سال‌ها پیش از آنکه دانشمندان سعی کنند تا با استفاده از قوانین فیزیکی و شیمیایی علت پدیده‌های زیست شناختی را نیز تبیین کنند، زیست‌شناسان با مشاهده 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 اثبات کرد. 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 سیستم‌های مورد مطالعه آنها می‌شود. تنها چیزی که آشکار بود این بود که عامل هدایت‌کننده جایی در درون گیاهان و حیوانات پنهان است. تا اینکه کشف ارزشمند دانشمند سویسی فردریش میشر
(Friedrich Mischer) راه را برای ادامه تحقیقات گشود. او در سال 1869 در بیمارستانی در آلمان، ماده‌ای را از محل عفونت که غنی از گلبول‌های سفید بود، استخراج کرد. میشر این ماده را «نوکلئین» (nuclein) نامید. وی با کمال تعجب متوجه شد که منشأ این ماده فقط می‌تواند از کروموزوم‌ها باشد، بنابراین به حمایت از «نظریه وراثت شیمیایی» پرداخت و نتیجه گرفت که اطلاعات بیولوژیکی به صورت ترکیبات شیمیایی در سلول‌ها ذخیره شده و از نسلی به نسل بعد منتقل می‌شود. با اینکه میشر در دورانی زندگی می‌کرد که اصول علم پزشکی - پس از چند هزار سال رکود - در حال دگرگونی اساسی بود، اما عده بسیار کمی از دانشمندان توانایی و پذیرش این اکتشاف مهم او را داشتند. در اواخر قرن 19 یک بیوشیمیست آلمانی نشان داد که اسیدهای نوکلئیک (مولکول‌های زنجیری بلند که از واحد‌های ساختمانی کوچک‌تری به نام «نوکلئوتید» تشکیل شده‌اند.) دارای قند، اسید فسفریک و چند باز نیتروژن دار هستند.
اندکی بعد مشخص شد که قند موجود در اسیدهای نوکلئیک می‌تواند ریبوز یا دئوکسی ریبوز باشد و لذا اسیدهای نوکلئیک به دو دستهDNA
( DeoxyriboNucleicAcid ) -که قند موجود در آنها دئوکسی ریبوز است- و (RNA (RiboNucleic Acid -که قند موجود در آنها ریبوز است - تقسیم می‌شوند. پس از کشف اسوالد اوری لازم شد تا ساختار دقیق مولکول DNA و شیوه عمل آن معین شود. در قرن بعد، توماس مورگان (Thomas H.Morgan) زیست‌شناس آمریکایی، شروع به تحقیق و مطالعه در این باره کرد. او دریافت که ژن‌ها روی محل‌های خاصی از کروموزوم‌ها واقع شده‌اند و نتیجه‌گیری کرد که همین ژن‌ها عامل انتقال وراثتی مندل و نیز کلید اصلی تکامل داروینی هستند.
نقشه‌ای که مورگان از ژن‌های موجود روی کروموزوم‌ها رسم کرد، سؤالات جدید بسیاری را مطرح کرد. ساختار پایه و خواص شیمیایی ژن‌ها همچنان نامشخص بود. نحوه عمل آنها نیز هنوز به طور واضح مشخص نشده بود. هیچ‌کس نمی‌دانست تکثیر یا نسخه برداری از ژن‌ها در سلول چگونه صورت می‌گیرد. منشأ بیماری‌های وراثتی و نقش جهش در این میان چه بود؟ و... اما اساسی‌ترین پرسش در این میان این بود که ژن‌ها چگونه اطلاعات وراثتی را شامل می‌شوند و چطور آنها را منتقل می‌کنند؟ و چگونه می‌توانند رشد همه سیستم‌های زنده را هدایت کنند؟
