براكسيلابس المدونة العربية لمعامل العلوم الإفتراضية براكسيلابس
تتضمن البيولوجيا الجزيئية جزيئات كبيرة أو جزيئات حيوية مختلفة مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون والحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA والأحماض الأمينية. وهي تركز على دراسة هياكلها الكيميائية والفيزيائية، والتركيبات ، والتعديل ، والآليات ، والتفاعلات ، والوظائف التي تعتبر ضرورية وحيوية للعمليات الحيوية المختلفة.
في هذه المقالة، سوف تتعلم المزيد عن ما هي البيولوجيا الجزيئية ، وتقنيات البيولوجيا الجزيئية، أهميتها وأشهر التطبيقات وكيف تقدم دليلًا على التطور (أهمية دراسة البيولوجيا الجزيئية) مع قائمة بأكثر من 35 تجربة بيولوجيا جزيئية باستخدام المختبرات الافتراضية التي تقدمها براكسيلابس.
ما هي البيولوجيا الجزيئية؟
بكلمات بسيطة، يمكن تعريف البيولوجيا الجزيئية على أنها فرع العلم الذي يهتم بدراسة الأنشطة البيولوجية المختلفة على المستوى الجزيئي (بين الخلايا أو فيها).
لمعرفة ما هي البيولوجيا الجزيئية؟ دعونا نلقي نظرة عامة على تاريخ علم البيولوجيا الجزيئية.
من هو مؤسس علم الأحياء الجزيئية؟
في بداية نشأه غلم الاأحياء الجزيئية، وتحديدا عام 1938 صاغ وارن ويفر هذا الاسم محاولًا تفسير الحياة من الجانبين الفيزيائي والكيميائي لكن بشكل منفصل.
وفي عام 1945 تم استخدام مصطلح البيولوجيا الجزيئية من قبل الفيزيائي ويليام أستبري. في عام 1953 ، قام فرانسيس كريك وجيمس واتسون وروزاليند فرانكلين وزملاؤهم ، الذين يعملون في وحدة مجلس البحوث الطبية ، مختبر كافنديش ، كامبريدج (الآن مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية) ، بعمل نموذج حلزوني مزدوج للحمض النووي الذي غير سيناريو البحث بأكمله. اقترحوا بنية الحمض النووي بناء على بحث سابق أجرته روزاليند فرانكلين وموريس ويلكينز. ثم يؤدي هذا البحث إلى العثور على مادة الحمض النووي في الكائنات الحية الدقيقة الأخرى والنباتات والحيوانات.
تقنيات البيولوجيا الجزيئية ( مع أهم تطبيقات البيولوجيا الجزيئية)
تشير تقنيات البيولوجيا الجزيئية إلى الطرق المستخدمة في البيولوجيا الجزيئية والفروع الأخرى ذات الصلة مثل علم الوراثة والكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية والتي تتضمن عمومًا عمليات مثل التعديل والتفاعل والتلاعب وتحليل الحمض النووي DNA والبروتين والحمض النووي الريبي RNA والدهون.
لنأخذ بعض الأمثلة على تقنيات البيولوجيا الجزيئية الأكثر شيوعًا:
تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR)
يعد تفاعل البلمرة المتسلسل أو PCR أحد أهم التقنيات في البيولوجيا الجزيئية ، وهو في الأساس نظام أنبوب اختبار لتكرار الحمض النووي يستخدم لنسخ الحمض النووي ويسمح بتضخيم تسلسل الحمض النووي المستهدف (الفردي) إلى ملايين جزيئات الحمض النووي (الطيات) في غضون ساعات قليلة. يمكن أيضا استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل لإدخال واكتشاف الطفرات داخل الحمض النووي أو مواقع إنزيم التقييد الخاص. يستخدم تفاعل البوليميراز المتسلسل أيضا لاكتشاف ما إذا كان جزء معين من الحمض النووي موجودا في مكتبة cDNA.
بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم تفاعل البوليميراز المتسلسل على نطاق واسع في المجال الطبي والبيولوجي لمجموعة متنوعة من التطبيقات ، على سبيل المثال: ستنساخ الحمض النووي للتسلسل، وتحليل الجينات الوظيفية، وتشخيص واكتشاف الأمراض الوراثية والمعدية، وهناك العديد من الأنواع المختلفة من تفاعل البوليميراز المتسلسل
الفصل الكهربائي الهلامي
الرحلان أو الفصل الكهربائي الهلامي هي تقنية بيولوجيا جزيئية مهمة تستخدم لفصل مخاليط الحمض النووي DNAوالحمض النووي الريبي RNA والبروتينات اعتمادا على حجمها الجزيئي. في هذه التقنية، يتم تشغيل الجزيئات المراد فصلها بواسطة مجال كهربائي من خلال هلام الأغاروز الذي يحتوي على مسام صغيرة ويسمح لك بالتمييز بين أجزاء الحمض النووي ذات الأطوال المختلفة.
