ژنتیک و تاریخچه ی آن

سال‌ها پیش از آن که دانشمندان سعی کنند تا با استفاده از قوانین فیزیکی و شیمیایی علت پدیده های زیست شناختی را نیز تبیین کنند، زیست شناسان با مشاهده‌ی گیاهان و جانوران، قلمرو دانش خود را گسترش می‌دادند. در واقع، تحقیقات دو تن از پیشگامان این علم وجود نوعی دستور یا کد وراثتی را بر همگان اثبات کرده بود.

چارلز داروین (Charles Darwin) در سال 1859 نظریه تکامل خود را مطرح کرده بود و گرگور مندل (Gregor Mendel) نیز در سال 1865 موفق شده بود قوانین اساسی وراثت را کشف کند؛ اما هیچ یک از آن‌ها نتوانستند دریابند که چه عاملی باعث کنترل و هدایت سیستم های مورد مطالعه‌ی آن‌ها می‌شود. تنها چیزی که آشکار بود این بود که عامل هدایت کننده جایی در درون گیاهان و حیوانات پنهان بود.  

تا اینکه کشف ارزشمند دانشمند سویسی فردریش میشر (Friedrich Mischer) راه را برای ادامه‌ی تحقیقات گشود. او در سال 1869 در بیمارستانی در آلمان، ماده ای را از محل عفونت که غنی از گلبول های سفید بود، استخراج کرد. میشر این ماده را " نوکلئین " (nuclein) نامید. وی با کمال تعجب متوجه شد که منشاء این ماده فقط می‌تواند از کروموزوم‌ها باشد. بنابراین به حمایت از " نظریه وراثت شیمیایی " پرداخت و اعلام نمود که اطلاعات بیولوژیکی به صورت ترکیبات شیمیایی در سلولها ذخیره می‌شود و از نسلی به نسل بعد منتقل می‌گردد.  

با اینکه میشر در دورانی زندگی می‌کرد که اصول علم پزشکی - پس از چند هزار سال رکود - در حال دگرگونی اساسی بود، اما عده‌ی بسیار کمی از دانشمندان توانایی و پذیرش این اکتشاف مهم او را داشتند. 

در قرن بعد، توماس مورگان (Thomas H.Morgan) زیست شناس آمریکایی، شروع به تحقیق و مطالعه در این مورد نمود. او دریافت که ژن‌ها بر روی محل های خاصی از کروموزم‌ها واقع شده اند و نتیجه گیری کرد که همین ژن‌ها عامل انتقال وراثتی مندل و نیز کلید اصلی تکامل داروینی هستند.  

نقشه ای که مورگان از ژن های موجود بر روی کروموزم‌ها رسم کرد، سؤالات جدید بسیاری را مطرح نمود. ساختار پایه و خواص شیمیایی ژن‌ها هم چنان نامشخص بود. نحوه عمل آن‌ها نیز هنوز به طور واضح مشخص نشده بود. هیچ کس نمی دانست که تکثیر یا نسخه برداری از ژن‌ها در سلول چگونه صورت می‌گیرد. منشاء بیماری های وراثتی و نقش جهش در این میان چه بود؟ و ... . اما اساسی ترین پرسش در این میان این بود که: ژن‌ها چگونه اطلاعات وراثتی را شامل می‌شوند و چه طور آن‌ها را منتقل می‌کنند؟ و چگونه می‌توانند رشد کلیه سیستم‌های زنده را هدایت نمایند؟

این بار مردی از انگلستان معما را حل نمود. در سال 1928، آزمایش های فرد گریفیث (Fred Griffith) بر روی باکتری های مولد ذات الریه به کشفی حیرت انگیز منجر شد. او دو نوع باکتری مختلف را شناسایی کرد. نوع اول که گریفیث آنها را " نوع S " نامید، دارای یک کپسول پلی ساکاریدی در اطراف خود بودند. نوع دوم یا " نوع R " فاقد این کپسول بود. " نوع S " بیماری زا بود، در حالی که " نوع R " خطری در پی نداشت. در واقع، کپسول موجود در اطراف باکتری نوع S باعث مقاومت آن در برابر دستگاه ایمنی بدن می‌شد.

گریفیث سپس مخلوطی از باکتری های S - که با حرارت کشته شده بودند - و باکتری های R تهیه کرد و اثر آن را بر روی موش‌ها بررسی نمود. با اینکه انتظار می‌رفت که این مخلوط اثر زیان باری نداشته باشد، مشاهده شد که تمامی موش‌ها به بیماری مبتلا شده و مردند. جالب اینکه در اجساد موش‌ها باکتری های S زنده یافته شد. گریفیث نتیجه گرفت که نوعی انتقال بین دو نوع باکتری صورت گرفته است که سبب شده باکتری های نوع R دچار تغییرات ژنتیکی شوند. امروزه ما این پدیده را " ترانسفورماسیون " می‌نامیم.

