ژنتیک انسانی

فرض کنید می خواهید یک کیک درست کنید. اگر مواد اولیه و دستورالعمل های تهیه آن را از بر نباشید، به احتمال قوی با مراجعه به یک کتاب آشپزی دست به کار خواهید شد دستور پخت بایستی شامل فهرستی از مواد لازم و راهنمایی هایی در مورد نحوۀ آمیختن آنها باشد، به طوری که با پیروی از آن به یک کیک خوشمزه دست پیدا کنیم.به شکل بسیار مشابهی، دستورالعملی وجود دارد که شما را به انسانی زنده با توانایی نفس کشیدن و کاملاً متفاوت از هر بشر دیگری بر روی این کره خاکی مبدل می سازد. نسخه ی کاملی از این دستورالعمل به شکل مجازی در تمامی سلولهای بدن شما نگهداری می شود. این دستورالعمل که از پدر و مادرتان به شما منتقل شده، به مولکول شیمایی طویل و مارپیچی موصون به اسید دزوکسی ریبونوکلوئید ( دی- ان-ای)[۱] رمزگذاری می شود. دی- اِن- اِی در هسته سلول های شما دور ساختارهایی – موسوم به کروموزوم- به تنگی پیچیده شده است. در کروموزوم های شما، دی- اِن- اِی به نوبه خود از بخش های کوچک تری بنام ژن تشکیل یافته است. هر یک از این ژن ها، دستورالعمل های خاصی برای ساخت یک پروتئین ویژه – نوعی ساختار مولکولی که قادر به انجام کارهای مختلفی می باشد، از ساخت پوست و موگرفته تا ایفای نقش به عنوان هورمون یا آنزیم و کنترل واکنش های شیمیایی در سلول های شما- دارد. درست مثل اجزایی همچون آرد، آب و تخم مرغ که با هم آمیخته می شوند تا یک کیک را بسازند، با کنار هم قرار گرفتن این پروتئین ها هم بدن انسان تشکیل می شود.وقتی سلولی تقسیم می شود، هر ژن باید به گونه ای نسخه برداری شود که دو سلول حاصل، هر کدام مجموعه کاملی از ژن ها را داشته باشند. بدیهی است که بروز اشتباه در این نسخه برداری امکان پذیر بوده و بدون تردید اتفاق می افتد. بیشتر اوقات این اشتباهات بی خطر بوده و به راحتی قابل ترمیم هستند، اما گاهی اوقات منجر به بیماری و مرگ زود هنگام می شوند. ژنتیک – مطالعه ژن ها و بیماری هایی که ناهنجاری های ژنی، ممکن است به دنبال داشته باشند – یکی از عرصه ای به سرعت در حال پیشرفت علم طبع است که توجهات زیادی را به خود معطوف ساخته است.اخیراً، دانشمندان پیش نویس اجزای اختصاصی سازنده ژنوم انسان – مجموعه کاملی متشکل از ۳۰ تا ۴۰۰۰۰ ژن که به طور معمول در یک انسان وجود دارد – را ترسیم کرده اند. امید آن می رود که با مطالعه و شناسایی نقش هر یک از این ژن ها، پزشکان و دانشمندان به درک بهتری از علت و نحوه ایجاد بیماری دست پیدا کنند به منظور دستیابی به بینش بهتر در مورد نحوه تشکیل تعامل ژنتیک و بیماری، داشتن اطلاعات اصولی راجع به ژن ها و کروموزوم ها، الگوهای وراثتی و چگونگی تکامل موجودات زنده از یک سلول منفرد به فرد بالغ، بسیار مفید خواهد بود. یادگیری نحوه انتقال برخی از بیماری ها از یک نسل به نسل های بعدی، نحوه تعامل ژن ها و محیط در ایجاد بیماری ها و چگونگی تأثیر مطالعه ژن ها بر درمان بهتر و شاید، حتی علاج یا پیشگیری از برخی بیماری ها، نیز خالی از فایده نیست. 

اصول ژنتیک

بدن شما از چندین ترلیون سلول میکروسکوپی تشکیل شده است. قطر یک سلول انسانی، معادل یک دهم یک تار موی اوست. سلول های شما، تقریباً به ۲۰۰ نوع مختلف تقسیم می شوند. مثلاً، سلول های پوست، عضله، استخوان و خون، همگی وظایف متفاوتی دارند: یعنی پوست شما را نرم، عضلات را انعطاف پذیر، استخوان ها را متراکم و خون را جاری در سرتاسر بدن می سازند. وظیفه هر کدام از این سلول ها تا حدود زیادی بستگی به این دارد که کدام یک از این تقریباً ۴۰۰۰۰ ژن فعال می شود. 