هناك العديد من تطبيقات الرحلان الكهربائي الهلامي مثل:
- التحقيق في مسرح الجريمة عن طريق فصل شظايا (قطع) الحمض النووي لأخذ بصمات الحمض النووي.
- تحليل نتائج تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR).
- في دراسات التصنيف، لتمييز الأنواع المختلفة عن طريق البصمة الوراثية.
- تحليل الجينات (الجينات المرتبطة بمرض معين).
استنساخ الحمض النووي DNA
استنساخ الحمض النووي (DNA) هو تقنية بيولوجيا جزيئية تستخدم لعمل عدة نسخ متطابقة من قطعة من الحمض النووي (DNA)، مثل جين أو قطع أخرى من الحمض النووي (DNA) يتم استنساخ الحمض النووي عن طريق إدخال جين مستهدف في قطعة دائرية من الحمض النووي تسمى “البلازميد”. ثم، من خلال عملية التحول، يتم إدخال البلازميد في البكتيريا (يتم اختياره باستخدام المضادات الحيوية). تستخدم هذه البكتيريا لإنتاج المزيد من بلازميد الحمض النووي أو المستحث للتعبير الجيني وصنع البروتين.
يمكن استخدام الحمض النووي المستنسخ من أجل:
- كشف وتحديد وظيفة الجين.
- التحقق من خواص الجين مثل الحجم والتعبير وتوزيع الأنسجة.
- صناعة تركيزات كبيرة من البروتين يتم ترميزها بواسطة الجين.
- تعلم كيف يمكن أن تؤثر الطفرات على وظيفة الجين.
زرع الخلايا
تعد زرع الخلايا واحد من أهم تقنيات بيولوجيا الخلايا الجزيئية لأنه يوفر منصة للتحقيق في علم الأحياء وعلم وظائف الأعضاء (مثل الشيخوخة) والكيمياء الحيوية وايض الخلايا والخلايا المريضة. وكذلك لدراسة الطفرات، والتسرطن، وآثار الأدوية والمركبات السامة على الخلايا، وطرق العدوى والتفاعل بين الخلايا أوالعوامل المسببة للأمراض (مثل الفطريات والبكتيريا والفيروسات).
زراعة الخلايا هي العملية التي يتم من خلالها إزالة الخلايا البشرية أو الحيوانية أو النباتية ونموها في بيئة اصطناعية في ظل ظروف خاضعة للرقابة. على سبيل المثال، تستخدم الخلايا الحيوانية المستزرعة في إنتاج الفيروسات وتستخدم هذه الفيروسات لإنتاج اللقاحات. على سبيل المثال أيضًا، يتم إنتاج لقاحات لأمراض مثل داء الكلب وجدري الماء وشلل الأطفال والحصبة والتهاب الكبد B باستخدام زراعة الخلايا الحيوانية.
إستخراج الحمض النووي DNA
يمكننا تعريف استخراج الحمض النووي (DNA) على أنه التقنية المستخدمة لعزل الحمض النووي عن طريق تكسير الخلية والغشاء النووي بمساعدة بعض المواد الكيميائية أو الإنزيمات أو الاضطرابات الفيزيائية. كان استخراج الحمض النووي هدفا للكثير من الأبحاث، حيث أن له العديد من التطبيقات مثل التعديل الوراثي للنباتات، والكشف عن البكتيريا والفيروسات في البيئة، والتشخيص الطبي، واختبارات الأبوة، والتحقق من الهوية، والمنتجات الصيدلانية، وإنتاج الهرمونات.
يعد استخراج الحمض النووي أمرا بالغ الأهمية لبيولوجيا الخلايا الجزيئية والتكنولوجيا الحيوية. ويعتبر الخطوة الأولى للتطبيقات المختلفة والتي تتراوح من اتخاذ القرارات التشخيصية والعلاجية الروتينية إلى الأبحاث الأساسية. تكمن أهمية استخراج الحمض النووي وتنقيته في أنهما حيويان وضروريان لتحديد الخصائص الفريدة للحمض النووي ، مثل شكله وحجمه ووظيفته.
ساعد التحقيق في تسلسل الحمض النووي والبنية المتعلقة بالأمراض في معرفة الأساس الجزيئي وعلاج الأمراض المختلفة. كما سمح استخراج الحمض النووي للعلماء بإنتاج العديد من اللقاحات والإنزيمات والهرمونات. فضلا عن أنه كان أيضًا مفيدًا جدًا ومهمًا في الكيانات القانونية للطب الشرعي.
