علم الوراثة الخلوية: التاريخ ، ما تدرسه ، التقنيات ، التطبيقات - مادة الاحياء - 2026

و راثي خلوي هو دراسة مورفولوجية، بنية ووظيفة الكروموزومات، بما في ذلك التغييرات الخاصة بهم أثناء انقسام الخلية الجسدية، أو الانقسام، وخلال انقسام الخلايا التناسلية، أو الانقسام المنصف.

يدرس علم الخلايا أيضًا العوامل التي تسبب التغيرات الكروموسومية ، بما في ذلك العوامل المرضية التي تظهر من جيل إلى آخر ، والعوامل التطورية التي تعمل على مدى عدة أجيال.

المصدر: pixabay.com

التاريخ

السنوات والأحداث التي لا تُنسى في تاريخ علم الوراثة الخلوية هي كما يلي:

- في عام 1842 ، لاحظ كارل فيلهلم فون ناجيلي "الخلايا الجذعية العابرة" ، والتي سميت فيما بعد بالكروموسومات.

- في عام 1875 ، حدد إدوارد ستراسبيرغر الكروموسومات في النباتات. في عام 1979 ، فعل فالتر فليمنج ذلك على الحيوانات. صاغ Flemming المصطلحات كروماتين ، طور ، طور ، طور ، طور طور.

- في عام 1888 ، ابتكر دبليو فالديير مصطلح كروموسوم.

- في عام 1893 ، نشر أوسكار هيرتويج أول نص عن علم الوراثة الخلوية.

- في عام 1902 ، اكتشف تيودور بوفيري ووالتر ساتون كروموسومات متجانسة.

- في عام 1905 ، حدد Nettie Stevens الكروموسوم Y.

- في عام 1937 ، أوقف ألبرت بلاكسلي وأيه جي أفيري الطور الفوقي بالكولشيسين ، مما سهل إلى حد كبير مراقبة الكروموسومات.

- في عام 1968 ، وصف Torbjörn Caspersson et al. نطاقات Q. في عام 1971 ، وصف برنارد دوتريلو وجيروم ليجون نطاقات R.

- في عام 1971 ، تمت مناقشة نطاقات C في مؤتمر حول تسمية الكروموسوم البشري.

- في عام 1975 ، وصف C. Goodpasture و SE Bloom تلطيخ Ag-NOR.

- في عام 1979 ، وصف خورخي يونس الأساليب عالية الدقة لنطاقات G.

- في 1986-1988 ، طور دانيال بينكل وجو جراي تقنية FISH (التهجين الفلوري في الموقع).

- في عام 1989 ، هيرمان - جوزيف لوديك الكروموسومات المجهرية.

- في عام 1996 ، وصف إيفلين شروك وتوماس ريد النمط النووي الطيفي متعدد الألوان.

الاكتشافات في البشر

في عام 1914 ، اقترح تيودور بوفيري أن السرطان يمكن أن يكون بسبب تغيرات في الكروموسومات. في عام 1958 ، لاحظ تشارلز إي فورد تشوهات في الكروموسومات أثناء سرطان الدم.

في عام 1922 ، نشر ثيوفيلوس بينتر أن البشر يمتلكون 48 كروموسومًا. استغرق الأمر حتى عام 1956 ليثبت جو هين تجيو وألبرت ليفان أن لديهم بالفعل 46 كروموسومًا.

في عام 1932 ، اقترح PJ Waardenburg ، دون إثبات ذلك ، أن متلازمة داون يمكن أن تكون نتيجة لانحراف كروموسومي. في عام 1959 ، أظهر جيروم ليجون وجود كروموسوم جسدي إضافي في مرضى متلازمة داون.

في عام 1959 أيضًا ، ذكر تشارلز إي فورد أن النساء المصابات بمتلازمة تيرنر يفتقرن إلى أحد الكروموسومات X ، بينما اكتشفت باتريشيا جاكوبس وجون سترونج وجود كروموسوم X إضافي في الرجال المصابين بمتلازمة كلاينفيلتر.

في عام 1960 ، وصف JA Bök و Berta Santesson التثلث الصبغي ، ووصف كلاوس باتو التثلث الصبغي 13 ، ووصف جون إدواردز التثلث الصبغي 18.