متأسفانه تحقیقات گریفیث نیز با استقبال معاصران او مواجه نشد و او نتوانست آن‌ها را قانع کند، تا اینکه سرانجام در سال 1941 در یک بمباران هوایی در لندن درگذشت. پنجاه سال بعد، اسوالد اوری (Oswald Avery) در یک موسسه‌ی تحقیقات طبی در نیویورک آزمایش‌های گریفیث را تکرار کرد. اوری و همکارانش مکلئود ( Colin Macleod ) و مک کارتی ( Mc Carty ) به دنبال یافتن عامل ترانسفورماسیون بودند. آنها نشان دادند که اگر مخلوطی از باکتری های S - که با حرارت کشته شده بودند - و باکتری های R و پروتئازها ( آنزیم های تجریه کننده پروتئین‌ها ) تهیه کنیم، باز هم ترانسفورماسیون رخ می‌دهد؛ اما اگر به جای پروتئاز، از دی . ان . آز ( آنزیم تجریه کننده DNA ) استفاده کنیم، دیگر شاهد ترانسفورماسیون نخواهیم بود. و این گونه اثبات شد که عامل اصلی ترانسفورماسیون مولکولهای DNA هستند.

با این حال هنوز هم قبول این حقیقت برای جامعه‌ی علمی آن زمان دشوار می‌نمود. بسیاری از دانشمندان می‌پنداشتند که مولکول DNA بسیار ساده تر از آن است که قادر به ذخیره و انتقال حجم عظیم اطلاعات بیولوژیک بدن جاندار باشد. سال‌ها بود که باور عمومی این بود که پروتئین‌ها عامل اصلی این فرآیند هستند، چرا که آن‌ها از بیست نوع اسید آمینه تشکیل می‌شوند و این به معنای آن است که می‌توانند اطلاعات زیادی را به صورت کد در ساختار خود ذخیره سازند. 

 به همین دلیل نتایج کار اوری مورد تردید قرار گرفت و عده ای می‌پنداشتند که DNA مورد آزمایش اوری احتمالا با نوعی ناخالصی پروتئینی که عامل اصلی انتقال اطلاعات بیولوژیک بوده ، آلوده شده است. در سال 1952 گروه دیگری از دانشمندان آزمایش اوری را با DNA کاملاً عاری از مواد پروتئینی تکرار کردند. این آزمایش آخرین تردیدها را نیز برطرف کرد و ثابت شد که این DNA است که حامل اصلی ژن‌ها و اطلاعات بیولوژیک می‌باشد. پس از آن، تلاش همگانی برای کشف ساختار DNA آغاز شد و این گونه بود که دانش زیست شناسی وارد دوران نوینی گردید. 

نمودار زمانی - تولد ژنتیک

 

پیش از 1945

حدودا سه هزار سال پیش از میلاد سومری‌ها و چینی های باستان با تکنیک های خاص کشاورزی شروع به پرورش و کشت نژادهای خاصی از حیوانات و گیاهان می‌نمایند.

1866

گرگور مندل تحقیقات خود دوباره توارث در گیاه نخود را منتشر می‌کند. او نشان می‌دهد که عامل های مشخصی - که بعدها " ژن " نامیده شدند - از والدین به فرزندان منتقل می‌شود.

1869  

فردریش میشر در هنگام کار با پانسمان های خاک آلود ماده ای اسیدی به نام " نوکلئین " را در هسته سلول کشف می‌کند. این ماده بعدها " DNA " نام گرفت.

1900

هوگو دوریس، کارل کورنس و اریک فون شرماک در بررسی های مستقل از هم یافته های مندل را تأیید می‌نمایند.

1911

توماس مورگان نشان می‌دهد که ژن‌ها به صورت خطی برروی کروموزوم‌ها قرار گرفته اند.

1928

فردریک گریفیث، در آزمایش با موش ها بخش مرگبار یک نوع باکتری ذات الریه را به نوع دیگری از باکتری مولد ذات الریه انتقال می‌دهد. او اعلام می‌کند که بایستی یک " عامل انتقال ژنتیکی " در باکتری وجود داشته باشد.

1929 

فوبوس لون متوجه می‌شود که در ساختمان اسیدهای نوکلئیک، قند دئوکسی ریبوز وجود دارد و کمی بعد اثبات می‌کند که DNA از تعدادی نوکلئوتید تشکیل می‌شود و هر نوکلئوتید شامل یک قند دئوکسی ریبوز، یک گروه فسفات و یکی از بازهای چهارگانه (A,G,C,T) است.

1943

ویلیام استبری نخستین تصاویر پراش پرتو X را ازمولکول DNA تهیه می‌کند.

1944

اسوالد اوری و همکارانش اثبات می‌کنند که DNA " عامل انتقال ژنتیکی " در آزمایش گریفیث بوده، نه پروتئین ها.   

