ناقل (علم الأحياء الجزيئي)

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

في الاستنساخ الجزيئي ، يُعرف الناقل بأنه أي جسيم (مثل البلازميدات ، والكوزميدات ، وفيروسات لامدا ) يُستخدم كوسيلة لنقل تسلسل نووي غريب - عادةً ما يكون DNA - إلى خلية أخرى ، حيث يمكن نسخه و/أو التعبير عنه . [ 1 ] يُطلق على الناقل الذي يحتوي على DNA غريب اسم DNA مُعاد التركيب . الأنواع الأربعة الرئيسية للنواقل هي البلازميدات ، والنواقل الفيروسية ، والكوزميدات ، والكروموسومات الاصطناعية . ومن بين هذه الأنواع، تُعد البلازميدات أكثر النواقل استخدامًا. [ 2 ] تشترك جميع النواقل المُهندسة في وجود منشأ النسخ ، وموقع الاستنساخ المتعدد ، وعلامة اختيارية .

يحمل الناقل عادةً تسلسلًا من الحمض النووي يتكون من جزء مُدرج (في هذه الحالة، الجين المُدخَل ) وتسلسل أكبر يُشكل "العمود الفقري" للناقل. والغرض من الناقل الذي ينقل المعلومات الوراثية إلى خلية أخرى هو عزل الجزء المُدرج أو تكثيره أو التعبير عنه في الخلية المستهدفة. يمكن استخدام جميع النواقل للاستنساخ، ولذلك تُسمى نواقل استنساخ ، ولكن توجد أيضًا نواقل مُصممة خصيصًا للاستنساخ، بينما قد تُصمم نواقل أخرى لأغراض أخرى، مثل النسخ والتعبير البروتيني. تُسمى النواقل المُصممة خصيصًا للتعبير عن الجين المُدخَل في الخلية المستهدفة بنواقل التعبير ، وتحتوي عادةً على تسلسل مُحفز يُوجه التعبير عن الجين المُدخَل. أما النواقل الأبسط، والتي تُسمى نواقل النسخ، فهي قادرة فقط على النسخ ولكن ليس على الترجمة: إذ يُمكن تكرارها في الخلية المستهدفة ولكن لا يُمكن التعبير عنها، على عكس نواقل التعبير. تُستخدم نواقل النسخ لتضخيم الجزء المُدرج فيها.

تُجرى عمليات التلاعب بالحمض النووي عادةً على نواقل بكتيريا الإشريكية القولونية ، التي تحتوي على العناصر اللازمة لبقائها داخل هذه البكتيريا . مع ذلك، قد تحتوي النواقل أيضًا على عناصر تسمح لها بالبقاء في كائنات حية أخرى، مثل الخميرة أو الخلايا النباتية أو خلايا الثدييات، وتُسمى هذه النواقل بالنواقل المكوكية . تحتوي هذه النواقل على عناصر بكتيرية أو فيروسية يمكن نقلها إلى الكائن المضيف غير البكتيري. كما طُوّرت نواقل أخرى تُسمى النواقل داخل الجينومية لتجنب نقل أي مادة وراثية من نوع غريب. [ 3 ]

يُطلق على إدخال ناقل في الخلية المستهدفة عادةً اسم التحول بالنسبة للخلايا البكتيرية، [ 4 ] والعدوى بالنسبة للخلايا حقيقية النواة، [ 5 ] على الرغم من أن إدخال ناقل فيروسي يُطلق عليه غالبًا اسم النقل . [ 6 ]

صفات

البلازميدات

البلازميدات هي تسلسلات DNA مزدوجة السلاسل، خارج الكروموسومات، وعادةً ما تكون دائرية، قادرة على التضاعف باستخدام آلية التضاعف في الخلية المضيفة. [ 7 ] تتكون نواقل البلازميد بشكل أساسي من منشأ تضاعف يسمح بتضاعف البلازميد بشكل شبه مستقل في الخلية المضيفة. توجد البلازميدات على نطاق واسع في العديد من البكتيريا، مثل الإشريكية القولونية ، ولكنها قد توجد أيضًا في بعض حقيقيات النوى، مثل الخميرة (Saccharomyces cerevisiae) . [ 8 ] قد تكون البلازميدات البكتيرية قابلة للانتقال عن طريق الاقتران أو غير قابلة للانتقال.