کروموزوم ها و ژن ها و دی- ان- ای

هر سلولی، موسوم به هسته می باشد. هسته، دی- ان- ای را در خود جای می دهد، دی- ان- ای بر روی دو مجموعه ۲۳ کروموزومی، یعنی کلاً ۴۶ کروموزوم قرار گرفته است. یک سری از این کروموزوم ها از طرف مادر و یک سری از طرف پدر به شما می رسند. دو تا از این ۴۶ کروموزوم – موسوم به ایکس (X) و وای (Y) – کروموزوم های جنسی هستند که در حقیقت زن یا مرد بودن شما را تعیین می کنند. زنان دارای یک جفت کروموزوم ایکس (X) هستند و مردان دارای یک کروموزوم ایکس (X) و یک کروموزوم وای (Y) می باشندو سایر کروموزوم ها را اتوزوم می نامند.تنها سلول هایی که دارای این دو مجموعه کروموزومی نیستند عبارتند از: تخمک و اسپرم. هر کدام از این سلول ها که به آنها سلول جنسی گفته می شود، حاوی یک سری کوروموزوم هستند. هنگامی که تخمک و اسپرم با هم تلفیق می شوند تا سلول تخم (زیگوت) را بسازند، سلول تخم کل ۴۶ کروموزوم را دریافت می کند. و این گونه است که شما از هر یک از والدین خود ۲۳ کوروموزم می گیرید.شکل ۱-۱۸ هر سلولی در بدن شما ، در واقع هسته ای دارد که حاوی ۲۶ کوروموزوم (۲۳ جفت) می باشد – نیمی از مادر و نیمی از پدر ، هر کوروموزوم متشکل از مارپیچی هایی است از دی – اِن –اِی (اسیده زوکسی ریبوئوکلئیک) ، که خود به واحدهای کوچک تری به نام ژن تقسیم می شود . ژن ها خصیصه های به ارث رسیده از والدین را در شما کنترل می کنند و می توانند به فرزندان شما منتقل شوند.دی – اِن – اِی موجود در کروموزوم های شما، ساختاری دو رشته ای متشکل از مولکول های قند و فسفات است که توسط زوج های شیمیایی موسوم به بازهای نوکلئوتیدی به یکدیگر متصل می شوند. چهار نوع باز نولکئوتیدی در دی – اِن – اِی یافت می شود: آدنین (A) و تیمین (T) سیتوزین (C) و گوانین (G) آدنین، همیشه با تیمین جفت می شود، و سیتوزین هم با گوانین ، محصول نهایی ، یک مارپیچ دو رشته ای است که شباهت زیادی به یک نردبان دراز و در هم پیچیده دارد. 

پروتئین های سلولی

یکی از مهم ترین وظایف ژن ها، ساخت پروتئین است. درست همان طور که بسیاری از انواع ژن ها، خصلت های شما را کنترل می کنند، بسیاری از پروتئین ها هم وظایف مختلفی را در بدن شما بر عهده دارند. برخی به عنوان اجزاء ساختمان انجام وظیفه می کنند، برخی هم به عنوان آنزیم هایی که واکنش های شیمیایی بدن را کنترل می کنند. سایر پروتئین ها در رشد و نگهداری از بدن بسیار حیاتی هستند. در حقیقت دو جزء اصلی بدن شما آب و پروتئین می باشد.اسیدهای آمینه ، اصلی ترین اجزاء تشکیل دهنده پروتئین ها هستند. به طور کلی ۳۰ نوع اسید آمینه وجود دارد که به اشکال مختلفی در کنار هم قرار می گیرند. تا پروتئین های متنوعی را بسازند . پروتئین ها ممکن است ساختارهای ساده ای متشکل از تنها چند اسید آمینه یا پیچیده و متشکل از چند زنجیره اسید آمینه باشند.برخی از ژن ها بی وقفه مشغول ساخت پروتئین هایی برای سوخت و ساز پایه سلول هستند و برخی دیگر تنها در مواقع مورد نیاز فعال (یا اصطلاحاً روشن) می شوند. در واقع، برخی از ژن ها در یک سلول خاص ممکن تا ابد خاموش باقی بمانند. به سخن دیگر ، همه ژن ها در یک برهه زمانی خاص در یک سلول ، فعال یا روشن نمی شوند.وقتی سلولی به یک پروتئین ویژه نیاز دارند، فرایندی را آغاز می کند موسوم به نسخه برداری ، در فرایند نسخه برداری از طرح فراهم شده دی – ان – ای برای تولید پروتئین استفاده می شود . ابتدا آنزیمی موسوم به آر – اِن – اِی (ریبونوکلئیک اسید) پلی مراز کپی یا رونوشت دقیقی از دی – اِن – ای موجود در ژن تهیه می کند. این رونوشت ، که به آن پیغام بر آر – اِن – اِی (mRNA) گفته می شود، از هسته سلول خارجی و در آنجا به آنزیمی به نام ریبوزوم متصل می شود.این ریبوزوم ، براساس نوع آرایش و ترتیب ژنی، که پیغام بر آر – اِن – اِی( (mRNA حمل می کند، زنجیره ای از اسیدهای آمینه را می سازند. این زنجیرۀ اسید آمینه سپس آن قدر تکرار می شود تا شکل منحصر به فردی از پروتئین را برای انجام یک وظیفه معین ایجاد کند. 

