هر آنچه بايد درمورد سلول ها و عملكرد آن‌ها بدانيد

ما همگي در سطح ميكروسكوپي از سلول تشكيل شده‌ايم. اگر به خودتان در آينه نگاه كنيد، درواقع حدود ۱۰ تريليون سلولي را مشاهده خواهيد كرد كه به ۲۰۰ نوع مختلف تقسيم شده‌اند. ماهيچه‌هاي ما از سلول‌هاي (ياخته) ماهيچه‌اي و كبد ما از سلول‌هاي كبد تشكيل شده‌اند و حتي گروه‌هاي سلولي خاص ديگري هم ميناي دندان يا عدسي چشم‌ها را تشكيل داده‌اند.

اگر مي‌خواهيد در مورد علت و چگونگي عملكرد بدن اطلاعاتي به‌ دست بياوريد بايد ابتدا از سلول‌ها شروع كنيد. هر موردي در بدن، از توليد مثل گرفته تا عفونت‌ها و ترميم استخوان‌هاي شكسته در سطح سلولي اگر حتي بخواهيد وارد ممباحثه‌هاي جديدتري مثل بيوتكنولوژي و مهندسي ژنتيك  بشويد، ابتدا بايد سلول‌ها را بشناسيد.

بدن انسان از حدود ۱۰ تريليون سلول تشكيل شده است. هر موردي از توليد مثل گرفته تا عفونت و ترميم استخوان شكسته همگي در سطح سلولي  

خوانندگان مقالات يا مجله‌هاي علمي، به‌خوبي مي‌دانند كه اين روزها، ژن‌ها سرتيتر اخبار علمي هستند. اصطلاحات و كلماتي كه ممكن است بيشتر از همه شنيده باشيد، عبارت‌اند از: بيوتكنولوژي، اتصال ژن، ژنوم انسان، مهندسي ژنتيك، DNA نوتركيب، بيماري‌هاي ژنتيكي، جهش DNA، ژن درماني و DNA فينگرپرينت يا تهيه طرح از DNA.

علم ژنتيك به‌سرعت درحال تغيير دادن عرصه‌هايي مثل پزشكي، كشاورزي و حتي سيستم حقوقي است.

در اين مقاله براي درك چگونگي عملكرد سلول‌ها، آن‌ها را از انديشه متخصصين مولكولي مورد مطالعه قرار مي‌دهيم و سلول‌ها را در ساده‌ترين شكل يعني سلول‌هاي باكتريايي تحليل خواهيم كرد. شما مي‌توانيد با درك چگونگي عملكرد باكتري، مكانيزم اساسي تمامي سلول‌هاي بدن را بشناسيد. اين موضوع به دو دليل جذاب است: ابتدا چون ماهيتي كاملا شخصي دارد و ثانيا اينكه آگاهي و درك افراد از اخبار روز دنيا در عرصه‌هاي پزشكي را آسان‌تر مي‌كند. همچنين وقتي نحوه‌ي عملكرد سلول را ياد بگيريد، راحت‌تر خواهيد توانست سؤالات مرتبط با آن را پاسخ دهيد؛ سؤالاتي كه شايد براي شما هم پيش آمده باشد:

 تمامي اين سؤالات جواب مشخصي دارند؛ ولي بايد ابتدا چگونگي عملكرد و فعاليت‌ سلول‌ها را ياد بگيريم.

بخش‌هاي مختلف سلول

همان‌طور كه اشاره كرديم بدن ما متشكل از ۱۰ تريليون سلول است. بزرگ‌ترين سلول‌هاي بدن انسان به‌اندازه‌ي قطر يك تار مو هستند؛ ولي اكثر سلول‌هاي بدن حتي بسيار كوچك‌تر از اين مقادير هستند و شايد اندازه‌ي آن‌ها برابر با يك‌دهم قطر تار موي انسان باشد.

دستي به موهاي خود بكشيد. موها زياد ضخيم نيستند؛ شايد ضخامت و قطر آن‌ها حدود ۱۰۰ ميكرون باشد (هر يك ميليون ميكرون برابر با يك متر است). يك سلول عادي مي‌تواند به‌اندازه‌ي يك‌دهم ضخامت موي شما يعني حدود ۱۰ ميكرون باشد. به انگشت كوچك پاي خود نگاه كنيد. همين انگشت كوچك از ۲ تا ۳ ميليارد سلول يا حتي بيشتر (بسته‌ به اينكه اندازه‌ي آن چقدر باشد) تشكيل شده است. اگر خانه‌اي را پر از نخودهاي كوچك در انديشه متخصصين بگيريد، خود خانه انگشت كوچك شما است و نخودها سلول‌ها هستند.

نمايي كلي و متداول از يك سلول جانوري

باكتري‌ها، ساده‌ترين نوع سلول‌هاي امروزي هستند. باكتري، يك سلول زنده‌ي واحد است. اشريشيا كولي (يا باكتري ئي كلاي) يك باكتري معمولي به اندازه‌ي حدود يك‌صدم سلول انسان است (شايد طول آن يك ميكرون و عرض آن يك‌دهم ميكرون باشد) و بدون ميكروسكوپ قابل مشاهده نيست. هنگامي كه بدن شما دچار عفونت مي‌شود، باكتري‌ها در اطراف سلول‌هاي بزرگ بدن شناور مي‌شوند؛ مانند قايق‌هاي پارويي در كنار يك كشتي بزرگ.

باكتري‌ها بسيار ساده‌تر از سلول‌هاي بدن انسان هستند. يك باكتري داراي پوششي خارجي به‌ نام غشا يا پوسته سلولي است. داخل غشا، مايعي به‌ نام سيتوپلاسم وجود دارد. حدود ۷۰ درصد سيتوپلاسم را آب تشكيل مي‌دهد. ۳۰ درصد بقيه دربردارنده‌ي پروتئين‌هايي به‌ نام آنزيم (كه خود سلول توليد مي‌كند) مولكول‌هاي كوچكي به‌ نام آمينو اسيد، مولكول‌هاي گلوكز و ATP (آدنوزين تري فسفات) هستند. در مركز سلول، مولكول DNA قرار دارد (كه شبيه يك توپ نخي مچاله‌شده است). اگر DNA داخل باكتري را به‌صورت يك رشته‌ي مستقيم بيرون بكشيم، در مقايسه با خود باكتري بسيار درازتر خواهد شد؛ حدود هزار برابر درازتر.