این بار مردی از انگلستان معما را حل کرد. در سال 1928، آزمایشات فرد گریفیث (Fred Griffith) روی باکتری‌های مولد ذات الریه به کشفی حیرت انگیز منجر شد. او دو نوع باکتری مختلف را شناسایی کرد، نوع اول که گریفیث آنها را «نوعS» 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 باکتری‌هایS -که با حرارت کشته شده بودند - و باکتری‌های R تهیه کرد و اثر آن را روی موش‌ها بررسی کرد. با اینکه انتظار می‌رفت این مخلوط اثر زیانباری نداشته باشد، مشاهده شد که تمامی موش‌ها به بیماری مبتلا شده و مردند. جالب اینکه در اجساد موش‌ها باکتری‌های S زنده یافته شد. گریفیث نتیجه گرفت نوعی انتقال بین دو نوع باکتری صورت گرفته است که سبب شده باکتری‌های 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. 50 سال بعد، اسوالد اوری (Oswald Avery) در یک موسسه 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 اگر مخلوطی از باکتری‌های S -که با حرارت کشته شده بودند - و باکتری‌های R و پروتئازها (آنزیم‌های تجریه‌کننده 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 اینگونه اثبات شد که عامل اصلی ترانسفورماسیون مولکول‌های DNA هستند. با این حال هنوز هم قبول این حقیقت برای جامعه علمی آن زمان دشوار می‌نمود. بسیاری از دانشمندان می‌پنداشتند که مولکول DNA بسیار ساده‌تر از آن است که قادر به ذخیره و انتقال حجم عظیم اطلاعات بیولوژیک بدن جاندار باشد. سال‌ها باور عمومی این بود که پروتئین‌ها عامل اصلی این فرآیند هستند، چرا که آنها از 20 نوع اسید آمینه تشکیل می‌شوند و این به معنای آن است که می‌توانند اطلاعات زیادی را به صورت کد در ساختار خود ذخیره کنند. به همین دلیل نتایج کار اوری مورد تردید قرار گرفت و عده‌ای 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 کاملا عاری از مواد پروتئینی تکرار کردند. این آزمایش آخرین تردیدها را نیز برطرف کرد و اثبات شد DNA حامل اصلی ژن‌ها و اطلاعات بیولوژیک است. پس از آن تلاش همگانی برای کشف ساختار DNA آغاز شد و اینگونه بود که دانش زیست‌شناسی وارد دوران نوینی شد.
در سال 1948 لینوس پاولینگ (Linus Pauling) کشف کرد که بسیاری از مولکول‌های پروتئینی به شکل یک مارپیچ (helix) هستند و تقریبا شکلی شبیه فنر دارند. در سال 1950 نیز اروین شارگاف (Erwin Chargaff) نشان داد که اگرچه آرایش بازهای موجود در ساختار DNA بسیار متنوع است، اما همواره نسبت باز ادنین (A) و باز تیمین (T) موجود در آن با هم برابر است و همین‌طور نسبت باز سیتوزین (C) با باز گوآنین (G). این دو اکتشاف نقش مهمی را در آشکار شدن ساختمان مولکول DNA ایفا کرد. در دهه 1950 همچنان رقابت برای کشف ساختار DNA ادامه داشت. در دانشگاه کمبریج کریک
(Francis Crick) و واتسون (James Watson) تحت تأثیر کارهای پاولینگ سعی داشتند با ارائه مدل‌های فیزیکی ساختارهای احتمالی ممکن برای DNA را محدود کنند تا سرانجام به ساختار صحیح دست یابند. گروه دیگری متشکل از ویلکینز (Maurice Wilkins) و فرانکلین (Rosalind Franklin) نیز در کالج کینگ لندن به طور همزمان مشغول مطالعه DNA بود. روش کار این گروه با گروه قبلی متفاوت بود. آنها سعی داشتند با روش آزمایشگاهی بویژه با استفاده از تصاویر پراش اشعه X از مولکول DNA، ساختار آن را معین کنند.
