vetworld
02-23-2012, 05:50 PM
شبیه سازی فرایندی است که در طی آن یک نسخه از یک گیاه یا حیوانی که از نظر ژنتیکی با ارزش هستند به طریق غیر جنسی تکثیر میابند.
http://up98.org/upload/server1/02/c/qgpeuw3wg05j6d9ooyff.jpg
قدمت این علم به بیش از دو قرن گذشته یعنی سال 1891 برمیگردد که هانس دریش در یک ازمایش بحث افرین بلاستومر های تخم شکافته شده ی یک اورکین دریایی را جدا کرد.در سال 1902 دانشمند جنین شناس دیگری به نام هانس اسپمان از موی پسر کوچکش به عنوان چاقو برای جدا کردن یک جنین دو سلولی مارمولک که در خارج از بدن نیز میتواند رشد کند استفاده کرد.او سپس یک سلول منفرد را از یک جنین 16 سلولی جدا نمود.به همین صورت در سال های 1936 گرگوری پینکوس تکنیک تولید مثلی به نام پارتنوژنزیس را مورد ازمایش قرار داد که در این روش حیوانات ماده با استفاده از اشعه ایکس،مواد شیمیایی و یا القاگر های دیگر به حاملگی سوق داده میشوند.
تا نوامبر 1951 پیشرفت چشمگیری در زمینه ی شبیه سازی صورت نگرفت تا ایکه در همین زمان یک گروه از دانشمندان در فیلادلفیا در ازمایشگاه روبرت بریگز یک جنین قورباغه را شبیه سازی کردند.
علیرغم تمام پشیرفت های جدید در زمینه ی شبیه سازی در علوم زیستی،شبیه سازی ابتدا در طبیعت آغاز شده است.بسیاری از ارگانیسم های موجود در طبیعت از طریق فرایندی به نام تولید مثل غیر جنسی تکثیر میابند که در این روش اطلاعات ژنتیکی جاندار کد شده و از طریق دی ان ای از نسلی به نسل دیگر انتقال میابد.
تولید مثل های غیر جنسی که در طبیعت وجود دارند عبارتند از:
تقسیم سلولی دوتایی
جوانه زدن
برخی گیاهان با تولید ساقه های رونده شبیه میشوند
برخی از گیاهان هم با تولید ریشه های زیر زمینی شبیه میشوند
اما در شبیه سازی مصنوعی در ابتدا دانشمندان توانستند در ازمایشگاه سلول های شبیه سازی شده را تولید نمایند.به این صورت که به یک سلول منفرد اجازه ی تقسیم داده میشود و جمعیتی از سلول ها که از نظر ژنتیکی باهم مشابه هستند تولید میکنند و هر سلول را در محیط کشت قرار میدهند وسلول ها با تقسیم میتوز خود شبیه سازی میشوند.
پس از ان تکنیک های شبیه سازی بسیار پیشرفته تری با استفاده از جنین حیوانات ایجاد گردید.همه ی سلول های موجود در بدن یک حیوان از یک تخم لقاح یافته تولید می گردند.
ابن تخم لقاح یافته تقسیم شده و جنینی تشکیل میدهد که هر سلول ان با بقیه ی سلول ها از نظر ژنتیکی شباهت دارد.
انواع تقسیم بندی به روش مصنوعی عبارتند از:
1-تفکیک سلول های بلاستومر
2-تقسیم بلاستوسیت
3-انتقال هسته سلول سوماتیک
تفکیک سلول های بلاستومر
در این روش دانشمندان در محیط آزمایشگاه یک سلول تخمک را با یک سلول اسپرم بارور میسازند.
لقاح ازمایشگاهی) در این تکنیک به جنین تولید شده اجازه داده میشود تا زمان تشکیل توده ی 4 IVF (
سلولی تقسیم شود.سپس پرده ی روی جنین را برمیدارند و توده را در محلول خاصی قرار میدهند.این عمل باعث میشود که سلول های جنینی که بلاستومر خوانده میشون از هم جدا شوند.سپس هر بلاستومر را در یک محیط کشت قرار میدهند که یک جنین کامل را تولید میکند که از نظر ژنتیکی با جنین اولیه مشابه است.
پس از ان هر جنین را میتوان در رحم یک مادر قرار داد تا دوره ی حاملگیطبیعی طی شده و یک موجود کامل تولید گردد
تقسیم بلاستوسیتی
در این روش به یک تخم بارور اجازه داده میشود تا زمان تشکیل یک توده ی سلولی 32 تا 150 سلولی که بلاستوسیت خوانده میشودتقسیم گردد.سپس بلاستوسیت تولید شده به دو قسمت تقسیم شده و درون رحم یک مادر کاشته میشود.این دو نیمه به صورت دو قلو های کاملا مشابه رشد میکنند.
