تاریخچه علم زیست شناسی مولکولی
علم زیست شناسی مولکولی: این علم به مطالعه زیست شناسی در سطح مولکولی و برهمکنش های مولکولی و فعالیت های زیستی در بین سطوح مختلف مختلف درون سلولی میپردازد. این علم در دهه ۱۹۳۰ پایه گذاری شد، ولی اصطلاح زیست شناسی مولکولی توسط وارن ویور در سال ۱۹۳۸ ابداع شد. او باور داشت که زیست شناسی به دلیل پیشرفت های اخیر در زمینه هایی همچون کریستالوگرافی اشعهٔ x در حال رسیدن به مرحلهٔ مهمی از تغییرات میباشد.
بعدها، کشف ساختار دو رشته ای DNA توسط واتسون و کریک در سال ۱۹۵۳، نقش بسزای DNA در کدگذاری ژنتیک را نشان داد. از آن پس، روش های جدید و پرقدرت، مانند PCR، کلونینگ، برش DNA با آنزیم های محدودکننده، الکتروفورز، و تکنولوژی DNA هیبرید، نقشه راه را برای پژوهش های گسترده در زمینه های مختلف، مانند بررسی بیان ژن، کاربردهای تشخیصی، تشخیص فتوپاتوژن ها، تشخيص ارگانيسم هاي اصلاح شده ژنتيكي، كمي سازي و ژنوتايپ باليني، و پزشكي مولكولي فراهم كرد.
تکنیک ریل تایم PCR
تکنیک ریل تایم PCR زمان واقعی یک روش مدرن و پیشرفته برای تشخیص و سنجش میزان بیان ژن ها در نمونه های بیولوژیکی است. این روش با استفاده از نشانگرهای فلورسنت و دستگاه ریل تایم pcr قادر است به تفکیک و شناسایی DNA های مختلف در یک واکنش PCR بپردازد.
کاربردهای ریل تایم PCR
این تکنیک کاربردهای متعدد و متنوعی در تحقیقات علوم زیستی دارد که از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
•بررسی بیان ژن:
ریل تایم PCR یک روش حساس و قابل اعتماد برای سنجش سطح mRNA ژن های هدف در نمونه های مختلف است. با استفاده از روش های مختلف آنالیز داده ها، مثل Relative Expression Software Tool (REST) یا GenEx Analysis Software Tool (GenEx)، میتوان نسبت بین بیان ژن هدف و ژن رفرنس را محاسبه کرد.
• کاربردهای تشخیصی:
ریل تایم PCR یک روش مناسب برای شناسایی و تعیین لود عوامل بیماریزا، مانند ویروس ها، باکتری ها، قارچ ها، پروتئین ها، و پارازیت ها در نمونه های بالینی به کمک دستگاه ریل تایم PCR است. با استفاده از پروب های فلورسانس خاص، مثل TaqMan® Probes یا Molecular Beacons، میتوان عفونت های خاص را با دقت بالا تشخیص داد.
• میکروب شناسی:
ریل تایم PCR یک روش کارآمد برای شناسایی ارگانیسم های زنده، مانند باکتریها، قارچها، و جلبکها است. با استفاده از روشهای مختلف، مثل Multiplex PCR یا Melting Curve Analysis، میتوان ژنوتایپ، فعالیت متابولیک، و تغییرات ژنتیک این ارگانیسم ها را بررسی کرد.
• تشخیص ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی:
ریل تایم PCR یک روش موثر برای شناسایی و کمی سازی ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی (GMO) در محصولات غذایی و کشاورزی است. با استفاده از روش های مختلف، مثل Event-specific PCR یا Construct-specific PCR، میتوان درصد وجود GMO در نمونه ها را اندازه گیری کرد.
• کمی سازی و ژنوتایپ بالینی:
ریل تایم PCR یک روش قابل اعتماد برای کمی سازی و ژنوتایپ بالینی پارامترهای مهم در برخی بیماریها، مانند سرطان، HIV، هپاتیت، و سایر عفونت ها است. با استفاده از روش های مختلف، مثلAllele-specific PCR یا Digital PCR، میتوان Copy Number Variation (CNV)، Single Nucleotide Polymorphism (SNP)، و Viral Load را تعیین کرد.