در سال 1951، فرانکلین دریافت که DNA با توجه به میزان رطوبت هوای محیط، می‌تواند دو شکل متفاوت داشته باشد و بنابراین نتیجه‌گیری کرد که بخش فسفات مولکول در سمت خارجی آن قرار دارد. اندکی بعد او با استفاده از تصاویر اشعه X فهمید که DNA در حالت «مرطوب» (Wet) از تمامی ویژگی‌های یک مارپیچ
(helix) برخوردار است؛ این احتمال که حالت دیگر مولکول DNA نیز به شکل مارپیچی باشد به ذهن او خطور کرد، اما نمی‌خواست تا زمانی که شواهد قطعی برای این حدس پیدا کند آن را اعلام کند. در ژانویه 1953 ویلکینز که از به نتیجه رسیدن تحقیقات ناامید شده بود، نتایج تحقیقات فرانکلین را بدون اطلاع و رضایت او با واتسون در میان گذاشت. واتسون و کریک با استفاده از این نتایج مدلی بسیار شگفت انگیز را برای ساختار DNA پیشنهاد کردند. آنها مولکول را به صورت دو زنجیر مارپیچی متشکل از نوکلئوتیدها تصور کردند که یکی از آنها بالا می‌رفت و دیگری پایین می‌آمد. کریک که به تازگی یافته‌های شارگاف را هم مطالعه کرده بود، سعی کرد با استفاده از آنها نحوه قرار گرفتن بازها را در مولکول DNA مشخص کند. او اظهار کرد که بازها در میانه این مارپیچ دوتایی دو به دو به هم متصل می‌شوند تا فاصله بین دو مارپیچ ثابت بماند. آنها ادعا کردند که هر یک از این دو مارپیچ مولکول DNA می‌تواند به عنوان قالبی برای ایجاد دیگری استفاده شود.
در تقسیم سلولی این دو رشته از هم جدا می‌شوند و روی هر یک از آنها یک نمونه جدید شبیه رشته مقابل قبلی ساخته می‌شود. با این روش بدون اینکه ساختار DNA عوض شود، یک DNA شبیه آن تولید می‌شود. در اندک مواردی که در این روند خطایی پیش بیاید، شاهد «جهش» خواهیم بود. مدل آنها چنان با اطلاعات حاصل از آزمایش‌ها مطابقت داشت که بلافاصله مورد قبول همه واقع شد. کشف ساختار DNA را می‌توان مهم‌ترین اکتشاف زیستی در یکصد سال اخیر دانست. در سال 1962 واتسون، کریک و ویلکینز موفق به دریافت جایزه نوبل شدند، اما متأسفانه فرانکلین درگذشته بود.
تاریخچه علم ژنتیک
حدودا سه هزار سال پیش از میلاد، سومری‌ها و چینی‌های باستان با تکنیک‌های خاص کشاورزی شروع به پرورش و کشت نژادهای خاصی از حیوانات و گیاهان می‌کردند.
1866: گرگور مندل تحقیقات خود درباره توارث در گیاه نخود را منتشر می‌کند. او نشان می‌دهد که عامل‌های مشخصی - که بعدها «ژن» نامیده شدند - از والدین به فرزندان منتقل می‌شود. کشف وجود توارث سبب شد انسان‌ها به دنبال یافتن مکانیسم انتقال صفات از نسلی به نسل بعد باشند.
1869: میشر هنگام کار با پانسمان‌های خاک‌آلود ماده‌ای 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 بررسی‌های مستقل از هم یافته‌های مندل را تأیید می‌کنند .
1911: توماس مورگان نشان می‌دهد که ژن‌ها به صورت خطی روی کروموزوم‌ها قرار گرفته‌اند.
1928: فردریک گریفیث، در آزمایش با موش‌ها بخش مرگبار یک نوع باکتری ذات الریه را به نوع دیگری از باکتری مولد ذات الریه انتقال می‌دهد. او اعلام می‌کند باید 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 پروتئین‌ها.
49 - 1948: لینوس پاولینگ اظهار می‌کند که کم‌خونی سلول داسی شکل به دلیل نقص در ساختار یک پروتئین ایجاد می‌شود و اندکی بعد نشان می‌دهد که شکل ظاهری عده‌ای 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 ویروس‌های جدید بسازد، این آزمایش اثبات می‌کند که DNA مولکول انتقال‌دهنده 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 می‌شود.
1953: جیمز واتسون و فرانسیس کریک مدل سه‌بعدی خود از مولکول DNA را ارائه می‌کنند. DNA از دو رشته مارپیچی که با بازهای مکمل به هم متصل شده‌اند، تشکیل می‌شود. کشف ساختار مولکول DNA چشم‌انداز جدیدی را به روی ما گشود.
