دوره کارآموزی سیتوژنتیک و کاریوتایپ

دوره آموزشی کامل سیتوژنتیک ( کارگاه سیتوژنتیک ) از جمله از کشت خون محیطی، هاروست (برداشت)، لام گیری و بندینگ (G- banding)

آزمایشگاه ژنیران با اساتید مجرب خود میزبان شما در دوره آموزشی سیتوژنتیک می باشد:

سیتوژنتیک و کاریوتایپ به معنای مطالعه ساختمان کروموزوم ها می باشد. موجودات زنده همگی بر پایه محتوای ژنومی خود شکل گرفته و صفات مختلف را بروز می دهند. هر تغییری در ژنوم یک موجود زنده به معنای جهش بوده و موجب تغییر کد ژنتیکی ناحیه مورد جهش قرار گرفته میشود.

تغییر در کد ژنتیکی به معنای تغییر در توالی پروتئین تولید شده و در نهایت ممکن است موجب ایجاد یک نقص و یا بیماری ژنتیکی در موجود زنده شود. جهش ها و تغییرات ژنوم انسان می تواند در سطح کروموزوم بوده و یا در سطح چند کد باشند. تغییرات در سطح کروموزومی می توانند ارثی باشند و یا بعد از تولد نوزاد اتفاق بیفتند. علت بسیاری از بیماری های ژنتیکی، اختلال در تعداد و ساختار  کروموزوم ها می باشد.

علم سیتوژنتیک و کاریوتایپ این امکان را فراهم می کند تا با تهیه کاریوتایپ هر یک از کروموزوم ها مورد آنالیز قرار گرفته و بیماری در افراد مشخص شود. همچنین با تهیه کاریوتایپ می توان کروموزوم ها را از نظر تعداد بررسی کرده و جنسیت فرد مورد آزمایش را مشخص نمود. کاریوتایپ بررسی تعداد و ساختار کروموزوم ها می باشد و یکی از روش های تشخیصی مهم در پزشکی  است.

یکی از بخش های آزمایشگاه ژنتیک، بخش سیتوژنتیک است که عموما در این بخش تست کاریوتایپ بر روی سلول های مختلف انسانی (خون، سلول های امنیون، مایع مغز استخوان) و یا بافت انجام می شود. کاریوتایپ یعنی چیدمان کروموزوم ها در کنار هم و مقایسه آن ها با نمونه سالم تا بتوان نقص احتمالی را مشخص نمود.  کاریوتایپ یکی از روش های جالب و مهیج برای بررسی کروموزومی افراد می باشد که دانشجویان ژنتیک بایستی با آن آشنا باشند.

آزمایشگاه ژنیران با برگزاری دوره کارآموزی سیتوژنتیک و کاریوتایپ با حضور کادر متخصص و مجرب در تلاش تکنیک ورزی علاقه مندان در این زمینه می باشد. دوره کارآموزی سیتوژنتیک و کاریوتایپ ۱۴جلسه تئوری و عملی بوده و طی آن دانشجویان و علاقه مندان قادر خواهند بود خود به تنهایی کاریوتایپ تهیه کرده و به آنالیز آن بپردازند.

در دوره کارآموزی سیتوژنتیک و کاریوتایپ ۱۰ جلسه اول کارآموزان سه بار زیرنظر استاد به کشت خون محیطی، هاروست، لام گیری و بندینگ که در نهایت منجر به تهیه کاریوتایپ می شود، می پردازند. در این مرحله عملی ابتدا کار توسط کارشناس به صورت مستقل انجام شده و کارآموزان مشاهده خواهد کرد.

در دور بعد کار به صورت هم زمان توسط کارشناس و کارآموز انجام می شود و در نهایت کار به صورت مستقل  توسط کارآموز تحت نظر کارشناس انجام می style=”text-align: right;”>سپس یک جلسه به بررسی ناهنجاری های کروموزومی اختصاص یافته و جلسات بعدی با آنالیز سیتوژنتیک آشنا می شوند. در کلیه مراحل، کار ابتدا توضیحات تئوری راجع به آن مرحله داده شده و سپس کار به صورت عملی انجام می شود. توجه شود که طی دوره کارآموزی سیتوژنتیک و کاریوتایپ آزمایشگاه ژنیران، فرد مبانی آنالیز را آموخته و برای پیشرفت و یادگیری کامل آنالیز باید به مطالعات بیشتر بعد از دوره بپردازد.