في عام 1969 ، اكتشف هربرت لوبس لأول مرة متلازمة الهش X. في نفس العام ، بدأ استخدام بزل السلى للتشخيص الوراثي الخلوي.

مجال الدراسة

يدرس علماء الوراثة الخلوية التطور الكروموسومي للكائنات الحية ، باستخدام الأنماط النووية لإجراء تحليل علم الوراثة وحل المشكلات التصنيفية.

بالإضافة إلى ذلك ، يقومون بالتحقيق في الجوانب الوبائية لانحرافات الكروموسومات البشرية والعوامل البيئية التي تنتجها ، ويشخصون ويعالجون المرضى المتأثرين بالتشوهات الصبغية ، ويطورون مناهج جزيئية لفك شيفرة بنية ووظيفة وتطور الكروموسومات.

مورفولوجيا الكروموسوم

يتكون كل كروموسوم من صبغيين ، متماسكين معًا بواسطة انقباض يسمى السنترومير. تسمى أقسام الكروموسوم التي تبدأ من السنترومير بالأذرع.

تسمى الكروموسومات metacentric عندما يكون المركز في وسطها ؛ تحت المركز إذا كان لديهم بعيدًا قليلاً عن الوسط ، بحيث لا يكون الذراعين المتقابلين متساويين في الطول ؛ acrocentric إذا كان centromere قريبًا من أحد الأطراف المتطرفة ؛ و telocentric إذا كان السنترومير موجودًا في أحد طرفي الكروموسوم.

التقنيات: معالجة العينات

الخطوات التي يجب اتخاذها لمعالجة العينات هي كما يلي.

الحصول على العينة

اقتناء الأنسجة المطلوبة وتخزينها في الوسط وفي قوارير مناسبة.

حضاره

باستثناء عينات تحليل FISH ، يلزم فترة استزراع تتراوح بين يوم واحد وعدة أسابيع قبل الحصاد.

حصد

إنه الحصول على الخلايا في الطور.

وقف الانقسام

يتطلب التحليل الوراثي الخلوي القياسي وقف الانقسام الفتيلي بحيث تظل الخلايا في الطور الاستوائي ، باستخدام الكولشيسين أو كولسيميد.

العلاج منخفض التوتر

يزيد من حجم الخلايا ، مما يسمح للكروموسومات بالتمدد.

تثبيت

3: 1 ميثانول - يستخدم حمض الأسيتيك لإزالة الماء من الخلايا ، وتصلب الأغشية والكروماتين للتلوين.

إعداد الورقة

تنتشر الخلايا الثابتة على شرائح مجهرية ، وبعد ذلك يتم تجفيفها.

تلطيخ الكروموسوم

هناك العديد من طرق التلوين للتعرف على الاختلافات بين الكروموسومات. الأكثر شيوعًا هو G.

التحليل المجهري

يسمح لك باختيار الخلايا المناسبة لمراقبة الكروموسومات وتصويرها.

إعداد karyograms

استنادًا إلى صور الخلايا في الطور الفوقي ، يتم تكوين صور مجموعة الكروموسومات لخلية تمثيلية للدراسة لاحقًا.

عصابات الكروموسوم

هناك أربعة أنواع من العصابات الصبغية: العصابات غير المتجانسة ؛ نطاقات متجانسة اللون ، مناطق تنظيم النواة (NORs) ؛ kinetochores.

تظهر العصابات غير المتجانسة ككتل منفصلة. إنها تتوافق مع heterochromatin ، الذي يحتوي على تسلسلات DNA شديدة التكرار تمثل الجينات التقليدية ولا يتم فك تكثيفها عند الواجهة.

تتكون العصابات المتجانسة من سلسلة من المقاطع المتناوبة التي تتأثر أو لا تتأثر بالتلوين. تختلف هذه النطاقات في الحجم ، وتشكل أنماطًا مميزة لكل زوج من الكروموسومات من نوع ما ، مما يجعلها مفيدة جدًا في تحديد عمليات الانتقال وإعادة ترتيب الكروموسومات.