انتقال هسته سلول سوماتیک
در روش تفکیک بلاستومر ها و تقسیم بلاستوسیتی حیواناتی تولید مشوند که حاوی مواد ژنتیکی پدر و مادر هستند در حالیکه در انتقال هسته سلول سوماتیک حیواناتی تولید میشوند که حاوی ماده ی ژنتیکی موجود در بدن یکی از والدین میباشد.
در این روش دانشمندان ماده ی ژنتیکی را از یک سلول پیکری(هرکدام از سلول های بدن به غیر از اسپرم یا تخمک)به یک تخمک که مواد ژنتیکی از ان خارج گردیده است انتقال میدهند.سلول شبیه سازی شده حاوی ماده ی ژنتیکی سلول پیکر دهنده خواهد بود
دانشمندان سلول سوماتیک و نخمک بدون هسته را به روش هم امیزی ویا تزریق باهم ادغام میکنند.
در روش فیوژن(هم امیزی)دانشمندان یک سلول سوماتیک را در تماس با یک سلول تخمک فاقد هسته قرار میدهند سپس یک پالس الکتریکی به دو سلول داده میشود که باعث میگردد هسته ی سلول سوماتیک به درون سلول تخمک فاقد هسته کشیده میشود.
در روش تزریق دانشمندان هسته ی سلول سوماتیک را مستقیما به برون سلول تخمک بدون هسته تزریق میکنند.
مزایا و موارد استفاده از شبیه سازی
الف)استفاده از شبیه سازی در درمان بیماری ها،پیوند ارگان ها و بافت ها:
این روش برای افرائی که به پیوند سلول،بافت یا ارگان نیاز دارند استفاده میگردد برای این کار باید ابتدا با استفاده از روش انتقال هسته ای،جنینی شبیه گردد که بتوان از آن سلول های اجدادی جنینی تهیه نمود و سپس از این سلول های اجدادی یک لاین سلولی به دست آورد.سلول های اجدادی جنینی(ای اس)را می توان به صورت فریز شده ذخیره کرد و هنگام نیاز آنها را ذوب کرده و مستقیما یا پس از القاء تمایز،به سلول مورد نظر به عنوان مثال هپاتوسیت ها،نورون ها،کاردیومیوسایت ها،سلول های خونی و یا سلولهای جزایر لانگرهانس،آنها را مورد استفاده قرار داد.این سلول ها به عنوان خودی شناخته شده و بنابراین بعد از پیوند پس زده نمی شوند.در آینده دانشمندان خواهد توانست از انواع سلول های مشتق شده از سلول های اجدادی جنینی،بافت ها یا ارگان های مختلف را نیز تولید نمایند،اما این عمل هم اکنون امکانپذیر نیست.
ب)شبیه سازی برای استفاده های درمانی-داروهای پزشکی و آنتی بیوتیک ها:
تولید آنتی بیوتیک ها و مواد داروئی درآزمایشگاه ها وقت گیر و پرهزینه است و اغلب به تجهیزات زیادی نیاز دارد.یک راه جدید،تولید این مواد با استفاده از دستکاری کردن ژن هاست به این صورت که ژن مورد نظر در داخل یک جنین جایگذاری می شود و سپس پروتئین در حیوان بالغ امکان تولید پیدا می کند.در حال حاضر بیشترین تلاش ها بر روی تولید داروها و ترشح آنها در شیر گاو و گوسفند متمرکز شده است.اما برخی روش های دیگر مانند تولید این داروها در مایع منی خوک و تخم مرغ نیز در حال بررسی هستند.تولید این دسته از حیوانات که حیوانات تراریخت نامیده میشوند،وقت گیر،پرهزینه و مشکل است.
متاسفانه هنگامیکه یک ژن به درون تخم های بارور شده وارد می شود،تعداد کمی ار آنها میتوانند این دی ان ای را به درون ژنوم خود وارد کنند و تعداد بسیار کمتری ژن مورد نیاز را در بافت مورد نظر بارز می سازند. در مقابل سلول های کشت داده شده نسبت به تخم های بارور شده،بهتر میتوانند با دی ان ای الحاق یابند و بررسی آن برای مشخص شدن ژن وارد شده به میزان قابل توجهی آسانتر و سریع تر است.سپس میتوان این سلول های تراریخت را دوباره برنامه ریزی کرده و شبیه های تراریختی تولید نمود که بازدهی آن نسبت به روش قبلی بیشتر است.تولید تعدادی از داروها مانند فاکتور آی ایکس انعقاد خون انسان(برای بیماران مبتلا به هموفیلی)،آنتی تریپسین آلفا-یک(برای فیبروز سیستیک) و اینترفرون ها(برای سرطان ها) با استفاده از این روش هم اکنون در حال بررسی هستند.