1959: ژروم لژون نشان می‌دهد که سندروم داون در اثر وجود یک کروموزوم اضافی به وجود می‌آید. تولید سه کپی از کروموزوم 21 سبب بروز این عارضه می‌شود.
1966: مارشال نیرنبرگ، گوبیند خورانا، فرانسیس کریک، جورج گاموف و دیگر دانشمندان موفق می‌شوند کد ژنتیکی را بگشایند: 64 نوکلئوتید سه جزئی که کد ژنتیکی جامع تمام سلول‌ها و ویروس‌ها را تشکیل می‌دهند.
1968: ورنر آربر موفق می‌شود آنزیم‌های محدود کننده را استخراج کند.
1972: پل برگ با استفاده از آنزیم‌های محدود کننده موفق به بریدن و متصل کردن قطعات DNA می‌شود و نخستین رشته DNA دارای صفات ارثی جدید را تولید می‌کند .
1977: فرد سنجر و دیگر دانشمندان با همکاری هم ترتیب DNA را معین می‌کنند.
1980: دیوان عالی ایالات متحده آمریکا اجازه ثبت اکتشافات در زمینه ارگانیسم‌های اصلاح شده ژنتیکی را صادر می‌کند. اصلاح ژنتیکی برای بهبود محصولات طبی و کشاورزی پا به عرصه وجود می‌گذارد.
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 نمونه‌های خون جمع‌آوری شده توسط نانسی وکسلر در ونزوئلا نشانه‌های بیماری Huntington را شناسایی می‌کند.
1985: کری مولیس، با ابداع روش PCR راهی مناسب برای کپی برداری دقیق و فراوان از نمونه‌های DNA ایجاد می‌کند .
1986: اولین مباحث درباره 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) موفقیت‌آمیز 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: بره‌ای به نام Dolly که نخستین پستانداری است که با تولید مثل غیر جنسی حاصل شده، به دنیا می‌آید.
2000: در 26 ژوئن کمپانی خصوصی Celera و مسؤولان پروژه ملی ایالات متحده به طور همزمان اعلام می‌کنند که موفق شده‌اند نسخه پیش نویس ژنوم (نقشه ژنتیکی) انسان را کشف کنند.
2003: در 15 آوریل اعلام می‌شود که نسخه نهایی ترتیب ژنوم (نقشه ژنتیکی) انسان تکمیل شد. با یافتن نقشه ژنتیکی انسان شاید بتوان راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌های موروثی پیدا کرد.
مهندسی ژنتیک
مهندسی ژنتیک به مجموعه روش‌هایی گفته می‌شود که به منظور جداسازی، خالص‌سازی، وارد کردن و بیان یک ژن خاص در یک میزبان به‌کار می‌روند و نهایتا منجر به بروز یک صفت خاص یا تولید محصول مورد نظر در جاندار میزبان می‌شود. کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریبا نامحدود به نظر می‌رسد. این علم کاربردهای زیادی در علوم پایه، تولیدات صنعتی، کشاورزی و علوم پزشکی دارد. در زمینه علوم پایه، بررسی‌هایی مانند مکانیزم‌های همانند سازی DNA و بیان ژن‌ها در پروکاریوت‌ها، یوکاریوت‌ها و ویروس‌ها و همچنین چگونگی ساخته شدن و تغییرات پروتئین‌های داخلی سلول و همچنین مکانیزم ایجاد سرطان از جمله کاربردهای مهندسی ژنتیک است. در زمینه کشاورزی که بستر بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک است، تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی، تولید گیاهان پرمحصول و تولید گاوهای دارای شیر و گوشت بیشتر را می‌توان نام برد و در زمینه کاربردهای پزشکی، تشخیص بیماری‌های ارثی، تولید انسولین انسانی، تولید هورمون رشد انسان و... را می‌توان نام برد. در سال‌های اخیر گسترش و توسعه تکنیک‌های سنتز DNA نوترکیب، انقلابی را در درمان بسیاری از بیماری‌های انسانی از جمله انواع سرطان‌ها، اغلب بیماری‌های خود ایمنی نظیر دیابت و همچنین تشخیص، پیشگیری و درمان بسیاری از بیماری‌های مادر زادی فراهم آورده‌است. نظريه وراثت شيميايي
