فهرست مطالب
پژوهشگران حسگرهای نورانی ساخته‌اند که بدون اختلال در فرایند ترمیم، شکست DNA را در سلول‌ها و موجودات زنده به صورت لحظه‌ای نشان می‌دهد.
به گزارش سرویس علمی تکناک، DNA ممکن است دچار آسیب‌های شدید موسوم به «شکست دو‌رشته‌ای» شود؛ وضعیتی که در آن هر دو رشته مارپیچ به‌طور هم‌زمان گسسته می‌شوند. این نوع تخریب از خطرناک‌ترین اشکال آسیب ژنتیکی است و بلافاصله مسیرهای پاسخ به آسیب را در سلول فعال می‌کند. از آنجا که ثبات ژنوم همواره در معرض تهدید است، کارکرد درست سامانه‌های ترمیم اهمیت حیاتی دارد و اختلال در آنها می‌تواند زمینه‌ساز بیماری‌ها باشد؛ موضوعی که پژوهشگران را به مطالعه مسیرهای مولکولی ترمیم سوق می‌دهد.
با وجود این، مشاهده مستقیم این فرایند همواره دشوار بوده است، چرا که ابزارهای رایج تنها امکان ثبت تصاویر ایستا را فراهم می‌کردند و فرایند ترمیم را در حالت زنده نشان نمی‌دادند. اکنون دانشمندان دانشگاه اوترخت حسگرهای نورانی تازه‌ای توسعه داده‌اند که محل وقوع شکست‌های DNA را به صورت دقیق آشکار می‌کند. این دستاورد امکان مشاهده زنده آسیب و ترمیم DNA درون سلول را برای نخستین‌بار فراهم کرده است.
برای مطالعه بیشتر: اولین داروی ترمیم کننده DNA در جهان معرفی شد
فرایند شکست و ترمیم DNA
تونکای بائوبک، پژوهشگر اصلی پروژه بیان کرد که این ابزار جدید امکان نگاه کردن به درون سلول را بدون ایجاد مداخله در فرایندهای زیستی فراهم می‌کند. به گفته او، این حسگر تفاوت بنیادینی با ابزارهای پیشین دارد، چرا که از پروتئین‌های طبیعی سلول ساخته شده است و به صورت خودکار روی محل آسیب قرار می‌گیرد و جدا می‌شود. بنابراین آنچه که مشاهده می‌شود بازتاب دقیق رفتار ذاتی سلول است.
این ابزار هم در سلول‌های تثبیت‌شده و هم در سلول‌های زنده قابل استفاده است و نقش جایگزین را برای آنتی‌بادی‌ها در روش‌های استاندارد آزمایشگاهی ایفا می‌کند. پژوهشگران با بهره‌گیری از Cas9 برای ایجاد شکست‌های هدفمند نشان دادند که حسگر قادر است حتی یک شکست منفرد را در نواحی متراکم هتروکروماتین شناسایی کند. موضوعی که آن را به ابزار چندمنظوره‌ای برای مطالعه ترمیم DNA در بسترهای مختلف کروماتینی تبدیل می‌کند.
این حسگر از برچسبی نورانی متصل به دامنه‌ای کوچک از پروتئین سلولی استفاده می‌کند؛ دامنه‌ای که به‌طور سطحی با نشانگر DNA شکسته تماس می‌گیرد و سپس رها می‌شود و به این ترتیب آسیب را بدون اخلال در فرایند ترمیم نمایان می‌کند. پژوهشگران تایید کردند که حسگر جدید هیچ‌گونه اختلالی در ترمیم طبیعی ایجاد نمی‌کند؛ تماس کوتاه آن امکان ردیابی ایمن شکست DNA را در سلول‌های زنده و حتی موجودات زنده فراهم می‌سازد. این قابلیت، ابزار را به روشی قدرتمند برای مشاهده دینامیک آسیب و ترمیم DNA در طول زمان تبدیل کرده است.
از نقشه‌برداری DNA تا شناسایی پروتئین‌ها
تیم پژوهشی در کنار مشاهده فرایند ترمیم در سلول‌های کشت‌شده، حسگر را روی یکی از موجودات مدل رایج، یعنی کرم آزمایش کرد. حسگر در این موجود زنده نیز عملکرد مشابهی ارائه داد و شکست طبیعی DNA را در جریان رشد نشان داد؛ نشانه‌ای روشن از آنکه ابزار ساخته‌شده محدود به سلول‌های آزمایشگاهی نیست و قابلیت ردیابی آسیب DNA را در موجودات زنده نیز دارد.
حتما بخوانید: آمریکا اولین سامانه ذخیره‌سازی مبتنی بر DNA را معرفی کرد
بیشتر بخوانید: کشف «کد هندسی» پنهان در DNA؛ راز حافظه و عملکرد سلول‌ها فاش شد
این حسگر تنها برای مشاهده فرایند ترمیم طراحی نشده است؛ قابلیت اتصال آن به مولکول‌های دیگر امکان نقشه‌برداری دقیق محل وقوع شکست‌ها، شناسایی پروتئین‌هایی که به سرعت به ناحیه آسیب هجوم می‌آورند و حتی جابه‌جایی DNA آسیب‌دیده درون هسته را فراهم می‌کند تا عوامل موثر بر روند ترمیم به صورت مستقیم بررسی شوند. بائوبک با اشاره به روش‌های رایج ارزیابی داروهای ضدسرطان تاکید کرد که این ابزار تازه می‌تواند شیوه‌های پژوهش پزشکی را دگرگون سازد. به گفته او، پژوهشگران بالینی اغلب به آنتی‌بادی‌ها متکی هستند، در حالی که حسگر جدید قادر است این ارزیابی‌ها را ارزان‌تر، سریع‌تر و دقیق‌تر انجام دهد.
این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.
