مهندسی ژنتیک به کوچکترین باکتری مصنوعی جهان جان داد

در یک کشف بسیار مهم،محققان ژاپنی در دانشگاه متروپولیتن اوزاکا یک باکتری را به عنوان کوچکترین شکل حیات متحرک مهندسی کردند.

به گزارش تکناک، آنها هفت پروتئین باکتریایی را وارد یک باکتری مصنوعی کردند و به آنها اجازه دادند بطور مستقل حرکت کنند.این تحقیق درک بهتری از تکامل و منشاء حرکت ارائه می دهد.

ظهور زیست شناسی مصنوعی

مطالعه جدید مبتنی بر باکتری مصنوعی به نام syn-3 است.این باکتری های کروی کوچک حاوی کمترین اطلاعات ژنتیکی هستند و به آنها اجازه رشد و تقسیم بدون تحرک داده شده است.

این تیم تحقیقاتی آزمایش اش بر روی syn-3 را با معرفی هفت ژن که برای پروتئین‌هایی که احتمالاً در شنای باکتری‌های اسپیروپلاسما نقش دارند،انجام داد. اسپیروپلاسما یک باکتری طبیعی کوچک به شکل مارپیچ بلند است.این باکتری با معکوس کردن جهت مارپیچ خود به نوعی شنا می کند.

پس از افزودن این پروتئین‌ها، syn-3 از شکل معمولی گرد خود به شکل مارپیچ مشابه شکل اسپیروپلاسما تغییر کردو اکنون می‌تواند با همان تکنیک باکتری اسپیروپلاسما شنا کند.

پروفسور ماکوتو میاتا، نویسنده ارشد این تحقیق گفت: می‌توان گفت که  syn-3 شناگر ما کوچک‌ترین نمونه ی زندگی متحرک است که خودش به تنهایی می تواند حرکت کند. انتظار می‌رود نتایج این تحقیق چگونگی درک ما از تکامل و منشأ تحرک سلولی را افزایش دهد.

مطالعه کوچک‌ترین باکتری جهان که کوچک‌ترین سیستم عملکردی را دارد می‌تواند برای توسعه حرکت در میکروربات‌های شبیه‌ساز سلول یا سیستم های مبتنی بر پروتئین مورد استفاده قرار گیرد.

محققان همچنین می‌خواستند ببینند که چگونه حالت ترکیب‌های مختلف ژن‌های متحرک روی باکتری‌های مهندسی شده ژنتیکی برای شنا کردن تأثیر می‌گذارد.با انجام این کار،آنها متوجه شدند که فقط حضور دو پروتئین برای تقویت تحرک در syn-3 ضروری است و نشان دهنده این است که احتمالاً بسیاری از پروتئین ها اضافی هستند و یک سیستم حداقلی برای تحرک را نشان می دهند.

اثبات مفهوم

اگرچه این مطالعه در وهله اول برای اثبات مفهوم است،اما این تحقیقات به سوالات اساسی در مورد اولین اشکال حیات و ژنوم های دخیل در تحرک آنها پاسخ می دهد.دویدن،شنا کردن،خزیدن یا حرکت کردن،همه این کارها را می توان به حرکت سلولی مرتبط دانست،اما اینکه این موجودات چگونه با حرکات در طول دوره ی تکاملشان خود را وفق داده اند یک راز حل نشده باقی مانده است.

ممکن است مهندسی ژنتیک به روشن کردن این حوزه از تحقیقات که دانشمندان از آن فرار کرده اند،کمک کند.

پروفسور میاتا گفت: می‌توان گفت که  syn-3 شناگر ما «کوچک‌ترین نمونه ی زندگی متحرک»است که خودش به تنهایی میتواند حرکت کند‌.انتظار می‌رود که نتایج این تحقیق چگونگی درک ما از تکامل و منشأ تحرک سلولی را افزایش دهد.

همچنین این گروه تحقیقاتی بر این باور است که مطالعه این باکتری  به دانشمندان اجازه می دهد ربات های میکرو و نانویی بسازند که برای حرکت کردن به ابتدایی ترین عملکردهای حرکتی نیاز دارند.مطالعه کوچک‌ترین باکتری جهان که کوچک‌ترین سیستم عملکردی را دارد می‌تواند برای توسعه حرکت در میکروربات‌های شبیه‌ساز سلول یا سیستم های مبتنی بر پروتئین مورد استفاده قرار گیرد.

این مطالعه که در مجله ی Scientific Advances منتشر شده است،نتیجه همکاری بین یکی از دانشجوهای فارغ التحصیل به نام هانا کیاما از دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم در دانشگاه اوزاکا سیتی و پروفسور ماکوتو میاتا از دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم در دانشگاه متروپولیتن اوزاکا است.

خلاصه:

تحرک یکی از مهم ترین ویژگی های زندگی است، اما منشا تکامل آن هنوز یه راز است.در این مطالعه، ما به باکتری‌های اسپیرو پلاسما، کومنسال یا انگلی پرداختیم.

این باکتری ها با تغییر مارپیچ یک اسکلت سلولی روبان مانند که شامل شش پروتئین است، شنا می کنند که هر کدام از یک نوکلئوزیداز و اکتین باکتریایی به نام MreB تکامل یافته اند.

ما این پروتئین‌ها را در یک باکتری حداقلی مصنوعی و غیرمتحرک به نام JCVI-syn3B،که ژنوم کاهش‌یافته آن به‌صورت کامپیوتری طراحی و به‌طور شیمیایی سنتز شده،توضیح دادیم.این باکتری مصنوعی حرکت شنا را با ویژگی های شاخص شنای باکتری اسپیروپلاسما نشان داد.

علاوه بر این،ترکیب اسپیروپلاسماهای  MreB4-MreB5 و MreB1-MreB5 به شکل مارپیچ در آمدند و شنا کردند.تمایز و جفت شدن از اکتین های باکتریایی سرچشمه می گیرد و ما یک سیستم حداقلی برای تحرک باکتری های مصنوعی به دست آوردیم.