الرئيسية / المعامل الأفتراضية / المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي من براكسيلابس

المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي من براكسيلابس

يُعد المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي وسيلة غير مكلفة لمحاكاة المعامل المجهزة بأحدث المعدات التى يتم إستخدامها فى تجارب استخلاص الحمض النووي في الواقع.

ويساعد المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي على توفير بيئة تعلم مثيرة وممتعة للتلاميذ فى الجامعات، وذلك عن طريق استخدام المعامل الافتراضية لتدريس العلوم والتى تعد أحد أهم أشكال تطبيقات تقنية الواقع الإفتراضي لتحسين سُبل التدريس.

ولكن لماذا تحتاج الجامعات إلى تطوير وتحسين سُبل تدريس العلوم؟

نُدرك جميعاً ما يواجهه عالمنا من مخاطر فى الوقت الحالي، فلا يخلو مؤتمر علمي فى أى فرع من فروع العلوم عن مناقشة الكوارث التي يواجهها العلماء بشكل يومي مثل: الاحتباس الحراري، والمجاعات، ونقص المياه، وبالتأكيد تفشي الأمراض الجديدة التى لم نكن نسمع عنها من قبل كفيروس كورونا الجديد على سبيل المثال.

 وتمثل تلك الكوارث عقبات حقيقية للجنس البشري، ويقع على عاتق العلماء إيجاد الحلول المناسبة لمواجهة تلك العقبات. وحيث أن طلاب الحاضر هم علماء المستقبل فلابد من توفير بيئة تعلم محفزة ومُجهزة بكل الوسائل والسُبل التكنولوجية لإعداد هؤلاء التلاميذ ليكونوا خط الدفاع الأول ضد تلك المخاطر. 

عالمة
عالمة بيولوجيا

فعلى سبيل المثال، يحتاج العالم الآن إلى علماء البيولوجيا الجزيئية لدراسة الأمراض الجديدة التي نواجهها ومحاولة إيجاد علاج لتلك الأمراض.

ولا يكون ذلك إلا عن طريق دراسة الفيروسات والبكتيريا المسببة لتلك الأمراض وفهم طبيعتها وتاريخها الجيني. ولذلك فلابد أن يكون الخريجين من طلاب العلوم فى مجال البيولوجيا الجزيئية متمرسين وعلى قدر كبير من الخبرة بمجال دراستهم، ويكون ولديهم القدرة على التعامل مع جميع التجارب العلمية التي لا غنى عنها لفهم تلك الفيروسات والبكتيريا.

وتُعد تجربة استخلاص الحمض النووي هي أحد أهم تلك التجارب التى يبنى عليها الكثير من التطبيقات المهمة فى مجال معالجة الأمراض.

المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي
عالم بيولوجيا جزيئية، وصورة فيروس كورونا

ولذلك يجب على الجامعات حول العالم السعي لتحسين سُبل ووسائل تدريس العلوم للطلاب، وذلك من خلال توفير بيئة تفاعلية ومثيرة بجانب التدريب الجيد داخل المختبرات العلمية المجهزة بأحدث الأجهزة والتقنيات الحديثة.

وحيث أن توفير كل هذه العوامل فى المختبرات الحقيقية قد يكون صعب بسبب التكلفة العالية والتقيد بأعداد التلاميذ وبالوقت والمكان المتاحين بالإضافة لمخاطر المختبرات الحقيقية، فإن المعامل الإفتراضية قد تكون الحل الأمثل للجامعات لتوفير هذه العوامل والتغلب على تلك المعوقات فى آنٍ واحد.

ولالقاء الضوء على هذا الحل يمكننا أخذ المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي المقدم من براكسيلابس كمثال.

من خلال التجربة الواقعية التي يوفرها المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي والذى تقدمه شركة براكسيلابس للمعامل الإفتراضية، سوف يكون طلاب البيولوجيا الجزيئية والطب على أتم الاستعداد لأداء دورهم فى المجتمع وخدمة البشرية على أكمل وجه.

سوف يكتسب الطلاب مهارة إجراء التجارب المعملية باستخدام أحدث الأجهزة والتقنيات، ويؤدى ذلك إلى تحسين الأداء وزيادة الإستيعاب لكيفية إجراء التجارب الخاصة باستخلاص الحمض النووي.

كما أنها تساعدهم على الإنخراط فى الأسس العلمية للتجربة بشكل أكثر حماسية وتفاعلاً فى بيئة شبيهة بالألعاب التفاعلية، وهو ما لا يمكن توفيره فى المختبر الحقيقي.

فمن خلال المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي سوف يتمكن الطلاب من استخلاص الحمض النووي باستخدام تقنية الفينول-كلوروفورم، وذلك باستخدام معمل افتراضي يحوى احدث الأجهزة المستخدمة فى هذه التقنية، وسوف يُتاح للطلاب فرصة التعلم من أخطائهم فى بيئة آمنة وغير مكلفة.

