ژن چیست؟ – به زبان ساده

ژن چیست؟

براساس مطالعات و مشاهدات انجام شده در مورد ژن‌ها، امروزه اعتقاد بر این است که ژن‌ها بدون از دست دادن عملکرد اصلی خود و بدون نیاز به طی کردن روند تکثیر قادر به انجام عملکرد دومی نیز هستند. این پدیده، به (Protein Moonlighting) یا اشتراک ژنی (Gene Sharing) معروف است، اشتراک ژنی به این معنا است که یک پروتئین می‌تواند بیش از یک عملکرد داشته باشد.

با این تفاصیل تعریف یک ژن به عنوان یک واحد عملکردی که تنها یک نقش را بر عهده دارد، به کلی منسوخ شده است. اگرچه برای شناخت دقیق‌تر اطلاعات ژنتیکی، نیاز به تحقیقات بیشتری است، اما با توجه به تحقیقات انجام شده تاکنون، واضح است که یک ژن واحد می‌تواند نقش‌های زیادی را در جایگاه‌های مختلف داشته باشد.

انواع ژن‌ها

ژن‌ها انواع مختلفی دارند. در این مطلب در مورد انواع ژن‌هایی که تاکنون شناخته شده‌اند، بحث می‌شود. با توجه به افزایش فعلی تحقیقات ژنتیکی و درک ما از کدهای ژنتیکی که هر ارگانیسم را منحصر به فرد می‌کند، انواع ژن‌ها به طور مداوم در حال تکامل هستند اما می‌توان ژن‌ها را در سه سطح زیر مورد بررسی قرار داد.

1. ژن‌های ویروسی
2. ژن‌های باکتریایی
3. ژن‌های انسانی

ژن‌های ویروسی

برخی از ویروس‌های خطرناک جهان ویروس‌هایی هستند که ژنومی از جنس RNA دارند. این گروه از عوامل بیماری‌زا شامل ویروس‌هایی هستند که باعث ابتلا به بیماری‌های مهلکی نظیر ابولا،‌ هاری، آنفلوانزا، تب نیل، فلج اطفال و سرخک می‌شوند. یک نمونه از ژن ویروسی، ژن  BALF5 است. این ژن یک آنزیم پروتئینی به نام DNA پلیمراز را در ویروس «اپشتین-بار» (Epstein-Barr) تولید می‌کند.

ژن‌های باکتریایی

فیلم آموزش تفاوت ژن، DNA و کروموزوم در فرادرس

کلیک کنید

در حالی که معمولاً کروموزوم‌های باکتریایی به صورت حلقوی هستند، اما آن‌ها می‌توانند به صورت خطی نیز وجود داشته باشند. در شکل زیر تصویری از یک باکتری به صورت معمول را می‌توان مشاهده کرد.

ژن‌های انسانی

هرچه ارگانیسم پیچیده‌تر باشد، ژنوم آن نیز پیچیده‌تر خواهد بود و تعداد ژن‌های آن نیز بیشتر خواهد شد. براساس مطالعات انجام شده در «پروژه ژنوم انسان» (Human Genome Project)، تخمین زده می‌شود که حدود 30،000 ژن انسانی، کدهایی مربوط به پروتئین‌هایی را ایجاد می‌کنند که هویت منحصر به فرد آناتومیکی و فیزیولوژیکی هر فرد را می‌سازند.

ژنوم انسان تقریباً سه میلیارد جفت باز دارد این بازها بخشی از مونومرهای نوکلئوتیدی تشکیل دهنده اسیدهای نوکلئیکی هستند. ترتیب و نحوه قرارگیری این جفت بازها کدهای مربوط به ژن‌ها را تشکیل می‌دهند و این ژن‌ها با استفاده از جفت‌ بازها، اطلاعات قابل انتقال برای تولید پروتئین‌ها را فراهم می‌کنند.

این فاکتور رونویسی خاص به DNA اتصال می‌یابد، اما وظیفه آن به یک عملکرد واحد محدود نمی‌شود، زیرا این توانایی را دارد که با صدها پروموتر DNA ارتباط برقرار کند و بنابراین، همان طور که قبلاً نیز گفته شد، می‌تواند در تولید بیش از یک پروتئین نقش داشته باشد. با این حال، یکی از کارکردهای اصلی ژن FOXP۲ در پیشرفت توانایی گفتار و زبان انسان است. به همین دلیل جهش در ژن FOXP۲ منجر به  اختلال اتوزمی غالب گفتاری یا SPCH1 می‌شود.