  • الاقتران - نقل الحمض النووي عن طريق الاقتران وبالتالي ينتشر بسرعة بين الخلايا البكتيرية في مجموعة سكانية؛ على سبيل المثال، بلازميد F، والعديد من بلازميدات R وبعض بلازميدات col.
  • غير مترافقة - لا تتوسط الحمض النووي من خلال الاقتران، على سبيل المثال، العديد من البلازميدات R و col.
يُعد البلازميد pBR322 أحد البلازميدات الأولى التي استخدمت على نطاق واسع كناقل استنساخ .

تُستخدم البلازميدات ذات الخصائص المُصممة خصيصًا على نطاق واسع في المختبرات لأغراض الاستنساخ . تكون هذه البلازميدات عادةً غير قابلة للاقتران، ولكنها قد تحتوي على العديد من الخصائص الأخرى، ولا سيما " موقع استنساخ متعدد " حيث تسمح مواقع القطع المتعددة بواسطة إنزيمات التقييد بإدخال جين مُدخَل. تستطيع البكتيريا الحاملة لهذه البلازميدات إنتاج ملايين النسخ من الناقل داخلها في غضون ساعات، ويمكن استخلاص النواقل المُضخَّمة من البكتيريا لإجراء المزيد من التعديلات عليها. قد تُستخدم البلازميدات تحديدًا كناقلات نسخ، وقد تفتقر هذه البلازميدات إلى تسلسلات أساسية للتعبير عن البروتين. تحتوي البلازميدات المُستخدمة للتعبير عن البروتين، والتي تُسمى نواقل التعبير ، على عناصر لترجمة البروتين، مثل موقع ارتباط الريبوسوم ، وكودونات البدء والتوقف .

النواقل الفيروسية

النواقل الفيروسية هي فيروسات مُهندسة وراثيًا تحمل حمضًا نوويًا فيروسيًا مُعدَّلًا (DNA أو RNA) غير مُعدٍ، ولكنه لا يزال يحتوي على مُحفِّزات فيروسية وجين مُدخَل، مما يسمح بترجمة هذا الجين عبر مُحفِّز فيروسي. مع ذلك، ولأن النواقل الفيروسية غالبًا ما تفتقر إلى التسلسلات المُعدية، فإنها تتطلب فيروسات مُساعدة أو خطوط تغليف لإجراء عمليات نقل الجينات على نطاق واسع. تُصمَّم النواقل الفيروسية عادةً لدمج الجين المُدخَل بشكل دائم في جينوم الخلية المُضيفة، وبالتالي تترك علامات وراثية مميزة في جينوم الخلية المُضيفة بعد دمج الجين المُدخَل. على سبيل المثال، تترك الفيروسات القهقرية نمطًا مميزًا لتكامل الفيروسات القهقرية بعد الإدخال، وهو نمط قابل للكشف ويشير إلى أن الناقل الفيروسي قد اندمج في جينوم الخلية المُضيفة.

الكروموسومات الاصطناعية

الكروموسومات الاصطناعية هي كروموسومات مُصنّعة، مثل كروموسومات الخميرة الاصطناعية (YACs)، وكروموسومات البكتيريا الاصطناعية (BACs)، وكروموسومات الإنسان الاصطناعية (HACs). يستطيع الكروموسوم الاصطناعي حمل قطعة DNA أكبر بكثير من تلك التي تحملها النواقل الأخرى. [ 9 ] إذ يمكن لـ YACs وBACs حمل قطعة DNA يصل طولها إلى 300,000 نيوكليوتيد. وتشمل العناصر البنيوية الأساسية للكروموسوم الاصطناعي: منشأ التضاعف، والسنترومير، وتسلسلات النهاية التيلوميرية. [ 10 ]

