التشخيص الجيني والعلاج الجيني

تُسمى عملية الاختبار للكشف عن العيوب الوراثية المشتبه بها قبل البدء بالعلاج بالتشخيص الجيني عن طريق الاختبار الجيني. في بعض الحالات التي يكون فيها مرض وراثي موجودًا في عائلة فرد ما، قد يُنصح أفراد العائلة بالخضوع للاختبار الجيني. على سبيل المثال، قد تزيد الطفرات في جينات BRCA من احتمالية الإصابة بسرطان الثدي والمبيض وبعض أنواع السرطان الأخرى. يمكن فحص الشخص المصاب بسرطان الثدي للكشف عن هذه الطفرات. إذا تم العثور على إحدى الطفرات عالية الخطورة، فقد يرغب الأقارب أيضًا في الفحص للكشف عن تلك الطفرة المعينة، أو ببساطة أن يكونوا أكثر يقظة لظهور السرطانات. كما يُقدم الاختبار الجيني للأجنة (أو الأجنة الناتجة عن الإخصاب المخبري) لتحديد وجود أو غياب الجينات المسببة للمرض في العائلات التي تعاني من أمراض موهنة محددة.

العلاج الجيني (Gene therapy) هو تقنية هندسة وراثية قد تُستخدم يومًا ما لعلاج بعض الأمراض الوراثية. في أبسط أشكاله، يتضمن إدخال جين غير طافر في موقع عشوائي في الجينوم لعلاج مرض عن طريق استبدال بروتين قد يكون غائبًا لدى هؤلاء الأفراد بسبب طفرة جينية. عادةً ما يُدخل الجين غير الطافر إلى الخلايا المريضة كجزء من ناقل ينتقل عن طريق فيروس، مثل الفيروس الغدي، الذي يمكنه إصابة الخلية المضيفة وتسليم الحمض النووي الغريب (DNA) إلى جينوم الخلية المستهدفة (شكل 10.8). حتى الآن، كانت العلاجات الجينية في المقام الأول إجراءات تجريبية على البشر. وقد نجح عدد قليل من هذه العلاجات التجريبية، ولكن قد تكون هذه الطرق مهمة في المستقبل مع حل العوامل التي تحد من نجاحها.

شكل 10.8 يوضح هذا الرسم البياني الخطوات المتضمنة في علاج المرض بالعلاج الجيني باستخدام ناقل فيروسي غدي. (المصدر: تعديل لعمل NIH)

إنتاج اللقاحات والمضادات الحيوية والهرمونات

تستخدم استراتيجيات التلقيح التقليدية أشكالًا ضعيفة أو غير نشطة من الكائنات الدقيقة أو الفيروسات لتحفيز الجهاز المناعي. تستخدم التقنيات الحديثة جينات محددة من الكائنات الدقيقة مستنسخة في نواقل وتُنتج بكميات كبيرة في البكتيريا لصنع كميات كبيرة من مواد محددة لتحفيز الجهاز المناعي. ثم تُستخدم هذه المادة كلقاح. في بعض الحالات، مثل لقاح إنفلونزا H1N1، استُخدمت جينات مستنسخة من الفيروس لمكافحة السلالات المتغيرة باستمرار لهذا الفيروس.

تقتل المضادات الحيوية البكتيريا وتنتجها الكائنات الدقيقة بشكل طبيعي مثل الفطريات؛ ربما يكون البنسلين هو المثال الأكثر شهرة. تُنتج المضادات الحيوية على نطاق واسع عن طريق زراعة الخلايا الفطرية والتلاعب بها. وقد تم تعديل الخلايا الفطرية وراثيًا عادةً لتحسين غلة المركب المضاد الحيوي.