تمام آنچه ما هستيم
سال‌ها پیش از آنکه دانشمندان سعی کنند تا با استفاده از قوانین فیزیکی و شیمیایی علت پدیده‌های زیست شناختی را نیز تبیین کنند، زیست‌شناسان با مشاهده 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 اثبات کرد. 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 سیستم‌های مورد مطالعه آنها می‌شود. تنها چیزی که آشکار بود این بود که عامل هدایت‌کننده جایی در درون گیاهان و حیوانات پنهان است. تا اینکه کشف ارزشمند دانشمند سویسی فردریش میشر
(Friedrich Mischer) راه را برای ادامه تحقیقات گشود. او در سال 1869 در بیمارستانی در آلمان، ماده‌ای را از محل عفونت که غنی از گلبول‌های سفید بود، استخراج کرد. میشر این ماده را «نوکلئین» (nuclein) نامید. وی با کمال تعجب متوجه شد که منشأ این ماده فقط می‌تواند از کروموزوم‌ها باشد، بنابراین به حمایت از «نظریه وراثت شیمیایی» پرداخت و نتیجه گرفت که اطلاعات بیولوژیکی به صورت ترکیبات شیمیایی در سلول‌ها ذخیره شده و از نسلی به نسل بعد منتقل می‌شود. با اینکه میشر در دورانی زندگی می‌کرد که اصول علم پزشکی - پس از چند هزار سال رکود - در حال دگرگونی اساسی بود، اما عده بسیار کمی از دانشمندان توانایی و پذیرش این اکتشاف مهم او را داشتند. در اواخر قرن 19 یک بیوشیمیست آلمانی نشان داد که اسیدهای نوکلئیک (مولکول‌های زنجیری بلند که از واحد‌های ساختمانی کوچک‌تری به نام «نوکلئوتید» تشکیل شده‌اند.) دارای قند، اسید فسفریک و چند باز نیتروژن دار هستند.
اندکی بعد مشخص شد که قند موجود در اسیدهای نوکلئیک می‌تواند ریبوز یا دئوکسی ریبوز باشد و لذا اسیدهای نوکلئیک به دو دستهDNA
( DeoxyriboNucleicAcid ) -که قند موجود در آنها دئوکسی ریبوز است- و (RNA (RiboNucleic Acid -که قند موجود در آنها ریبوز است - تقسیم می‌شوند. پس از کشف اسوالد اوری لازم شد تا ساختار دقیق مولکول DNA و شیوه عمل آن معین شود. در قرن بعد، توماس مورگان (Thomas H.Morgan) زیست‌شناس آمریکایی، شروع به تحقیق و مطالعه در این باره کرد. او دریافت که ژن‌ها روی محل‌های خاصی از کروموزوم‌ها واقع شده‌اند و نتیجه‌گیری کرد که همین ژن‌ها عامل انتقال وراثتی مندل و نیز کلید اصلی تکامل داروینی هستند.
نقشه‌ای که مورگان از ژن‌های موجود روی کروموزوم‌ها رسم کرد، سؤالات جدید بسیاری را مطرح کرد. ساختار پایه و خواص شیمیایی ژن‌ها همچنان نامشخص بود. نحوه عمل آنها نیز هنوز به طور واضح مشخص نشده بود. هیچ‌کس نمی‌دانست تکثیر یا نسخه برداری از ژن‌ها در سلول چگونه صورت می‌گیرد. منشأ بیماری‌های وراثتی و نقش جهش در این میان چه بود؟ و... اما اساسی‌ترین پرسش در این میان این بود که ژن‌ها چگونه اطلاعات وراثتی را شامل می‌شوند و چطور آنها را منتقل می‌کنند؟ و چگونه می‌توانند رشد همه سیستم‌های زنده را هدایت کنند؟
