ابزار و وسایل آزمایشگاهی شامل، محلول ها کیت ها, تکنیک ها, ویکی ژن
بمباران ریز پرتابه در انتقال ژن: اساس، مراحل، کاربرد
مقدمه‌ای بر بمباران ریز پرتابه (Microprojectile Bombardment) در انتقال ژن
بمباران ریز پرتابه یکی از روش‌های فیزیکی انتقال ژن است که برای وارد کردن مستقیم مواد ژنتیکی خارجی به سلول‌ها یا بافت‌ها با استفاده از ذرات با سرعت بالا استفاده می‌شود.
این روش با نام‌های جایگزین، از جمله بمباران ذرات، تفنگ ذرات، بالستیک و شتاب دهنده ذرات شناخته می‌شود.
جان سنفورد و اد ولف مفهوم بمباران ریز پرتابه را توسعه دادند. این تکنیک در ابتدا برای تبدیل سلول‌های گیاهی ایجاد شد و بعدها در سلول‌های پستانداران نیز استفاده شد.
اساس بمباران ریز پرتابه
اساس اصلی روش بمباران ریز پرتابه این است که مواد ژنتیکی را مستقیماً به سلول‌های هدف با بمباران آنها با ذرات ریزحامل با سرعت بالا انتقال دهد. ذرات ریزحامل، معمولاً طلا یا تنگستن پوشیده شده با مواد ژنتیکی مورد نظر هستند. آنها با استفاده از جریانی با سرعت بالا که توسط تخلیه الکتریکی یا پالس هلیوم ایجاد می‌شود به سلول‌های هدف وارد می‌شوند.
جریان با سرعت بالا، ذرات ریزحامل را به سمت سلول‌های هدف پرتاب می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد تا به غشای سلولی نفوذ کرده و وارد سیتوپلاسم شوند. هنگامی که درون سلول‌ها قرار می‌گیرد، ماده ژنتیکی از ذرات ریزحامل جدا می‌شود و می‌تواند توسط سازوکار سلول برای بیان ژن مورد استفاده قرار گیرد.
ابزار بمباران ریز پرتابه
انواع مختلفی از تفنگ‌های ژنی برای بمباران ریز پرتابه ساخته شده است.
در ابتدا، دستگاه‌های بمباران ریز پرتابه نسل اول از باروت برای به حرکت درآوردن ریزحامل های پوشیده شده با مواد ژنتیکی مورد نظر استفاده می‌کردند.
سیستم‌های باروتی با هلیوم پرفشار برای شتاب ذرات جایگزین شدند. این سیستم هلیوم محور راندمان انتقال را به طور قابل توجهی بهبود بخشید.
پیشرفت‌های فناوری منجر به توسعه تفنگ‌های ژنی بهبودیافته‌ای شده است که از نیروهای محرکه مختلفی مانند گاز الکترواستاتیک، پنوماتیک و گاز فشرده استفاده می‌کنند.
دو وسیله به طور گسترده برای بمباران ریز پرتابه استفاده می‌شود: PDS-1000/He و تفنگ ژنی هلیوس.
PDS-1000/He از گاز هلیوم برای شتاب بخشیدن به ذرات میکروسکوپی طلا یا تنگستن پوشیده شده با مواد ژنتیکی به سمت بافت هدف استفاده می‌کند. تفنگ ژنی هلیوس یک دستگاه دستی برای کار با بافت های هدف بزرگ‌تر است. هر دو دستگاه از هلیوم تحت فشار برای به حرکت درآوردن ریزحامل های پوشیده شده با مواد ژنتیکی استفاده می‌کنند.
مراحل بمباران ریز پرتابه
- این فرایند با آماده سازی ذرات ریزحامل برای پوشش با مواد ژنتیکی مورد نظر آغاز می‌شود. ذرات ریزحامل معمولاً از طلا یا تنگستن ساخته می‌شوند.
- سپس مواد ژنتیکی مورد نظر بر روی سطح ذرات ریزحامل پوشانده می‌شوند.
- هنگامی که ذرات ریزحامل کاملاً پوشانده شدند، در دستگاه تفنگ ژنی بارگذاری می‌شوند. تفنگ ژنی با استفاده از یک پالس قوی هلیوم تحت فشار، ذرات را با سرعت بالا پرتاب می‌کند.