چرا که آنالیز نتایج سیتوژنتیک یکی از سخت ترین مراحل آن بوده و برای یادگیری کامل آن ماه ها زمان لازم است. لذا آزمایشگاه ژنیران سعی بر آن داشته تا طی دوره کارآموزی سیتوژنتیک و کاریوتایپ طی ۳ جلسه مسائل مهم از آنالیز را مطرح کرده و با آموزش الفبای آنالیز علاقه مندان را قادر سازد تا بتوانند به تنهایی مطالعات خود را در زمینه آنالیز ادامه دهند.

باید توجه داشت که سیتوژنتیک و کاریوتایپ یکی از مهم ترین تکنیک های آزمایشگاه های ژنتیک می باشد و تمامی آزمایشگاه های ژنتیک بدون استثناء شامل این بخش می باشند. همچنین سیتوژنتیک یک تکنیک بسیار درآمدزا بوده و بدین ترتیب موجب می گردد دانشجویان با یادگیری مسائل مربوط به سیتوژنتیک و کاریوتایپ، فرصت های شغلی مناسبی را بدست بیاورند.

همچنین متقاضیان دوره کارآموزی سیتوژنتیک و کاریوتایپ پس از گذراندن این دوره، مدرک معتبر دریافت می کنند و این مدرک به عنوان رزومه آن ها محسوب می شود. این مدرک دارای اعتبار کافی جهت ارائه به مراکز و آزمایشگاه های مختلف سیتوژنتیک و همچنین دانشگاه ها به منظور اخذ بورسیه تحصیلی بوده و افراد می توانند با گذراندن دوره سیتوژنتیک و کاریوتایپ، هم از نظر رزومه و هم از نظر عملی، مصاحبه های مورد نظر را با موفقیت پشت سر بگذارند. همچنین با تکنیک ورزی در دوره کارآموزی سیتوژنتیک و کاریوتایپ، قبولی در مقطع دکتری و عبور از مرحله سخت مصاحبه بسیار مرتفع خواهد گشت.

«ژن‌ها مانند یک قصه هستند که DNA زبان بیان این داستان است.» -Sam Kean

با استفاده از بیان نقل قول بالا می‌توان گفت سیتوژنتیک نیز داستان کروموزوم‌ها است و بیان آن با DNA و هیستون‌ها!

به بیان ساده سیتوژنتیک علم مطالعه کروموزوم‌ها از نظر ساختار، موفولوژی، عملکرد و فاکتورهای دیگر است. مطالعه کروموزوم‌های انسانی در تشخیص و پیش‌بینی روند بیماری و نیز در نظارت بر درمان نقش دارد. این بیماری‌ها و اختلالات می‌تواند شامل مواردی باشد که نه تنها توسط متخصصان ژنتیک پزشکی و مشاوران ژنتیک، بلکه توسط متخصصان اطفال، متخصص زنان و زایمان، پریناتولوژیست‌ها، هماتولوژیست‌ها، انکولوژیست‌ها، متخصصین غدد، پاتولوژیست‌ها و اورولوژیست ها مشاهده و تشخیص داده می‌شود .

تعداد کمی از رشته های آزمایشگاهی بالینی تخصصی پتانسیل تأثیرگذاری بر چنین طیف گسترده‌ای از متخصصان پزشکی را دارا می‌باشد، با این حال غالبا سیتوژنتیک کمتر از بسیاری از آزمایش‌های “تخصصی” درک و شناخته شده است.

در عرصه‌ای که تمام تکنولوژی‌ها به ویژه آزمایش‌های بالینی روز به روز اتوماتیک‌تر شده و توسط دستگاه‌های پیشرفته انجام می‌شود، سیتوژنتیک هنوز هم علمی است که با هنر درآمیخته است. چنین هنری در روش‌های کاریوتایپ خون به خوبی مشهود است. با وجود ابداع تکنیک‌های جدید و پیشرفته سیتوژنتیک مولکولی مانند FISH و CGH-array، هنوز در بسیاری از آزمایشگاه‌ها کاریوتایپ سنتی (Conventional Karyotyping) انجام شده و مورد اعتماد متخصصین است.

