کشف «کد هندسی» پنهان در DNA؛ راز حافظه و عملکرد سلول‌ها فاش شد

پژوهش جدید دانشگاه نورث‌وسترن نشان می‌دهد که کد هندسی پنهان در ساختار سه‌بعدی DNA، نحوه عملکرد و حافظه سلول‌ها را هدایت می‌کند.

به گزارش تک‌ناک، دانشمندان زبانی تازه در درون ما کشف کرده‌اند؛ زبانی که با حروف شیمیایی DNA نوشته نشده، بلکه در هندسه و پیچ‌و‌تاب‌های خود مولکول زندگی نگاشته شده است. سال‌ها تصور می‌شد که راز حیات در چهار باز شیمیایی A، C، T و G خلاصه می‌شود؛ الفبایی که کد ژنتیکی ما را می‌سازد و داستان وجود ما را می‌نویسد. اما پژوهشی نو از دانشگاه نورث‌وسترن این دیدگاه را دگرگون کرده است.

یافته‌ها نشان می‌دهد که ورای زبان شیمی، زبانی دوم بر پایه هندسه در کار است؛ زبانی که شکل فیزیکی مولکول را به ابزاری برای محاسبه و یادگیری تبدیل می‌کند. این مطالعه به سرپرستی «وادیم بکمن»، مهندس زیست‌پزشکی نشان می‌دهد که ساختار سه‌بعدی DNA دربردارنده «کد هندسی» پیچیده‌ای است؛ نظامی ظریف که به سلول‌ها قدرت تفکر، حافظه و سازگاری می‌بخشد.

بکمن در اظهارات خود گفت: «ما انسان‌ها به جای پیروی از یک سناریوی از پیش تعیین‌شده بر اساس مجموعه دستورهای ژنتیکی ثابت، سیستم‌های محاسباتی زنده‌ای هستیم که میلیون‌ها سال در حال تکامل در پیچیدگی و قدرت بوده‌اند». بکمن، استاد دانشکده مهندسی مک‌کورمیک دانشگاه نورث‌وسترن، این یافته را به کشف «نقشه راه» ژنوم‌ها تشبیه می‌کند؛ نقشه‌ای که آنها را مانند ریزپردازنده‌های زنده عمل‌گرا می‌سازد. تیم پژوهشی او، متشکل از ایگال شلیفر، لوای المصلحا و کایل مک‌کواری، نشان داده‌اند که شکل سه‌بعدی DNA، فقط توالی بازهای آن نیست، بلکه تعیین‌کننده رفتار ژن‌ها است.

کد هندسی پنهان در DNA که حافظه می‌آفریند

در هر سلول، DNA به دامنه‌های بسته‌بندی نانومقیاس تا می‌شود، که گره‌های حافظه فیزیکی ایجاد می‌کنند؛ واحدهایی که قادر به ذخیره و تثبیت فعالیت ژنتیکی هستند. شلیفر گفت: «ما در حال یادگیری خواندن و نوشتن زبان حافظه‌های سلولی هستیم. این گره‌های حافظه، اشیای فیزیکی زنده‌ای هستند که عملکردی مشابه ریزپردازنده‌ها دارند.» این ساختارها تصادفی شکل نگرفته‌اند. به نظر می‌رسد که طبیعت طی میلیون‌ها سال، شکل ژنوم را بهینه کرده است تا ذخیره و بازیابی اطلاعات با بیشترین کارایی انجام شود. این معماری هندسی حتی می‌تواند توضیح دهد که چرا موجودات پیچیده با سرعت شگفت‌آوری تکامل یافته‌اند، که البته با تولید ژن‌های جدید نیست، بلکه با بازآرایی نحوه استفاده از ژن‌های موجود است. بکمن باور دارد که این زبان هندسی می‌تواند پل میان زیست‌شناسی و محاسبات باشد. وی توضیح داد: «با نگاهی به روند طولانی تکامل، حیات به سرعت از موجودات تک‌سلولی به بدن‌های دارای مغز رسیده است. زمانی که دقیق می‌نگریم، قوانین هوش مصنوعی، بازتاب قوانین محاسباتی نهفته در هندسه ژنوم هستند.»

داستان‌هایی که سلول‌ها روایت می‌کنند

این کشف، نحوه نگرش دانشمندان به تکامل و بیماری‌ها را بازتعریف می‌کند. با افزایش سن سلول‌ها، «زبان هندسی» آنها ممکن است دقت خود را از دست بدهد و این فقدان دقت می‌تواند زمینه‌ساز بیماری‌هایی مانند سرطان یا اختلالات عصبی شود. المصلحا عنوان کرد: «به جای پازل واژه‌های ژنتیکی، کد هندسی به سلول‌ها امکان می‌دهد که بافت‌های پیچیده‌ای مانند مغز یا پوست بسازند. اما با گذر زمان، این زبان وفاداری خود را از دست می‌دهد.» درک این کد هندسی پنهان در DNA می‌تواند درهای تازه‌ای برای ترمیم یا بازنویسی حافظه‌های سلولی بگشاید. بکمن تاکید کرد: «گام بعدی، یادگیری کامل اصول مهندسی کد هندسی است تا بتوانیم حافظه‌های سلولی مختل را اصلاح کنیم یا حافظه‌های جدید بسازیم.»

این مطالعه با عنوان «موقعیت‌یابی هندسی اینترون‌ها، بخش‌های بین‌ژن و اگزون‌ها در ژنوم انسان» در ۲۷ اکتبر در نشریه علمی Advanced Science منتشر شده است.