این بار مردی از انگلستان معما را حل کرد. در سال 1928، آزمایشات فرد گریفیث (Fred Griffith) روی باکتری‌های مولد ذات الریه به کشفی حیرت انگیز منجر شد. او دو نوع باکتری مختلف را شناسایی کرد، نوع اول که گریفیث آنها را «نوعS» 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 باکتری‌هایS -که با حرارت کشته شده بودند - و باکتری‌های R تهیه کرد و اثر آن را روی موش‌ها بررسی کرد. با اینکه انتظار می‌رفت این مخلوط اثر زیانباری نداشته باشد، مشاهده شد که تمامی موش‌ها به بیماری مبتلا شده و مردند. جالب اینکه در اجساد موش‌ها باکتری‌های S زنده یافته شد. گریفیث نتیجه گرفت نوعی انتقال بین دو نوع باکتری صورت گرفته است که سبب شده باکتری‌های 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. 50 سال بعد، اسوالد اوری (Oswald Avery) در یک موسسه 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 اگر مخلوطی از باکتری‌های S -که با حرارت کشته شده بودند - و باکتری‌های R و پروتئازها (آنزیم‌های تجریه‌کننده 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 اینگونه اثبات شد که عامل اصلی ترانسفورماسیون مولکول‌های DNA هستند. با این حال هنوز هم قبول این حقیقت برای جامعه علمی آن زمان دشوار می‌نمود. بسیاری از دانشمندان می‌پنداشتند که مولکول DNA بسیار ساده‌تر از آن است که قادر به ذخیره و انتقال حجم عظیم اطلاعات بیولوژیک بدن جاندار باشد. سال‌ها باور عمومی این بود که پروتئین‌ها عامل اصلی این فرآیند هستند، چرا که آنها از 20 نوع اسید آمینه تشکیل می‌شوند و این به معنای آن است که می‌توانند اطلاعات زیادی را به صورت کد در ساختار خود ذخیره کنند. به همین دلیل نتایج کار اوری مورد تردید قرار گرفت و عده‌ای 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 کاملا عاری از مواد پروتئینی تکرار کردند. این آزمایش آخرین تردیدها را نیز برطرف کرد و اثبات شد DNA حامل اصلی ژن‌ها و اطلاعات بیولوژیک است. پس از آن تلاش همگانی برای کشف ساختار DNA آغاز شد و اینگونه بود که دانش زیست‌شناسی وارد دوران نوینی شد.
در سال 1948 لینوس پاولینگ (Linus Pauling) کشف کرد که بسیاری از مولکول‌های پروتئینی به شکل یک مارپیچ (helix) هستند و تقریبا شکلی شبیه فنر دارند. در سال 1950 نیز اروین شارگاف (Erwin Chargaff) نشان داد که اگرچه آرایش بازهای موجود در ساختار DNA بسیار متنوع است، اما همواره نسبت باز ادنین (A) و باز تیمین (T) موجود در آن با هم برابر است و همین‌طور نسبت باز سیتوزین (C) با باز گوآنین (G). این دو اکتشاف نقش مهمی را در آشکار شدن ساختمان مولکول DNA ایفا کرد. در دهه 1950 همچنان رقابت برای کشف ساختار DNA ادامه داشت. در دانشگاه کمبریج کریک
(Francis Crick) و واتسون (James Watson) تحت تأثیر کارهای پاولینگ سعی داشتند با ارائه مدل‌های فیزیکی ساختارهای احتمالی ممکن برای DNA را محدود کنند تا سرانجام به ساختار صحیح دست یابند. گروه دیگری متشکل از ویلکینز (Maurice Wilkins) و فرانکلین (Rosalind Franklin) نیز در کالج کینگ لندن به طور همزمان مشغول مطالعه DNA بود. روش کار این گروه با گروه قبلی متفاوت بود. آنها سعی داشتند با روش آزمایشگاهی بویژه با استفاده از تصاویر پراش اشعه X از مولکول DNA، ساختار آن را معین کنند.
