محققان به‌تازگی از یک سیستم سازنده DNA مصنوعی به نام AEGIS برای طراحی دو نوکلئوتید مصنوعی استفاده کردند که هندسه نوکلئوتیدهای طبیعی را به طور بی عیب و نقصی تقلید می کنند.
به گزارش تکناک، DNA که مولکولی است که اطلاعات ژنتیکی همه موجودات زنده را ذخیره می کند، تنها از چهار حرف شیمیایی یا نوکلئوتید تشکیل شده است. اما اگر بتوانیم حروف بیشتری به این الفبا اضافه کنیم و انواع جدیدی از DNA ایجاد کنیم، چه اتفاقی می‌افتد؟
این کاری است که گروهی از محققان دانشگاه کالیفرنیا انجام داده‌اند. آنها نسخه جدیدی از DNA با شش حرف به جای چهار ابداع کرده‌اند که نشان می‌دهد می‌توان از آن برای ساخت پروتئین‌ها، بلوک‌های سازنده حیات استفاده کرد.
این مطالعه که در مجله Nature Communications منتشر شده است، درهایی را به روی آینده ای باز می کند که در آن پروتئین های سفارشی طراحی شده و کاربردهای بیولوژیکی جدید می توانند به واقعیت تبدیل شوند.
چهار نوکلئوتید
DNA یا همان طرح اولیه زندگی، دستورالعمل های خود را تنها با استفاده از چهار نوکلئوتید که عبارتند از آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G) و سیتوزین (C)، رمزگذاری می کند. این نوکلئوتیدها در پیکربندی های خاصی جفت می شوند و یک مارپیچ دوگانه نمادین را تشکیل می دهند. اما اگر بتوان این الفبا را گسترش داد چه می‌شود؟
دکتر دونگ وانگ، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: زندگی روی زمین به طرز شگفت انگیزی با تنها چهار نوکلئوتید متنوع است، بنابراین تصور کنید که ما با نوکلئوتید بیشتر چه کارهایی می توانیم انجام دهیم.
وی افزود: با گسترش کد ژنتیکی، ما می‌توانیم مولکول‌های جدیدی ایجاد کنیم که قبلاً دیده نشده‌اند و راه‌های جدیدی برای ساخت پروتئین‌ها به‌عنوان روش‌های درمانی کشف کنیم.
وانگ و همکارانش از یک سیستم DNA مصنوعی به نام AEGIS استفاده کردند که مخفف عبارت Artificially Expanded Genetic Information System است.
دکتر وانگ به درستی توضیح می دهد که افزودن حروف کد ژنتیکی، دایره واژگان زندگی را گسترش می دهد و به ما امکان می دهد تا داستان‌های پیچیده تری بنویسیم. پیشرفت گروه او نشان می دهد که سلول ها می توانند به راحتی نوکلئوتیدهای مصنوعی را در دستور العمل DNA بگنجانند.
استفاده از AEGIS
AEGIS دو حرف جدید به الفبای استاندارد DNA اضافه می کند که از آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G) و سیتوزین تشکیل شده است. این حروف به روش خاصی جفت می شوند تا ساختار دو مارپیچ DNA را تشکیل دهند که توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال 1953 کشف شد.
حروف جدید Z و P دارای شکل و اندازه ای مشابه با حروف طبیعی هستند، بنابراین می توانند بدون ایجاد اختلال در هندسه در مارپیچ DNA قرار گیرند. این بدان معنی است که آنزیم هایی که DNA را می خوانند و کپی می کنند، مانند RNA پلیمراز، می توانند DNA AEGIS را درست مانند DNA طبیعی شناسایی و پردازش کنند.
RNA پلیمراز
نکته کلیدی استفاده از این سیستم شبیه‌ساز، تقلید از ماشین آلات طبیعت است. محققان RNA پلیمراز را شناسایی کردند که آنزیمی کلیدی است که DNA را به RNAتبدیل می کند و سپس برای ساخت پروتئین استفاده می شود. آنها دو نوکلئوتید مصنوعی طراحی کردند که به طور بی عیب و نقصی از هندسه نوکلئوتیدهای طبیعی تقلید می کنند. RNA پلیمراز به آسانی این اضافات جدید را هنگام آزمایش پذیرفت و به طور یکپارچه آنها را در رونویسی ادغام کرد.
محققان آزمایش کردند که آیا RNA پلیمراز باکتری می تواند DNA AEGIS را به RNA رونویسی کند یا خیر و به این نتیجه رسیدند که می تواند این کار را با دقت و کارایی بالا انجام دهد.
وانگ می‌گوید: این نشان می‌دهد که ماشین‌های بیولوژیکی چقدر قوی و سازگار هستند. با تقلید از شکل طبیعی DNA، حروف مصنوعی ما می توانند مخفیانه وارد شوند و برای ساخت پروتئین های جدید مورد استفاده قرار گیرند.
این پیشرفت راه را برای احتمالات هیجان انگیز هموار می کند. تصور کنید پروتئین هایی با ویژگی های سفارشی طراحی شده است که قادر به هدف قرار دادن دقیق تومورها برای درمان سرطان یا مهندسی باکتری ها برای سنتز سوخت های زیستی سازگار با محیط زیست هستند. افق‌های وسیع این روش، فراتر از کاربردهای پزشکی و محیطی به علم مواد و حتی زیست‌شناسی مصنوعی می‌رسد.
البته موانع همچنان باقی است. بهینه سازی ترکیب نوکلئوتیدهای جدید، اطمینان از ثبات آنها در ژنوم و رمزگشایی پتانسیل کامل این کد توسعه یافته، زمینه هایی برای اکتشاف بیشتر است و پایه و اساس بازنویسی واژگان ژنتیکی گذاشته شده است.
این کشف نشان دهنده یک جهش مهم در درک ما از نقشه زندگی است. این نوید آغاز عصر جدیدی از طراحی بیولوژیکی دارد که در آن امکانات فقط توسط تخیل ما محدود می شود.
وانگ می گوید: این پروتئین های جدید می توانند در پزشکی، بیوتکنولوژی و مهندسی زیستی کاربرد داشته باشند.