ج)تولید حیوانات مورد نیاز برای تحقیقات زیست-پزشکی:
بسیاری از بیماری های ژنتیکی انسانی درنوعی میمون نیز دیده می شوند.تولید این حیوانات بسیار با ارزش به روش شبیه سازی مزایای بسیار زیاد برای تحقیقات زیست-پزشکی داشته است.به طوریکه با تولید این حیوانات مدل های پریماتی غیر انسانی برای بیماری های انسانی گسترش چشمگیری یافته اند.میمون هائی که از نظر ژنتیکی مشابه هستند نیز برای مطالعات ایمنی شناسی،عصب شناسی و آزمایشات مربوط به واکسیناسیون مدل های مناسبی هستند.
د)تکثیر حیواناتی که دارای خصوصیات ژنتیکی مطلوب می باشند:
تولید حیواناتی با نژاد مرغوب و افزایشدر تعداد ان ها صدها سال است که مورد استفاده قرار گرفته است.شبیه سازی حیوانات با خصوصیات ژنتیکی مطلوب میتواند نقش مهمی را دریشرفت و توسعه صنعت دامپروری داشته باشد.
ه)حفظ حیوانات در حال انقراض:
استفاده از شبیه سازی میتواند برخی گونه های گونه های حیوانی نادر را از خطر انقراض نجات دهد.در سال 2001 دانشمندان به طور موفقیت امیزی توانستند یک گاو گائور که ذر اسیای جنوبی زندگی میکن را شبیه سازی کنند.این محققین ماده ی ژنتیکی موجود در پوست یک گاو نر گائور مرده را به درون سلول تخمک یک گاو ماده که هسته ی ان خارج شده بود وارد کردند و جنینی تولید نمودند که درون بدن یک گاو ماده کاشته شد.اما این گوساله 2 روز پس از تولد جان سپرد.با این حال شبیه سازی های دیگری برای حفظ حیوانات در حال انقراض در حال انجام است
علیرضا حاتمی
http://up98.org/upload/server1/02/c/qgpeuw3wg05j6d9ooyff.jpg
قدمت این علم به بیش از دو قرن گذشته یعنی سال 1891 برمیگردد که هانس دریش در یک ازمایش بحث افرین بلاستومر های تخم شکافته شده ی یک اورکین دریایی را جدا کرد.در سال 1902 دانشمند جنین شناس دیگری به نام هانس اسپمان از موی پسر کوچکش به عنوان چاقو برای جدا کردن یک جنین دو سلولی مارمولک که در خارج از بدن نیز میتواند رشد کند استفاده کرد.او سپس یک سلول منفرد را از یک جنین 16 سلولی جدا نمود.به همین صورت در سال های 1936 گرگوری پینکوس تکنیک تولید مثلی به نام پارتنوژنزیس را مورد ازمایش قرار داد که در این روش حیوانات ماده با استفاده از اشعه ایکس،مواد شیمیایی و یا القاگر های دیگر به حاملگی سوق داده میشوند.
تا نوامبر 1951 پیشرفت چشمگیری در زمینه ی شبیه سازی صورت نگرفت تا ایکه در همین زمان یک گروه از دانشمندان در فیلادلفیا در ازمایشگاه روبرت بریگز یک جنین قورباغه را شبیه سازی کردند.
علیرغم تمام پشیرفت های جدید در زمینه ی شبیه سازی در علوم زیستی،شبیه سازی ابتدا در طبیعت آغاز شده است.بسیاری از ارگانیسم های موجود در طبیعت از طریق فرایندی به نام تولید مثل غیر جنسی تکثیر میابند که در این روش اطلاعات ژنتیکی جاندار کد شده و از طریق دی ان ای از نسلی به نسل دیگر انتقال میابد.