النسخ

يُعدّ نسخ الجين المستنسخ عنصرًا أساسيًا في الناقل عند الحاجة إلى التعبير الجيني: إذ يُمكن تضخيم جين واحد عبر النسخ لإنتاج نسخ متعددة من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ، وهو القالب الذي يُنتج عليه البروتين عبر الترجمة. [ 11 ] يؤدي وجود عدد أكبر من جزيئات mRNA إلى إنتاج كمية أكبر من البروتين، ويعتمد عدد نسخ mRNA المُنتجة على المُحفّز المُستخدم في الناقل. [ 12 ] قد يكون التعبير الجيني مُستمرًا، أي أن البروتين يُنتج باستمرار في الخلفية، أو قد يكون مُحفّزًا، حيث يُعبّر عن البروتين فقط في ظل ظروف مُعينة، كإضافة مُحفّز كيميائي. يعتمد هذان النوعان من التعبير على نوع المُحفّز والمُشغّل المُستخدمين .

تُستخدم المحفزات الفيروسية غالبًا للتعبير المستمر في البلازميدات والنواقل الفيروسية لأنها عادةً ما تُحفز النسخ المستمر في العديد من سلالات وأنواع الخلايا بشكل موثوق. [ 13 ] يعتمد التعبير المُستحث على المحفزات التي تستجيب لظروف التحفيز: على سبيل المثال، لا يبدأ محفز فيروس ورم الثدي الفأري عملية النسخ إلا بعد إضافة الديكساميثازون، ولا يبدأ محفز الصدمة الحرارية في ذبابة الفاكهة عملية النسخ إلا بعد التعرض لدرجات حرارة عالية.

صُممت بعض النواقل لغرض النسخ فقط، كما هو الحال في إنتاج الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) في المختبر . تُسمى هذه النواقل بنواقل النسخ. وقد تفتقر إلى التسلسلات اللازمة لعملية إضافة ذيل عديد الأدينين وإنهاء النسخ، وبالتالي لا يمكن استخدامها لإنتاج البروتين.

تعبير

تُنتج نواقل التعبير البروتينات من خلال نسخ الجزء المُدرج في الناقل، متبوعًا بترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) الناتج، ولذلك فهي تتطلب مكونات أكثر من نواقل النسخ الأبسط. يتطلب التعبير في كائنات مضيفة مختلفة عناصر مختلفة، على الرغم من تشابه المتطلبات، مثل المُحفز لبدء النسخ، وموقع ارتباط الريبوسوم لبدء الترجمة، وإشارات الإنهاء.

ناقل التعبير في بدائيات النوى

ناقل التعبير في حقيقيات النوى

تتطلب نواقل التعبير في حقيقيات النوى تسلسلات تشفر ما يلي:

  • ذيل البولي أدينيل : يُنشئ ذيل بولي أدينيل في نهاية ما قبل mRNA المنسوخ الذي يحمي mRNA من الإكسونوكليازات ويضمن إنهاء النسخ والترجمة: يعمل على استقرار إنتاج mRNA.
  • الحد الأدنى لطول UTR : تحتوي UTRs على خصائص محددة قد تعيق النسخ أو الترجمة، وبالتالي يتم ترميز أقصر UTRs أو عدم وجودها على الإطلاق في متجهات التعبير المثلى.
  • تسلسل كوزاك : يجب أن تشفر النواقل تسلسل كوزاك في الحمض النووي الريبوزي الرسول، والذي يقوم بتجميع الريبوسوم لترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول.

سمات

تحتوي المتجهات الحديثة المصنعة اصطناعياً على مكونات أساسية موجودة في جميع المتجهات، وقد تحتوي على ميزات إضافية أخرى موجودة فقط في بعض المتجهات:

  • أصل التضاعف : ضروري لتضاعف الناقل والحفاظ عليه في الخلية المضيفة.
  • المحفز : تُستخدم المحفزات لتوجيه نسخ الجين المنقول في الناقل، بالإضافة إلى الجينات الأخرى الموجودة فيه، مثل جين مقاومة المضادات الحيوية. قد لا تحتوي بعض نواقل الاستنساخ على محفز للجين المُستنسخ، ولكنه عنصر أساسي في نواقل التعبير الجيني لضمان التعبير عن المنتج المُستنسخ.
  • موقع الاستنساخ: قد يكون هذا موقع استنساخ متعدد أو ميزات أخرى تسمح بإدخال الحمض النووي الغريب في الناقل من خلال الربط .
  • المؤشرات الجينية : تسمح المؤشرات الجينية للنواقل الفيروسية بالتأكد من أن الناقل قد اندمج مع الحمض النووي الجينومي للمضيف.
  • مقاومة المضادات الحيوية : تسمح النواقل ذات إطارات القراءة المفتوحة المقاومة للمضادات الحيوية ببقاء الخلايا التي التقطت الناقل في أوساط النمو التي تحتوي على مضادات حيوية من خلال الانتقاء بالمضادات الحيوية.
  • المستضد : قد تحتوي بعض النواقل على تسلسل لمستضد معين يمكن دمجه في البروتين المُعبَّر عنه. وهذا يسمح بتحديد الخلايا التي تُعبِّر عن البروتين المستهدف بواسطة الأجسام المضادة.
  • الجينات المُبلِّغة : قد تحتوي بعض النواقل على جين مُبلِّغ يسمح بتحديد البلازميد الذي يحتوي على تسلسل DNA مُدخَل. مثال على ذلك هو lacZ-α الذي يُشفِّر الجزء الطرفي N من إنزيم بيتا-جالاكتوزيداز ، وهو إنزيم يهضم الجالاكتوز . يوجد موقع استنساخ متعدد داخل lacZ-α ، وسيؤدي إدخال جزء بنجاح في الناقل إلى تعطيل تسلسل الجين، مما ينتج عنه إنزيم بيتا-جالاكتوزيداز غير نشط. يمكن تحديد الخلايا التي تحتوي على الناقل مع الجزء المُدخَل باستخدام الانتقاء الأزرق/الأبيض عن طريق زراعة الخلايا في وسط يحتوي على نظير للجالاكتوز ( X-gal ). تظهر الخلايا التي تُعبِّر عن إنزيم بيتا-جالاكتوزيداز (وبالتالي لا تحتوي على جزء مُدخَل) على شكل مستعمرات زرقاء. يتم اختيار المستعمرات البيضاء على أنها تلك التي قد تحتوي على جزء مُدخَل. تشمل الجينات المُبلِّغة الأخرى شائعة الاستخدام البروتين الفلوري الأخضر واللوسيفيراز .
  • تسلسل الاستهداف: قد تتضمن نواقل التعبير ترميزًا لتسلسل استهداف في البروتين النهائي الذي يوجه البروتين المعبر عنه إلى عضية معينة في الخلية أو موقع محدد مثل الفضاء المحيط بالبلازما للبكتيريا.
  • علامات تنقية البروتين : تتضمن بعض نواقل التعبير بروتينات أو تسلسلات ببتيدية تُسهّل تنقية البروتين المُعبَّر عنه. ومن الأمثلة على ذلك علامة البولي هيستيدين ، وإنزيم غلوتاثيون-إس-ترانسفيراز ، وبروتين ربط المالتوز . قد تُسهم بعض هذه العلامات أيضًا في زيادة ذوبان البروتين المستهدف. يُدمج البروتين المستهدف مع علامة البروتين، ولكن موقع انقسام البروتياز الموجود في منطقة الربط الببتيدية بين البروتين والعلامة يسمح بإزالة العلامة لاحقًا.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "Vector" . Genome.gov . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2019-07-08 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2022-04-16 .
  2. ↑ لوديش هـ، بيرك أ، زيبورسكي إس إل، ماتسودايرا ب، بالتيمور د، دارنيل ج (2000). "استنساخ الحمض النووي باستخدام نواقل البلازميد" . بيولوجيا الخلية الجزيئية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: دبليو إتش فريمان. مؤرشف من الأصل في 27 مايو 2009. تم الاسترجاع في 11 أبريل 2018 . 