ژن MTHFR حاوی کدی است که در بدن انسان برای تولید آنزیم «ردوكتاز متیلن تتراهیدروفولات» (MethylenetetraHydrofolate Reductase) رونویسی و ترجمه می‌شود. جهش در ژن MTHFR بسیار متداول است، این جهش‌ها باعث می‌شود که بدن فرد نتواند محصول نهایی فرایندهای کاتالیز شده توسط آنزیم ردوكتاز متیلن تتراهیدروفولات مانند هموسیستئین و نوکلئوزید تیمیدین را تولید کند.

کمبود این محصولات می‌تواند منجر به ایجاد ناهنجاری‌های «هیپرهموسیستئینمی‌» (Hyperhomocysteinemia) شود. یکی از این ناهنجاری‌های ایجاد شده توسط هیپرهموسیستئینمی‌، کمبودهای ویژه در ویتامین‌های B است. از این گروه می‌توان به ویتامین B۹ (اسید فولیک) که برای رشد عصبی در دوران جنینی ضروری است، اشاره کرد.

شبیه‌ساز بیان ژن و سنتز پروتئین در سلول

این شبیه‌ساز که در دانشگاه کلورادو طراحی شده است، فرآیند بیان ژن را از مرحله رونویسی DNA تا سنتز پروتئین در سلول به‌صورت تعاملی نمایش می‌دهد. کاربران با توالی رویدادهایی آشنا می‌شوند که منجر به تولید پروتئین می‌شود و نقش مولکول‌هایی مانند RNA و ریبوزوم را در این مسیر بررسی می‌کنند. همچنین می‌توانند اثر تغییر غلظت و نحوه برهم‌کنش زیست‌مولکول‌ها را بر میزان تولید پروتئین پیش‌بینی کنند و ماهیت تصادفی (تصادفی‌بودن تعاملات مولکولی) را درک نمایند. این شبیه‌ساز نشان می‌دهد چگونه تولید پروتئین در یک سلول منفرد با مقدار تولیدشده در جمعیتی از سلول‌ها مرتبط است و به فهم عمیق‌تری از تنظیم فعالیت‌های ژنتیکی کمک می‌کند.

واژه‌نامه کوتاه از اصطلاحات ژنتیکی

ژن مترادف ژنوم نیست. ژنوم کل اطلاعات ژنتیکی یک ارگانیسم واحد را توصیف می‌کند. ژن قسمت خاصی از DNA ارگانیسم یا RNA آن را در بر می‌گیرد. ژن‌ها بخشی از رشته‌های اسیدهای نوکلئیک هستند که توالی ویژه‌ای دارند و قادر به انتقال بخشی از اطلاعات ژنتیکی از طریق فرآیند تکثیر، رونویسی و ترجمه هستند و یک یا چند پروتئین را تولید می‌کنند که نوع پروتئین براساس ژنی که آن را کد می‌کند، مشخص می‌شود.

اصطلاحات دیگری که اغلب در زمینه ژنتیک با آن روبرو می‌شوید، عبارتند از:

• صفت (Trait): یک ویژگی خاص در ارگانیسم، مانند رنگ چشم را صفت می‌نامند.
• مکان ژنی یا لوکوس (Locus): موقعیتی در یک کروموزوم که در آن یک ژن واحد یافت می‌شود.
• آلل (Allele): تنوع و اشکال احتمالی یک ژن موجود در یک لوکوس واحد، مانند بخشی از ژن‌های فنوتیپ رنگ چشم (آبی و قهوه ای)، آلل نام دارند.
• ژنوتیپ (Genotype): کل مجموعه آلل‌های موجود در یک یا چند ژن و لوکوس‌های مختلف که یک صفت واحد را کنترل می‌کنند، ژنوتیپ نامیده می‌شوند.
• فنوتیپ (Phenotype): ویژگی قابل مشاهده مانند رنگ چشم که تحت تاثیر ژنوتیپ و محیط زیست ارگانیسم قرار دارد، فنوتیپ فرد را تشکیل می‌دهد.