همینطور کاریوتایپ سنتی جز اساسی‌ترین تکنیک‌هایی است که از متخصص سیتوژنتیک انتظار می‌رود در آن مهارت لازم را داشته باشد. چرا که در تکنیک‌های پیشرفته‌ای چون FISH نیز انتظار می‌رود تا کارشناس بتواند سلول‌ها را به خوبی کشت داده و کروموزوم‌های آن را برای انجام مابقی مراحل تهیه و آماده کند.

تاریخچه

گیاه‌شناس سوئیسی به اسم ناگلی در دهه 1840 اولین کسی بود که ساختارهای رشته‌ای شکل را درون هسته سلول‌های گیاهی مشاهده و توصیف کرد و آن‌‌ها را “سیتوبلاست‌های گذرا” نام نهاد، که امروزه ما آن را به اسم “کروموزوم” می‌شناسیم. اما شروع علم سیتوژنتیک انسانی به سیتولوژیست اتریشی و پرفسور آناتومی به نام Walter Flemming نسبت داده شده است. وی اولین کسی بود که در سال 1882 نخستین تصویر کروموزوم‌های انسان را منتشر کرد. پرفسور Flemming قسمت رنگ‌پذیر هسته را کروماتین نامید و برای اولین بار از واژه میتوز استفاده کرد.

بعدها در سال 1888، Waldeyer اصطلاح کروموزوم را از دو واژه‌ی یونانی به معنی اجسام رنگ شده (کروموز= واژه یونانی به معنی رنگ، زوم= واژه یونانی به معنی اجسام) ساخت. چندین دانشمند برجسته آن زمان شروع به جمع‌بندی این ایده کردند که عوامل تعیین کننده وراثت روی کروموزوم‌ها وجود دارد. پس از “کشف مجدد” وراثت مندلی در سال 1900، Sutton (و به طور مستقل در همان زمان، Boveri) به طور رسمی “نظریه کروموزوم وراثت” را توسعه دادند. Sutton با ترکیب اصول سیتولوژی و ژنتیک، مطالعه کروموزوم‌ها را سیتوژنتیک نام نهاد.

در ابتدا تعیین تعداد دیپلوئید گونه‌های پستانداران دشوار بود، زیرا کروموزوم‌ها به طور فشرده و متمرکز در متافاز‌ قرار داشتند. در دهه 1950 چندین پیشرفت تکنیکی از جمله اضافه کردن کلشیسین جهت توقف سلول‌ها در مرحله متافاز و استفاده از محلول هیپوتونیک در راستای حصول گستره‌های بهتر کروموزومی انجام شد. استفاده از محلول هیپوتونیک، مانند بسیاری از کشفیات مهم، یک خطای کار بوده است. در سال 1952 T.C.Hsu در انتهای مقاله خود اعلام کرد:

بعد از ارسال این مقاله برای چاپ مشخص شد که گستره‌های خوب متافازی در نتیجه یک اشتباه به دست آمده‌اند. قبل از مرحله فیکساتیو، کشت‌ها به جای شستشو در محلول ایزوتونیک سالین، در محلول هیپوتونیک شستشو داده شده‌اند.

در سال 1956 ثابت شد تعداد کروموزوم‌های دیپلوئید انسان 46 است و روش کشت لکوسیت‌های خون محیطی تعریف شده توسط Moorhead et al توسط بسیاری از سیتوژنتیک‌ها اتخاذ شد. تا قبل از این به مدت 30 سال تصور بر آن بود که تعداد دیپلوئید کروموزوم‌های انسانی 48 عدد است. با مشخص شدن تعداد صحیح کروموزوم انسان، امکان توصیف درست تعداد کروموزوم‌های انسان و ناهنجاری‌های کروموزومی ممکن پذیر بود.

این موضوع امکان شناسایی ناهنجاری‌های تعدادی کروموزوم‌ها از جمله تریزومی 21 در سندروم داون، تریزومی 18 در سندروم ادوارد، 47,XXY در سندروم کلاین فلتر، 45,X در سندروم ترنر، تریزومی 13 در سندروم پاتو و نیز کروموزوم فیلادلفیا در بیمار مبتلا به سرطان خون میلوئیدی را فراهم کرد. در حقیقت در سال 1973 Janet Rowley بود که عنوان کرد “کروموزوم فیلادلفیا” در واقع نتیجه یک جابه‌جایی بین کروموزوم‌های 9 و 22 است. در همان سال جابه‌جایی (21؛8) در بیماری AML شناسایی شد.