كما سيتمكن الطلاب والأساتذة من الوصول إلى ملفات تحتوي على مجموعة من الأسئلة التي تتناول الخلفية النظرية للتجربة، وذلك حتى يتثنى لأعضاء هيئة التدريس تقييم الطلاب، وإعطاء الطلاب الفرصة لإختبار مدى استيعابهم للتجربة.

بالاضافة لكل هذه المزايا، فإن الطلاب سوف يكتسبون خبرة حقيقية تضم المفاهيم والخطوات الكاملة لتنفيد تجربة استخلاص الحمض النووي، وتضاهي تلك الخبرة فى جودتها الخبرة المكتسبة في المختبرات الواقعية. وذلك كله باستخدام المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي.

معمل بيولوجيا
عالمة بيولوجيا

وبذلك أصبح إجراء التجارب ممتع وبعيد عن الأخطار وغير مكلف بفضل المعامل الإفتراضية، والتي توفر للطلاب الفرصة لتنمية مهاراتهم والتمكن من الجانب العملي لمقرراتهم كما لو أنهم نفذوها داخل مختبر حقيقي.

في هذا المقال سوف نلقي نظرة سريعة على مثال لأحد معامل البايولوجيا الإفتراضية المقدمة من براكسيلابس، وهو المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي.

ولكن قبل ذلك علينا الإجابة على بعض الأسئلة الهامة مثل: ما هو الحمض النووي؟ وكيف قام العلماء باكتشافه ؟ وماهو التركيب الخاص به؟ وماذا استفادت البشرية من استخلاص الحمض النووي؟

مقدمة عن الحمض النووي

ما هو الحمض النووي؟

حمض الديوكسي ريبونيوكليك أو الحمض النووي الصبغي (بالإنجليزية: Deoxyribonucleic acid)‏ أو (DNA) أو المادة الوراثية هو جزيء ضخم يتواجد داخل خلايا البشر وكل الكائنات الحية تقريباً، بالاضافة الى العديد من الفيروسات والبكتيريا، وهو يحتوي على المعلومات الوراثية الضرورية لعمل وتكاثر وتطور الكائنات.

الحمض النووي
الحمض النووي

وتنتقل كل تلك المعلومات الموجودة فى كل الخلايا من جيل إلى جيل آخر، حيث تتوارثها الأجيال على مر العصور. وتحتوي جميع الخلايا في أجسامنا تقريباً على نفس الحمض النووي.

اكتشاف الحمض النووي

فى عام 1953 قام عالم البيولوجيا الأمريكي “جيمس واتسون” وعالم البيوفيزياء البريطاني “فرنسيس كريك” باكتشاف الحمض النووي، وذلك عندما توصلا إلى الشكل الحلزوني الثلاثي الأبعاد للحمض النووي.

ولكن من المهم هنا أن نوضح بعض المجهودات السابقة لاكتشاف “واتسون” و”كريك”، والتي كانت تمثل الأساس لهذا الاكتشاف. فقد كان أول من تعرف على الحمض النووي هو الكيميائي السويسري “فريدريك ميسشر”، حيث استطاع فصله لأول مرة عام 1869م وذلك خلال عمله فى معمل البيوكيمياء الخاص بالعالم “فيليكس هوب سيلير”.

فريدريك ميسشر
فريدريك ميسشر

فى ذلك الوقت كان “ميسشر” يعمل ضمن فريق مشروع يهدف إلى تحديد التركيب الكيميائى للخلايا. فى بداية عمله اعتمد “ميسشر” على استخدام الخلايا الليمفاوية المستخرجة من العقد الليمفاوية، ولكنها لم توفر له الكميات المطلوبة لاجراء التحليل، ولذلك قرر الاعتماد على خلايا الدم البيضاء المستخرجة من الصديد الموجود على الجراح المضمدة حديثاً، وكان يجمعها من العيادات الجراحية القريبة.

وأثناء عمله على خلايا الدم البيضاء لاحظ ترسب مادة جديدة مجهولة والتى سماها “النوكلين” حيث أنها كانت موجودة داخل أنوية الخلايا.

وبعد تحليلات أكثر دقة اكتشف “ميسشر” أن التركيب الكيميائي الخاص بـ “النوكلين” مختلف تماماً عن البروتينات والجزيئات الأخرى المعروفة. ولذلك توقع “ميسشر” أن هذه المادة تلعب دور هام ومختلف داخل الخلايا، وبعد ذلك استطاع أن يعزلها بشكل منفصل من الحيوانات المنوية لسمك السالمون.