باكتري e coli، شكلي كپسول مانند دارد. قسمت خارجي سلول، غشاي سلولي است كه در در تصوير پايين به‌ رنگ نارنجي درآمده است. سلول e coli داراي دو غشاي محافظ است. داخل غشا، سيتوپلاسم وجود دارد كه از ميليون‌ها آنزيم، قند، ATP و ساير مولكول‌هاي شناور در آب تشكيل شده است. DNA در مركز سلول قرار دارد كه شبيه يك توپ مچاله‌شده است. DNA داخل باكتري هيچ محافظي ندارد و در داخل سيستوپلاسم و تقريبا در مركز سلول شناور است. رشته‌هاي درازي در خارج از سلول به‌ نام تاژك وجود دارند كه سلول را حركت مي‌دهند. البته‌ همه‌ي باكتري‌ها، تاژك ندارند. در سلول‌هاي بدن انسان هم تنها سلول‌هاي اسپرم داراي تاژك هستند.

سلول‌هاي بدن انسان بسيار پيچيده‌تر از باكتري‌ها و داراي يك غشاي هسته‌اي براي حفاظت از DNA هستند. سلول‌هاي انسان همچنين داراي غشاهاي اضافه، ساختارهايي مثل ميتوكندري و دستگاه گلژي و ويژگي‌هاي پيشرفته‌ي ديگري هستند. البته فرآيندهاي اساسي باكتري‌ها و سلول‌هاي بدن انسان يكسان هستند؛ از همين رو توضيح خودمان از باكتري شروع مي‌كنيم.

آنزيم ها

تمامي كارهاي داخل سلول در تمامي لحظه‌ها توسط آنزيم‌ها صورت مي‌گيرد. اگر آنزيم‌ها را بشناسيد، سلول‌ را خواهيد شناخت. يك باكتري مانند e coli حدود ۱۰۰۰ نوع آنزيم مختلف شناور در سيتوپلاسم دارد.

ساختار گلوكز

آنزيم‌ها خواص جالبي دارند كه آن‌ها را به ماشين‌هاي واكنش شيميايي تبديل مي‌كند. هدف هر آنزيم در سلول، ايجاد واكنش شيميايي سريع در داخل سلول است. اين واكنش‌ها باعث ساخت مواد توسط سلول يا جدا كردن موارد ضروري مي‌شوند. به اين ترتيب، سلول رشد مي‌كند و تكثير مي‌شود. يك سلول در ساده‌ترين سطح، مخزني بزرگ و پر از واكنش‌هاي شيميايي است؛ واكنش‌هايي كه توسط آنزيم‌ها انجام مي‌شوند.

آنزيم‌ها از آمينو اسيد تشكيل شده‌اند و درواقع نوعي پروتئين هستند. وقتي آنزيمي تشكيل مي‌شود، حدود ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ آمينو اسيد در يك ترتيب و آرايش خاص دركنار هم قرار مي‌گيرند. زنجيره‌ي آمينو اسيد در ادامه يك شكل منحصربه‌فرد به خود مي‌گيرد. چنين شكلي باعث مي‌شود آنزيم بتواند واكنش شيميايي خاص خود را انجام دهد. هر آنزيم مانند يك كاتاليزور بسيار مؤثر براي واكنش‌هاي شيميايي عمل مي‌كند. آنزيم‌ها همچنين به انجام واكنش، سرعت مي‌بخشند.

به‌عنوان مثال، قند مالتوز از دو مولكول گلوكز متصل‌ به‌ هم تشكيل شده است. آنزيم مالتاز به‌نحوي شكل مي‌گيرد كه بتواند پيوند ميان گلوكز‌ها را بشكند و دو گلوكز آزاد به‌ وجود بياورد. تنها كاري كه آنزيم مالتاز انجام مي‌دهد شكستن همين پيوند مولكول‌هاي مالتوز است؛ اما اين آنزيم كارش را بسيار سريع و مؤثر انجام مي‌دهد. آنزيم‌ها مولكول‌ها را مي‌شكنند يا درصورت نياز به هم متصل مي‌كنند. هر آنزيمي مخصوص واكنش شيميايي خاصي در سلول است و به كاركرد درست سلول كمك مي‌كند.

مالتوز از دو مولكول متصل به هم تشكيل شده است (۱). آنزيم مالتاز پروتئيني است كه شكل آن براي شكستن پيوند مولكولي مالتوز مناسب است (۲). دو مولكول گلوكز آزاد مي‌شوند (۳). يك آنزيم مالتاز مي‌تواند بيش از هزار پيوند مالتوزي را در هر ثانيه بشكند و البته تنها مي‌تواند اين كار را با مولكول‌هاي مالتوز انجام دهد.

در شكل بالا عملكرد اساسي يك آنزيم را مي‌بينيد. يك مولكول مالتوز شناور در نزديكي آنزيم مالتاز گير مي‌افتد. موضع فعال آنزيم، پيوند را مي‌شكند و دو مولكول گلوكز شناور از شكسته شدن پيوند به‌ دست مي‌آيند.

شايد تا به‌حال درمورد عارضه‌ي عدم توانايي هضم لاكتوز شنيده باشيد يا حتي شايد اصلا خودتان از اين نارسايي رنج ببريد. اشكال ناتواني هضم لاكتوز به‌ خاطر قند موجود در شير يا همان لاكتوز است. لاكتوز نمي‌تواند به گلوكز شكسته شود، بنابراين هضم نمي‌شود. سلول‌هاي روده‌ي افرادي كه نمي‌توانند لاكتوز را تحمل كنند، درواقع آنزيم لاكتاز را ترشح نمي‌‌كند. آنزيم لاكتاز مسئول شكستن پيوندهاي مولكول لاكتوز و تبديل آن به گلوكز است. با نگاه كردن به اين اشكال، نقش تنها يك آنزيم را در عملكرد كلي بدن بيشتر حس مي‌كنيد. تنها نبود يك آنزيم چنين اشكالاتي را به‌وجود مي‌آورد. افرادي كه از چنين اشكالي رنج مي‌برند مي‌توانند قبل از خوردن شير، لاكتاز مصرف كنند تا بدنشان بتواند لاكتوز شير را به گلوكز تبديل سازد. البته حل اشكال بقيه‌ي آنزيم‌ها به‌سادگي آنزيم لاكتاز نيست.