به این ترتیب ارتباط بین کروموزوم‌ها و سرطان برای همگان مشهود شد. بعدها گزارش شد که از سلول‌های کشت شده از مایع آمنیوتیک می توان برای تعیین محتوای کروموزوم جنین جهت بررسی سلامت جنین استفاده کرد. در سال 1960 کروموزوم‌ها بر اساس گروه‌بندی Denver به 7 گروه تقسیم‌بندی شدند.

مدت زمان زیادی نیست که تصور می‌شد انسان‌ها حاوی 48 عدد کروموزوم هستند. تصور کاربردهای بالینی و تحقیقاتی چنین گسترده‌ای برای پیشگامان علم سیتوژنتیک می‌توانست جقدر هیجان‌انگیز باشد. اما شاید هیجان‌انگیزتر از آن چیزی است که در آینده در پیش رو داریم.

سلول:

سلول واحد پایه زندگی است. سلول ساده‌ترین ساختاری زیستی است که قادر است به طور مستقل به صورت زنده وجود داشته باشد. سلول‌های پروکاریوتی مانند باکتری فافد هسته هستند و مواد ژنتیکی آنان به صورت آزاد درون سیتوپلاسم وجود دارد. در حالی که مواد ژنتیکی سلول‌های یوکاریوتی درون هسته‌ی سلول قرار دارند. واژه یوکاریوت (Eukaryote) از دو واژه یونانی eu به معنای حقیقی و karyon به معنای هسته تشکیل شده است. تمام سلول‌های یوکاریوتی در برخی از مراحل حیات خود دارای هسته می‌باشند. هسته حاوی غشای هسته‌ای، کروماتین و هستک می‌باشد.

سازمان‌دهی DNA:

کروماتین انسانی از یک مولکول پیوسته DNA، پروتئین‌های هیستونی و غیرهسیتونی تشکیل شده است. مولکول DNA یک سلول دیپلوئید انسانی به صورت آزاد و غیرفشرده طولی معادل 2 متر دارد. جهت قرار گرفتن چنین طولی از ملکول DNA در ساختار کوچکی چون هسته، DNA باید به میزان زیادی متراکم و فشرده شود.

در همین راستا چندین سطح «بسته‌بندی» DNA وجود دارد. اولین سطح از تراکم خود ساختار مارپیچی DNA می‌باشد. مرحله بعدی فشردگی توسط پروتئین‌های هیستونی انجام می‌شود بدین گونه که با اتصال دو مولکول از هر یک از هیستون‌های H2A، H2B، H3 و H4، اکتامر تشکیل شده و مارپیچ مولکول DNA دو بار به دوراین اکتامر می‌پیچد. ساختار nm10 ایجاد شده نوکلئوزوم نام دارد و ساختار اضلی کروماتین می‌باشد. پروتئین H1 مانند یک رابط نوکلئوزوم‌ها را کنار یکدیگر قرار می‌دهد.

با تابندگی بیشتر نوکلئوزوم‌ها، ساختار nm30 به نام سلنوئید ایجاد می‌شود. هر دور از ساختار سلنوئید حدود 6 نوکلئوزوم را شامل می‌شود. سلنوئیدها به صورت دمین‌های حلقوی DNA که به پروتئین‌های غیرهیستونی ماتریکس متصل هستند، بسته‌بندی می‌شوند. نقاط اتصال هر حلقه در طول DNA ثابت است. این دمین‌های حلقوی نیز به هم پیچیده و واحدهای بسیار فشره‌ای تحت عنوان کروموزوم (nm1400) را به وجود می‌آورند که تنها در طی تقسیم سلولی با میکروسکوپ نوری قابل رویت می‌باشند. کروموزوم‌ها در متافاز میتوزی به متراکم‌ترین حالت خود می‌رسند.

ساختار کروموزوم:

هر کروموزوم از دو کروماتید خواهری و هر کروماتید از دو رشته DNA فشرده و متراکم تشکیل شده است. سانترومر، تلومر و نواحی سازمان دهنده هستک (Nucleus Organiying Region=NOR) بخش‌های دیگر کروموزوم هستند.

ساختار حیاتی برای حفظ تعادل کروموزومی ارگانیسم سانتروم می‌باشد. کروموزوم‌های انسانی تنها یک سانتروم دارند (مونوسنتریک) و بر اساس جایگاه قرارگیری سانترومر کروموزوم‌های انسانی در سه گروه متاسانتریک، ساب‌متاسانتریک و آکروسانتریک طبقه‌بندی می‌شوند. در کروموزوم‌های متاسانتریک سانتروم درست در وسط کروموزوم قرار دارد و طول بازوی کوتاه (p) با بازوی بلند (q)  برابر است.