لدراسة الحمض النووي. يجب استخراجه من الخلية وبالتالي؛ تستخدم تقنية استخراج الحمض النووي على نطاق واسع في مختبرات الأبحاث.
مع مختبرات براكسيلابس الافتراضية، يمكن للطلاب اجراء نفس التجربة لعدد غير محدود من المرات، مع 0٪ مخاطر وإشراف 100٪! وفر أموالك و وقتك واشترك الآن!
كيف تقدم البيولوجيا الجزيئية دليلا على التطور؟
وفقا لنظرية التطور، يشير التطور إلى التغيير في سمات النوع على مدى عدد كبير من الأجيال ويعتمد على طريقة تسمى “الانتقاء الطبيعي”. قالت النظرية أن “جميع الأنواع مرتبطة ببعضها البعض وتتغير بمرور الوقت”.
يوفر علم البيولوجيا الجزيئية البيانات التي تدعم نظرية التطور. على وجه الخصوص ، تظهر عالمية الحمض النووي والشفرة الوراثية القريبة من العالمية للبروتينات أن جميع أشكال الحياة كانت تشترك في سلف مشترك. يوفر الحمض النووي أيضا أدلة وبيانات حول كيفية حدوث التطور. تسمح عملية تكرار الجينات لنسخة واحدة بالخضوع لأحداث طفرية دون الإضرار بالكائن الحي ، حيث تستمر نسخة واحدة في إنتاج البروتين الوظيفي.
كما سلطت تسلسلات الحمض النووي الضوء على بعض آليات التطور. بشكل عام، يظهر تشابه تتابع الحمض النووي بين مجموعات الكائنات الحية ارتباطها.
عن مجلة “Nature Structural &Molecular Biology”
Nature Structural &Molecular Biology هي مجلة علمية شهرية تنشر مقالات بحثية ومراجعات وأخبار وتعليقات في البيولوجيا الهيكلية والجزيئية، مع التركيز على الأوراق البحثية التي تعزز “الفهم الوظيفي والميكانيكي لكيفية عمل المكونات الجزيئية في عملية بيولوجية معا”.
تم نشرهذه المجلة من قبل Nature Portfolio وتم تأسيسها في عام 1994 تحت عنوان Nature Structural Biology ، وحصلت على عنوانها الحالي في يناير 2004. مثل مجلات Nature الأخرى ، لا توجد هيئة تحرير خارجية ، حيث يتم اتخاذ القرارات التحريرية من قبل فريق داخلي ، على الرغم من أن مراجعة المقالات العلمية من قبل حكام خبراء خارجيين تشكل جزءا من عملية المراجعة.
وفقا لتقارير الاقتباس من المجلة ، كان للمجلة عامل تأثير لعام 2020 يبلغ 15.369 ، مما جعلها تحتل المرتبة 13 من بين 298 مجلة في فئة “الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية” ، و 1 من أصل 72 مجلة في فئة “الفيزياء الحيوية” ، و 16 من أصل 195 مجلة في فئة “بيولوجيا الخلية”.
لذا ، إذا كنت مهتما بأخبار ومقالات البيولوجيا الجزيئية ، يمكنك متابعة مجلة Nature Structural & Molecular Biology
مختبر البيولوجيا الجزيئية من براكسيلابس
توفر معامل براكسيلابس مجموعة واسعة ومتنوعة من تجارب البيولوجيا الجزيئية المهمة مع ميزات رائعة لتحسين تجربة تعلم الطلاب ونتائجهم.
دعونا نلقي نظرة على بعض تجارب المحاكاة لمختبر البيولوجيا الجزيئية الافتراضي التي تقدمه معامل براكسيلابس:
تجارب البيولوجيا الجزيئية من براكسيلابس
-
استخراج الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين
يتيح المختبر الافتراضي لاستخراج الحمض النووي من براكسيلابس للطلاب اجراء التقنيات المعملية الأساسية وفهم البروتوكول والمبدأ المتضمن في استخراج الحمض النووي جيدا. سيقوم الطلاب أيضا بتحديد دور الكواشف والتقنيات والمعدات المستخدمة في استخراج الحمض النووي. سيعرفون أيضا المزيد عن أهمية وتطبيقات استخراج الحمض النووي.
- تفاعل البوليميراز المتسلسل التقليدي
بعد إجراء تجربة PCR الافتراضية التقليدية، يمكن للطلاب إثبات الكفاءة مع المبدأ والبروتوكول المتضمن في تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل. وسيفهموا أهم تطبيقات تفاعل البوليميراز المتسلسل التقليدي.
