همانطور که می‌دانید خصوصیات ژنتیکی از طریق ژن و توسط والدین به فرزندان به ارث می‌رسد. این ژن‌ها درون رشته‌هایی به نام کروموزوم قرار دارند که داخل هسته‌ی تمام سلول‌های بدن یک فرد یافت می‌شود.در مطلبی از آزمایشگاه دکتر زینلی همراه ما باشید.
هرگونه تغییر در ساختار کروموزوم و یا تعداد آن (انحرافات کروموزومی) می‌تواند باعث اختلالات ژنتیکی، عقب ماندگی‌های ذهنی و جسمی، نازایی، سرطان، نقایص مادرزادی، ابتلا به انواع سندروم‌ها و بروز بیماری‌های خطرناک شود. علاوه‌بر این، این بیماری‌ها ممکن است به صورت صفت غالب به نسل‌های بعدی نیز انتقال یابد و عواقب جبران‌ناپذیری را به دنبال داشته باشد.
به همین دلیل دانشمندان همواره در تلاش هستند تا از بهترین روش‌ها برای بررسی کروموزوم‌ها، شناسایی هرگونه تغییر در ساختار و تعداد آن‌ها و تشخیص بیماری‌های ژنتیکی استفاده کنند. علم سیتوژنتیک[۱] دقیقا برای چنین بررسی‌هایی به کار برده می‌شود. به کمک این علم می‌توان تغییرات ژنتیکی را تشخیص داد و جهت انتخاب بهترین روش درمان اقدام نمود.
ما در این مقاله تصمیم داریم تا شما را با علم سیتوژنتیک آشنا کنیم. پس اگر به بررسی ساختار کروموزوم‌های بدن و موضوع ژنتیک علاقه‌مند هستید، در ادامه با ما همراه باشد.
علم سیتوژنتیک چیست؟
سیتوژنتیک شاخه‌ای از زیست شناسی است که به مطالعه خصوصیات ساختاری و عملکردی کروموزوم می‌پردازد. در حقیقت سیتوژنتیک به عنوان ابزاری برای درک پدیده‌های ژنتیکی ناشی از انحرافات کروموزومی استفاده می‌شود و ۲ شاخه از زیست شناسی را ترکیب می‌کند که عبارتند از:
- سیتولوژی که با زیست شناسی سلولی سرو کار دارد
- ژنتیک که به بررسی ژن‌ها و وراثت می‌پردازد
اما سیتوژنتیک از کجا شروع شد؟
آغاز سیتوژنتیک انسانی به زمان والتر فلمینگ[۲]، سیتولوژیست و استاد آناتومی اهل اتریش، باز می‌گردد که در سال ۱۸۸۲، اولین تصاویر از کروموزوم‌های انسانی را منتشر کرد. فلمینگ شخصی بود که برای اولین بار اصطلاح میتوز را نیز به کار برد.
در سال ۱۸۸۸، والدیر[۳] برای اولین بار از کلمه کروموزوم استفاده کرد که از یک واژه یونانی به معنای جسم رنگی[۴] گرفته شده است. از آن پس چندین دانشمند برجسته‌ی آن زمان شروع به بررسی این ایده کردند که عوامل تعیین کننده وراثت در کروموزوم‌ها وجود دارد.
بعدها ساتون[۵] در اوایل قرن ۱۹ام میلادی، به طور رسمی “نظریه وراثت کروموزوم[۶]” را مطرح کرد. ساتون در حین این مطالعات و بررسی کروموزوم‌ها رشته‌های سیتولوژی و ژنتیک را با هم ترکیب کرد که امروزه حاصل آن با نام علم سیتوژنتیک شناخته می‌شود.
در طی این سال‌ها، سیتوژنتیک پیشرفتهای زیادی کرده است. در ابتدا برای مطالعه ساختار دقیق و موقعیت ژن‌ها و کروموزوم‌ها از روش‌های ابتدایی مانند استفاده از رنگ‌های ساده استفاده می‌شد. اما امروزه تکنیک‌های پیشرفتهای مانند استفاده از میکروسکوپ فلورسانس دیجیتال و تجزیه و تحلیل تصویر با وضوح بالا برای ساختن نقشه‌های ژنتیکی و تعیین توالی ژنوم به کار برده می‌شود.
اکنون، با پیشرفت فناوری، شاخه‌های جدیدی از سیتوژنتیک ایجاد شده است که شامل سیتوژنتیک مولکولی، سیتوژنتیک بالینی و سیتوژنتیک سرطان می‌شوند. در ادامه‌ی این مطلب مروری بر تکنیک‌های سیتوژنتیک و کاربرد این علم در بیولوژی خواهیم داشت. اما پیش از اینکه به سراغ کاربردهای بیولوژیکی سیتوژنتیک برویم، ابتدا باید موارد زیر را بررسی کنیم:
- انحرافات کروموزومی چیست؟
- به چه علت رخ می‌دهد؟
- تشخیص آن چه اهمیتی دارد؟
انحرافات کروموزوم و اهمیت بالینی آن‌ها
انحرافات کروموزومی، هرگونه تغییر در ساختار و یا تعداد کروموزوم‌ها هستند و به طور کلی به ۲ نوع تقسیم می‌شوند:
- انحرافات ساختاری
- انحرافات عددی
آنوپلوئیدی چیست؟
به دست آوردن یا از دست دادن یک کروموزوم در بدن، آنوپلوئیدی نام دارد. شایع‌ترین انواع آنوپلوئیدی عبارتند از:
- مونوسومی[۱۹]: در این شرایط، به جای ۲ نسخه کروموزوم، فقط یک نسخه از آن وجود دارد. سندرم ترنر یکی از بیماری‌های شایعی است که به دلیل مونوسومی رخ می‌دهد.