  3. ↑ أكوا جي (16 أغسطس 2012). مبادئ علم الوراثة النباتية وتربية النباتات . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-1-118-31369-5.
  4. ↑ جونستون سي، مارتن بي، فيشان جي، بولارد بي، كلافيريز جيه بي (مارس 2014). "التحول البكتيري: التوزيع، والآليات المشتركة، والتحكم المتباين". مجلة نيتشر ريفيوز. علم الأحياء الدقيقة . 12 (3): 181-196 . doi : 10.1038/nrmicro3199 . PMID 24509783. S2CID 23559881 .  
  5. ↑ "متصفح MeSH" . meshb.nlm.nih.gov . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17-04-2018 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-04-2018 .
  6. ↑ هارتل دي إل، جونز إي دبليو (1998). علم الوراثة: المبادئ والتحليل ( الطبعة الرابعة). سودبري، ماساتشوستس: جونز وبارتليت للنشر. ISBN  978-0-7637-0489-6. OCLC 45730915 . 
  7. ^ ديل سولار، جلوريا. جيرالدو، رافائيل. رويز إيتشيفاريا، ماريا خيسوس؛ إسبينوزا، مانويل؛ دياز أوريجاس، رامون (يونيو 1998). "التكرار والتحكم في البلازميدات البكتيرية الدائرية" . مراجعات علم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا الجزيئية . 62 (2): 434-464 . دوى : 10.1128/MMBR.62.2.434-464.1998 . ردمك 1092-2172 . بمك 98921 . بميد 9618448 .   
  8. ↑ براون، ت. أ. (2010). "الفصل 2 - نواقل استنساخ الجينات: البلازميدات والباكتيريوفاجات" . استنساخ الجينات وتحليل الحمض النووي: مقدمة ( الطبعة السادسة). وايلي-بلاك ويل. ISBN  978-1-4051-8173-0أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 17 ديسمبر 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 نوفمبر 2016 .
  9. ↑ جولين، دوغلاس (2014). "الكروموسومات الاصطناعية". علوم الحياة الجزيئية . سبرينغر، نيويورك، نيويورك. ص 1-3 . doi : 10.1007/978-1-4614-6436-5_91-3 . ISBN  978-1-4614-6436-5.
  10. ↑ موراي، أندرو؛ شوستاك، جاك (نوفمبر 1987). "الكروموسومات الاصطناعية". مجلة ساينتفك أمريكان . 257 (5): 62-68 . Bibcode : 1987SciAm.257e..62M . doi : 10.1038/scientificamerican1187-62 . PMID 3317814 . 
  11. ↑ سولومون إي بي، بيرغ إل آر، مارتن دي دبليو (2005). علم الأحياء ( الطبعة الثامنة). بيلمونت، كاليفورنيا: بروكس/كول تومسون ليرنينج. رقم ISBN  978-0-495-31714-2. OCLC 123008833 . 
  12. ↑ دامديندورج إل، كارنان إس، أوتا إيه، حسين إي، كونيشي واي، هوسوكاوا واي، كونيشي إتش (29 أغسطس 2014). " تحليل مقارن للمحفزات التكوينية الموجودة في نواقل الفيروسات الغدية المرتبطة" . PLOS ONE . 9 (8) e106472. Bibcode : 2014PLoSO...9j6472D . doi : 10.1371/journal.pone.0106472 . PMC 4149579. PMID 25170953 .  
  13. ↑ ليوين أ، ماير م، تشوساينو ج، جاكوب د، أبيل ب (يونيو 2005). "يمكن للمحفزات الفيروسية أن تبدأ التعبير عن جينات السموم المُدخلة إلى الإشريكية القولونية" . مجلة BMC للتكنولوجيا الحيوية . 5 19. doi : 10.1186/1472-6750-5-19 . PMC 1181807. PMID 15967027 .  

للمزيد من القراءة

  • فريشني آي آر (29 يوليو 2005). زراعة الخلايا الحيوانية: دليل للتقنيات الأساسية . هوبوكين، نيو جيرسي: جون وايلي وأولاده، رقم ISBN 978-0-471-45329-1.