تاريخ التكنولوجيا الحيوية: الأسلاف ، التطبيقات الحديثة و ولادة المعلوماتية الحيوية

تاريخ التكنولوجيا الحيوية: الأسلاف ، التطبيقات الحديثة ولادة المعلوماتية الحيوية!

قبل أن نناقش إنجازات التكنولوجيا الحيوية في المودم بالتفصيل ، دعونا نرى كيف تطور هذا العلم عبر العصور. بالنسبة لمعظم الناس ، تعد التكنولوجيا الحيوية مصطلحًا مرتبطًا بعلوم العصر الحديث.

ومع ذلك ، يمكن تتبع جذوره إلى عدة قرون. في الواقع ، صاغ كارل إريكي ، وهو مهندس هنغاري ، مصطلح "التكنولوجيا الحيوية" في عام 1919. في ذلك الوقت ، أشار إلى عملية تطوير المنتجات من المواد الخام بمساعدة الكائنات الحية.

التكنولوجيا الحيوية لأسلافنا:

لقد كان الإنسان يتلاعب بالكائنات الحية من أجل تحسين أسلوب حياته للأعمار ، قبل أن يعطيه Ereky اسمًا. في الواقع ، يحمل مفهوم تخمير النبيذ وخبز الخبز بذور التكنولوجيا الحيوية. ويمكن قول الشيء نفسه عن تزاوج أزواج الحيوانات المناسبة للحصول على الصفات البدنية المرغوبة.

في عملية الخبز ، يضيف الخبازين خلايا الخميرة إلى العجين. تستهلك هذه الخميرة العناصر الغذائية في العجين من أجل بقائها ، وبالتالي توليد الكحول وغاز ثاني أكسيد الكربون. يساهم الكحول في النكهة الغنية للخبز المخبوز. وبالمثل في صناعة البيرة ، تستخدم خلايا الخميرة لتحليل النشا في الحبوب إلى سكر لتكوين الكحول. وهكذا ، حتى في العصور القديمة ، أنتجت أسلافنا الطعام عن طريق السماح للكائنات الحية بالعمل على مكونات أخرى.

شهد أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر بداية عصر التطعيم ، وتناوب المحاصيل ، والآلات التي تجرها الحيوانات. أدى اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة وأهميتها إلى إنشاء عمليات ميكروبية من قبل العلماء الأسطوريين مثل روبرت كوخ ولويس باستور وجوزيف ليستر.

بزوغ فجر القرن العشرين الثورة الصناعية والزراعية. خلال الحرب العالمية الأولى ، تم تطوير عمليات التخمير لإنتاج مذيبات الأسيتون والطلاء لصناعة السيارات المتنامية بسرعة. أصبحت معالجة مياه الصرف الصحي وجمع النفايات الصلبة في البلديات المستخدمة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم.

عصر التطبيقات الحديثة:

يمكن تتبع أساس تطبيقات التقنية الحيوية الحديثة إلى عام 1866 ، عندما أجرى الراهب التشيكي غرير ماندل دراسة شاملة حول البازلاء في الحديقة ، وخلص إلى أن علم الوراثة هو المسؤول عن الميراث ونقل الصفات.

في عام 1869 ، اكتشف الكيميائي السويسري ، يوهان ميشر "النوكليين" في نوى الخلايا. هذا كان يسمى الحمض النووي ، وتم تصنيفها إلى حمض ديوكسيريبونوكلييك (DNA) وحمض الريبونوكلي (RNA). ثم في عام 1882 ، كشفت دراسات لاحقة أجراها عالم الأجنة الألماني والتر فليمينغ عن وجود كروموسومات. أثبت عالم الحيوان الألماني ، أغسطس وايسمان أن هذه هي ناقلات التعليمات الوراثية.

أضيف بعدا آخر إلى لغز التطور في عام 1903 ، عندما اقترح عالم الأحياء الأمريكي دبليو. س. ساتون أن الجينات موجودة على الكروموسومات. وقد أدى هذا بدوره إلى إجراء المزيد من الأبحاث ، حيث صاغ عالم الأحياء الدنماركي فيلهلم يوهانسن مصطلح "الجين" في عام 1911.

كما وصف أن النمط الجيني (التركيب الوراثي) والنمط الظاهري (المظهر الخارجي المفتوح لتأثير البيئة) هما عاملان متميزان. لمزيد من التحقيق في هذه الكروموسومات والجينات ، ابتكر عالم الوراثة الأمريكي توماس هانت مورغان وفريقه تقنيات إعداد خرائط الجينات (من كروموسومات ذبابة الفاكهة) في عام 1922 ، مما يوحي بأن الكروموسومات هي مجموعات من الجينات المرتبطة.

أصبح نقل الجينات من كائن حي إلى آخر ممكنا في عام 1928 ، عندما اكتشف فيدريك جريفيث ظاهرة "التحول" ، حيث يقوم بعض المجهول غير المعروف بتحويل سلالة غير ضارة من البكتيريا إلى سلالة خبيثة.