وفى خلال العقود القليلة التالية لاكتشاف “ميسشر”، قام العالمان “فيبوس ليفين” و “إروين تشارغاف” بتقديم المزيد من الأبحاث التي وفرت معلومات أكثر تفصيلاً عن التركيب الكيميائى لجزئ الحمض النووي وكيف تتلاحم تلك الجزيئات معاً.

وبهذا نستنتج أن إنجازات “واستون” و “كريك” لم تكن لتحدث لولا هذه المجهودات العظيمة المبذولة من الرواد، والتى سبقت أبحاثهم بعشرات السنين.

ففي عام 1950 بدأ “واستون” و “كريك” منافسة شرسة مع فرق علمية أخرى يتسابقون جميعهم لاكتشاف شكل وتركيب جزئ الحمض النووي. وقد إنضم إليهما “موريس ويلكنز”، والذى كان جزءًا من مشروع مانهاتن الذي قدم أول قنبلة نووية في التاريخ.

وقد تسببت مشاركة “ويلكنز” في مشروع مانهاتن في شعوره بالذنب حيث أنه كان أحد صناع الموت، و للتكفير عن ذنبه قرر “ويلكنز” أن يكون أحد صناع الحياة وذلك عن طريق مشروع اكتشاف شكل وتركيب الحمض النووي.

واتسون وكريك وويلكنز
واتسون وكريك وويلكنز

وقد قام “ويلكنز” بتقديم فكرة تصوير الحمض النووي باستخدام “الأشعة السينية” إلى “فرنسيس كريك” و “جيمس واستون” وذلك بعد أن بدأوا أبحاثهما عام 1953. وبذلك استطاعوا جميعاً اكتشاف شكل الحمض النووي وهما ما يسمى بالـ helical duplex.

يمكنك قراءة مقالتنا السابقة تحت عنوان 5 من اعظم علماء من التاريخ.

وقد كانت تقنيات استخلاص الحمض النووي أكثر تعقيداً وصعوبة وتستهلك الكثير من الوقت والجهد منذ الخمسينيات وحتى فترة قريبة. ولكن الآن قد تنوعت التقنيات والطرق المختلفة لاستخلاص الحمض النووي وأصبحت أكثر فاعلية، وبذلك أصبح استخلاص الحمض النووي أكثر سهولة من ذي قبل.

ماهو تركيب الحمض النووي؟

يتكون الحمض النووي من سلسلتين تتكونان من 4 انواع من وحدات النوكليوتيد الفرعية. وترتبط السلستين مع بعضهما البعض عن طريق الربطات الهيدروجينية بين النوكليوتيدات، بحيث تلتف كلتا السلسلتين حول بعضهما البعض مشكلين ما يسمى بالـ double helix.

شكل الحمض النووي
شكل الحمض النووي

وتسمى كل واحدة من تلك السلاسل بالـ DNA strand. ويتم حفظ المعلومات فى أكواد تتكون من أربعة قواعد كيميائية هي: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and thymine (T).

ويتشارك البشر في 99% من تلك القواعد الكيميائية، وتقدر عدد تلك القواعد فى جسم الإنسان بنحو 3 مليار قاعدة كيميائية. وترتيب تلك القواعد الكيميائية هو ما يحدد المعلومات المتاحة لبناء وتتطور وحفظ الكائن الحي، بالظبط كما يتم تحديد الكلمات والجمل من خلال ترتيب الحروف الأبجدية.

تركيب الحمض النووي
تركيب الحمض النووي

ويمتلك الحمض النووي صفة مهمة للغاية، حيث يستطيع استنساخ نفسه وصنع نسخ متعددة، وهى صفة مهمة عند انقسام الخلايا لأن كل خلية جديدة تحتاج إلى أن تحتفظ بنفس النسخة من الحمض النووي التي كانت موجودة فى الخلية القديمة.

استخلاص الحمض النووي

أهمية استخلاص الحمض النووي

إن استخلاص الحمض النووي هو أداة هامة جداً فى البيوتكنولوجيا، حيث أنها تعد الخطوة الأولى فى العديد من التطبيقات التى تتنوع من البحث العلمي إلى التشخيص الروتيني وتصنيع الادوية.

وتتمثل أهمية استخلاص الحمض النووي فى أنها المرحلة الأولى والأساسية لدراسة خصائص الحمض النووي مثل الحجم والشكل والوظيفة، كما أن تقصي الحمض النووي ودراسته مرتبطة إرتباط وثيق بدراسة الأمراض الفيروسية وفهم طبيعتها.

مختبر علمي
ميكروسكوب

وقد مكنتنا دراسة الحمض النووي من إنتاج العديد من اللقاحات والهرمونات والانزيمات المختلفة، كما أنها مهمة جداً للمساعدة في تحقيقات الجرائم من خلال الطب الشرعي.

