إنتاج الجينات (المورثات) في الفضاء.. إيقاف تناقص التوليمرات وإبطاء تآكلها عن طريق استخدام التقنيات الفضائية في تحفيز قدرة الخلايا على الانقسام وتجديد حيويتها

تجرى حالياً دراسة إمكانية إنتاج أجزاء من المورثات الموجودة داخل الخلية في الفضاء ومن ثم يمكن إبعاد مظاهر الشيخوخة.

حيث إن أسباب إصابة الإنسان بأمراض الشيخوخة يرجع إلى تناقص (التوليمرات) وهي التركيبات الحاملة للجينات في أنوية الخلايا الموجودة على نهاية الكروموسومات والتي تميل إلى التآكل التدريجي مع تقدم السن كذلك فقد أجزاء من مادتها الوراثية الحاملة للشفرات والمسؤولة عن إدارة شئون الخلية وذلك مع تكرار انقسامها.

ويستمر هذا التضاؤل حتى تصل إلى حدود معينة تفقد معها القدرة على الانقسام وإنتاج المزيد من الحامض النووي.

لذا فإن العلماء الآن يحاولون إيقاف تناقص التوليمرات وإبطاء تآكلها عن طريق استخدام التقنيات الفضائية في تحفيز قدرة الخلايا على الانقسام وتجديد حيويتها.

الجينات، وحدة المعلومات الوراثية التي تحتل موقعًا ثابتًا (موضع) على الكروموسوم.
تحقق الجينات آثارها من خلال توجيه تخليق البروتينات.

في حقيقيات النوى (مثل الحيوانات والنباتات والفطريات)، يتم تضمين الجينات داخل نواة الخلية.
تحتوي الميتوكوندريا (في الحيوانات) والبلاستيدات الخضراء (في النباتات) أيضًا على مجموعات فرعية صغيرة من الجينات المتميزة عن الجينات الموجودة في النواة.

في بدائيات النوى (الكائنات التي تفتقر إلى نواة متميزة، مثل البكتيريا)، يتم تضمين الجينات في كروموسوم واحد يتحرر بحرية في السيتوبلازم الخلوي.

تحتوي العديد من البكتيريا أيضًا على بلازميدات — عناصر جينية خارج الصبغية بها عدد صغير من الجينات.
يختلف عدد الجينات في جينوم الكائن الحي (مجموعة الكروموسومات بالكامل) اختلافًا كبيرًا بين الأنواع.

على سبيل المثال، في حين أن الجينوم البشري يحتوي على ما يقدر بـ 20000 إلى 25000 جين، فإن جينوم بكتيريا Escherichia coli O157: H7 يحتوي بدقة على 5،416 جينًا.

نبات الأرابيدوبسيس thaliana - أول نبات تم استرجاع تسلسل جيني كامل له - يحتوي على ما يقرب من 25500 جين.
الجينوم الخاص به هو واحد من أصغر النباتات المعروفة.

من بين الكائنات الحية الموجودة بشكل مستقل، فإن بكتيريا Mycoplasma genitalium لديها أقل عدد من الجينات، 517 فقط.

التركيب الكيميائي للجينات:

تتكون الجينات من حمض ديوكسي ريبونوكلييك (DNA)، باستثناء بعض الفيروسات، التي تحتوي على جينات تتكون من مركب وثيق الصلة يسمى حمض ريبونوكلييك (RNA).

يتكون جزيء الحمض النووي من سلسلتين من النيوكليوتيدات تلتف حول بعضها البعض لتشبه سلمًا ملتويًا.

تتكون جوانب السلم من السكريات والفوسفات، وتتكون الدرجات من أزواج من القواعد النيتروجينية.
هذه القواعد هي الأدينين (أ)، والجوانين (ز)، السيتوزين (ج)، والثايمين (ت).

A A على سلسلة واحدة يرتبط بـ T على الآخر (وبالتالي تشكيل درجة سلم A-T)؛ وبالمثل، فإن C على سلسلة واحدة يرتبط بـ G من جهة أخرى.

إذا تم كسر الروابط بين القواعد، فإن السلسلتين تنحسر، وتلتصق النيوكليوتيدات الحرة داخل الخلية بالقواعد المكشوفة للسلاسل المنفصلة الآن.

تصطف النيوكليوتيدات الحرة على طول كل سلسلة وفقًا لقاعدة الاقتران الأساسي - روابط T و C وروابط G.

تؤدي هذه العملية إلى تكوين جزيئين DNA متطابقين من أصل واحد وهي الطريقة التي يتم من خلالها تمرير المعلومات الوراثية من جيل من الخلايا إلى الجيل التالي.

النسخ الجيني والترجمة:

يحدد تسلسل القواعد على طول سلسلة من الحمض النووي الشفرة الوراثية.
عندما تكون هناك حاجة إلى منتج جين معين، فإن جزء جزيء DNA الذي يحتوي على هذا الجين سوف ينقسم.

من خلال عملية النسخ، يتم إنشاء سلسلة من الحمض النووي الريبي مع قواعد مكملة لتلك الجينات من النيوكليوتيدات الحرة في الخلية.