تصویر زیر نمودار ساده ای از آلل‌های مگس میوه را روی بازوی یک کروموزوم نشان می‌دهند. کدهای ژنتیکی موجود (آلل) برای هر صفت بالقوه و واقعی در همان مکان یافت می‌شوند. این صفات شامل طول پا، رنگ چشم، طول شاخک، شکل بال و رنگ شکم است.

اصطلاحات مربوط به ژن

ژن‌ها در بسیاری از فرآیندهای حیاتی یک ارگانیسم نقش دارند. در واقع ژن‌ها ساختار اصلی زندگی هر ارگانیسم محسوب می‌شوند. این عنوان قبلاً به اسیدهای آمینه داده شده بود، اما این ژن‌ها هستند که کدهای تولید اسیدهای آمینه برای تشکیل پروتئین‌ها را در بر دارند.

ژن درمانی

فیلم آموزش زیست‌ شناسی دوازدهم بخش ۱ در فرادرس

کلیک کنید

محققان ژن درمانی این کار را با استفاده از ویروس‌هایی انجام می‌دهند که برای انتقال اطلاعات ژنتیکی جدید به سلول مورد نظر، بی‌خطر شده‌اند. این عملکرد نام جدیدی را به ویروس‌ها اطلاق می‌کند و آن‌ها در ژن درمانی تحت عنوان «وکتور» (Vector) یا ناقل وارد عمل می‌شوند.

ژن درمانی هنوز به یک روش درمانی روتین و قابل استفاده برای انسان تبدیل نشده است و همچنان در مراحل اولیه و آزمایشی قرار دارد. در حال حاضر تحقیقات بر روی طراحی یک ناقل مطمئن اما مؤثر متمرکز شده است.

جهش ژن

جریان ژن

«جریان ژنی» (Gene Flow) به عنوان «مهاجرت ژن» (Gene Migration) یا «جریان آللی» (Allele Flow) نیز شناخته می‌شود و مربوط به ادغام یک گونه با یک جمعیت از طریق انتقال اطلاعات ژنتیکی آن است. جریان ژنی زمانی اتفاق می‌افتد که با مهاجرت یک گونه، اطلاعات ژنتیکی آن از طریق DNA به جمعیت جدیدی انتقال یابد و اطلاعات ژنتیکی آن گونه وارد خزانه ژنی جمعیت جدید شود.

استخر ژن یا خزانه ژنی

جمع کل ژن‌ها (بیان شده و بیان نشده) در جمعیت یک گونه منفرد به عنوان استخر ژنی یا خزانه ژنی آن جمعیت شناخته می‌شود. تنوع خزانه ژنی به طیف گسترده‌ای از فنوتیپ‌های ممکن و در نتیجه تنوع گسترده بین یک گونه واحد، می‌انجامد.

تنظیم ژن

بعضی از ژن‌ها فقط در زمان‌های مشخص یا در برخی از بافت‌ها یا انواع سلول‌های خاص بیان می‌شوند. هر مکانیسمی‌ که بیان ژن‌ها را تحریک یا سرکوب کند، تحت عنوان مکانیسم تنظیم ژن به شمار می‌آید.

رانش ژنتیکی

یکی از دانشمندان متخصص ژنتیک به نام «Sewall Green Wright» اولین کسی بود که درباره «رانش ژنتیکی» (Genetic Drift)، به عنوان یکی از مکانیسم‌های تکاملی نظریه پردازی کرد. رانش ژنتیکی در جایی اتفاق می‌افتد که افراد خاصی در یک جمعیت، فرزندان بیشتری نسبت به دیگران تولید می‌کنند. این امر به این دلیل نیست که این افراد مناسب‌تر یا قوی‌تر هستند (بقای اصلح)، بلکه می‌تواند ناشی از عوامل دیگری باشد. به عنوان مثال، ممکن است جمعیت نرها در گروهی از سگ‌های وحشی آفریقایی در طی یک شکار کشته شوند و تنها یک یا دو نر ضعیف از این گروه برای زادآوری باقی بمانند. در این حالت رانش ژنتیکی اتفاق می‌افتد که منجر به كاهش اطلاعات ژنتیكی خزانه ژنی جمعیت این افراد می‌شود.