پروژۀ ژنوم انسان

پروژه ژنوم انسان، یک تلاش تحقیقاتی در سطح بین المللی است که از سال ۱۹۹۰ به هدف ایجاد یک نقشه جزء به جزء از تمامی ژن های موجود در ژنوم انسان، آغاز شده است . پیش نویس این نقشه، که فعلاً نشان دهندۀ ۳۰ تا ۴۰ هزار ژن می باشد، در ژوئن ۲۰۰۰ آماده شد.این نقشه جزئیات مربوط به تسلسل ۳ میلیارد جفت باز (نوکلئوتید) را ترسیم می کند که یک دی – اِن – اِی به طول تقریباً ۳ متر را در ژنوم هر یک از سلول های انسان می سازند. نقشه ژنوم به علاوه نقاط با اهمیت بر روی هر ۲۳ کروموزوم انسان را نشان می دهد از جمله : مکان هایی که ژن ها دچار جهش شده و باعث بیماری می شوند، یا سایر ژن هایی که در ترمیم دی – اِن – اِی ایفای نقش می کنند.ژنوم انسان، تنها دی – اِن – اِی مرتب و ترسیم شده نیست. نقشه های ژنتیکی در سایر موجودات، از جمله مگس میوه و باکتری ای – کولای (E.coli) هم تکمیل شده اند.حتی تلاش هایی برای ترسیم ژنوم های موش، موش صحرایی و گوره ماهی هم در حال انجام است. این ژنوم ها می توانند به عنوان منبع مقایسۀ با ژنوم انسانی مورد استفاده قرار گیرند.گام بعدی در پروژه ژنوم انسان ، پالایش و ویرایش پیش نویس فعلی است . دانشمندان به علاوه در پی شناسایی عملکرد هر یک از این ژن ها و محل آن بر روی یک کروموزوم خاص هستند. محققان ضمناً مشغول بررسی نسخه های متفاوت یک ژن خاص در افراد مختلف و چگونگی آسیب پذیر شدن اشخاص  در برابر بیماری با پاسخ های متنوع آنها به داروها می باشند. هدف دیگر پروژه زنوم انسان، تعیین نقش پروتئین هایی است که توسط ژن های مختلف رمزگذاری می شوند.

کنترل عملکرد سلول

در سراسر عمر بدن شما مشغول ساخت سلول های جدید است. در خلال رشد و نمو سالهای پیش از بلوغ، سلول های شما عمدتاً مشغول تقسیم و اختصاصی شدت هستند – تکامل مغز، افزایش قد و ایجاد یک سیستم ایمنی بی عیب و نقص تنها نمونه کوچکی از این تحولات به شمار می آیند.سازوکار دقیقی که براساس آن سلول های شما می توانند به شکل گزینشی بخشی از ژنوم را فعال یا غیرفعال کنند، همچنان در پرده ای از ابهام باقی مانده است، اما سلامتی شما وابسته به این موضوع است. برای مثال، اعتقاد بر این است که سرطان، تا حدودی ناشی از ناتوانی یک ژن کنترل رشد، در خاموش شدن به موقع یا ناتوانی یک ژن سرکوب گر تومور در روشن شدن و در نتیجه رشد غیر قابل مهار سلول ها باشد.هر سلول جدید، برای آگاهی از وظیفه ای که بر عهده دارد و زمان انجام آن، به مجموعه کاملی از ماده ژنتیکی (ژنوم) نیازمند است. وقتی سلولی تقسیم می شود، دی- ان- ای موجود ر آن هم تکثیر می شود، به گونه ای که سلول های جدید هر کدام، نسخه کاملی از ژنوم را دریافت خواهند کرد. در عین حال، اسپرم و تخمک به شکل دیگری تقسیم می شوند، که حاصل آن چهار سلول است که هر کدام دارای تنها نیمی از ماده ژنتیکی اولیه می باشند. این پدیده، اسپرم و تخمک را آماده یک تلفیق احتمالی می سازد. وقتی یک اسپرم و تخمک با هم ترکیب می شوند، ساختار جدید (سلول تخم یا زیگوت) دارای ۴۶ کروموزوم، در ۲۳ جفت خواهد بود. علت اینکه شمار کروموزوم ها و ژن های انسان از نسلی به نسل دیگر ثابت و بدون تغییر باقی می ماند، همین موضوع است.