تولید مثل های غیر جنسی که در طبیعت وجود دارند عبارتند از:
تقسیم سلولی دوتایی
جوانه زدن
برخی گیاهان با تولید ساقه های رونده شبیه میشوند
برخی از گیاهان هم با تولید ریشه های زیر زمینی شبیه میشوند
اما در شبیه سازی مصنوعی در ابتدا دانشمندان توانستند در ازمایشگاه سلول های شبیه سازی شده را تولید نمایند.به این صورت که به یک سلول منفرد اجازه ی تقسیم داده میشود و جمعیتی از سلول ها که از نظر ژنتیکی باهم مشابه هستند تولید میکنند و هر سلول را در محیط کشت قرار میدهند وسلول ها با تقسیم میتوز خود شبیه سازی میشوند.
پس از ان تکنیک های شبیه سازی بسیار پیشرفته تری با استفاده از جنین حیوانات ایجاد گردید.همه ی سلول های موجود در بدن یک حیوان از یک تخم لقاح یافته تولید می گردند.
ابن تخم لقاح یافته تقسیم شده و جنینی تشکیل میدهد که هر سلول ان با بقیه ی سلول ها از نظر ژنتیکی شباهت دارد.
انواع تقسیم بندی به روش مصنوعی عبارتند از:
1-تفکیک سلول های بلاستومر
2-تقسیم بلاستوسیت
3-انتقال هسته سلول سوماتیک
تفکیک سلول های بلاستومر
در این روش دانشمندان در محیط آزمایشگاه یک سلول تخمک را با یک سلول اسپرم بارور میسازند.
لقاح ازمایشگاهی) در این تکنیک به جنین تولید شده اجازه داده میشود تا زمان تشکیل توده ی 4 IVF (
سلولی تقسیم شود.سپس پرده ی روی جنین را برمیدارند و توده را در محلول خاصی قرار میدهند.این عمل باعث میشود که سلول های جنینی که بلاستومر خوانده میشون از هم جدا شوند.سپس هر بلاستومر را در یک محیط کشت قرار میدهند که یک جنین کامل را تولید میکند که از نظر ژنتیکی با جنین اولیه مشابه است.
پس از ان هر جنین را میتوان در رحم یک مادر قرار داد تا دوره ی حاملگیطبیعی طی شده و یک موجود کامل تولید گردد
تقسیم بلاستوسیتی
در این روش به یک تخم بارور اجازه داده میشود تا زمان تشکیل یک توده ی سلولی 32 تا 150 سلولی که بلاستوسیت خوانده میشودتقسیم گردد.سپس بلاستوسیت تولید شده به دو قسمت تقسیم شده و درون رحم یک مادر کاشته میشود.این دو نیمه به صورت دو قلو های کاملا مشابه رشد میکنند.
انتقال هسته سلول سوماتیک
در روش تفکیک بلاستومر ها و تقسیم بلاستوسیتی حیواناتی تولید مشوند که حاوی مواد ژنتیکی پدر و مادر هستند در حالیکه در انتقال هسته سلول سوماتیک حیواناتی تولید میشوند که حاوی ماده ی ژنتیکی موجود در بدن یکی از والدین میباشد.
در این روش دانشمندان ماده ی ژنتیکی را از یک سلول پیکری(هرکدام از سلول های بدن به غیر از اسپرم یا تخمک)به یک تخمک که مواد ژنتیکی از ان خارج گردیده است انتقال میدهند.سلول شبیه سازی شده حاوی ماده ی ژنتیکی سلول پیکر دهنده خواهد بود
دانشمندان سلول سوماتیک و نخمک بدون هسته را به روش هم امیزی ویا تزریق باهم ادغام میکنند.
در روش فیوژن(هم امیزی)دانشمندان یک سلول سوماتیک را در تماس با یک سلول تخمک فاقد هسته قرار میدهند سپس یک پالس الکتریکی به دو سلول داده میشود که باعث میگردد هسته ی سلول سوماتیک به درون سلول تخمک فاقد هسته کشیده میشود.
در روش تزریق دانشمندان هسته ی سلول سوماتیک را مستقیما به برون سلول تخمک بدون هسته تزریق میکنند.
مزایا و موارد استفاده از شبیه سازی
الف)استفاده از شبیه سازی در درمان بیماری ها،پیوند ارگان ها و بافت ها:
این روش برای افرائی که به پیوند سلول،بافت یا ارگان نیاز دارند استفاده میگردد برای این کار باید ابتدا با استفاده از روش انتقال هسته ای،جنینی شبیه گردد که بتوان از آن سلول های اجدادی جنینی تهیه نمود و سپس از این سلول های اجدادی یک لاین سلولی به دست آورد.سلول های اجدادی جنینی(ای اس)را می توان به صورت فریز شده ذخیره کرد و هنگام نیاز آنها را ذوب کرده و مستقیما یا پس از القاء تمایز،به سلول مورد نظر به عنوان مثال هپاتوسیت ها،نورون ها،کاردیومیوسایت ها،سلول های خونی و یا سلولهای جزایر لانگرهانس،آنها را مورد استفاده قرار داد.این سلول ها به عنوان خودی شناخته شده و بنابراین بعد از پیوند پس زده نمی شوند.در آینده دانشمندان خواهد توانست از انواع سلول های مشتق شده از سلول های اجدادی جنینی،بافت ها یا ارگان های مختلف را نیز تولید نمایند،اما این عمل هم اکنون امکانپذیر نیست.
ب)شبیه سازی برای استفاده های درمانی-داروهای پزشکی و آنتی بیوتیک ها:
تولید آنتی بیوتیک ها و مواد داروئی درآزمایشگاه ها وقت گیر و پرهزینه است و اغلب به تجهیزات زیادی نیاز دارد.یک راه جدید،تولید این مواد با استفاده از دستکاری کردن ژن هاست به این صورت که ژن مورد نظر در داخل یک جنین جایگذاری می شود و سپس پروتئین در حیوان بالغ امکان تولید پیدا می کند.در حال حاضر بیشترین تلاش ها بر روی تولید داروها و ترشح آنها در شیر گاو و گوسفند متمرکز شده است.اما برخی روش های دیگر مانند تولید این داروها در مایع منی خوک و تخم مرغ نیز در حال بررسی هستند.تولید این دسته از حیوانات که حیوانات تراریخت نامیده میشوند،وقت گیر،پرهزینه و مشکل است.
متاسفانه هنگامیکه یک ژن به درون تخم های بارور شده وارد می شود،تعداد کمی ار آنها میتوانند این دی ان ای را به درون ژنوم خود وارد کنند و تعداد بسیار کمتری ژن مورد نیاز را در بافت مورد نظر بارز می سازند. در مقابل سلول های کشت داده شده نسبت به تخم های بارور شده،بهتر میتوانند با دی ان ای الحاق یابند و بررسی آن برای مشخص شدن ژن وارد شده به میزان قابل توجهی آسانتر و سریع تر است.سپس میتوان این سلول های تراریخت را دوباره برنامه ریزی کرده و شبیه های تراریختی تولید نمود که بازدهی آن نسبت به روش قبلی بیشتر است.تولید تعدادی از داروها مانند فاکتور آی ایکس انعقاد خون انسان(برای بیماران مبتلا به هموفیلی)،آنتی تریپسین آلفا-یک(برای فیبروز سیستیک) و اینترفرون ها(برای سرطان ها) با استفاده از این روش هم اکنون در حال بررسی هستند.
ج)تولید حیوانات مورد نیاز برای تحقیقات زیست-پزشکی:
بسیاری از بیماری های ژنتیکی انسانی درنوعی میمون نیز دیده می شوند.تولید این حیوانات بسیار با ارزش به روش شبیه سازی مزایای بسیار زیاد برای تحقیقات زیست-پزشکی داشته است.به طوریکه با تولید این حیوانات مدل های پریماتی غیر انسانی برای بیماری های انسانی گسترش چشمگیری یافته اند.میمون هائی که از نظر ژنتیکی مشابه هستند نیز برای مطالعات ایمنی شناسی،عصب شناسی و آزمایشات مربوط به واکسیناسیون مدل های مناسبی هستند.
د)تکثیر حیواناتی که دارای خصوصیات ژنتیکی مطلوب می باشند:
تولید حیواناتی با نژاد مرغوب و افزایشدر تعداد ان ها صدها سال است که مورد استفاده قرار گرفته است.شبیه سازی حیوانات با خصوصیات ژنتیکی مطلوب میتواند نقش مهمی را دریشرفت و توسعه صنعت دامپروری داشته باشد.
ه)حفظ حیوانات در حال انقراض:
استفاده از شبیه سازی میتواند برخی گونه های گونه های حیوانی نادر را از خطر انقراض نجات دهد.در سال 2001 دانشمندان به طور موفقیت امیزی توانستند یک گاو گائور که ذر اسیای جنوبی زندگی میکن را شبیه سازی کنند.این محققین ماده ی ژنتیکی موجود در پوست یک گاو نر گائور مرده را به درون سلول تخمک یک گاو ماده که هسته ی ان خارج شده بود وارد کردند و جنینی تولید نمودند که درون بدن یک گاو ماده کاشته شد.اما این گوساله 2 روز پس از تولد جان سپرد.با این حال شبیه سازی های دیگری برای حفظ حیوانات در حال انقراض در حال انجام است
علیرضا حاتمی