NORs هي تلك الأجزاء من الكروموسومات التي تحتوي على مئات أو آلاف جينات RNA الريبوسوم. يتم تصورها عادة على أنها قيود.

Kinetochores هي مواقع ربط مغزل الأنبوب الدقيق بالكروموسومات.

تلطيخ شريط الكروموسومات

يتكون ربط الكروموسوم من تقنيات التلوين التي تكشف عن أنماط التمايز الطولي (المناطق الفاتحة والمظلمة) التي لا يمكن رؤيتها بطريقة أخرى. تتيح هذه الأنماط إمكانية مقارنة الأنواع المختلفة ودراسة التغيرات التطورية والمرضية على مستوى الكروموسوم.

تنقسم طرق ربط الكروموسوم إلى تلك التي تستخدم تلطيخ الامتصاص ، عادةً أصباغ جيمسا ، وتلك التي تستخدم الفلورة. تتطلب طرق تلطيخ الامتصاص معالجة فيزيائية كيميائية أولية ، كما هو موضح في "معالجة العينات".

تسمح بعض أنواع النطاقات بإثبات أنماط المناطق المقيدة من الكروموسومات المتعلقة بالخصائص الوظيفية. يسمح البعض الآخر بتصور الاختلافات بين الكروموسومات المتجانسة التي تجعل من الممكن تحديد الأجزاء.

العصابات C.

تلطخ C-banding معظم العصابات غير المتجانسة ، مما يجعلها تقنية عالمية لإظهار وجود الهيتروكروماتين في الكروموسومات. الطرق الأخرى تلطخ جزءًا فقط من إجمالي الهيتروكروماتين ، وبالتالي فهي أكثر فائدة من النطاق C للتمييز بين أنواع الهيتروكروماتين.

فرق Q

Q-banding هي أقدم تقنية تلطيخ. يعود الفضل في اسمه إلى استخدام الكيناكرين. إنه فعال بغض النظر عن طريقة تحضير الكروموسوم. إنها طريقة بديلة للنطاقات G. نادرًا ما تستخدم ، لكن موثوقيتها تجعلها مفيدة عندما تكون المادة نادرة أو يصعب ربطها.

نطاقات G

تعتبر G-band ، القائمة على استخدام Giemsa و trypsin ، هي الأكثر استخدامًا اليوم. يسمح باكتشاف عمليات النقل والانعكاس والحذف والازدواجية. إنها الطريقة الأكثر استخدامًا لتوصيف الأنماط النووية في الفقاريات ، حيث تُظهر الاختلافات بين الكروموسومات التي لا يمكن تمييزها بناءً على شكلها فقط.

نطاقات ص

ينتج النطاق R نمط تلطيخ معكوس فيما يتعلق بنطاق G (نطاقات R الخفيفة تساوي نطاقات G الداكنة والعكس صحيح). يُعد الشريط R مفيدًا بشكل خاص لإبراز نهايات الكروموسومات ، والتي تكون ملطخة قليلاً عند استخدام النطاق G.

عصابات تي

النطاق T هو نوع مختلف من النطاق R حيث لا يوجد تلطيخ لمعظم النطاقات الخلالية للكروموسومات ، بحيث تكون المناطق الطرفية للكروموسومات ملطخة بشدة.

فرق Ag-NOR

يتم استخدام النطاقات Ag-NOR لتحديد مواقع NORs عن طريق تلطيخ الفضة. في نطاقات Ag-NOR ، قد لا تتلوث جينات NOR غير النشطة. لذلك ، يتم استخدام هذا النطاق لدراسة التغيرات في نشاط الجينات الريبوزومية أثناء تكوين الأمشاج والتطور الجنيني.

تهجين الفلورسنت في الموقع (FISH)

يسمح ربط FISH بتصور الكروموسومات باستخدام مجسات ذات علامات الفلورسنت. تسمح تقنية FISH بتحليل النمط النووي للخلايا التي لا تنقسم.

يسمح ربط FISH باكتشاف تسلسل الحمض النووي المحدد في الكروموسومات والخلايا والأنسجة. لذلك ، يمكن استخدامه للكشف عن تشوهات الكروموسومات التي تنطوي على أجزاء صغيرة من الحمض النووي.

مهدت نطاقات FISH الطريق لتقنيتين أكثر تعقيدًا ذات صلة ، تعرفان باسم النمط النووي الطيفي (SKY) و FISH متعدد الألوان (M-FISH).

في SKY و M-FISH ، يتم استخدام الأصباغ الفلورية ، والتي تنتج معًا مجموعات من الألوان ، واحدة لكل كروموسوم. كانت هذه التقنيات مفيدة جدًا في الكشف عن الانحرافات الصبغية المعقدة ، مثل تلك التي تظهر في بعض الأورام وفي ابيضاض الدم الليمفاوي الحاد.

التطبيقات الطبية

- علم الوراثة الخلوية للسرطان. تشيع الانحرافات الصبغية واختلال الصيغة الصبغية في الأورام. يمكن أن يكون لعمليات نقل الكروموسومات تأثيرات مسرطنة من خلال إنتاج بروتينات الاندماج. تستخدم علم الوراثة الخلوية لمراقبة تقدم علاجات السرطان.

- المواقع الهشة وكسر الكروموسومات. يمكن أن تؤدي مواقع الكروموسومات الهشة إلى أمراض مثل متلازمة X الهش. يمكن أن يتسبب التعرض للعوامل السامة للخلايا في حدوث كسر في الكروموسوم. يفتقر حاملو طفرات جسمية معينة إلى القدرة على إصلاح الحمض النووي التالف أثناء كسر الكروموسوم.

- التشوهات العددية للكروموسومات. يمكن أن يشخص عدد الكروموسومات التثلث الصبغي ، مثل الذي يسبب متلازمات داون وإدواردز وباتو. كما يسمح بتشخيص متلازمات تيرنر وكلينفلتر.

- في ابيضاض الدم النقوي المزمن ، تحتوي خلايا الدم البيضاء على "كروموسوم فيلادلفيا". هذا الكروموسوم غير الطبيعي هو نتيجة إزاحة الكروموسومات 9 و 22.

المراجع

1. أبوت ، جي كي ، نوردين ، أيه كيه ، هانسون ، ب. 2017. تطور كروموسوم الجنس: رؤى تاريخية ووجهات نظر مستقبلية. وقائع الجمعية الملكية ب ، 284 ، 20162806.
2. كريجان ، ERC 2008. كل شيء عن الانقسام والانقسام الاختزالي. أنشأ المعلم نشر المواد ، هنتنغتون بيتش ، كاليفورنيا.
3. Gersen، SL، Keagle، MB، eds. 2013. مبادئ علم الوراثة الخلوية السريرية. سبرينغر ، نيويورك.
4. جوسدن ، جونيور ، أد. 1994. طرق في البيولوجيا الجزيئية ، المجلد 29. بروتوكولات تحليل الكروموسوم. هيومانا برس ، توتووا ، نيوجيرسي
5. هيوز ، جي إف ، بيج ، دي سي 2015 ، علم الأحياء وتطور كروموسومات Y في الثدييات. المراجعة السنوية لعلم الوراثة ، 49 ، 22.1-22.21.
6. Kannan، TP، Alwi، ZB 2009. علم الوراثة الخلوية: الماضي والحاضر والمستقبل. المجلة الماليزية للعلوم الطبية ، 16 ، 4-9.
7. Lawce، HJ، Brown، MG 2017. علم الوراثة الخلوية: نظرة عامة. في: دليل مختبر الوراثة الخلوية AGT ، الطبعة الرابعة. Arsham، MS، Barch، MJ، Lawce، HJ، eds. وايلي ، نيويورك.
8. Sacerdot، C.، Louis، A.، Bon، C.، Berthelot، C.، Crollius، HR 2018. تطور الكروموسومات في أصل جينوم الأسلاف الفقارية. بيولوجيا الجينوم ، 19 ، 166.
9. Schubert، I. 2007. تطور الكروموسوم. الرأي الحالي في بيولوجيا النبات ، 10 ، 109-115.
10. Schulz-Schaeffer، J. 1980. علم الوراثة الخلوية - النباتات والحيوانات والبشر. Springer-Verlag ، نيويورك.