استُخدمت تقنية الحمض النووي المؤتلف (recombinant DNA) لإنتاج كميات كبيرة من هرمون الأنسولين البشري في بكتيريا E. coli في وقت مبكر من عام 1978. في السابق، كان من الممكن فقط علاج مرض السكري بأنسولين الخنازير، والذي تسبب في تفاعلات تحسسية لدى العديد من البشر بسبب الاختلافات في جزيء الأنسولين. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم هرمون النمو البشري (HGH) لعلاج اضطرابات النمو لدى الأطفال. استُنسخ جين HGH من مكتبة الحمض النووي المكمل (cDNA) وأُدخل في خلايا E. coli عن طريق استنساخه في ناقل بكتيري.

الحيوانات المعدلة وراثيًا

على الرغم من أن العديد من البروتينات المؤتلفة المستخدمة في الطب تُنتج بنجاح في البكتيريا، إلا أن بعض البروتينات تحتاج إلى عائل حيواني حقيقي النواة لمعالجتها بشكل صحيح. لهذا السبب، تم استنساخ الجينات والتعبير عنها في حيوانات مثل الأغنام والماعز والدجاج والفئران. تُسمى الحيوانات التي تم تعديلها للتعبير عن الحمض النووي المؤتلف (recombinant DNA) بالحيوانات المعدلة وراثيًا (شكل 10.9).

شكل 10.9 يمكن ملاحظة أن اثنين من هذه الفئران معدلان وراثيًا لأنهما يحملان جينًا يجعلهما يتوهجان تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. الفأر غير المعدّل وراثيًا لا يحمل الجين المسبب للتوهج. (المصدر: إنغريد موين وآخرون.)

يُعبر عن العديد من البروتينات البشرية في حليب الأغنام والماعز المعدلة وراثيًا. في أحد الأمثلة التجارية، وافقت إدارة الغذاء والدواء (FDA) على بروتين مضاد لتخثر الدم يُنتج في حليب الماعز المعدلة وراثيًا للاستخدام البشري. وقد استُخدمت الفئران على نطاق واسع للتعبير عن الجينات المؤتلفة والطفرات ودراسة تأثيراتها.

النباتات المعدلة وراثيًا

ساعد التلاعب بالحمض النووي (DNA) للنباتات (إنشاء الكائنات المعدلة وراثيًا، أو GMOs) في خلق صفات مرغوبة مثل مقاومة الأمراض ومبيدات الأعشاب والآفات، وقيمة غذائية أفضل، وعمر تخزين أطول (شكل 10.10). تُعد النباتات أهم مصدر للغذاء للسكان البشريين. وقد طور المزارعون طرقًا لاختيار الأصناف النباتية ذات الصفات المرغوبة قبل وقت طويل من تأسيس ممارسات التقنية الحيوية الحديثة.

شكل 10.10 الذرة، وهي محصول زراعي رئيسي يستخدم لإنشاء منتجات لمجموعة متنوعة من الصناعات، غالبًا ما تُعدّل من خلال التقنية الحيوية النباتية. (المصدر: كيث ويلر، وزارة الزراعة الأمريكية (USDA))

النباتات المعدّلة وراثيًا (Transgenic) قد تلقت حمضًا نوويًا (DNA) من أنواع أخرى. ولأنها تحتوي على مجموعات فريدة من الجينات وليست مقتصرة على المختبر، فإن النباتات المعدلة وراثيًا والكائنات المعدلة وراثيًا (GMOs) الأخرى تُراقب عن كثب من قبل الوكالات الحكومية لضمان أنها صالحة للاستهلاك البشري ولا تعرض حياة النباتات والحيوانات الأخرى للخطر. ولأن الجينات الغريبة يمكن أن تنتشر إلى أنواع أخرى في البيئة، خاصة في حبوب اللقاح وبذور النباتات، يتطلب الأمر اختبارًا مكثفًا لضمان الاستقرار البيئي. كانت المحاصيل الأساسية مثل الذرة والبطاطس والطماطم أول نباتات محاصيل يتم هندستها وراثيًا.