- الفصل الكهربي باستخدام جل أغاروز
في هذه المحاكاة، سيتعلم الطلاب كيفية تحديد وفصل جزيئات الحمض النووي DNA أو الحمض النووي الريبي RNA حسب الحجم، وهي عملية الفصل التي تتحقق عن طريق وضع الجزيئات في هلام أو جل مكون من مسام صغيرة ووضع مجال كهربائي عبر الهلام. سوف يتعلمون كيفية تحضير جل الأغاروز بشكل صحيح، وفهم وتصور الاحتياطات المطلوبة أثناء تطبيق العينة في الجل. سيقوم الطلاب أيضا بتحديد دور الكواشف والتقنيات والمعدات في تجارب الرحلان الكهربائي باستخدام هلام الأغاروز.
- معرفة التتابع النيوكليوتيدي للحمض النووي الدي أوكسي ريبوزي
في المختبر الافتراضي لتسلسل الحمض النووي، سيفهم الطلاب ويتعلمون:
- كيفية تطبيق تنقية عينة الحمض النووي باستخدام IT exosap
- أيضا كيفية تطبيق إعداد المكتبة الجينية خطوة بخطوة.
- كيفية تطبيق تجزئة الحمض النووي وتضخيمه وتنظيف الحمض النووي المجزأ وربط المحول.
- كيفية تنفيذ بروتوكول حبات AMPure لتنقية مكتبات الحمض النووي.
-
النسخ العكسي للحمض النووي الريبوزي
في هذا المختبر الافتراضي ، سيتعلم الطلاب كيفية تصنيع النسخ العكسي للحمض النووي الريبوزي من قوالب الحمض النووي الريبي RNA باستخدام إنزيم النسخ العكسي.
بحلول نهاية التجربة، سيتمكن الطلاب من فهم بروتوكول تخليق النسخ العكسي للحمض النووي الريبوزي جيدا، وممارسة وإتقان التقنيات المختبرية الأساسية وتحديد دور المعدات والكواشف المحددة المستخدمة في تخليق النسخ العكسي للحمض النووي الريبوزي.
- تقنية الطلاء البكتيري (التصفيح)
في المختبر الافتراضي لتقنية التصفيح، سيتعلم الطلاب كيفية عزل البكتيريا في مزرعة نقية للكائنات الحية من مجموعة مختلطة بطريقة لوحة الخط.
كما سيصبحون بارعين في القيام بطريقة لوحة الخط بدقة واتساق ، وإنتاج مستعمرات معزولة للكائن الحي على صفيحة أجار ، وتعلم تحديد الكائن الحي عن طريق إجراء اختبارات كيميائية حيوية لتحديد البكتيريا (الكائن الحي) التي تكون صالحة فقط عند إجراؤها على المزارع النقية.
-
أخذ بصمات الحمض النووي باستخدام الفصل الكهربائي للهلام
بنهاية تجربة أخذ بصمات الحمض النووي باستخدام الفصل الكهربائي للهلام ، سيكون الطلاب قادرين على:
- تحديد خطوات إعداد هلام الأغاروز المثلى بدقة.
- فهم قيمة ودور المواد الكيميائية والكواشف المستخدمة في التجربة.
- دراسة العوامل التي تؤدي إلى تحميل عينة ناجحة في الجل وتصور قطع الحمض النووي
- تحديد واكتشاف جزيئات الحمض النووي التي تمت معالجتها بطرق مثل الهضم الأنزيمي و PCR.
- تحديد خصائص مواقع القطع الموجودة في تتابع الحمض النووي (DNA).
-
اختبار أوكسيديز
في المختبر الافتراضي لاختبار أوكسيديز ، سيتعلم الطلاب كيفية اكتشاف ما إذا كان الكائن الحي يمتلك إنزيم أوكسيديز السيتوكروم أم لا. من خلال إجراء هذا الاختبار، سيكونون قادرين على التمييز بين الأنواع الإيجابية للأوكسيديز مثل أنواع النيسرية والموراكسيلا والكامبيلوباكتر والباستوريلا (أوكسيديز إيجابي) عن البكتيريا الأخرى والتمييز أيضًا بين بكتيريا الزائفة Pseudomonas والأنواع ذات الصلة
-
اختبار حساسية المضادات الحيوية (طريقة انتشار القرص)
في طريقة انتشار قرص اختبار حساسية المضادات الحيوية، سيتعلم الطلاب كيفية تحديد حساسية الأنواع الميكروبية ضد عوامل المضادات الحيوية المختلفة، واستخدام تقنيات مراقبة محددة لتقييم حساسية وقابلية الميكروب لأنواع المضادات الحيوية المختلفة، والكشف عن نطاق نشاط المضادات الحيوية.
تحقق من بورتفليو تجارب علم الأحياء الخاصة ببراكسيلابس واستكشف أكثر من 35 تجربة افتراضية للبيولوجيا الجزيئية لتعزيز تجربة تعلم طلابك ونتائجهم!