در سال 1951، فرانکلین دریافت که DNA با توجه به میزان رطوبت هوای محیط، می‌تواند دو شکل متفاوت داشته باشد و بنابراین نتیجه‌گیری کرد که بخش فسفات مولکول در سمت خارجی آن قرار دارد. اندکی بعد او با استفاده از تصاویر اشعه X فهمید که DNA در حالت «مرطوب» (Wet) از تمامی ویژگی‌های یک مارپیچ
(helix) برخوردار است؛ این احتمال که حالت دیگر مولکول DNA نیز به شکل مارپیچی باشد به ذهن او خطور کرد، اما نمی‌خواست تا زمانی که شواهد قطعی برای این حدس پیدا کند آن را اعلام کند. در ژانویه 1953 ویلکینز که از به نتیجه رسیدن تحقیقات ناامید شده بود، نتایج تحقیقات فرانکلین را بدون اطلاع و رضایت او با واتسون در میان گذاشت. واتسون و کریک با استفاده از این نتایج مدلی بسیار شگفت انگیز را برای ساختار DNA پیشنهاد کردند. آنها مولکول را به صورت دو زنجیر مارپیچی متشکل از نوکلئوتیدها تصور کردند که یکی از آنها بالا می‌رفت و دیگری پایین می‌آمد. کریک که به تازگی یافته‌های شارگاف را هم مطالعه کرده بود، سعی کرد با استفاده از آنها نحوه قرار گرفتن بازها را در مولکول DNA مشخص کند. او اظهار کرد که بازها در میانه این مارپیچ دوتایی دو به دو به هم متصل می‌شوند تا فاصله بین دو مارپیچ ثابت بماند. آنها ادعا کردند که هر یک از این دو مارپیچ مولکول DNA می‌تواند به عنوان قالبی برای ایجاد دیگری استفاده شود.
در تقسیم سلولی این دو رشته از هم جدا می‌شوند و روی هر یک از آنها یک نمونه جدید شبیه رشته مقابل قبلی ساخته می‌شود. با این روش بدون اینکه ساختار DNA عوض شود، یک DNA شبیه آن تولید می‌شود. در اندک مواردی که در این روند خطایی پیش بیاید، شاهد «جهش» خواهیم بود. مدل آنها چنان با اطلاعات حاصل از آزمایش‌ها مطابقت داشت که بلافاصله مورد قبول همه واقع شد. کشف ساختار DNA را می‌توان مهم‌ترین اکتشاف زیستی در یکصد سال اخیر دانست. در سال 1962 واتسون، کریک و ویلکینز موفق به دریافت جایزه نوبل شدند، اما متأسفانه فرانکلین درگذشته بود.
تاریخچه علم ژنتیک
حدودا سه هزار سال پیش از میلاد، سومری‌ها و چینی‌های باستان با تکنیک‌های خاص کشاورزی شروع به پرورش و کشت نژادهای خاصی از حیوانات و گیاهان می‌کردند.
1866: گرگور مندل تحقیقات خود درباره توارث در گیاه نخود را منتشر می‌کند. او نشان می‌دهد که عامل‌های مشخصی - که بعدها «ژن» نامیده شدند - از والدین به فرزندان منتقل می‌شود. کشف وجود توارث سبب شد انسان‌ها به دنبال یافتن مکانیسم انتقال صفات از نسلی به نسل بعد باشند.
1869: میشر هنگام کار با پانسمان‌های خاک‌آلود ماده‌ای 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 بررسی‌های مستقل از هم یافته‌های مندل را تأیید می‌کنند .
1911: توماس مورگان نشان می‌دهد که ژن‌ها به صورت خطی روی کروموزوم‌ها قرار گرفته‌اند.
1928: فردریک گریفیث، در آزمایش با موش‌ها بخش مرگبار یک نوع باکتری ذات الریه را به نوع دیگری از باکتری مولد ذات الریه انتقال می‌دهد. او اعلام می‌کند باید 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 پروتئین‌ها.
49 - 1948: لینوس پاولینگ اظهار می‌کند که کم‌خونی سلول داسی شکل به دلیل نقص در ساختار یک پروتئین ایجاد می‌شود و اندکی بعد نشان می‌دهد که شکل ظاهری عده‌ای 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 ویروس‌های جدید بسازد، این آزمایش اثبات می‌کند که DNA مولکول انتقال‌دهنده 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 می‌شود.
1953: جیمز واتسون و فرانسیس کریک مدل سه‌بعدی خود از مولکول DNA را ارائه می‌کنند. DNA از دو رشته مارپیچی که با بازهای مکمل به هم متصل شده‌اند، تشکیل می‌شود. کشف ساختار مولکول DNA چشم‌انداز جدیدی را به روی ما گشود.