داخل هر باكتري حدود هزار آنزيم وجود دارد (كه لاكتاز مي‌تواند يكي از آن‌ها باشد). تمامي آنزيم‌ها در سيتوپلاسم شناور هستند و منتظر ماده‌ي شيميايي مخصوص خود براي عمل كردن مي‌مانند. نسخه‌هاي متعددي از انواع مختلف آنزيم‌ها بسته‌به ميزان اهميت واكنش سلول وجود دارند. تعداد نسخه مي‌تواند بين صدها تا ميليون‌ها آنزيم باشد. آنزيم‌ها هر كاري انجام مي‌دهند؛ از شكستن گلوكز براي انرژي گرفته تا ساخت ديواره‌هاي سلولي، ساخت آنزيم‌هاي جديد و كمك‌ به توليد مثل و تكثير سلول. به‌تعبير عاميانه‌تر، آنزيم‌ها در سلول همه‌كاره هستند.

پروتئين‌‌ها

پروتئين زنجيره‌اي از آمينو اسيدها است. هر آمينو اسيد مولكول كوچكي است كه به‌عنوان بلوك سازنده هر پروتئين عمل مي‌كند. اگر از چربي صرف انديشه متخصصين كنيد، ۲۰ درصد جرم بدن را پروتئين‌ها تشكيل مي‌دهند. حدود ۶۰ درصد بدن آب است. بقيه بدن هم اكثرا از مواد معدني (مثل كلسيم در استخوان‌ها) تشكيل شده است.

ساختار امينو اسيد

دليل نام‌گذاري آمينو اسيدها وجود يك گروه آمينو (NH2) و يك گروه كربوكسيل (COOH) اسيدي است. در تصوير پايين مي‌توانيد ساختار شيميايي چند آمينو اسيد را مشاهده كنيد. قسمت بالايي همه يكسان است. درواقع قسمت بالايي براي همه‌ي آمينو اسيدها يكسان است. تنها زنجيره‌ي پاييني كوچك آمينو اسيدها را از هم متمايز مي‌كند. بخش متمايزكننده در برخي از آمينو اسيدها مي‌تواند بسيار بزرگ باشد. بدن انسان ار ۲۰ نوع آمينو اسيد مختلف تشكيل شده است. گفتني است حدود ۱۰۰ آمينو اسيد مختلف در طبيعت وجود دارد.

آمينو اسيدهاي بدن انسان به دو دسته تقسيم مي‌شوند: ضروري و غيرضروري. آمينو اسيدهاي غيرضروري آمينو اسيدهايي هستند كه بدن خود مي‌تواند آن‌ها را با استفاده از مواد شيميايي داخلي بسازد. اما آمينو اسيدهاي ضروري در بدن ساخته نمي‌شوند و بنابراين بايد آن‌ها را از طريق غذا دريافت كنيم. نام آمينو‌ اسيد‌هاي ضروري و غير ضروري را در ادامه مرور مي‌كنيم.

آمينو اسيدهاي غير ضروري:

آمينو اسيدهاي ضروري:

پروتئين‌هاي رژيم غذايي ما دو نوع هستند: پروتئين‌هاي حيواني و پروتئين‌هاي گياهي. منابع پروتئيني حيواني (مثل شير، گوشت قرمز و تخم مرغ) پروتئين‌هاي كامل هستند، يعني تمامي آمينو اسيدهاي ضروري بدن ما را تأمين مي‌كنند. منابع پروتئيني گياهي معمولا برخي از آمينو اسيدها را در خود ندارند. به‌عنوان مثال برنج مقدار بسيار كمي ايزولوسين و ليزين دارد. البته درست است كه منابع گياهي همه‌ي آمينو اسيدها را با هم ندارند؛ ولي شما مي‌توانيد با تركيب كردن آن‌ها، تمامي نيازهاي پروتئيني خود را تأمين كنيد. برخي از گياهان پروتئين بسيار كمي دارند، درحالي‌كه آجيل، لوبيا و سويا درصد پروتئين بالايي دارند. مي‌توان با تركيب منابع گياهي، تمامي آمينو اسيدهاي ضروري بدن را فراهم كرد.

دستگاه گوارش تمامي پروتئين‌ها را به آمينو اسيد تبديل مي‌كند تا آن‌ها را وارد جريان خون كند. سپس سلول‌ها از آمينو اسيدها براي ساختن آنزيم‌ها و پروتئين‌هاي ساختاري استفاده مي‌كنند.

كاركرد آنزيم‌ها

همه نوع آنزيمي در باكتري‌ها و سلول‌هاي بدن انسان يافت مي‌شود و بسياري از آن‌ها واقعا جالب هستند. سلول‌ها از آنزيم‌ها براي رشد، توليد مثل و توليد انرژي استفاده مي‌كنند و اغلب آنزيم‌ها را به خارج از ديواره‌ي سلولي خود ترشح مي‌كنند. به‌عنوان مثال باكتري e coli آنزيم‌ها را براي كمك‌ به شكستن مولكول‌هاي غذا ترشح مي‌كند تا غذا از طريق ديواره‌ي سلولي وارد سلول باكتري شوند. برخي از آنزيم‌هايي كه شايد تا به حال اسم‌شان را شنيده باشيد عبارت‌اند از:

آنزيم پروتئاز يا پپتيداز: پروتئاز پروتئين‌هاي دراز را به زنجيره‌هاي كوچكي به‌ نام پپتيد مي‌شكند (پپتيد يك زنجيره‌ي آمينو اسيدي كوتاه است). پپتيداز، پپتيدها را به آمينو اسيد تبديل مي‌كند. پروتئاز و پپتيداز در مواد شوينده هم به‌كار مي‌روند و با شكستن پروتئين‌ها باعث پاك شدن مواردي مثل لكه‌هاي خون از لباس مي‌شوند. برخي از پروتئازها بسيار تخصصي عمل مي‌كنند. اين در درحالي است كه بقيه‌ي آن‌ها تنها براي زنجيره‌ي آمينو اسيدها مناسب هستند. (شايد در مورد مهاركننده‌هاي پروتئاز در داروهايي كه براي مبارزه با ويروس ايدز به‌كار مي‌رود مواردي شنيده باشيد. ويروس ايدز در چرخه‌ي توليد مثل خود از پروتئازهاي ويژه‌اي استفاده مي‌كند. مهاركننده‌هاي پروتئاز با مهار كردن آنزيم‌ها، از توليد مثل ويروس جلوگيري مي‌كنند.)

آميلاز: آنزيم آميلاز، زنجيره‌هاي نشاسته را به مولكول‌هاي كوچك قندي تبديل مي‌كند. بزاق و روده‌ي كوچك ما حاوي آميلاز است. آنزيم‌هاي مالتاز، لاكتاز و سوكراز بعد از آميلاز، قندهاي ساده را به مولكول‌هاي گلوكز تبديل مي‌كنند.