در کروموزوم آکروسانتریک، سانترومر در انتهای کروموزوم قرار دارد. سانترومر کروموزوم‌های ساب‌متاسانتریک نه در وسط قرار دارند و نه در انتها. اهمیت سانترومرها علاوه بر نقش داشتن‌شان در بقای سلول، تقریباً در هر جنبه‌ای از نامگذاری ISCN مهم و حیاتی است. به بیان ساده، تعداد ساختارهای مستقل سانترومری در یک سلول، تعیین کننده‌ی تعداد کل کروموزوم‌های آن سلول است.

تلومر‌ها انتهای فیزیکی کروموزوم‌ها هستند و به عنوان کلاهک محافظ برای آن‌ها عمل می‌کنند. تلومرها به غشای هسته متصل هستند و مانع از ادغام انتهاهای کروموزوم‌ها و تجزیه DNA بعد از شکست کروموزوم می‌شوند.

یادگیری شناسایی کروموزوم‌های انسانی با G- بندینگ برای تکنسین‌های سیتوژنتیک بالینی و تحقیقاتی مفید و در بعضی موارد ضروری است. قبل از توسعه روش‌های بندینگ، کروموزوم‌ها بر اساس اندازه و نسبت طول بازوهایشان شناسایی می‌شدند. آنها از نظر اندازه و مورفولوژی به گروه‌های A تا G طبقه‌بندی شدند. از آنجا که این طبقه‌بندی‌ها هنوز می‌توانند برای شناسایی کروموزوم مفید باشند، حتی با توسعه بیشتر الگوهای بندینگ کروموزوم، در کاریوگرام‌ها به عنوان استاندارد بین المللی برای کاریوتایپینگ حفظ شده‌اند.

ISCN:

حروف ISCN مخفف عبارت International System for Human Cytogenomic Nomenclature به معنی سیستم بین‌المللی برای نامگذاری سیتوژنوم انسانی است. به بیان ساده ISCN کتاب آموزش و راهنمای خوانش و گزارش‌ نویسی مشاهدات کروموزومی در علم سیتوژنتیک می‌باشد و اولین بار در کنفرانسی در دنور در سال 1960 مطرح و معرفی شد.

رنگ‌آمیزی:

کروموزوم‌ها در حالت طبیعی خود فاقد رنگ هستند و فقط در زیر میکروسکوپ نوری مجهز به قابلیت فاز کنتراست قابل مشاهده هستند. به همین دلیل، روش‌های رنگ‌آمیزی زیادی برای کمک به تجسم کروموزوم‌ها معرفی شده است. روش‌های بندینگ را می‌توان در دو گروه اصلی تقسیم‌بندی کرد: 1) روش‌های بندینگی که بندهای باریک و متفاوتی در طول تمام کروموزوم ایجاد می‌کند مانند روش‌های بندینگ G، Q و R. 2) روش‌های بندینگی که بند یا ناحیه خاصی از چند یا تمام کروموزوم‌ها را رنگ می‌کند از جمله این روش‌‌ها می‌توان به C و NOR اشاره کرد.

رایج‌ترین روش بندینگ در اکثر آزمایشگاه روش G-بندینگ است که در آن بخش‌های متراکم‌تر DNA توسط زنگ گیمسا رنگ می‌گیرند.

جدولی از تاریخچه سیتوژنتیک:

References

Sharma, T. (ed.) (1990). Trends in Chromosome Research. Narosa Publishing House, New Delhi

Zakian, V.A. (1989) Structure and function of telomeres. Annu. Rev. Genet. 23, 579–604.

Hsu, T.C. (1979) Human and Mammalian Cytogenetics: An Historical Perspective. Springer-Verlag, New York.

Willard, H.F. (1990) Centromeres of mammalian chromosomes. Trends Genet. 6, 410–416.

Therman, E. and Susman, M. (1993) Human Chromosomes: Structure, Behavior, and Effects. Springler-Verlag, New York.

Barch M.J., Knutsen T., and Spurbeck J.L. (eds.) (1997) The AGT Cytogenetic Laboratory Manual. Raven-Lippincott, Philadelphia.

https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4419-1688-4