1959: ژروم لژون نشان می‌دهد که سندروم داون در اثر وجود یک کروموزوم اضافی به وجود می‌آید. تولید سه کپی از کروموزوم 21 سبب بروز این عارضه می‌شود.
1966: مارشال نیرنبرگ، گوبیند خورانا، فرانسیس کریک، جورج گاموف و دیگر دانشمندان موفق می‌شوند کد ژنتیکی را بگشایند: 64 نوکلئوتید سه جزئی که کد ژنتیکی جامع تمام سلول‌ها و ویروس‌ها را تشکیل می‌دهند.
1968: ورنر آربر موفق می‌شود آنزیم‌های محدود کننده را استخراج کند.
1972: پل برگ با استفاده از آنزیم‌های محدود کننده موفق به بریدن و متصل کردن قطعات DNA می‌شود و نخستین رشته DNA دارای صفات ارثی جدید را تولید می‌کند .
1977: فرد سنجر و دیگر دانشمندان با همکاری هم ترتیب DNA را معین می‌کنند.
1980: دیوان عالی ایالات متحده آمریکا اجازه ثبت اکتشافات در زمینه ارگانیسم‌های اصلاح شده ژنتیکی را صادر می‌کند. اصلاح ژنتیکی برای بهبود محصولات طبی و کشاورزی پا به عرصه وجود می‌گذارد.
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 نمونه‌های خون جمع‌آوری شده توسط نانسی وکسلر در ونزوئلا نشانه‌های بیماری Huntington را شناسایی می‌کند.
1985: کری مولیس، با ابداع روش PCR راهی مناسب برای کپی برداری دقیق و فراوان از نمونه‌های DNA ایجاد می‌کند .
1986: اولین مباحث درباره 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) موفقیت‌آمیز 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: بره‌ای به نام Dolly که نخستین پستانداری است که با تولید مثل غیر جنسی حاصل شده، به دنیا می‌آید.
2000: در 26 ژوئن کمپانی خصوصی Celera و مسؤولان پروژه ملی ایالات متحده به طور همزمان اعلام می‌کنند که موفق شده‌اند نسخه پیش نویس ژنوم (نقشه ژنتیکی) انسان را کشف کنند.
2003: در 15 آوریل اعلام می‌شود که نسخه نهایی ترتیب ژنوم (نقشه ژنتیکی) انسان تکمیل شد. با یافتن نقشه ژنتیکی انسان شاید بتوان راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌های موروثی پیدا کرد.
مهندسی ژنتیک
مهندسی ژنتیک به مجموعه روش‌هایی گفته می‌شود که به منظور جداسازی، خالص‌سازی، وارد کردن و بیان یک ژن خاص در یک میزبان به‌کار می‌روند و نهایتا منجر به بروز یک صفت خاص یا تولید محصول مورد نظر در جاندار میزبان می‌شود. کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریبا نامحدود به نظر می‌رسد. این علم کاربردهای زیادی در علوم پایه، تولیدات صنعتی، کشاورزی و علوم پزشکی دارد. در زمینه علوم پایه، بررسی‌هایی مانند مکانیزم‌های همانند سازی DNA و بیان ژن‌ها در پروکاریوت‌ها، یوکاریوت‌ها و ویروس‌ها و همچنین چگونگی ساخته شدن و تغییرات پروتئین‌های داخلی سلول و همچنین مکانیزم ایجاد سرطان از جمله کاربردهای مهندسی ژنتیک است. در زمینه کشاورزی که بستر بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک است، تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی، تولید گیاهان پرمحصول و تولید گاوهای دارای شیر و گوشت بیشتر را می‌توان نام برد و در زمینه کاربردهای پزشکی، تشخیص بیماری‌های ارثی، تولید انسولین انسانی، تولید هورمون رشد انسان و... را می‌توان نام برد. در سال‌های اخیر گسترش و توسعه تکنیک‌های سنتز DNA نوترکیب، انقلابی را در درمان بسیاری از بیماری‌های انسانی از جمله انواع سرطان‌ها، اغلب بیماری‌های خود ایمنی نظیر دیابت و همچنین تشخیص، پیشگیری و درمان بسیاری از بیماری‌های مادر زادی فراهم آورده‌است. ارسال نظر
پربیننده