالیها معمولا تعداد کمتری (حدود 1000) دارند.

نقش توالیها با تکرار زیاد

دخالت در سازمان دهی DNA یوکاریوتها می‌باشد. برای مثال این توالیها در سانترومر وجود دارند. توالیهای با تکرار متوسط گاهی نقش ساختمانی نیز دارند. برای مثال ژنهای RNA ریبوزومی در بعضی از موجودات مثلا وزغها به صورت تکرار متوسط هستند و حدود 1000 نسخه از آن وجود دارد.

همچنین به دلیل قرار گرفتن توالیهای با تکرار متوسط در محلهای خاص نسبت به ژنهای ساختمانی ، به این توالیها نقش تنظیمی نیز نسبت داده شده است. با توجه به حجم زیاد توالیهای تکراری در ژنوم یوکاریوتها ، ژنهای ساختمانی بطور تخمینی فقط حدود 10 درصد کل DNA سلول یوکاریوتها را تشکیل می‌دهند.

__________________