ولكي نتمكن من دراسة الحمض النووي يجب أولاً استخلاصه من الخلية، وبالتالي فإن تقنيات استخلاص الحمض النووي يتم استخدامها على نطاق واسع فى المختبرات العلمية.

تقنية الفينول-كلوروفورم لاستخلاص الحمض النووي

تعتمد تجربة استخلاص الحمض النووي الموجودة فى معمل البيولوجيا الافتراضي المقدم من براكسيلابس على تقنية الفينول-كلوروفورم، حيث انها من اهم تقنيات استخلاص الحمض النووي المعروفة ولها انتشار واسع بين المتخصصين.

وتعتمد التقنية على استخدام ثلاثة مواد كيميائية وهى: الفينول، والكلوروفورم، وبنتان-2-ول او ما يعرف بالإنجليزية باسم isoamyl alcohol وهو كحول دهني يتكون من 5 ذرات كربون.

استخلاص الحمض النووي
عينة دم

وتعتبر تقنية الفينول-كلوروفورم احد تقنيات “استخلاص سائل-سائل” المستخدمة لاستخلاص الحمض النووي، حيث انه من الممكن إتمام عملية الفصل اعتماداً على ذوبانية الحمض النووي فى محلول.

وبذلك تعد خاصية الذوبانية خاصية مهمة جداً فى فصل أي جزئ بيولوجي، حيث يمتلك كل جزئ بيولوجي درجة خاصة من الذوبانية في الماء أو المحاليل المختلفة.

ماهى أسس تقنية الفينول-كلوروفورم لاستخلاص الحمض النووي؟

كما ذكرنا من قبل فإن تقنية الفينول- كلوروفورم تعتمد على فكرة “استخلاص سائل-سائل” للجزيئات البيولوجية. حيث تعتبر الذوبانية الخاصة بتلك الجزيئات هي أساس عمل التقنية بالكامل، ولذلك تستخدم لفصل جزء البروتين من الخلية.

تطبيقات استخلاص الحمض النووي فى المجالات المختلفة

تعتبر استخدامات الحمض النووي فى مجال معالجة الامراض وصناعة الادوية وعلم الوراثة هي اهم تطبيق على الاطلاق. كما أنه مهم فى تطبيقات الطب الشرعي، والتسلسل الجينومي، واكتشاف البكتيريا والفيروسات.

الهندسة الوراثية للنباتات

استخلاص الحمض النووي هو مرحلة اساسية لعملية التعديل الجيني للنباتات. حيث أن هناك العديد من شركات الإنتاج الزراعي تستخدم الحمض النووي المستخلص من نباتات لاضافة بعض الصفات الوراثية المرغوب فيها لجينوم النباتات المستهدفة.

هندسة وراثية
هندسة وراثية

التعديل الجيني للحيوانات

مجال الهندسة الوراثية للحيوانات يشمل فروع عديدة تبدأ من التعديلات بعض الجينات الوراثية فى الحيوان إلى نقل جينات معينة بين الحيوانات وبعضها البعض، وبعتبر استخلاص الحمض النووي هو الخطوة الأولى أيضاً لاتمام تلك العمليات.

الأدوية

استخلاص الحمض النووية هو خطوة اساسية لصناعة العديد من الأدوية واللقاحات الطبية مثل لقاح “التهاب الكبد b“، وكذلك هرمون النمو البشري (hGh) المصنع باستخدام تركيبة جينية، وهناك العديد من الهرمونات المصنعة باستخدام أحماض نووية مستخلصة ويُعد أشهر تلك الهرمونات هو هرمون الأنسولين.

التحقق من الهوية

الطب الشرعي
علماء الطب الشرعي

تُعتبر البصمة الوراثية أحد أهم تطبيقات استخلاص الحمض النووي، حيث يمكن للأطباء الشرعيين مطابقة الحمض النووي من عينة متاحة مع الأحماض النووية للأشخاص، وهو ما يكون مفيد للغاية فى التوصل إلى الجناة فى بعض الجرائم باستخدام بقايا الدماء على سبيل المثال.

جرب المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي مجاناً من براكسيلابس

توفر براكسيلابس المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي للطلاب وأعضاء هيئة التدريس والباحثين، حيث تحتاج فقط إلى تسجيل حسابك الشخصي ومن ثم يمكنك الاستمتاع بإجراء التجربة من خلال الإنترنت.

ويمكنك الدخول إلى المعمل الافتراضي لاستخلاص الحمض النووي من خلال الإنترنت فى أى مكان وأى وقت.

عن مصطفى الحشاش

مصطفى الحشاش
كاتب المحتوى العلمي لبراكسيلابس.

شاهد أيضاً

4 تطبيقات تكنولوجية لجعل تعليم العلوم أسهل وأمتع

يعتبر تعليم العلوم هو أحد أشكال تدريس المحتوى العلمي، وهو عملية تبادلية بين الأشخاص الذين …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *