משתמש:Naveh1943/טיוטה
רקומבינציה הומולוגית היא תהליך של שחלוף גנטי מכוון המתבצע בדרך-כלל בין שני גדילים הומולוגיים של DNA אך יכול לפעול גם בין מולקולות RNA בוירוסים.
סוגי השחלוף: קיימים 3 סוגים של רקומבינציה גנטית
עריכה- רקומבינציה הומולוגית: שחלוף ביו שני גדילים של אותו כרומוזום. מתקיים בעיקר בחלוקה מיוטית.
- רקומבינציה לא הומולוגית: החלפת קטעים בשחלוף עם גדיל של כרומוזום אחר: מתקיים גם במיטוזה.
- Gene Conversion: העברת קטע של גדיל הכולל סדרת גנים ללא שבירה אלא על ידי העתקה. תהליך שאופייני לבקטריות ווירוסים[1]
שלבי השחלוף (הרקומבינציה)
עריכההתהליך כולל מספר שלבים של חיתוך מקטע של סליל ה-DNA ולבסוף איחויו מחדש עם הרצפים שהוחלפו באמצעות אנזימי הגבלה (באנגלית: Restriction enzymes) המסוגלים לחתוך קטעי DNA באזורים מוגדרים מראש . השחלוף ההומולוגי מתבטא בהחלפת קטעים בין שני האללים המהווים את הכרומוזום ומשמש לתיקון שברים ב-DNA בזמן המיטוזה. במהלך המיוזה הוא מאפשר יצירת צירופים חדשים של מולקולות הדנ"א ליצירת אללים חדשים . כך נוצרת השונות הגנטית המאפשרת כושר הסתגלות של האורגניזם לסביבות משתנות ואת התהליכים האבולוציוניים המתרחשים כתוצאה מכך. בשני המקרים השלבים הראשוניים זהים: לאחר שנוצרים שברים בסליל הכפול, ישנה הסרה של מקטעים של DNA בסמוך לשבר בקצה ה-5' (5 פּריים) של הכרומוזום הניזוק, בשלב הבא קצה ה-3' (3 פּריים)[2] של הכרומוזום הפגום "פולש" לכרומוזום ההומולוגי התקין ונוצר מבנה מסועף דמוי סימן X בין סלילי הדנ"א על מנת לבצע החלפה של מידע גנטי. הסתעפות זו נקראת 'הסתעפות הולידיי' [3](באנגלית: Holliday Junction) על שמו של הביולוג הבריטי רובין הולידיי שהציע את הרעיון בשנת 1964. במסלול תיקון ה-DNA נוצרת הסתעפות הולידיי שנייה. בזמן מיוזה עשויה להתרחש כתוצאה מהסתעפות זו החלפה של מקטעי DNA בין שני הכרומוזומים (Genetic Crossover).[4]
חשיבות התהליך באבולוציה
עריכההרקומבינציה ההומולוגית היא תהליך הקיים בכל שלוש ממלכות העל (חיידקים, ארכאונים, ואאוקריוטים) ומהווה מנגנון ביולוגי בסיסי בעולם החי. שכיחות התהליך מושפעת מגורמים סביבתיים כמו קרינה אולטרא -סגולה וקרינה רדיואקטיבית. מוטציות גנטיות הפוגעות באלל אחד, מועברות באמצעות רקומבינציה לאלל שני ובכך מאפשרות ביטוי השוני הגנטי. דוגמה לכך היא מחלת התלסמיה: מחלה תורשתית קטלנית הנגרמת על-ידי מוטציה הפוגעת במבנה ההמוגלובין. במצב הטרוזיגוטי- כאשר רק אלל אחד הנושא את הגן פגוע היא איננה קטלנית אבל מונעת התרבות של נבגונית המלריה בתאי הדם, ובכך מקנה יתרון לאוכלוסיות הנגועות במחלה זו. במצב ההומוזיגוטי- כאשר שני האללים נושאים גן פגוע היא קטלנית. ולכן השכיחות של מוטציה זו גבוהה באוכלוסיות הנגועות במלריה. [5]
חשיבות התהליך ברפואה
עריכהרקומבינציה הומולוגית בתהליך המיוזה עשויה לגרום לפגימה בגנים ולמחלה גנטית . שיבוש במנגנון זה נמצא מקושר לסוגים רבים של סרטן ונתון למחקר אינטנסיבי של שרשרת התהליכים ושל החלבונים והאנזימים המשתתפים בתהליך.
בחיידקים קיימת אפשרות של העברת תכונות באמצעות קוניוגציה ושחלוף. למשל כושר עמידות בפני תרופות, או יצירת רעלנים ( טוקסינים). תהליך כזה מתקיים בין חיידקי המעיים הספרופיטים המקיימים את אוכלוסיית המעיים הטבעית לבין חיידקים פתוגנים כמו סלמונלה . כך השימוש התדיר באנטיביוטיקה גורם לאבולוציה של חיידקים פתוגנים עמידים לאנטיביוטיקה.
חשיבות התהליך בביוטכנולוגיה
עריכהשחלוף משמש גם ככלי להחדרת שינויים גנטיים לאורגניזמים. הפיתוח של טכניקות מיקוד גן (Gene Targeting)[6] המתבסס על רקומבינציה הומולוגית הביא לזכייה בפרס נובל לפיזיולוגיה ורפואה ב-2007. חיסון כנגד מחלות ויראליות מבוסס כיום בעיקר על ייצור אנטיגנים רקומביננטים: במקום להשתמש בנגיף עצמו ( מוחלש או מומת) מייצרים את האנטיגן הספציפי לנגיף בתוך חיידקים על-ידי שחלוף הגן הויראלי עם הגנום של החיידק המקודד ליצירת האנטיגן הייחודי לנגיף. כך ניתן לייצר בזול ובכמות גדולה את האנטיגן שמפעיל את המערכת החיסונית מבלי להסתכן בהדבקה בנגיף. חיסוןDNA הוא חיסון המבוסס על העברת DNA או RNA ויראלי לתאי המאחסן על-ידי הזרקה של פלסמיד שעבר רקומבינציה עם הגן הויראלי המקורי המקודד ליצירת מעטפת הוירוס. ייצור החלבון על-ידי מערכת השעתוק של התאים המאחסנים גורם להפעלת מערכת יצירת נוגדנים כנגד החלבון הזר. שיטה זו הוכיחה יעילותה בחיסון כנגד קורונה.[7]
יישומים בננוטכנולוגיה
עריכההתכונות הייחודיות לDNA ושיטת הקידוד המאפיינת אותו מהוות בסיס לקידום פיתוח מערכות אלקטרוניות ממוזערות . ננוטכנולוגיית DNA מבוססת על ייצור אוטומטי של מקטעי DNA בסדר נוקליאוטידים מתוכנן מראש. על-ידי חיבור של מקטעים אלה בשיטות הרקומבינציה המתוארות למעלה ניתן לייצר רשת מסועפת. קישור של אטומי זהב הופך את הרשת למוליך חשמלי. לרשת זו אפשר להוסיף קישור לחלבונים או אטומים של מתכות כמו גרמניום וצורן בעלי תכונות חשמליות כמו טרנזיסטורים. אפשר להשתמש בסדר הנוקליאוטידים כבסיס לזיכרון בינארי וכך לייצר ננו-מחשבים. תהליכים אלה נמצאים כיום במחקר ופיתוח.[8]
ראו גם
עריכהקישורים חיצוניים
עריכה
 |
דף זה אינו ערך אנציקלופדי
| |
| דף זה אינו ערך אנציקלופדי | |
- ^ לכסנדר לורנץ & סמנתה ג'יי מפולו, המרת גנים: תהליך לא מנדלי אינטגרלי לרקומבינציה מיטותית, תוֹרָשָׁה , ( heredity)' ,אנ. כרך 129, ( 2022 ), עמ' דפים56–63
- ^ לכל גדיל 2 קצוות, המסומנות במספר הקשרים במולקולת הריבוז המרכיבה את הגדיל ראה DNA
- ^ Liu Y, West S, "Happy Hollidays: 40th anniversary of the Holliday junction"., Nature Reviews Molecular Cell Biology. (11)5, 2004, עמ' 937-944.
- ^ תהליכים אלה מתוארים בהרחבה בערך ננוטכנולוגיית DNA.
- ^ Wambua S, et al,, title: The effect of α+-Thalassaemia on the Incidence of Malaria and other diseases in children living on the coast of Kenya,, booktitle: PLoS Med 3(5): e158., year:, 2006
- ^ ויקיפדיה ( אנ), gene Targetind, wikipedia
- ^ potential-vaccine-against-covid-19, https://www.modernatx.com/modernas
- ^ הסבר מפורט ראה בערך ננוטכנולוגיית דנ"א