تشخیص انواع بیماری ها
با این روش می توان برخی از بیماری های ژنتیکی، عفونی، سرطانی و اختلالات متابولیک را تشخیص داد. برای مثال:
با روش ريل تايم مي توان برخي از بيماري هاي ژنتيكي را كه ناشي از جهش يك نوكلئوتيدي يا جابجائي قطعات DNA مي باشند، تشخيص داد. اين جهش ها ممكن است سبب كمبود يا اضافه شدن يك پروتئين خاص شود كه در نتيجه عملكرد سلول يا بافت را تحت تاثير قرار دهد. برخي از اين بيماري ها عبارتند از: CFTR, sickle cell anemia, thalassemia, hemophilia, Huntington's disease و غیره.
با روش ریل تایم می توان برخی از ژن های مسئول سرطان را در نمونه های خون، بافت یا سلول شناسایی کرد. این ژن ها معمولا دارای تغییرات ژنتیکی یا اپی ژنتیکی هستند که سبب اختلال در کنترل رشد و تکثیر سلول ها می شوند. برخی از این ژن ها عبارتند از BRCA1, BRCA2, TP53, KRAS, EGFR, HER2 و غیره.
با روش ریل تایم می توان عوامل عفونی مانند ویروس ها، باکتری ها، قارچ ها و پروتوزوآها را در نمونه های بالینی شناسایی کرد. این عوامل دارای DNA یا RNA خاص و منحصر به فرد هستند که با استفاده از پرایمرها و پروب های اختصاصی قابل تفکیک و کمّي سازي مي باشند. برخي از اين عوامل عبارتند از HIV, HCV, HBV, HPV, SARS-CoV-2, M. tuberculosis, C. albicans, P. falciparum و غیره.
تکنیک ریل تایم در درمان بیماری های ویروسی
تکنیک ریل تایم یا Real-time PCR یک روش مولکولی است که با استفاده از واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR)، مقدار و نوع اسید نوکلئیک (DNA یا RNA) را در یک نمونه آزمایشگاهی سنجش میکند. این روش میتواند برای تشخیص انواع بیماریهای ویروسی مانند کرونا، آنفلوانزا، هپاتیت، ایدز، و غیره به کار رود.
کرونا ویروس
کروناویروس یک نوع ویروس RNA دار است که میتواند عفونتهای تنفسی را در انسانها و حیوانات ایجاد کند. این ویروس به خاطر داشتن تیغه های تاج مانند روی سطح آن به این نام شناخته شده است.
کروناویروسها در دهه ۱۹۶۰ کشف شدند و اولین نوع آنها، ویروس برونشیت عفونی مرغی بود که در منطقه ای در آمریکای شمالی در دهه ۱۹۲۰ شناسایی شد. دو نوع از اولین کروناویروس های انسانی، کروناویروس انسانیe 229 و کروناویروس انسانی oc43، در دهه ۱۹۶۰ در لندن توسط دکتر جون آلمیدا با استفاده از میکروسکوپ الکترونیک شناسایی شدند. این ویروس اخیرا در اواخر سال 2019 در شهر ووهان چین شناسایی شد و از آن زمان به بیش از 200 کشور جهان منتشر شده است.
آزمایش پی سی آر کرونا RT-qPCR)، جهت تشخیص ویروس کرونا SARS-CoV-2 یا کووید ۱۹ انجام میگیرد. این آزمایش یکی از روش های مولکولی است که با استفاده از واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR)، مقدار و نوع اسید نوکلئیک (RNA) ویروس را در یک نمونه آزمایشگاهی سنجش میکند. این روش میتواند بگوید که فرد در حال حاضر به ویروس کرونا مبتلا است یا خیر.
برای انجام آزمایش RT-qPCR، ابتدا باید نمونه ای از دستگاه تنفسی فرد (مانند بینی و حلق) با استفاده از سواپ چوب پنبه یا داکرون گرفته شود. سپس RNA ویروس با استفاده از دستگاه های اسید نوکلئیک از نمونه جداسازی میشود. در مرحله بعد، RNA ویروس با استفاده از آنزیم ترانسکریپتاز معکوس به DNA تبدیل میشود.