- تریزومی[۲۰]: در این شرایط، به جای ۲ نسخه، یک نسخه اضافی از کروموزوم وجود دارد. بیماری‌های شایع که به دلیل این بیماری رخ می‌دهند عبارتند از:
سندرم داون[۲۱] (تریزومی کروموزوم ۲۱)، سندرم پاتائو[۲۲] (تریزومی کروموزوم ۱۳) و سندرم ادوارد[۲۳] (تریزومی کروموزوم ۱۸)
پلی پلوئیدی چیست؟
به دست آوردن یک مجموعه از کروموزوم‌ها را پلی پلوئیدی می‌نامند.
به طور کلی انسان‌ها ۲ مجموعه‌ی ۲۳ عددی کروموزوم در بدن خود دارند. بنابراین موجوداتی دیپلوئید نامیده می‌شوند. چنانچه فردی بیش از ۲ مجموعه کروموزوم داشته باشد، به پلی‌پلوئیدی مبتلا است.
حال که با انحرافات کروموزومی آشنا شدید، می‌توانیم به سراغ بررسی تکنیک‌های رایج در سیتوژنتیک برویم.
تکنیک‌های سیتوژنتیک
همانطور که گفته شد، سیتوژنتیک به مرور زمان پیشرفتهای زیادی داشته است. تکامل مستمر این شاخه از علم پزشکی طی ۱۰۰ سال گذشته، تکنیک‌های بسیاری را برای تجزیه و تحلیل کروموزوم و مطالعه اختلالات کروموزومی معرفی کرده است.
برخی از رایج‌ترین تکنیک‌های سیتوژنتیک شامل موارد زیر هستند:
- تکنیک‌های باندینگ[۲۴]
- کاریوتایپینگ[۲۵]
- تکنیک هیبریداسیون فلورسانس درجا ([۲۶]FISH)
- دورگه سازی ژنومی مقایسه‌ای ([۲۷]CGH)
مراحل انجام تکنیک FISH:
- ابتدا پروب مورد نظر ساخته و سپس با استفاده از فلوئورسنت نشانه گذاری می‌شود.
- سپس نمونه‌ها بر روی لام فیکس شده و رشته‌های DNA دناتوره می‌گردند. دناتوره کردن به معنی باز کردن پیچ‌های DNA و جداسازی دو رشته از یکدیگر است.
- سپس رشته‌های DNA در پروب دناتوره می‌شوند و بر روی لام قرار می‌گیرند. به این ترتیب پروب می‌تواند به توالی مکمل خود وصل شود.
- سپس پروب‌های اضافی، شسته شده و لام زیر میکروسکوپ بررسی می‌شود. با بررسی لام زیر میکروسکوپ می‌توان مشاهده کرد که پروب‌ها به صورت سیگنال‌های فلورسنت هستند و از آنجایی که این پروب‌ها به توالی خاصی متصل هستند، می‌توان محل یک ژن خاص بر روی کروموزوم را تشخیص داد.
روند بررسی کروموزوم‌ها
معاینه کروموزومی شامل ۵ مرحله اصلی است، که عبارتند از:
۱- نمونه‌گیری: نمونه‌گیری ممکن است از مغز استخوان، مایعات آمنیوتیک، غدد لنفاوی، بافت تومور و یا پرزهای جفتی[۳۶] انجام شود. منبع انتخاب نمونه به علائم بالینی و شرایط (قبل از تولد یا پس از زایمان) بستگی دارد. اما به طور کلی، بهترین نمونه‌گیری زمانی است که کروموزم‌ها در مرحله متافاز باشند.
۲- آماده‌سازی محیط کشت: محققان برای انجام تجزیه و تحلیل کروموزوم‌ها، به محیط کشت سلول نیاز دارند. نمونه‌های جمع‌آوری شده در محیط‌های کشت نگهداری شده و رشد می‌یابند.
۳- نگهداری ازمحیط کشت: برای حفظ رشد سلول‌ها، لازم است تا محیط کشت در شرایط خاصی نگهداری شود و عواملی مانند دما، رطوبت و pH مورد ارزیابی قرار گیرد. این شرایط بسته به سیستمی که سلول‌ها در آن رشد می‌کنند متفاوت است. در واقع پس از آماده‌سازی محیط کشت، سلول‌ها به منظور رشد، در یک سیستم باز یا بسته نگهداری می‌شوند.
الف- شرایط نگهداری کشت در سیستم باز (Open System):
- درب ظروف کشت محکم بسته نشود.
- از انکوباتور CO۲ استفاده شود.
- حفظ CO۲ به میزان ۵% برای pH 2-7.4 لازم است.
- رطوبت باید ۹۷% باشد تا از مرگ سلول جلوگیری شود.
ب- شرایط نگهداری کشت در سیستم بسته (Closed System):
- درب ظروف کشت کاملا محکم بسته شود.
- نیازی به انکوباتور CO2 نیست.
- برای کشت‌های طولانی مدت، سیستم بافری نیاز است. سیستم بافری در حقیقت محلولی است که در آن مقادیر قابل توجهی اسید ضعیف و باز مزدوج آن یا باز ضعیف و اسید مزدوج آن وجود داشته باشد. این محلول به حفظ pH مورد نظر کمک می‌کند.