في عام 1944 ، أثبت أوزوالد أفيري ومجموعته في معهد روكفلر في نيويورك أن الجينات تتكون من حمض ديوكسيريبونوكلييك - الحمض النووي ، وهو المادة الأساسية المكونة من أربع قواعد: الأدينين ، الثايمين ، الجوانين والسيتوزين ، وأنه مسؤولة عن نقل الشخصيات الوراثية.

أثبتت أعمال ليدربيرغ وتاتوم أن التبادل الجنسي للمواد الجينية ممكن في البكتيريا. أظهر عمل إروين شارجاف في عام 1948 أيضًا أن الأدينين الأساسي سيتزاوج مع الثايمين ، وأن السيتوزين سيتوافق مع الغوانين. أثبتت هذه المعلومات أهمية كبيرة لتحديد بنية الحمض النووي. كان عمل روزاليند فرانكلين (1952) على حيود الأشعة السينية فعالاً في توضيح لاحق للهيكل الجزيئي للحمض النووي.

ومع ذلك ، فإن الإنجاز الرئيسي الحقيقي جاء مع عمل جيمس واتسون وفرانسيس كريك في عام 1953 ، عندما كشفا الهيكل المزدوج الحلزوني للحمض النووي. عندما تم منح عملهم جائزة نوبل في عام 1962 ، فتحت أبواب المعرفة المفتوحة للعلماء في جميع أنحاء العالم.

يتبع مزيد من المعلومات حول الحمض النووي وتلاعبه في نظام خال من الخلايا عندما أثبت Kornenberg أنه يمكن توليف الحمض النووي في خلاصة بكتيرية خالية من الخلايا. كما أظهر أن مشاركة إنزيم معين (DNA Polymerase) ضروري لربط السلائف النيوكليوتيدية للدنا ، وأن الإنزيم يعمل فقط في وجود قالب DNA ، في عام 1967 ، اكتشف سزيبلسكي و سمرز أن خيطًا واحدًا فقط ( حبلا الإحساس) بمثابة قالب لنسخ الحمض النووي الريبي من قالب الحمض النووي.

في عام 1969 ، قام مارشال نيرنبرغ وفريقه بتفكيك الشفرة الثلاثية التي ترسم كودونات RNA المرسلة إلى أحماض أمينية معينة. في العام نفسه ، عزل جوناثان بيكويث جين لأول مرة من بكتيريا من منتج البروتين الخاص به في استقلاب السكر. تبع ذلك تركيب كيميائي للجين من قبل هار غوبند خورانا ومجموعة بحثه في عام 1970 ، والتي أنجبت علم علم الوراثة الكيميائي.

أثبتت عملية عزل الإنزيم ، DNA Ligase by Walter Gilbert أنها نعمة حقيقية للتلاعب الكيميائي للجين. كانت بمثابة غراء جزيئي للانضمام إلى مختلف أجزاء الدنا. وعزل ميرتز وديفيز انزيمًا قويًا آخر ـ إنزيم تقييد ـ عام 1972.

أكد عملهم أن EcoRl ، أو نقيض النوكلياز الداخلي ، يقطع الحمض النووي في موقع معين ، وهو ما يتراوح بين أربعة وستة نيوكليوتيدات. ثبت أن هذه الأنزيمات هي المقص الجزيئي الذي يمكن أن يقطع الحمض النووي في مواقع محددة. وهكذا ، أصبح هذين الإنزيمين جينات عمل التلاعب التكنولوجيا الحيوية مودم.

في عام 1972 ، استخدم بول بيرغ وفريقه هذه الإنزيمات لقص ، لصق ، وبالتالي تفصيل الحمض النووي ، لإنتاج أول جزيء د ن أ المؤتلف. تناول ستانلي كوهين وهربرت بوير هذه الدراسة أكثر في عام 1973 ، وأدخلوا جينًا من الضفدع الأفريقي المخلوط في الحمض النووي البكتيري. كانت هذه بداية عصر الهندسة الوراثية. نشر فريدريك سانجر وفريقه التسلسل الأول من الجينوم لكائن حي - البكتيريا في عام 1977.

تحقق تقدم كبير آخر عندما أثبت Schell في بلجيكا و Nester Gordon و Dell-Chilton في الولايات المتحدة الأمريكية أن نقل الجينات ممكن باستخدام البكتيريا Agro bacterium tumefaciens كحامل. سهل هذا الاكتشاف الهندسة الوراثية للأنواع النباتية. كانت الخطوة الكبرى التالية هي اختراع تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) من قبل كاري موليس عام 1983. جلب هذا الاختراع العجائب عن وتيرة العلوم الوراثية وتطوير التكنولوجيا.

