DNA

تعریف

DNA یک مولکول پیچیده و با زنجیره بلند است که شامل طرح ژنتیکی برای ساخت و نگهداری همه موجودات زنده است. DNA که تقریباً در همه سلول ها یافت می شود، حاوی دستورالعمل های لازم برای ایجاد پروتئین ها، مولکول های خاص ضروری برای رشد و عملکرد بدن است. همچنین اطلاعات ارثی را بین نسل ها منتقل می کند.

این ویال حاوی تعدادی از اولین DNA فریدریش میشر است که از اسپرم ماهی قزل آلا جدا شده است. این دانشگاه در اختیار دانشگاه توربینگن آلمان است. اعتبار: آلفونز رنز.

اهمیت

DNA به دلیل این واقعیت که نه تنها طرح اولیه زندگی را فراهم می کند، در بیوتکنولوژی و پزشکی مرکزی است، بلکه یک عامل تعیین کننده اساسی برای نحوه عملکرد بدن و روند بیماری است. درک ساختار و عملکرد DNA به انقلابی در بررسی مسیرهای بیماری، ارزیابی استعداد ژنتیکی افراد به بیماری‌های خاص، تشخیص اختلالات ژنتیکی و فرموله کردن داروهای جدید کمک کرده است. همچنین برای شناسایی عوامل بیماری زا بسیار مهم است.

جدای از کاربردهای پزشکی آن، این واقعیت که DNA برای هر فرد منحصر به فرد است، آن را به یک ابزار پزشکی قانونی حیاتی برای شناسایی مجرمان، بقایای یک فرد گمشده و تعیین والدین بیولوژیکی یک کودک تبدیل می کند. در کشاورزی نیز از DNA برای کمک به بهبود حیوانات و گیاهان استفاده می شود.

کشف

کشف DNA به سال 1869 بازمی‌گردد، زمانی که فردریش میشر، پزشک و زیست‌شناس سوئیسی، شروع به بررسی لکوسیت‌ها، نوعی گلبول سفید کرد که از چرک جمع‌آوری شده روی باندهای جراحی تازه استخراج شده بود. او این کار را در حین کار در آزمایشگاه فلیکس هوپ سیلر در توبینگن آلمان به عنوان بخشی از پروژه تعیین بلوک های شیمیایی سلول ها انجام داد. او با نگاهی از طریق میکروسکوپ مشاهده کرد که هرگاه اسیدی اضافه می‌کرد، ماده‌ای از محلول سلول‌ها جدا می‌شود و پس از افزودن قلیایی دوباره حل می‌شود. این ترکیب هیچ شباهتی به هیچ پروتئین شناخته شده ای نداشت. میشر با اعتقاد به منشأ این ماده از هسته سلول، آن را “نوکلئین” نامید. در تحقیقات بیشتر، او کشف کرد که نوکلئین در بسیاری از بافت های دیگر وجود دارد. در حالی که تنها ابزار و روش های ساده را در اختیار دارید، در سال 1874 میشر به بررسی نقش ژنتیکی نوکلئین نزدیک شده بود. با این حال، او فاقد مهارت های ارتباطی کافی بود تا اهمیت آنچه را که یافته بود به جهان علمی بزرگتر منتقل کند.

در سال 1881 آلبرشت کوسل، بیوشیمیدان آلمانی، ترکیب میشر را بر اساس این واقعیت که او آن را به عنوان یک اسید نوکلئیک کشف کرده بود، نام ترکیب اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) را تغییر داد. پس از آن، او شروع به کار بر روی ترکیب شیمیایی آن کرد. او در سال 1901 تشخیص داد که از پنج پایه نیتروژن تشکیل شده است: آدنین (A)، سیتوزین (C)، گوانین (G)، تیمین (T) و اوراسیل (U).

برای چندین دهه DNA چندان مورد مطالعه قرار نگرفت زیرا تصور می شد که یک ماده بی اثر است که به دلیل ساختار ساده اش قادر به حمل مواد ژنتیکی نیست. در عوض تصور می شد پروتئین ها حامل مواد ژنتیکی هستند. این تا حدی به این دلیل بود که آنها ساختار پیچیده تری داشتند و از 20 اسید آمینه مختلف تشکیل شده بودند.

