يُعد الحمض النووي (DNA) من أكثر فروع علم الوراثة التي اهتم بها العلماء. فهو يساهم في تنمية كثير من الصناعات مثل: تنمية الثروة النباتية، والحيوانية بما يعرف بالهندسة الوراثية. ويساعد أيضًا على حل بعض المشكلات الشخصية، والجرائم الجنائية.
في هذا المقال سنتحدث عن ما هو DNA؟، وما هي وظيفته واستخداماته؟
ما هو الحمض النووي (DNA)؟
يطلق عليه الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين. هو جُزِيء معقد يحتوي على المعلومات الوراثية للكائنات الحية مثل: النوع والشكل واللون.
تحمل كل الكائنات الحية الحمض النووي داخل خلاياها. في الكائنات متعددة الخلايا تحمل كل خلية المجموعة الكاملة من الحمض النووي الخاص بهذا الكائن.
يعد الحمض النووي المادة الوراثية الأساسية لجميع الكائنات الحية. عند تكاثر الكائنات فإن جزء من الحمض النووي ينتقل إلى الأبناء، وهذا يضمن استمرار بعض الصفات الوراثية من جيل لجيل آخر، مع وجود بعض التغيرات البسيطة التي تساعد على تنوع الحياة.
أول من اكتشف DNA هو عالم الأحياء فريدريك ميشر في عام 1869.
أما الشكل الحلزوني المزدوج للجُزِيء اكتشفه العالمان جيمس واطسون، وفرانسيس كريك.
تركيب الحمض النووي (DNA)
يتكون الحمض النووي من شريطين يلتف كلًا منهما حول الآخر، يربط الشريطان قواعد نيتروجينية، ويتكون شكل يشبه السلم الملتوي.
المعلومات الوراثية التي يحملها الحمض النووي (DNA)، توجد على هيئة شفرات جينية مكونة من أربع قواعد نيتروجينية، وهي:
- الأدينين (Adenine) ويرمز له بحرف A.
- الجوانين ( Guanine) ويرمز له بالحرف G.
- الثايمين (thymine) ويرمز له بالحرف T.
- السيتوزين (cytosine) ويرمز له بالحرف C.
تصطف هذه القواعد النيتروجينية على هيئة أزواج، ويرتبط كل زوج من القواعد بروابط هيدروجينية.
دائمًا ما يرتبط الأدنين بالثايمين، والسيتوزين بالجوانين.
يلتصق كل زوج من القواعد النيتروجينية بجُزيء سكر، وجزيء فوسفات؛ لتكوين النيوكليوتيدات، تصطف النيوكليوتيدات طوليًا؛ لتكون شكل السلم الحلزوني، تُمثل أزواج القواعد درجات السلم، بينما جزيئات السكر والفوسفات تمثل الأجزاء العمودية للسلم.
يتكون الحمض النووي للإنسان من ثلاثة مليارات من القواعد النيتروجينية، وأكثر من 99% من هذه القواعد متشابهة بين البشر.
ترتيب أو تسلسل هذه القواعد، هو ما يحدد المعلومات الوراثية الخاصة بكل إنسان.
تسمى أجزاء الحمض النووي التي تحمل المعلومات الوراثية بالجينات، بينما الأجزاء الأخرى من الحمض النووي تشارك في تنظيم المعلومات الوراثية، ونقل الجينات الوراثية من الآباء إلى الأبناء.
أين يوجد الحمض النووي (DNA)؟
يوجد الحمض النووي (DNA) في خلايا الكائنات الحية، تنقسم الكائنات الحية وفقا لنوع الخلية إلى نوعين:
حقيقية النواة
مثل الإنسان والعديد من الكائنات الحية، تحتوي خلاياها على نواة حقيقية، ويوجد معظم DNA في نواة الخلية، وكمية قليلة تستقر في الميتوكوندريا.
بدائية النواة
مثل البكتريا، لا تحتوي خلاياها على نواة؛ لذا يوجد الحمض النووي مضغوطًا في وسط الخلية، (في سيتوبلازم الخلية)
عند فرد الحمض النووي الموجود في خلية واحدة في قطعة مستقيمة، سيكون طوله 2 مترًا تقريبًا.
إذًا كيف يتناسب هذا الطول مع خلية لا ترى بالعين المجردة؟
هذا يحدث بعملية تعبئة أو تكثيف الحمض النووي، وهي عملية تركيب الحمض النووي في أشكال مضغوطة ومكثفة. وتختلف تعبئة الحمض النووي في الكائنات بدائية النواة عن الكائنات حقيقية النواة.