- هنگامی که فشار درون تفنگ ژنی به حد بحرانی برسد موجب شکافت دیسک و به دنبال آن ایجاد موج قوی گازی می‌شود. این موج ماکروحامل حاوی ذرات ریزحامل را به سمت سلول هدف می‌راند. ماکروحامل به صفحه توقف برخورد می‌کند. صفحه توقف از عبور ماکروکریر جلوگیری می‌کند؛ اما به ریزحامل پوشش داده شده اجازه عبور می‌دهد.
- سلول‌های هدف در زیر یک خلأ در محفظه اصلی تفنگ ژنی قرار می‌گیرند. سلول‌ها در پتری دیش یا صفحه کشت قرار می‌گیرند.
- هنگامی که ذرات با سرعت بالا به سلول‌های هدف می‌رسند، به غشای سلولی نفوذ کرده و وارد سیتوپلاسم می‌شوند.
- پس از رسیدن ذرات ریزحامل به سلول‌های هدف، ماده ژنتیکی مورد نظر از ذرات ریزحامل جدا می‌شود. پس از جدا شدن، مواد ژنتیکی می‌توانند توسط سلول مورد استفاده قرار گیرند و منجر به بیان ژن شود.
کاربردهای بمباران ریز پرتابه
برخی از کاربردهای اصلی بمباران ریز پرتابه شامل موارد زیر می‌باشد:
- بمباران ریز پرتابه به طور گسترده برای وارد کردن ژن‌های خارجی به سلول‌های گیاهی و تولید گیاهان اصلاح شده ژنتیکی با ویژگی‌های بهبود یافته؛ مانند مقاومت در برابر بیماری‌ها و عملکرد بالاتر استفاده می‌شود.
- بمباران ریز پرتابه همچنین برای تولید حیوانات تراریخته با صفات خاص مورد نظر، مورد استفاده قرار گرفته است.
- این روش انتقال ژن امکان مطالعه عملکرد ژن و الگوهای بیان در بافت های مختلف را فراهم می‌کند.
- این روش همچنین در ژن درمانی برای انتقال مستقیم ژن‌های درمانی به بافت های هدف برای درمان اختلالات ژنتیکی، سرطان و سایر بیماری‌ها کاربرد دارد.
- بمباران ریز پرتابه همچنین می‌تواند برای ساخت واکسن‌های DNA با تحویل آنتی‌ژن‌های کد کننده DNA به طور مستقیم به سلول‌ها استفاده شود.
- همچنین می‌توان از آن برای رساندن رنگ‌های فلورسنت به سلول‌ها و بافت ها برای مطالعه فرایندهای سیگنال دهی سلولی استفاده کرد.
مزایای بمباران ریز پرتابه
- این یک روش سریع و نسبتاً ساده برای رساندن مواد ژنتیکی مورد نظر به سلول‌ها است.
- می‌توان از آن برای تحویل قطعات بزرگ اسید نوکلئیک استفاده کرد.
- این روش به ویژگی میزبان یا محدودیت گونه وابسته نیست.
- این روش، فرایندی ایمن‌تر برای تبدیل ژنتیکی است؛ زیرا نیازی به استفاده از ویروس‌های مضر یا مواد شیمیایی سمی به عنوان وسایل انتقال ژن ندارد.
- بر خلاف روش‌های دیگری که نیاز به برداشتن دیواره سلولی دارند، انتقال با تفنگ ژن می‌تواند به دیواره سلولی دست نخورده نفوذ کند که این امر فرایند انتقال را ساده می‌کند و می‌تواند برای کار بر روی طیف وسیع‌تری از سلول‌ها استفاده شود.
معایب بمباران ریز پرتابه
- این روش نیاز به تجهیزات تخصصی دارد. سرمایه گذاری اولیه برای تجهیزات و مواد مورد نیاز می‌تواند پرهزینه باشد.
- سلول‌های هدف ممکن است به دلیل ذرات با سرعت بالا که منجر به کاهش زنده ماندن سلول می‌شود، متحمل آسیب فیزیکی شوند.
- هنگام استفاده از روش تفنگ ژنی در مقیاس بزرگ‌تر، اثربخشی آن کاهش می‌یابد.
- محدودیت دیگر این روش، این است که DNA منتقل شده می‌تواند به طور تصادفی در ژنوم میزبان ادغام شود. این امر می‌تواند منجر به الگوهای غیر قابل پیش‌بینی در بیان ژن شود.
همچنین بخوانید:
- انتقال افقی ژن (Horizontal Gene Transfer) در پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها
- کلونینگ چیست؟
- میکرواینجکشن: تعریف، اصول، مراحل و کاربرد
مترجم: مریم محجوب