ليپاز: آنزيم ليپاز براي شكستن مولكول‌هاي چربي‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

سلولاز: آنزيم‌هاي سلولاز، مولكول‌هاي سلولز را به قند ساده‌تر تبديل مي‌كنند. باكتري‌هاي داخل معده‌ي گاو و موريانه‌ها، سلولاز ترشح مي‌كند و به همين دليل، گاو و موريانه مي‌توانند مواردي مثل علف و چوب را بخورند.

باكتري‌ها آنزيم‌ها را به خارج از ديواره‌ي سلولي خود مي‌فرستند. مولكول‌هاي محيط به قسمت‌هاي كوچك‌تر تقسيم مي‌شوند (پروتئين‌ها به آمينو اسيد، نشاسته به قند ساده‌تر و ...) تا بتوانند از ديواره‌ي سلولي عبور كنند و وارد سيتوپلاسم شوند. e coli به‌همين طريق غذاي مورد نيازش را دريافت مي‌كند. 

داخل سلول صدها آنزيم اختصاصي وظايف مورد نياز براي ادامه‌ي حيات سلول را انجام مي‌دهند. برخي از آنزيم‌هايي كه داخل سلول وجود دارند عبارت‌اند از:

آنزيم‌هاي انرژي: يك مجموعه‌ي ده تايي از آنزيم‌ها كه قابليت گليكوليز را به سلول مي‌بخشند. يك مجموعه ۸ تايي ديگر از آنزيم‌ها وظيفه‌ي كنترل چرخه اسيد سيتريك را برعهده دارند (كه به چرخه كربس هم معروف است). كار اين دو مجموعه در كنار هم باعث مي‌شود تا سلول گلوكز و اكسيژن را به آدنوزين تري فسفات يا ATP تبديل كند. يك مولكول گلوكز در سلول مصرف‌كننده‌ي اكسيژن مثل e coli يا سلول بدن انسان، ۳۶ مولكول ATP را به‌وجود مي‌آورد ( در سلول‌هايي مثل سلول‌هاي مخمر كه بدون اكسيژن زندگي مي‌كنند، تنها دو مولكول ATP به‌ازاي هر مولكول گلوكز ساخته مي‌شود). ATP، مولكول سوخت‌رساني است و در واكنش‌هاي شيميايي به آنزيم‌ها كمك مي‌كند.

آنزيم‌هاي محدودكننده: بسياري از باكتري‌ها مي‌توانند آنزيم‌هاي محدودكننده توليد كنند. آنزيم‌هاي محدودكننده تمامي الگوهاي زنجيره‌هاي DNA را شناسايي مي‌كنند و با همين الگوها DNA را مي‌شكنند. وقتي ويروسي، DNA خود را وارد باكتري كرد، آنزيم محدودكننده‌ي DNA ويروس را شناسايي كرده و آن را قطع مي‌كند و قبل از اينكه ويروس بتواند توليد مثل كند، آن را از بين مي‌برد.

آنزيم‌هاي دست‌كاري DNA: آنزيم‌هاي ويژه‌اي كه در كنار رشته‌هاي DNA حركت مي‌كنند و آن‌ها را اصلاح مي‌كنند. آنزيم‌هايي هم وجود دارند كه مي‌توانند رشته‌هاي DNA را باز كنند و دوباره آن‌ها را بسازند (DNA پلي‌مراز). آنزيم‌هايي هم مسئول پيدا كردن الگوهاي كوچك DNA و چسباندن آن‌ها هستند تا از دسترسي‌ به آن بخش از DNA جلوگيري كنند (پروتئين DNA پيوست).

آنزيم‌هاي آنزيم‌ساز: همه‌ي اين نوع آنزيم‌ها از جايي ديگر وارد مي‌شوند و مي‌توانند آنزيم‌هاي سلول را بسازند. ريبونوكلئيك اسيد يا RNA در سه فرم مختلف (RNA پيام‌رسان، RNA حامل و RNA ريبواخبار تخصصيي) بخشي بزرگ از فرايند ساخت آنزيم را تشكيل مي‌دهند.

 آنزيم‌ها باعث رخ دادن صحيح واكنش‌هاي شيميايي در سلول بدن مي‌شوند.

ساخت آنزيم

تا زماني كه غشاي سلول سالم باشد و تمامي آنزيم‌هاي مورد نياز سلول را بسازد، سلول زنده است. آنزيم‌ها انرژي‌ مورد نياز سلول را از طريق گلوكز به‌وجود مي‌آورند و با آن قطعات ديواره سلولي را مي‌سازند. آنزيم‌ها همچنين به توليد مثل سلول و توليد آنزيم‌هاي جديد كمك مي‌كنند.

پرسش است كه اين همه آنزيم از كجا شكل مي‌گيرند و سلول چگونه در موقع نياز آن‌ها را توليد مي‌كند؟ اگر سلول مجموعه‌اي از آنزيم‌هايي باشد كه مسئول انجام واكنش‌هاي شيميايي است، واكنش‌ها چگونه آنزيم‌هاي مورد نياز خود را مي‌سازند و چگونه به‌سلول در توليد مثل كمك مي‌كنند؟

پاسخ سؤالات در DNA يا دئوكسي ريبنوكلئيك اسيد نهفته است. شما حتما مطالبي درمورد DNA، كرومواخبار تخصصي و ژن شنيده‌ايد. DNA سلول را در ساخت آنزيم‌هاي جديد هدايت مي‌كند.

DNA داخل يك سلول، الگويي از ۴ بخش مختلف به‌ نام نوكلئوتيد است؛ بلوكي را در انديشه متخصصين بگيريد كه فقط ۴ شكل مختلف دارد يا الفبايي را تصور كنيد كه تنها ۴ حرف دارد. DNA رشته‌اي دراز از حروف است. الگوي DNA در باكتري e coli حدود ۴ ميليون حرف دارد. اگر شما همين DNA را به‌صورت يك رشته بكشيد، اندازه‌ي ‌آن به ۱.۳۶ ميلي‌متر مي‌رسد كه نسبت‌ به اندازه‌ي خود باكتري ۱۰۰۰ برابر بزرگ‌تر است. رشته DNA در باكتري رشته‌اي درهم پيچيده شده است. يك رشته‌ي ۳۰۰ متري را فرض كنيد كه در هم پيچيده شده است و شما مي‌توانيد به‌آساني آن را در دست‌ نگه داريد. هر DNA انسان حدود ۳ ميليارد بلوك دارد و تقريبا هزار برابر طولاني‌تر از e coli است. DNA انسان به‌اندازه‌اي دراز است كه بايد به ساختارهاي ۲۳ گانه‌اي به‌ نام كرومواخبار تخصصي تبديل شود تا داخل سلول به‌خوبي جا شود.