نمودار زمانی - کشف DNA  

49 - 1948

لینوس پاولینگ اظهار می‌کند که کم خونی سلول داسی شکل به دلیل نقص در ساختار یک پروتئین ایجاد می‌شود و اندکی بعد نشان می‌دهد که شکل ظاهری عده ای از پروتئین‌ها به صورت مارپیچی است.

1950

اروین شارگاف نشان می‌دهد که میزان نوکلئوتیدهای ادنین (A) با تیمین (T) و میزان نوکلئوتیدهای سیتوزین (C) با گوآنین (G) برابر است، یعنی به ازای هر A یک T و به ازای هر C یک G وجود دارد.

1952

آلفرد هرشی ومارتا چیس نشان می‌دهند که DNA ویروس در کنار پروتئینی که متعلق به آن ویروس نیست، می‌تواند ویروس های جدید بسازد؛ این آزمایش اثبات می‌کند که DNA ، مولکول انتقال دهنده صفات وراثتی است. 

1952

موریس ویلکینز و رزالیند فرانکلین با استفاده از پرتو X از کریستالهای DNA تصاویری تهیه می‌کنند که بعدها سبب هدایت واتسون و کریک به سوی نتایج مشهور آنها می‌گردد.

1953

جیمز واتسون و فرانسیس کریک مدل سه بعدی خود از مولکول DNA را ارائه می‌کنند: DNA از دو رشته مارپیچی که با بازهای مکمل به هم متصل شده اند، تشکیل می‌شود.

1959

ژروم لژون نشان می‌دهد که سندروم داون در اثر وجود یک کروموزوم اضافی به وجود می‌آید. تولید سه کپی از کروموزم 21 سبب بروز این عارضه می‌گردد.

نمودار زمانی - مهندسی ژنتیک 

1966

مارشال نیرنبرگ، گوبیند خورانا، فرانسیس کریک، جرج گاموف و سایر دانشمندان موفق می‌شوند کد ژنتیکی را بگشایند: شصت و چهار نوکلئوتید سه جزئی که کد ژنتیکی جامع تمام سلولها و ویروس‌ها را تشکیل می‌دهند.

1968

ورنر آربر موفق می‌شود آنزیم های محدود کننده را استخراج کند. 

1972

پل برگ با استفاده از آنزیم های محدود کننده موفق به بریدن و متصل کردن قطعات DNA می‌شود و نخستین رشته DNA دارای صفات ارثی جدید را تولید می‌نماید.

1977

فرد سنجر و سایر دانشمندان با همکاری هم ترتیب DNA را معین می‌کنند. 

1980

دیوان عالی ایالات متحده آمریکا اجازه ثبت اکتشافات در زمینه ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی را صادر می‌نماید.

1982

کمپانی Eli Lilly با اصلاح ژنتیکی نوعی باکتری، از آن دارویی به نام " هومولین " (Humulin) به دست می‌آورد. هومولین که نوعی انسولین است، اولین دارویی است که با مهندسی ژنتیک تولید می‌شود.

1983

جیمز گزلا با استفاده از نمونه های خون جمع آوری شده توسط نانسی وکسلر در ونزوئلا نشانه های بیماری Huntington را شناسایی می‌کند.

1985

کری مولیس، با ابداع روش PCR راهی مناسب برای کپی برداری دقیق و فراوان از نمونه های DNA ایجاد می‌کند. 

نمودار زمانی - کشف ژنوم انسان 

1986

اولین مباحثات در مورد آغاز پروژه ژنوم ( نقشه ژنتیکی ) انسان انجام می‌گیرد. 

1989

فرانسیس کالینز و لپ چی سوئی ژن بیماری Cystic Fibrosis را شناسایی می‌کنند.

1990

اولین ژن درمانی (gene therapy) موفقیت آمیز بر روی دختری که دارای نقص ارثی دستگاه ایمنی است، انجام می‌گیرد.

1993

ژن بیماری Huntington کشف می‌شود.

1994

اولین محصول غذایی تولید شده به کمک مهندسی ژنتیک، مورد قبول مؤسسه نظارت بر دارو و تغدیه آمریکا (FDA) واقع می‌شود.

1996

بره ای به نام Dolly که نخستین پستانداری است که با تولید مثل غیر جنسی حاصل شده، به دنیا می‌آید.

2000

در بیست و ششم ژوئن کمپانی خصوصی Celera و مسؤولان پروژه ملی ایالات متحده به طور همزمان اعلام می‌کنند که موفق شده اند نسخه پیش نویس ژنوم ( نقشه ژنتیکی ) انسان را کشف نمایند.

2003

در 15 آوریل اعلام می‌گردد که نسخه نهایی ترتیب ژنوم ( نقشه ژنتیکی ) انسان تکمیل شد.