تاریخ انتشار : ۱۳۹۳/۰۸/۲۶ ساعت ۱۰:۳۶
کد مطلب : ۶۰۸۱۴
توسط محقق ایرانی صورت گرفت
تبدیل باکتری به ضبط صوت ژنومی
گروه فناوری: تیمی از دانشمندان به رهبری فهیم فرزادفرد، دانش آموخته دانشگاه تهران، ژنوم باکتری E. coli (ای‌کولای) را به ابزار ذخیره‌سازی بلندمدت تبدیل کردند.
این حافظه ثابت، قابل‌حذف و قابل‌بازیابی آسان برای کاربردهایی مانند حسگرهای نظارت‌کننده پزشکی و محیطی کارآمد خواهد بود. دستاورد مهندسان دانشگاه ام‌آ‌ی‌تی به رهبری محقق ایرانی، بر بسیاری از محدودیت‌های موجود در ذخیره‌کردن حافظه در ژنوم‌های باکتری غلبه می‌کند. شیوه‌های پیشین نیازمند تعداد زیادی عناصر تنظیم‌کننده ژنتیکی بودند و این موضوع میزان اطلاعات ذخیره‌شده را محدود می‌کرد.
فرزادفرد و همکارانش در واقع یک ضبط صوت ژنومی را طراحی کرده‌اند که امکان نوشتن اطلاعات جدید را در داخل هر نوع توالی دی‌ان‌ای باکتریایی فراهم می‌کند. برای برنامه‌ریزی‌کردن باکتری ای‌کولای جهت ذخیره‌کردن حافظه، تیم این محقق سلول‌هایی را مهندسی کردند که نوعی آنزیم رکومبیناسه (آنزیمی که به ترویج نوترکیبی ژنتیکی می‌پردازد) را تولید می‌کردند.
این آنزیم می‌تواند دی‌ان‌ای یا توالی خاصی از دی‌ان‌ای دارای رشته منفرد را در مکانی مورد هدف قرار دهد. این دی‌ان‌ای فقط زمانی تولید می‌شود که توسط حضور یک مولکول از پیش‌تعیین‌شده یا نوع دیگری از ورودی مانند نور فعال شود.
پس از تولید دی‌ان‌ای، آنزیم رکومبیناسه دی‌ان‌ای را در ژنوم سلول باکتری و در مکانی از پیش‌برنامه‌ریزی‌شده جای می‌دهد. می‌توان این دی‌ان‌ای را در هر جای ژنوم قرار داد و با ضبط‌شدن فرآیند قرارگرفتن آن در معرض مواد شیمیایی، این حافظه برای تمامی عمر جمعیت باکتریایی ذخیره می‌شود و از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌شود.
کاربردهای محیطی برای این نوع سیستم شامل نظارت بر اقیانوس‌ها و سطوح دی‌اکسید‌کربن، اسیدی‌شدن یا آلاینده‌های آن‌ها گزارش شده است. علاوه بر این، باکتری‌ها می‌توانند طوری طراحی شوند که در دستگاه گوارش انسان زندگی کنند و بر مصرف غذا مانند میزان قند یا چربی مصرف‌شده نظارت کنند و التهاب را از بیماری روده بزرگ شناسایی کنند.
این باکتری‌های مهندسی‌شده را می‌توان به عنوان رایانه‌های زیستی نیز به کار برد و از آن‌ها در محاسبات بهره برد که پردازش زیادی را می‌طلبند. کاربرد بالقوه دیگر این دستاورد علمی، مهندسی‌کردن سلول‌های مغزی حیوانات زنده یا سلول‌های انسانی است که در ظرف پتری آزمایشگاه رشد کرده‌اند و این امر امکان رهگیری بیان‌شدن نشانگر بیماری خاصی را می‌دهد که در زمانی خاص فعال است.
موسسه‌های ملی بهداشت، دفتر تحقیقات نیروی دریایی و آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (دارپا) حامیان مالی این پروژه بودند. جزئیات این دستاورد علمی در نشریه Science قابل مشاهده است.
فرزادفرد و همکارانش در واقع یک ضبط صوت ژنومی را طراحی کرده‌اند که امکان نوشتن اطلاعات جدید را در داخل هر نوع توالی دی‌ان‌ای باکتریایی فراهم می‌کند. برای برنامه‌ریزی‌کردن باکتری ای‌کولای جهت ذخیره‌کردن حافظه، تیم این محقق سلول‌هایی را مهندسی کردند که نوعی آنزیم رکومبیناسه (آنزیمی که به ترویج نوترکیبی ژنتیکی می‌پردازد) را تولید می‌کردند.
این آنزیم می‌تواند دی‌ان‌ای یا توالی خاصی از دی‌ان‌ای دارای رشته منفرد را در مکانی مورد هدف قرار دهد. این دی‌ان‌ای فقط زمانی تولید می‌شود که توسط حضور یک مولکول از پیش‌تعیین‌شده یا نوع دیگری از ورودی مانند نور فعال شود.
پس از تولید دی‌ان‌ای، آنزیم رکومبیناسه دی‌ان‌ای را در ژنوم سلول باکتری و در مکانی از پیش‌برنامه‌ریزی‌شده جای می‌دهد. می‌توان این دی‌ان‌ای را در هر جای ژنوم قرار داد و با ضبط‌شدن فرآیند قرارگرفتن آن در معرض مواد شیمیایی، این حافظه برای تمامی عمر جمعیت باکتریایی ذخیره می‌شود و از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌شود.
کاربردهای محیطی برای این نوع سیستم شامل نظارت بر اقیانوس‌ها و سطوح دی‌اکسید‌کربن، اسیدی‌شدن یا آلاینده‌های آن‌ها گزارش شده است. علاوه بر این، باکتری‌ها می‌توانند طوری طراحی شوند که در دستگاه گوارش انسان زندگی کنند و بر مصرف غذا مانند میزان قند یا چربی مصرف‌شده نظارت کنند و التهاب را از بیماری روده بزرگ شناسایی کنند.
این باکتری‌های مهندسی‌شده را می‌توان به عنوان رایانه‌های زیستی نیز به کار برد و از آن‌ها در محاسبات بهره برد که پردازش زیادی را می‌طلبند. کاربرد بالقوه دیگر این دستاورد علمی، مهندسی‌کردن سلول‌های مغزی حیوانات زنده یا سلول‌های انسانی است که در ظرف پتری آزمایشگاه رشد کرده‌اند و این امر امکان رهگیری بیان‌شدن نشانگر بیماری خاصی را می‌دهد که در زمانی خاص فعال است.
موسسه‌های ملی بهداشت، دفتر تحقیقات نیروی دریایی و آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (دارپا) حامیان مالی این پروژه بودند. جزئیات این دستاورد علمی در نشریه Science قابل مشاهده است.
مرجع : ایسنا