مورد جالب درمورد DNA اين است كه DNA تنها يك الگو براي نحوه‌ي ساخت پروتئين در سلول است. اين تمام كار DNA است. ۴ ميليون نوكلئوتيد در باكتري e coli، نحوه‌ي ساخت ۱۰۰۰ آنزيم را براي ادامه‌ي حيات سلول، مشخص مي‌كنند. ژن به‌ زبان ساده، بخشي از DNA است كه به‌عنوان قالب و الگوي ساخت آنزيم عمل مي‌كند.

حال نگاهي‌ به پروسه‌ي كامل ساخت آنزيم توسط DNA مي‌پردازيم تا بهتر متوجه امر شويد.

مولكول DNA

شايد درمورد ساختار دو رشته‌اي مولكول DNA مطالبي شنيده باشيد. DNA مانند دو رشته در هم پيچيده‌‌شده‌ي دراز است.

DNA تمامي سلول‌ها از جفت‌هاي بازي از ۴ نوكلئوتيد مختلف ساخته شده است. هر جفت باز از دو نوكلئوتيد مكمل تشكيل شده است. ۴ باز يا نوكلئوتيد DNA عبارت‌اند از: آدنين، سيتوزين، گوانين و تيمين.

آدنين و تيمين هميشه به‌عنوان يك جفت به هم متصل‌اند. سيتوزين و گوانين هم همين‌طور. جفت‌ها مانند پله‌هاي نردبان به‌يكديگر متصل‌اند.

جفت بازهاي متصل‌ بهم در DNA براي تشكيل ساختار نردباني. چون پيوند با زاويه‌‌اي خاص بين بازها تشكيل مي‌شود، ساختار DNA مانند دو رشته مارپيچ شكل مي‌گيرد.

نردبان DNA در باكتري e coli داراي حدود ۴ ميليون جفت باز است. دو پايانه بازها براي تشكيل يك حلقه به هم متصل مي‌شوند تا به‌خوبي در سلول جا شوند. حلقه‌ي كلي، ژنوم نام دارد و دانشمندان آن را كاملا رمزگشايي كرده‌اند؛ بدين معنا كه آن‌ها تمامي ۴ ميليون جفت باز مورد نياز براي تشكيل DNA يك باكتري e coli را مي‌شناسند. پروژه‌ي ژنوم انسان درحال جريان است و هدف آن يافتن تمامي ۳ ميليارد يا جفت‌هاي باز DNA بيشتر سلول‌هاي بدن انسان است.

اگر به‌خاطر داشته باشيد، آنزيم‌ها از ۲۰ نوع آمينو اسيد در ترتيبي خاص ساخته شده بودند. بنابراين سؤال اين است كه چگونه مي‌توان از يك DNA كه خودش تنها از ۴ نوكلئوتيد تشكيل شده است، تعداد ۲۰ آمينو اسيد مختلف براي آنزيم را به‌دست آورد؟ دو پاسخ به چنين سوالي داده شده است:

۱. يك آنزيم جالب و فوق‌العاده پيچيده به‌ نام ريبواخبار تخصصي، اطلاعات RNA پيام‌رسان (از DNA ساخته مي‌شود) را مي‌خواند و آن را به زنجيره‌هاي آمينو اسيد تبديل مي‌كند.

۲. ريبواخبار تخصصي براي انتخاب آمينو اسيد مناسب، نوكلئوتيدها را در مجموعه‌هاي ۳ تايي انتخاب مي‌كند و براي ۲۰ آمينو اسيد رمزگذاري مي‌كند.

هر ژن از يك پروموتر يا راه‌انداز، كدون‌هايي براي آنزيم و يك كدون خاتمه تشكيل شده است. در تصوير دو ژن نمايش داده شده است. رشته طولاني DNA در باكتري e coli حدود ۴ هزار ژن را رمزگذاري مي‌كند و اين ژن‌ها مسئول حدود ۱۰۰۰ آنزيم در سيتوپلاسم سلول e coli هستند. بسياري از ژن‌ها مضاعف هستند.

بنابراين هر ۳ جفت باز در زنجيره DNA براي يك آمينو اسيد در آنزيم رمزگذاري مي‌شوند. به ۳ نوكلئوتيد خطي DNA، كدون يا رمز گفته مي‌شود. چون DNA متشكل از ۴ باز مختلف است و از طرفي هم ۳ باز داخل يك كدون هستند، در نتيجه (۴×۴×۴) ۶۴ حالت الگوي مختلف براي يك كدون وجود دارد. از طرفي هم تنها ۲۰ نوع آمينو اسيد داريم؛ بنابراين  برخي از كدون‌ها، آمينو اسيدهاي يكساني را ترجمه مي‌كنند. افزون بر اين، كدون پايان‌دهنده‌اي هم وجود دارد كه نشان‌دهنده پايان روند ترجمه در ژن است. بنابراين در يك رشته DNA صد تا هزار كدون (۳۰۰ تا ۳ هزار باز) وجود دارد كه آمينواسيدهاي سازنده‌ي يك آنزيم خاص را مشخص مي‌كنند و در آخر هم كدون پايان‌دهنده، پايان روند ترجمه‌ي زنجيره را مشخص مي‌كنند. در ابتداي زنجيره بخشي از بازها به نام پروموتر يا راه‌انداز وجود دارد. پس هر ژن از يك پروموتر، مجموعه‌اي از كدون‌ها براي آمينو اسيدهاي يك آنزيم خاص و يك كدون پايان‌دهنده تشكيل شده است.

سلول براي ساختن يك آنزيم بايد ابتدا ژن داخل DNA را داخل RNA پيام‌رسان رونويسي كند. رونويسي يا فرانويسي توسط آنزيمي به‌ نام RNA پلي‌مراز RNA پلي‌مراز در قسمت پروموتر به رشته DNA متصل مي‌شود، دو رشته DNA را از هم جدا مي‌كند و نسخه مكملي از يكي از رشته‌ها را روي رشته RNA رونويسي مي‌كند. RNA يا ريبونوكلئيك اسيد، بسيار به DNA شبيه است؛ با اين تفاوت كه به‌صورت تك‌رشته‌اي كار مي‌كند (برخلاف DNA كه حالت دو رشته‌اي دارد). بنابراين وظيفه‌ي RNA پلي‌مراز وارد كردن يك نسخه‌ي كپي از ژن موجود در DNA به يك رشته RNA پيام‌رسان (mRNA) است.