تا اواسط قرن بیستم بود که نگرش نسبت به DNA شروع به تغییر کرد. این کار توسط اسوالد اوری در موسسه راکفلر در نیویورک انجام شد. از اوایل دهه 1930، اوری شروع به بررسی این موضوع کرد که چگونه نوعی از باکتری های غیر عفونی مرتبط با ذات الریه می توانند به اشکال خطرناک بدخیم تبدیل شوند، اگر با سلول های مرده سویه بدخیم مخلوط شوند و این ویژگی را به فرزندان خود منتقل کنند. این پدیده برای اولین بار توسط فرد گریفیث، یک پزشک بریتانیایی، در سال 1928 مشاهده شد. در سال 1944 اوری با کمک همکارانش کالین مک‌لئود و مکلین مک کارتی نشان داد که تغییر شکل باکتری به یک ماده سفید رشته‌ای – DNA مرتبط است. اگرچه در آن زمان به طور جهانی پذیرفته نشد، یافته اوری به ایجاد علاقه جدیدی به DNA کمک کرد. چند سال دیگر طول می کشد تا سرانجام دانشمندان بپذیرند که این DNA است و نه پروتئین ها که DNA را حمل می کند. سرانجام پس از آزمایش‌هایی که آلفرد هرشی و مارتا هرشی در Cold Spring Harbor در سال 1952 انجام دادند، موافقت شد.

در دهه 1950 تعدادی از محققان شروع به بررسی ساختار DNA کردند به این امید که این کار نشان دهد که مولکول چگونه کار می کند. ساختار آن سرانجام در سال 1953 با تلاش های ترکیبی بیوفیزیکدانان روزالیند فرانکلین و موریس ویلکینز، مستقر در کالج کینگ لندن، و فرانسیس کریک و جیمز واتسون مستقر در آزمایشگاه کاوندیش، دانشگاه کمبریج، رونمایی شد. کار آنها مشخص کرد که DNA یک مولکول خطی بلند است که از دو رشته در یک پیکربندی مارپیچی تشکیل شده است که بعداً به نام “مارپیچ دوگانه” شناخته شد. هر رشته از چهار نوکلئوتید مکمل، زیر واحدهای شیمیایی تشکیل شده بود: آدنین (A)، سیتوزین (C)، گوانین (G) و تیمین (T). دو رشته در جهت مخالف قرار گرفتند به طوری که آدنین همیشه به تیمین ها (AT) و سیتوزین ها با گوانین ها (CG) متصل شدند.

کاربرد

تجزیه و تحلیل DNA برای درک مکانیسم‌های بیولوژیکی زندگی و بیماری‌هایی که وقتی این فرآیند اشتباه پیش می‌آیند، حیاتی است. بسیاری از برنامه های کاربردی مختلف برای درک این فرآیند توسعه یافته اند. امروزه دانشمندان می توانند مولکول را از طریق طیف وسیعی از تکنیک ها، از جمله توالی یابی DNA که به بررسی ساختار آن کمک می کند، از طریق PCR، که به سرعت مقادیر بسیار کمی از DNA را به میلیاردها نسخه تقویت می کند، تجزیه و تحلیل کنند. چنین تکنیک‌هایی زیربنای تمام آزمایش‌هایی هستند که امروزه انجام می‌شوند تا مثلاً یک جهش ژنتیکی را که باعث سرطان می‌شود شناسایی کنند یا برای تعیین اینکه آیا فرد حامل ژن یک بیماری ارثی است که می‌تواند به فرزندانش منتقل شود یا خیر. علاوه بر این، دانشمندان راه‌هایی برای دستکاری و ساخت اشکال جدیدی از DNA، که به عنوان DNA نوترکیب یا شبیه‌سازی ژن شناخته می‌شوند، یافته‌اند.

DNA: جدول زمانی رویدادهای کلیدی