بعد ذلك ، حاول العديد من العلماء الآخرين في جميع أنحاء العالم معالجة مسائل أخرى لا تقل أهمية في هذا المجال. في عام 1984 ، طور أليك جيفري تقنية "البصمة الوراثية" الشهيرة حاليًا ، والتي يمكن استخدامها لتحديد الأفراد من خلال تحليل تسلسلات التباين (تعدد الأشكال) في الحمض النووي. كما شهدت الثمانينات من القرن الماضي هندسة الكائن الدقيق المترابط بواسطة أناند شاكرابارتي ، العالم الهندي الذي يعمل في الولايات المتحدة. لأول مرة على الإطلاق ، تم استخدام الكائنات الدقيقة لتنظيف تسرب النفط.

تمت الموافقة أيضا على لقاح حيواني rDNA الأول لال Coliobacillosis والأنسولين المؤتلف للاستخدام في هذه الفترة. ما هو أكثر من ذلك ، تم الإبلاغ عن أول عملية نقل عبر محددة ناجحة لمورثة (جين مورث في الفأر) ، وأول محطة معدلة وراثيا خلال الثمانينيات.

بدأ مشروع الجينوم البشري في عام 1986 بهدف التسلسل الكامل للجينوم البشري ، وتوفير كتالوج كامل لكل جين بشري. أدت هذه الدراسات الأولية إلى جهد تعاوني لرسم خريطة الجينوم البشري بأكمله وتسلسله. في عام 1995 ، أعلن معهد البحوث الجينومية (فينتر ، سميث ، فريزر ومجموعته) عن أول تسلسل كامل للحمض النووي للجينوم في كائن حي حر - بكتيريا المستدمية النزلية.

تبع ذلك تقرير عام 1997 الذي يرسم التسلسل الكامل لجينوم حقيقيات النوى - أول كائن حي له أغشية نووية. وكان هذا الخميرة Saccharomyces cerevisiae. أول جينوم لكائن متعدد الخلايا - وهو تسلسل الدنا الأساسي البالغ 97 ميغا من الدودة المستديرة Caenorhabditis elegans ، نشر في عام 1998 من قبل جون سولستون وبوب ووترستون.

تم تسلسل أول كروموسوم بشري 22 في عام 1999. أعلن مشروع الجينوم البشري عن مسودة العمل لمحتوى الحمض النووي بأكمله في جينوم هوراني في يوليو 2000. وهذا يمثل بداية عصر ما بعد الجينوم. وقد أحرز تقدم كبير في هذا المجال منذ ذلك الحين. تمثل الخريطة الكاملة لجينوم النبات ، جينوم Arabidopsis مثالًا صارخًا.

لقد أصبح كل هذا العمل المبتكر على الجينوم ممكنا من خلال تطوير تقنيات متطورة للغاية. على سبيل المثال ، يتم استخدام تقنية الرقائق الدقيقة لدراسة جينات متعددة في وقت واحد.

وبهذه التقنية ، يستطيع العلماء الآن تحليل عدد من الجينات (في mRNA ie transcription) أو البروتينات (بروموم) مباشرة. ساعدت هذه وغيرها من الدراسات المبتكرة أيضًا على الكشف عن حقائق مثيرة للاهتمام حول أصل وتطور أشكال الحياة.

ولادة المعلوماتية الحيوية:

وقد أتاح استخدام هذه الأساليب المتقدمة بدورها إنشاء قواعد بيانات جينية هائلة تحتوي في الوقت الحاضر على متواليات جينوم لعدد كبير من الكائنات الحية والبيانات البنيوية للبروتينات. من المستحيل معالجة الحجم الهائل لهذه المعلومات دون استخدام برامج حاسوبية قوية وأجهزة كمبيوتر.

وقد أدى ذلك إلى ولادة علم المعلوماتية الحيوية ، الذي يصف تعدين معلومات التسلسل البيولوجي للتنبؤ بوظيفته الجينية ، وبروتينه ، وبنية الرنا ، وتنظيم الجينات ، وتنظيم الجينوم ، وتاريخ تطور الجينات وعائلات الجينات. في الواقع ، ساعد الدمج الناجح ل بنوك البيانات التجريبية والببليوغرافية في إنتاج بنية تحتية علمية كبيرة للبحوث الزراعية والبيولوجية الحيوية.

ساعدنا تطور التكنولوجيا الحيوية في فهم تطور الحياة. مع كشف هذا الغموض ، يقدم التسلسل البشري والجينوم النباتي والكائنات الحية الأخرى مجموعة من الفوائد بشكل مستمر.

إنه يساعدنا في التعامل مع مشاكل الأمراض والآفات والتحديات البيئية ، وقبل كل شيء ، النمو السكاني. لقد أثبت تطور هذا العلم بالتأكيد أنه أحد أعظم إنجازات القرن العشرين ، ويعد بأن يكون متساوياً وربما أكثر إثارة في الألفية الجديدة.