سپس رشته mRNA نزد ريبواخبار تخصصي، شايد يكي از جالب‌ترين آنزيم‌هاي طبيعت، مي‌رود. ريبواخبار تخصصي به اولين كدون موجود در رشته RNA پيام‌رسان نگاهي مي‌اندازد، آمينو اسيد مناسب آن كدون را پيدا مي‌كند، آن را نگه مي‌دارد، سپس سراغ كدون بعدي مي‌رود، آمينو اسيد مناسب آن را هم پيدا مي‌كند و به اولين آمينو اسيد قبلي وصل مي‌كند، سپس سومين كدون را پيدا مي‌كند و اين روند تا آخر همين‌طور ادامه پيدا مي‌كند. ريبواخبار تخصصي وقتي به آخرين كدون (كدون پايان‌دهنده) رسيد، زنجيره‌ي نهايي را آزاد مي‌كند. زنجيره‌ي طولاني آمينو اسيد هم خودش يك نوع آنزيم است؛ بنابراين شكل خاصي به‌خود مي‌گيرد و واكنش‌هاي خاص خود در سلول را انجام مي‌دهد.

وظيفه دشوار

مشخصا فرايند بالا، اصلا ساده نيست. يك ريبواخبار تخصصي، ساختاري بسيار پيچيده از آنزيم‌ها است و RNA ريبواخبار تخصصيي (rRNA) به‌شكل يك ماشين مولكولي بزرگ درمي‌آيد. ريبواخبار تخصصي با كمك ATP تعاملات خود را با RNA پيام‌رسان انجام مي‌دهد. همچنين RNA حامل يا tRNA هم به ريبواخبار تخصصي كمك مي‌كند. tRNA يك مجموعه‌ي ۲۰ مولكولي است كه مانند يك حامل، ۲۰ آمينو اسيد مختلف را انتقال مي‌دهد. وقتي ريبواخبار تخصصي به‌سمت كدون بعدي حركت مي‌كند، مولكول tRNA صحيح، كار را با قرار دادن آمينو اسيد مناسب تكميل مي‌كند. ريبواخبار تخصصي ، آمينو اسيد را از tRNA مي‌گيرد و آن را در زنجيره‌ي آنزيم قرار مي‌دهد؛ سپس مولكول خالي tRNA را خارج مي‌كند تا بتواند آمينو اسيد صحيح بعدي را دريافت كند.

همان‌طور كه مي‌دانيد، داخل هر سلول فرآيندهاي مختلفي براي زنده نگه داشتن سلول انجام مي‌شود كه عبارت‌اند از:

سيتوپلاسم هر سلول پر از ريبواخبار تخصصي، RNA پلي‌مراز، RNA، mRNA و آنزيم است كه همه‌ي آن‌ها بدون وابستگي به يكديگر واكنش‌شان را انجام مي‌دهند.

تا زماني كه آنزيم‌هاي داخل سلول به فعاليت خود ادامه دهند و همه‌ي آنزيم‌هاي ضروري در سلول وجود داشته باشند، سلول زنده مي‌ماند. نكته جانبي جالب اينكه اگر مقداري از سلول‌هاي مخمر را برداريم و با آن‌ها درست رفتار نكنيم (مثلا آن‌ها را داخل مخلوط‌كن بريزيم) تا آنزيم آزاد كنند، آن‌ها باز هم همان‌ كارهاي سلول‌هاي مخمر زنده را براي مدتي انجام خواهند داد (مثلا از قند، كربن‌دي‌اكسيد و الكل توليد خواهند كرد). اما اگر سلول‌ها ديگر فعال نباشند و درنتيجه مرده باشند، ديگر آنزيم جديدي توليد نخواهند كرد و وقتي آنريم‌هاي موجود تمام شوند، كل مجموعه از كار خواهد افتاد.

توليد مثل

يكي از نشانه‌هاي تمامي موجودات زنده توانايي آن‌ها در توليد مثل است. توليد مثل باكتري، يك رفتار آنزيمي ديگر است. آنزيمي به نام DNA پلي‌مراز به‌همراه چندين آنزيم ديگر رشته DNA را تكثير مي‌كنند. به عبارت ديگر، DNA پلي‌مراز، دو رشته‌ي DNA را باز مي‌كند و دو رشته جديد براي هر كدام مي‌سازد. وقتي DNA به آخر چرخه توليد رشته جديد رسيد، دو نسخه كپي از چرخه وارد سلول باكتري e coli مي‌شوند. سلول خودش را به دو نيم تبديل مي‌كند به‌گونه‌اي كه هر DNA وارد يك سلول شود.

هر سلول e coli مي‌تواند در شرايط مناسب، در هر ۲۰ الي ۳۰ دقيقه اين‌گونه تقسيم شود. روند آنزيمي رشد سلول، تكثير DNA و تقسيم شدن آن مي‌تواند بسيار سريع رخ دهد.

سموم و آنتي‌بيوتيك‌ها

اكنون مي‌‌دانيد كه زندگي سلول‌ها به آنزيم‌هاي شناور در سيتوپلاسم وابسته است. بسياري از سموم، تعادل آنزيم‌هاي سلول را به هم مي‌زنند و اين‌گونه باعث مرگ سلول‌ها مي‌شوند.

به‌عنوان مثال، سم ديفتري ريبواخبار تخصصي‌هاي سلول را از كار مي‌اندازد و نمي‌گذارد كه آن‌ها به‌سمت رشته‌ي mRNA بروند. سم موجود در قارچ كلاهك مرگ، RNA پلي‌مراز را از كار مي‌اندازد و رونويسي DNA را متوقف مي‌كند. همان‌طور كه ديديد در هر دو نمونه توليد آنزيم‌هاي جديد متوقف مي‌شود و سلول تحت تأثير سم، ديگر نمي‌تواند رشد يا توليد مثل كند.

آنتي‌بيوتيك سمي است كه براي از بين بردن سلول‌هاي باكتريايي بدون آسيب زدن به سلول‌هاي بدن انسان مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تمامي آنتي‌بيوتيك‌ها واكنش مختلفي نسبت‌به سلول‌هاي بدن انسان در مقابل سلول‌هاي باكتريايي دارند؛ چون اين دو خودشان با هم فرق دارند. اگر سمي وجود داشته باشد كه بتواند به‌عنوان مثال روي ريبواخبار تخصصي باكتري e coli تأثير بگذارد؛ ولي روي ريبواخبار تخصصي سلول بدن انسان بي‌تأثير باشد، مي‌تواند آنتي‌بيوتيك خوبي باشد. استرپتومايسين آنتي‌بيوتيكي است كه همين‌گونه رفتار مي‌كند.

