اساسيات الأحياء الجزيئية

يدرس علم الأحياء الجزيئية الجزيئات التي تشكل الكائنات الحية والتي تتحكم فيها. على عكس علم الأحياء التقليدي الذي يركز على دراسة الكائنات الحية بأكملها وكيفية تفاعلها. يحاول علم الأحياء الجزيئي فهم الكائنات الحية من خلال دراسة المكونات التي تشكلها وهي الجزيئات. ومع تطور التكنولوجيا، ساعد علم الأحياء الجزيئي العلماء على التركيز بشكل كبير على جزيئات الكائنات الحية .

تعريف علم الأحياء الجزيئية

يعد علم الأحياء الجزيئي مجالًا علميًا يستكشف ويدرس هياكل ووظائف الخلايا على المستوى الجزيئي، ويجب على علماء الأحياء الجزيئية أن يكونوا بارعين في العديد من المواد والعلوم قبل أن يتمكنوا من إجراء البحوث أو النشاط الأكاديمي بشكل فعال في مجالهم .

يفترض أن جميع وظائف الخلايا المعقدة والغير مفهومة بشكل كامل تتم على المستوى الجزيئي، وهذا يعني أن الترابط المتطور والتعاون بين الجزيئات البيولوجية هو ما يجعل الحياة ممكنة، وهذا يشكل موضوعا مثيرا للغموض يحير علماء الأحياء الجزيئية ويحفزهم على اكتشاف أسرار الخلايا، وينشغل عالم الأحياء الجزيئية باستكشاف أو فهم أو تعليم المفاهيم الكامنة وراء البنية الخلوية والوظيفة على المستوى الجزيئي .

يتمحور علم الأحياء الجزيئي حول دراسة الهياكل والعمليات الكيميائية للظواهر الحيوية التي تتضمن الوحدات الأساسية لها وهي الجزيئات، ويركز بشكل خاص على الأحماض النووية والبروتينات، وهي الجزيئات الكبيرة اللازمة للكائنات الحية، ويدرس كيفية تفاعل هذه الجزيئات داخل خلايا الكائنات الحية .

علاقة الأحياء الجزيئية بالكيمياء الحيوية

ظهر علم الأحياء الجزيئية، وهو ما يُعرف بالبيولوجيا الجزيئية، في ثلاثينيات القرن العشرين، وتطور هذا العلم من علوم الكيمياء الحيوية والوراثة والفيزياء الحيوية، ومن ثم يُفسر الارتباط الوثيق بين الأحياء الجزيئية وهذه المجالات حتى اليوم .

يتمحور علم الأحياء الجزيئي حول دراسة كيمياء الجزيئات التي تشكل الكائنات الحية، وتعتبر الأحماض النووية DNA وRNA والبروتينات ذات أهمية خاصة لهذا العلم، حيث يستخدمون تعليمات الجينات المشفرة في هذه الجزيئات لإنتاج البروتينات. بالإضافة إلى ذلك، يركز علم الأحياء الجزيئية على دراسة تفاعلات الجزيئات الحيوية الأخرى، مثل الكربوهيدرات والدهون، مع الأحماض النووية والبروتينات. وغالبا ما يتم فصل علم الأحياء الجزيئي عن علم الخلية الحيوية الذي يركز على الهياكل والوظائف الداخلية للخلايا .

أهمية الأحياء الجزيئية للعلماء

الجزيئات تعتبر ذات أهمية كبيرة للعلماء، فهي تشكل أساس الحياة وتعتبر أداة مهمة في الدراسات والأبحاث العلمية. العمل مع الكائنات الحية الكاملة أو حتى الخلايا الكاملة يكون غير متوقع، حيث تعتمد نتائج التجارب العلمية بشكل كبير على تفاعل الآلاف من المسارات الجزيئية والعوامل الخارجية .

توفر البيولوجيا الجزيئية للعلماء مجموعة أدوات يمكنهم من خلالها الفهم الجيد للطريقة التي تسير بها الحياة ، حيث يستخدم العلماء الأحياء الجزيئية لتحديد وظيفة الجينات أو البروتينات الفردية بالإضافة إلى معرفة ما يمكن أن يحدث إذا كان هذا الجين أو البروتين غائب أو به عيب ، كما يستخدم العلماء البيولوجيا الجزيئية لفحص متى ولماذا يتم تبديل جينات معينة أو إيقاف تشغيلها ، وبالتالي ساعدت الأحياء الجزيئية العلماء على فهم كيفية عمل الكائنات الحية وبالتالي استطاع العلماء  تطوير علاجات وأدوية تساعد على عمل الكائنات الحية بشكل جيد .