در مرحله آخر، DNA ویروس با استفاده از پرایمرها و پروب های خاص در دستگاه PCR تکثیر میشود. در هر چرخه تکثیر، مقدار فلورسانس که توسط پروب ها تولید میشود، با استفاده از سامانه های اپتیکال در دستگاه PCR ثبت و رصد میشود. با تحلیل منحنی فلورسانس در برابر سیکل PCR، مقدار و حضور و عدم حضور ویروس در نمونه قابل تعیین است.
تفسیر نتایج آزمایش مولکولی ویروس کرونا به شرح زیر است:
برای تفسیر نتایج آزمایش RT-qPCR، باید به علائم بالینی، سابقه تماس با مبتلایان، و زمان انجام آزمایش توجه کرد. به طور کلی، نتایج آزمایش RT-qPCR با گزارش میزان CT انجام می شود.
نتیجه مثبت (+) به این معناست که ویروس کرونا در نمونه آزمایشگاهی شناسایی شده است. این نتیجه با احتمال بالا نشان دهنده عفونت فعال با ویروس کرونا است. در برخی موارد، نتیجه مثبت کاذب ممکن است رخ دهد. این اتفاق معمولا به دلیل آلودگی در آزمایشگاه یا خطای فنی در دستگاه PCR اتفاق میافتد.
نتیجه منفی (-) به این معناست که ویروس کرونا در نمونه آزمایشگاهی شناسایی نشده است. این نتیجه با احتمال بالا نشان دهنده عدم عفونت با ویروس کرونا است. در برخی موارد، نتیجه منفی کاذب ممکن است رخ دهد. این اتفاق معمولا به دلیل نامناسب بودن نمونه، تأخیر در ارسال یا ذخیره سازی نمونه، کافی نبودن تعداد چرخه تکثیر PCR ، جهش در قسمت های ژنوم ويروس كه پروب يا پريمر برای آنها طراحي شده است، يا عفونت با میزان لود پائين ويروس كرونا اتفاق مي افتد.
دانشجوهای رشته های علوم زیستی باید تکنیک های مختلفی را برای موفقیت در این حوزه یاد بگیرند. برخی از این تکنیک ها عبارتند از:
• استخراج: تکنیکی که به کمک آن خالص سازی DNA و RNA انجام می شود تا تکنیک های مولکولی صورت پذیرد و معمولا این فرایند شامل چهار مرحله می باشد.
• PCR و ریل تایم: PCR دو تکنیک پیشرفته و قدرتمند در زمینه آزمایشگاهی زیست شناسی مولکولی است که امکان کیفی و کمی سازی (ریل تایم) و تشخیص سریع و دقیق اسید نوکلئیک را به کمک دستگاه های ترموسایکلر و ریل تایم PCR فراهم میکند. این تکنیک ها کاربردهای متعدد و متنوعی در تحقیقات علوم زیستی دارد.
• الکتروفورز: یک تکنیک جداسازی و شناسایی مولکول های زیست شناسي است که با استفاده از گذر جريان الكتريكي در يك محيط ژلاتيني، مولكول ها را بر اساس اندازه، شكل، و بار الكتريكي جدا مي كند. این تکنیک در بسیاری از آزمایشات مولكولي مثل PCR، DNA Fingerprinting، Southern Blotting، Western Blotting، و SDS-PAGE به کار مي رود.
• کشت سلول: یک تکنیک پرورش و نگهداري سلول ها در شرایط آزمایشگاهي است که به منظور بررسي فعاليت هاي فيزيولوژيك، بيوشيميائي، ژنتيكي، و پاتولوژيك سلول ها به كار مي رود. این تکنیک در بسیاری از زمینه ها مثل پژوهش هاي پايه، دارو سازي، بافت مهندسي و ژن درماني به كار مي رود .
کلام آخر:
برای خرید دستگاه pcrو دریافت مشاوره با ما تماس بگیرید. مجموعه ماناتک به صورت تخصصی در لاین مولکولی فعالیت می کند و به همکاران و آزمایشگاهیان عزیز بهترین دستگاه ها و محصولات مولکولی را همراه با خدمات پشتیبانی ارائه می نماید.