پني‌سيلين يكي از اولين آنتي بيوتيك‌ها بود. پني‌سيلين توانايي باكتري براي ساخت ديواره سلولي را مختل مي‌كند. از آنجايي كه ديواره‌ي سلولي انسان با باكتري‌ها متفاوت است، پني‌سيلين اثر خوبي روي برخي‌از باكتري‌ها دارد و براي سلول‌هاي بدن انسان ضرري ندارد. داروهاي سولفا با مختل كردن آنزيم‌هاي توليد نوكلئوتيد در باكتري و بدون اثر گذاشتن روي سلول‌هاي بدن انسان كار مي‌كنند. باكتري‌ها بدون نوكلئوتيد نمي‌توانند توليد مثل كنند.

همان‌طور كه مي‌بينيد، حتي كشف آنتي‌بيوتيك‌هاي مفيد براي بدن انسان هم با توجه‌به آنزيم‌ها صورت مي‌گيرد. درواقع تفاوت عملكرد آنتي‌بيوتيك روي آنزيم‌هاي بدن انسان و باكتري نشان‌دهنده كيفيت آنتي‌بيوتيك است. آنتي‌بيوتيك خوب بايد بدون اثر گذاشتن روي بدن انسان، باكتري‌ها را از بين ببرد.

اشكال آنتي‌بيوتيك‌ها، از دست دادن ميزان تأثير با گذشت زمان است. باكتري‌ها به‌اندازه‌اي سريع توليد مثل مي‌كنند كه احتمال جهش در آن‌ها بسيار بالا مي‌رود. در بدن ما، ميليون‌ها باكتري توسط آنتي بيوتيك‌ها از بين مي‌روند؛ ولي اگر از اين ميان، تنها يكي از باكتري‌ها جهش پيدا كند و نسبت‌به آنتي‌بيوتيك مقاوم شود، به‌سرعت توليد مثل مي‌كند و مي‌تواند به انسان‌هاي ديگر هم سرايت كند. اكثر بيماري‌هاي باكتريايي به‌دليل جهش و مقاوم شدن باكتري‌ها در مقابل برخي يا همه آنتي‌بيوتيك‌ها هستند.

ويروس‌ها

ويروس‌ها واقعا جالب هستند. اگرچه ويروس‌ها زنده نيستند؛ ولي مي‌توانند با دزديدن سيستم يك سلول زنده، توليدمثل كنند. شما مي‌توانيد در مورد ويروس‌ها بيشتر بخوانيد؛ ولي ما به گفتن چندين نكته اساسي درمورد آن‌ها بسنده مي‌كنيم.

يك ويروس از يك غلاف ويروسي پيچيده‌شده به‌دور يك رشته‌ي DNA يا RNA تشكيل شده است. غلاف و رشته كوتاه DNA ويروس مي‌تواند بسيار ريز باشد (هزاران برابر كوچك‌تر از يك باكتري). غلاف ويروس معمولا داراي شاخك‌هاي حسگري است كه مي‌توانند به خارج يك سلول متصل شوند. زماني‌كه ويروس به سلول بچسبد، DNA ( يا RNA، بستگي‌به نوع ويروس دارد) خودش را داخل سلول تزريق مي‌كند و غلاف را در خارج از سلول رها مي‌كند.

رشته DNA يا RNA ساده‌ترين ويروس‌ها، آزادانه داخل سلول شناور مي‌شود. RNA پلي‌مراز از روي رشته‌ي DNA سلول رونويسي مي‌كند و ريبواخبار تخصصي‌ها هم آنزيم‌هاي مشخص‌شده توسط DNA ويروس را مي‌سازند. آنزيم‌هايي كه DNA ويروس مي‌سازد مي‌توانند غلاف ويروسي جديد و ساير اجزاي ويروس را بسازند. در ويروس‌هاي ساده، غلاف‌ها دور رشته‌هاي DNA مي پيچند. وقتي سلول پر از ذرات ويروسي جديد شد مي‌تركد و ذرات ويروسي را براي حمله‌ جديد به بقيه سلول‌ها آزاد مي‌كند. ويروس‌ها با چنين روشي به‌سرعت توليد مثل مي‌كنند.

در بيشتر مواردي كه بدن با ويروس‌ها مواجه مي‌شود، سيستم ايمني بدن شروع‌به توليد و ترشح پادتن مي‌كند. پادتن‌ها پروتئين‌هايي هستند كه به ذرات ويروس مي‌چسبند و نمي‌گذارند كه آن‌ها به سلول‌هاي جديد بچسبند. سيستم ايمني همچنين مي‌تواند با شناسايي سلول‌هاي آلوده از طريق غلاف ويروسي دور آن‌ها، آن‌ها را از بين ببرد. 

آنتي‌بيوتيك‌ها هيچ اثري روي ويروس‌ها نمي‌گذارند، چراكه ويروس اصلا زنده نيست. درواقع موردي براي كشتن وجود ندارد. ايمن‌سازي بدن در مقابل ويروس‌ها قبل از مواجهه با آن‌ها كاري است كه بايد صورت گيرد. با ايمن‌سازي پيشاپيش، بدن پادتن‌هاي مورد نياز براي ويروس‌هاي خاص را مي‌سازد و به‌محض شناسايي، با آن‌ها مقابله مي‌كند.

بيماري‌هاي ژنتيكي

بسياري از بيماري‌هاي ژنتيكي به‌دليل از دست رفتن يك ژن به‌خاطر يك آنزيم اتفاق مي‌افتند. در اينجا به برخي از اشكالات رايج به‌خاطر از دست رفتن ژن‌ها مي‌پردازيم:

عدم هضم لاكتوز:

عدم توانايي هضم لاكتوز (قند شير) به‌خاطر از دست رفتن ژن لاكتاز اتفاق مي‌افتد. بدون ژن لاكتاز، سلول‌هاي روده آنزيم لاكتازي توليد نمي‌كنند.

آلبينيسم يا زالي:

افراد زال، ژٰن آنزيم تيروزيناز را ندارند. تيروزيناز براي توليد ملانين يا همان رنگدانه‌ي رنگ مو و رنگ چشم ضروري است. بدون تيروزيناز، ملانيني هم در كار نخواهد بود.