في حقيقيات النواة
ترتبط القطع الطويلة من شريط DNA المزدوج بإحكام، وتلتف عدة مرات حول بروتينات تسمى الهستونات، وتضْغَط جيدًا لتناسب حجم نواة الخلية. ويطلق عليه الكروماتين.
في بدائيات النواة
لا تحتوي بدائيات النواة على هستونات لذلك يُضغط الحمض النووي بالالتواء، وترتبط جزيئاته الملتوية ببروتينات خاصة.
وفي كلتا الحالتين، ينتظم الحمض النووي المضغوط مكونًا الكروموسومات، التي تأخذ أشكالًا عدة في الكائنات المختلفة، مثل:
كروموسومات دائرية، في معظم بدائيات النواة.
كروموسومات طولية، في الخلايا حقيقية النواة.
وظيفة الحمض النووي
الوظيفة الأساسية للحمض النووي (DNA)، الحفاظ على المعلومات الوراثية وتخزينها على المدى الطويل.
وكذلك يحمل DNA المعلومات اللازمة لبناء البروتينات؛ لذلك يساعد على نمو الكائنات الحية.
تحليل DNA
يعد إثبات النسب من أكثر الاستخدامات شيوعًا لتحليل DNA، يجمع الفنيون عينة من خلايا الطفل وعينة أخرى من خلايا الأب، وتعالج العينات بعدة طرق ومن ثَمّ مطابقة النتائج.
يمكن تجميع العينة من سوائل الجسم المختلفة، أو من جذور الشعر، أو من الجلد. ثم تمر العينة بعدة مراحل وهي:
- استخدام بعض المواد الكيميائية لاستخلاص خيوط الحمض النووي من العينة.
- تقسيم الحمض النووي إلى قطع صغيرة ببعض العمليات الكيميائية، ثم نسخ هذه القطع ملايين المرات، وبعد ذلك إضافة نوع من الصبغات إلى قطع الحمض النووي؛ ليتمكن الفاحصون من رؤيتها عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية.
- المقارنة بين نتائج اختبار عينة الأب وعينة الطفل.
استخدامات DNA
يعد استخلاص الحمض النووي (DNA) من أحدث العلوم البيولوجية، ويستخلص العلماء DNA ليس فقط لإثبات النسب كما ذكرنا سابقًا، ولكن توجد عدة استخدامات أخرى منها:
- تشخيص العديد من الأمراض
مثل فقر الدم المنجلي، والهيموفيليا، ومتلازمة داون، وأيضًا معرفة إذا كان الشخص حامل لمرض وراثي معين ولا تظهر عليه الأعراض.
- الهندسة الوراثية لكل من الحيوانات والنباتات
تلجأ معظم شركات إنتاج النباتات إلى استخلاص الحمض النووي (DNA) من نباتات ذات خصائص مميزة، وعمل آلاف النسخ من الجين الحامل لتلك الخصائص، ومن ثَم حقنه في خلايا نباتات أخرى. تنمو النباتات المحسنة وراثيًا وتنتج بذور حاملة لهذا الجين.
ويستخلص العلماء أيضًا جينات مميزة من بعض الحيوانات؛ لنقلها إلى حيوانات أخرى؛ لتحسين الصفات الوراثية للحيوانات.
- صناعة الأدوية
يستخدم العلماء الحمض النووي في صناعة عدد من الأدوية، مثل:
- لقاح الالتهاب الكبدي B.
- هرمون النمو البشري.
- الإنسولين.
- الطب الشرعي
كما ذكرنا سابقا أن تحليل الحمض النووي يساعد على إثبات الأبوة.
يلجأ المحققون في الجرائم الجنائية كذلك لنفس التقنية لإثبات التهمة أو تبرئة المتهمين. بتحليل عينات غير معروفة مأخوذة من مسرح الجريمة، ومقارنتها بالحمض النووي للمتهمين.
في النهاية، الحمض النووي (DNA) له العديد من الاستخدامات، فمن بداية حل المشكلات الشخصية، إلى تنمية ثروات الدول، تكمن أهمية الحمض النووي. ويستمر العلماء في مزيد من الدراسات؛ لزيادة المنفعة ولتسهيل الحياة.
