پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

طرح مولکولی زندگی در DNA داخل ژنوم ذخیره می‌شود. انقلاب دیجیتال در زیست‌شناسی که از کشف توالی DNA به وقوع پیوست، دانشمندان را قادر می‌سازد ژنوم بسیاری از میکروب‌ها و ارگانیسم‌های چند سلولی که در جمعیت‌های زیاد در زمین زندگی می‌کنند را بخوانند .امروزه توالی‌های DNA بیش از ۲۰۰ هزار ژنوم میکروبی در پایگاه داده‌های ژنوم دیجیتال ذخیره شده است و به طور تصاعدی درک از چگونگی برنامه‌های زندگی سامانه‌های DNA را افزایش داده‌اند.

مهندسان زیستی با استفاده از این گنجینه باورنکردنی از بلوک‌های ساختاری مولکولی یاد می‌گیرند که مولکول‌های طولانی DNA را ترسیم و ترکیب کنند و با کمک رایانه، میکروب‌های مفید تولید کنند. بیت کریستن" استاد سامانه‌های آزمایشی زیست شناسی و همکارانش در موسسه ETH زوریخ سوئیس در تحقیق خود از الگوریتم طراحی دیجیتال ژنوم و ترکیب شیمیایی DNA در مقیاس بزرگ برای تولید ژنوم‌های مصنوعی و درک زندگی استفاده کردند. این آزمایشگاه همچنین از سامانه‌ها و رویکردهای زیست شناسی ترکیبی برای تعریف ژن‌های اساسی در بین گونه‌هایی استفاده می‌کند که به عنوان قسمت‌های ژنتیکی برای ساخت ژنوم میکروبی برای برنامه‌های کاربردی در شیمی، پزشکی و کشاورزی پایدار عمل می‌کنند.

این تیم تحقیقاتی موفق به تولید "Caulobacter ethensis-۲.۰" شد که اولین ژنوم کاملاً رایانه‌ای در جهان است. محققان با استفاده از یک باکتری آب شیرین طبیعی به عنوان نقطه شروع، توالی DNA ایده آل برای تولید مواد شیمیایی و ساخت ژنوم با حداقل عملکردهای ضروری را محاسبه کردند. در فرآیند طراحی، بیش از یک ششم از کل ۸۰۰ هزار نویسه DNA در ژنوم مصنوعی جایگزین و کل ژنوم به عنوان یک مولکول بزرگ حلقوی شکل DNA تولید شد.  

در حالی که سلول زنده هنوز وجود ندارد، عملکردهای ژن در کل طراحی ژنوم آزمایش شد. محققان در این آزمایشات دریافتند که تقریباً ۵۸۰ ژن از ۶۸۰ ژن مصنوعی کاربردی هستند و رویکرد تولید ژنوم‌های طراح را وعده می‌دهند. کریستن" به زودی در مورد برنامه‌های احتمالی آینده ساخت ژنوم‌های مصنوعی برای مقاصد صنعتی و پزشکی صحبت خواهد کرد. وی همچنین در مورد لزوم بحث‌های عمیق در جامعه در مورد چالش‌ها و اهداف استفاده از این فناوری و در عین حال در مورد چگونگی جلوگیری از پتانسیل سوء استفاده از آن صحبت خواهد کرد.

Reference:https://www.pnas.org/content/116/16/8070