فيبروز سيستيك:

در اين بيماري، ژن توليدكننده پروتئيني به‌ نام تنظيم‌كننده‌ي هدايت تراغشايي فيبروز سيستيك ( سي‌اف‌تي‌آر) آسيب مي‌بيند. با استناد به دانشنامه بريتانيكا: نقص (يا جهش) در ژن كرومواخبار تخصصي ۷ بيمار فيبروز سيستيك باعث توليد پروتئيني مي‌شود كه فاقد آمينو اسيد متخصصل‌آلانين است. پروتئين ناقص تاحدودي حركت نمك و آب در غشاي ريه‌ها و شكم را مختل مي‌كند؛ درنتيجه مخاط چنين سطوحي بدون آب و چسبنده مي‌شود. مخاط چسبنده و سفت جمع‌شده در ريه‌ها تنفس را اشكال مي‌كند. نتيجه‌ي چنين بيماري‌، عفونت‌هاي تنفسي مزمن است. سرفه‌هاي مزمن، سينه‌پهلوي مكرر و خوب كار نكردن ريه‌ها جزو نشانه‌هاي اين بيماري هستند و اكثرا هم دليل مردن بيماران فيبروز سيستيك محسوب مي‌شوند.

ساير بيماري‌هاي ژنتيكي عبارت‌اند از:

تي‌-سكس: آسيب به ژن آنزيم هگزوزآمينيداز آ كه منجر به تجمع يك ماده شيميايي در مغز و نابودي آن مي‌شود

كم‌خوني داسي‌شكل: رمزگذاري اشتباه ژن توليدكننده هموگلوبين

هموفيلي: فقدان ژن مورد نياز براي عامل لخته خون

ديستروفي ماهيچه‌اي: به‌دليل ژن معيوب كرومواخبار تخصصي ايكس

حدود ۶۰ هزار ژن در ژنوم انسان وجود دارد كه اگر از بالغ بر ۵ هزار تاي آن‌ها تنها يك ژن آسيب ببيند يا از بين برود، بيماري‌هاي ژنتيكي به‌وجود مي‌آيند. جالب است كه آسيب وارد شدن تنها به يك آنزيم سبب بسياري از اشكالات در زندگي مي‌شود.

بيوتكنولوژي

بيوتكنولوژي و مهندسي ژنتيك چيست؟ بيوتكنولوژي سه دستاورد مهم دارد:

توليد باكتريايي موادي مثل اينترفرون انساني، انسولين انساني و هورمون رشد انسان. مثلا باكتري‌هاي ساده‌اي مثل e coli دست‌كاري مي‌شوند تا اين مواد شيميايي مفيد را توليد كنند. باكتري‌هاي e coli در مقادير زياد براي استفاده در پزشكي كشت مي‌شوند. باكتري‌ها همچنين براي توليد تمامي مواد شيميايي ديگر و آنزيم‌ها اصلاح مي‌شوند.

اصلاح گياهان براي تغيير واكنش آن‌ها نسبت‌ به محيط، بيماري يا آفت. به‌عنوان مثال، با اضافه كردن آنزيم كيتيناز به ژنوم گوجه‌فرنگي، اين گياه نسبت‌ به قارچ مقاومت پيدا مي‌كند. كيتيناز باعث شكسته شدن پيوندهاي كيتين مي‌شود. كيتين ماده‌اي است كه ديواره‌ي سلولي قارچ را تشكيل مي‌دهد. آفت‌كش‌ها مي‌توانند تمامي گياهان را از بين ببرند؛ ولي اگر به گياهان زراعي ژن‌هايي براي اصلاح اضافه شود مي‌توانند در برابر آفت‌كش‌ها مقاوم شوند.

شناسايي افراد از طريق DNA آن‌ها. DNA هركسي منحصربه‌فرد است و تنها با گرفتن يك تست ساده از DNA افراد در صحنه‌ي جرم مي‌توان آن‌ها را شناسايي كرد. روند شناسايي از طريق DNA تا حد زيادي مديون اختراع تكنيك واكنش زنجيره‌اي پليمراز (PCR) است. PCR نمونه‌هاي كوچك DNA را دريافت مي‌كند و با ميليون‌ها برابر كردن آن در مدت زماني كم، به شناسايي آن‌ها كمك مي‌كند.

براي درك برخي از تكنيك‌هاي مورد استفاده در بيوتكنولوژي نگاهي‌ به باكتري اصلاح‌شده براي توليد انسولين انساني مي‌اندازيم.

انسولين پروتئين ساده‌اي است كه به‌طور معمول در پانكراس ساخته مي‌شود. پانكراس افرادي كه ديابت دارند، آسيب مي‌بيند و نمي‌تواند انسولين توليد كند. از آنجايي كه وجود انسولين براي پردازش گلوكز بدن حياتي است، اشكال پانكراس اشكالي جدي محسوب مي‌شود. بسياري از بيماران ديابتي بايد روزانه انسولين به خود تزريق كنند. قبل از دهه‌ي ۱۹۸۰، انسولين مورد نياز بيماران ديابتي از خوك‌ها به‌دست مي‌آمد و بسيار گران بود.

براي توليد ارزان انسولين، ژن توليدكننده‌ي آن به ژن‌هاي باكتري e coli اضافه مي‌شود. زماني كه ژن در محل مورد انديشه متخصصين قرار گرفت، سلول e coli اين ژن را مانند ساير آنزيم‌ها توليد مي‌كند. با پرورش تعداد زيادي از باكتري‌هاي اصلاح‌شده و كشتن و باز كردن آن‌ها، انسولين آن‌ها بيرون كشيده شده و تصفيه مي‌شود و اين راه چندان هم گران نيست.

بنابراين راه حل توليد انسولين ارزان، وارد كردن ژن جديد به باكتري است. راحت‌ترين راه براي وارد كردن ژن جديد، وصل كردن آن به پلاسميد (حلقه‌ي كوچكي از DNA كه باكتري‌ها بين همديگر انتقال مي‌دهند) است. دانشمندان ابزار بسيار دقيقي را براي بريدن پلاسميدها و چسباندن ژن‌هاي جديد به آن‌ها توسعه داده‌اند. سپس يك نمونه از باكتري‌ها، به پلاسميد آلوده مي‌شوند و برخي از آن‌ها ژن جديد را وارد DNA خودشان مي‌كنند. پلاسميد حاوي ژني است كه باكتري را در برابر برخي از آنتي‌بيوتيك‌ها مقاوم مي‌كند. وجود چنين ژني براي جدا كردن پلاسميد آلوده از غيرآلوده بسيار مفيد است. با وارد كردن آنتوبيوتيك به نمونه، تمامي سلول‌هايي كه پلاسميد را دريافت نكرده‌اند مي‌ميرند. اكنون رشته جديدي از باكتري‌هاي توليدكننده انسولين وجود دارند كه مي‌توانند مقادير زيادي انسولين توليد كنند.