(يحتوي الحمض النووي الريبي على اليوراسيل الأساسي [U] بدلاً من الثايمين، لذلك يشكل A و U أزواجًا أساسية أثناء توليف الحمض النووي الريبي.) هذه السلسلة المفردة من الحمض النووي الريبي، تدعى رسول الحمض النووي الريبي (مرنا)، ثم تنتقل إلى العضيات تسمى الريبوسومات، حيث تتم عملية الترجمة، أو تخليق البروتين، يحدث.

أثناء الترجمة، يتطابق نوع ثان من RNA، نقل RNA (tRNA)، مع النيوكليوتيدات على mRNA مع أحماض أمينية محددة.
كل مجموعة من ثلاث شفرات من النيوكليوتيدات لحمض أميني واحد.

تشكل سلسلة الأحماض الأمينية التي تم بناؤها وفقًا لتسلسل النيوكليوتيدات سلسلة بولي ببتيد.
تصنع جميع البروتينات من سلسلة واحدة أو أكثر من سلاسل البولي ببتيد المرتبطة.

أشارت التجارب التي أجريت في أربعينيات القرن الماضي إلى أن جينًا واحدًا مسؤول عن تجميع إنزيم واحد أو سلسلة بولي ببتيد واحدة.
يُعرف هذا بفرضية إنزيم الجين الواحد.

ومع ذلك، منذ هذا الاكتشاف، تم إدراك أنه ليس كل الجينات تشفر إنزيمًا وأن بعض الإنزيمات تتكون من عدة عديد ببتيدات قصيرة مشفرة بواسطة جينين أو أكثر.

تنظيم الجينات:

أظهرت التجارب أن العديد من الجينات الموجودة داخل خلايا الكائنات الحية غير نشطة كثيرًا أو حتى طوال الوقت.
وهكذا، في أي وقت، في كل من حقيقيات النواة وبدائيات النوى، يبدو أنه يمكن تشغيل الجين أو إيقافه.

يختلف تنظيم الجينات بين حقيقيات النوى وبدائيات النوى بطرق مهمة.
تتميز العملية التي يتم من خلالها تنشيط الجينات وتعطيلها في البكتيريا بشكل جيد.

تحتوي البكتيريا على ثلاثة أنواع من الجينات: الهيكلية والعامل والمنظم.
كود الجينات الهيكلية لتوليف البولي ببتيدات المحددة.

تحتوي جينات المشغل على الكود اللازم لبدء عملية نسخ رسالة الحمض النووي لواحد أو أكثر من الجينات الهيكلية في مرنا.
وهكذا، ترتبط الجينات الهيكلية بجين عامل في وحدة وظيفية تسمى الأوبرون.

في نهاية المطاف، يتم التحكم في نشاط الأوبون بواسطة جين منظم، ينتج جزيء بروتين صغير يسمى المكثف.
يرتبط المكبس بجين العامل ويمنعه من البدء في تخليق البروتين الذي يطلبه الأوبرون.

إن وجود أو عدم وجود جزيئات معينة للمثبطات يحدد ما إذا كان الأوبرون متوقفًا أم لا.
كما ذكر، ينطبق هذا النموذج على البكتيريا.

يتم تنظيم جينات حقيقيات النوى، التي لا تحتوي على أوبرونات ، بشكل مستقل.
تتضمن سلسلة الأحداث المرتبطة بالتعبير الجيني في الكائنات الأعلى مستويات متعددة من التنظيم وغالبًا ما تتأثر بوجود أو عدم وجود جزيئات تسمى عوامل النسخ.

تؤثر هذه العوامل على المستوى الأساسي للتحكم في الجينات، وهو معدل النسخ، وقد تعمل كمنشط أو محسن.
تنظم عوامل النسخ المحددة إنتاج الحمض النووي الريبي من الجينات في أوقات معينة وفي أنواع معينة من الخلايا.

غالبًا ما ترتبط عوامل النسخ بالمحفز، أو المنطقة التنظيمية، الموجودة في جينات الكائنات الأعلى.
بعد النسخ، تُستخرج الإنترونات (تسلسلات النوكليوتيدات غير المشفرة) من النسخة الأولية من خلال عمليات تعرف بالتحرير والتوصيل.

نتيجة هذه العمليات هي خيط وظيفي من مرنا.
بالنسبة لمعظم الجينات، تعد هذه خطوة روتينية في إنتاج مرنا، ولكن في بعض الجينات هناك طرق متعددة لنسخ النص الأساسي، مما يؤدي إلى مرنا مختلف، مما يؤدي بدوره إلى بروتينات مختلفة.
يتم التحكم في بعض الجينات أيضًا على المستويين الانتقالي وما بعد الترجمة.

طفرات الجينات:

تحدث الطفرات عندما يتم تعطيل عدد أو ترتيب القواعد في الجين.
يمكن حذف النيوكليوتيدات أو مضاعفتها أو إعادة ترتيبها أو استبدالها، وكل تغيير له تأثير معين.

بوجه عام، يكون للطفرة تأثير ضئيل أو معدوم، ولكن عندما يغير كائنًا حيًا، فقد يكون التغيير مميتًا أو يسبب المرض.
سوف ترتفع الطفرة المفيدة في التواتر بين السكان حتى تصبح القاعدة.