تقنيات علم الأحياء الجزيئية

تم تطوير مجموعة متنوعة من التقنيات في علم الأحياء الجزيئي، على الرغم من أن الباحثين والعلماء في هذا المجال يستخدمون أيضا أساليب وتقنيات مشتقة من علم الوراثة وغيرها من المجالات ذات الصلة. عند دراسة الأحياء الجزيئية، يتم التركيز على فهم البنية ثلاثية الأبعاد للجزيئات البيولوجية الكبيرة باستخدام تقنيات مثل حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني .

يهدف علم الأحياء الجزيئية بشكل خاص إلى فهم الأساس الجزيئي للعمليات الجينية، حيث يرسم علماء الأحياء الجزيئية موقع الجينات على كروموسومات محددة، ويربطون هذه الجينات بخصائص معينة للكائنات الحية، ويستخدمون أيضًا الهندسة الوراثية لعزل وتسلسل وتعديل جينات معينة .

يمكن دمج التقنيات المستخدمة في الأحياء الجزيئية مع المفاهيم والأساليب المرتبطة بالوراثة والكيمياء الحيوية، حيث تتعلق الكيمياء الحيوية بالمواد الكيميائية والعمليات الأساسية التي تحدث في الكائنات الحية، وتبحث الأحياء الجزيئية في الآليات الجزيئية التي تنظم وتدير وظائف الخلية، ويمكن وصف علم الأحياء الجزيئي عن طريق فهم كيفية تحويل الجينات إلى RNA وكيفية تحويل RNA إلى بروتينات، وبالتالي يمكن الإشارة إلى أن التقنيات الأكثر استخداما في الأحياء الجزيئية هي التقنيات البيولوجية المجهرية التي يستخدمها العلماء .

الرحلان الكهربائي

تعمل تقنية الفصل الكهربائي على فصل الجزيئات مثل الحمض النووي أو البروتينات وفقا لحجمها. تعتبر تقنية الفصل الكهربائي الأساسية في مختبرات البيولوجيا الجزيئية، حيث يعتبر معرفة حجم الجزيء معلومة مهمة يمكن استخدامها لتحديد الجزيئات أو أجزاء الجزيء واختبار وجود الجزيء الصحيح .

تفاعل البوليميراز التسلسلي

هي تقنية تستخدم لتضخيم كميات صغيرة جدًا من الحمض النووي إلى كميات يمكن استخدامها في المزيد من التجارب ، ويتم استخدام هذه التقنية كأداة أساسية في علم الأحياء الجزيئي للتأكد من أن لدينا ما يكفي من الحمض النووي لتنفيذ تقنيات أخرى مثل التعديل الوراثي ، ومع ذلك فإن لها استخدامات عملية أوسع مثل الطب الشرعي وتشخيص الأمراض ، كما يمكن أيضًا استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل لإدخال طفرات نقطة صغيرة في الجين في عملية تسمى الطفرات الموجهة للجين .

قطع وربط الحمض النووي

تعتبر هذه التقنية من أهم التقنيات التي يستخدمها علم الأحياء الجزيئية وهي عملية قطع الحمض النووي إلى أجزاء أصغر باستخدام الإنزيمات التي تعمل فقط في تسلسل جيني معين ، وأيضاً عملية ربط قطعتين من الحمض النووي معًا حيث يكون الربط مفيدًا عند إدخال قطعة جديدة من DNA في جين آخر .

الاستنساخ

تعتمد تقنية الاستنساخ على إدخال جين جديد في الخلية أو الكائن الحي، ويمكن استخدام ذلك لمعرفة تأثير تعبير هذا الجين على الكائن الحي، بالإضافة إلى تحويل الكائن إلى مصنع ينتج كميات كبيرة من الجين أو البروتين المرمز له، وتسمى إدخال المادة الوراثية في البكتيريا بالتحول، ويمكن أيضا استخدام الفيروس لإدخال هذه المادة من خلال هذه العملية .

يتم استخدام كل من هذه التقنيات مع تقنيات أخرى لمساعدة العلماء على حل سؤال بحثي معين ، على سبيل المثال بعد استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل لإنشاء كميات كبيرة من جين معين يمكن للعلماء أن تسجل جين لبروتين معين  ويؤدي الرحلان الكهربائي من التأكد من إدخال الجين بشكل صحيح ، كما يستخدم العالم الرحلان الكهربائي للبروتين لإثبات تغير المنتج الجيني .