پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

به گزارش روابط عمومی ستاد توسعه فناوری پزشکی بازساختی و سلول بنیادی، یک کشف در باکتری‌ها سؤالات اساسی در مورد ساختار ژنوم انسان ایجاد می‌کند و منبع بالقوه از ابزارها برایدرمان‌های ژنتیکی جدید را آشکار می‌کند.

از آنجایی که کد ژنتیکی برای اولین بار در دهه 1960 رمزگشایی شد، ژن های ما مانند یک کتاب باز به نظر میرسید. 

بر اساس این گزارش، با خواندن و رمزگشایی کروموزوم‌های‌مان به عنوان رشته‌های خطی از حروف، می‌توان ژن‌های موجود در ژنوم را شناسایی کرده و یاد گرفت که چرا تغییرات  در کد یک ژن بر سلامتی تأثیر می‌گذارد.

بر اساس این گزارش، تصور می شد که این قانون خطی زندگیبر همه اشکال زندگی از انسان تا باکتری حاکم است. اما مطالعه جدید محققان کلمبیا نشان می‌دهد که باکتری‌ها این قانون را زیر پا می‌گذارند و می‌توانند ژن‌های شناور، آزاد و زودگذر ایجاد کنند و این احتمال وجود ژن‌های مشابه در خارج از ژنوم ما را افزایش می‌دهد.

ساموئل استرنبرگ، دانشیار بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی در کالج پزشکان و جراحان واگلوس، که این پژوهش را رهبری می‌کرد، می‌گوید: «آنچه این کشف تغییر می‌دهد، این تصور است که کروموزوم یک مجموعه کامل از دستورالعمل‌هایی است که سلول‌ها برای تولید پروتئین استفاده می‌کنند. مااکنون می‌دانیم که حداقل در باکتری‌ها، دستورالعمل‌های دیگری می‌تواند در ژنوم حفظ نشده باشد که با این وجود برای بقای سلول ضروری است.»

باکتری‌ها و ویروس‌های آن‌ها، قرن‌ها درگیر نبرد بوده‌اند، زیرا ویروس‌ها سعی می‌کنند DNA خود را به ژنوم باکتری تزریق کنند و باکتری‌ها روش‌های حیله‌گری (مانند CRISPR) را برای دفاع از خود ابداع می‌کنند. بسیاری از مکانیسم‌های دفاعی باکتری‌ها ناشناخته باقی می‌مانند، اما می‌توانند به ابزارهای جدید ویرایش ژنوم منجر شوند.

بر اساس این گزارش، سیستم دفاعی باکتریایی که استرنبرگ و دانشجوی وی استفان تانگ برای بررسی انتخاب کردند، یک مورد عجیب است: این سیستم شامل یک قطعه RNA با عملکرد ناشناخته و یک ترانس‌کریپتاز معکوس است، آنزیمی که DNA را از یک الگوی RNA سنتز می کند. تانگ می‌گوید: «رایج‌ترین سیستم‌های دفاعی در باکتری‌ها، بریدن یا تجزیهDNA ویروسی ورودی است، بنابراین ما با ایده دفاع از ژنوم با سنتز DNA متحیر شدیم.»

تانگ برای یادگیری نحوه عملکرد این نوع عجیب از دفاع، ابتدا تکنیک جدیدی برای شناسایی DNA تولید شده توسط ترانس‌کریپتاز معکوس ایجاد کرد. DNA ای که او پیدا کرد،طولانی اما حاوی چندین نسخه تکراری از یک توالی کوتاه در مولکول RNA سیستم دفاعی بود.

وی سپس متوجه شد که این بخش از مولکول RNA به شکل یک حلقه تا می‌شود و ترانس‌کریپتاز معکوس بارها در اطراف حلقه حرکت می‌کند تا DNA تکراری را ایجاد کند. استرنبرگ می‌گوید: «این وضعیت شبیه این حالت است که بخواهید از یک کتاب کپی بگیرید، اما دستگاه کپی بارها و بارها شروع به چاپ کردن یک صفحه کند.» محققان در ابتدا فکر می کردند ممکن است چیزی در آزمایش های آنها اشتباه باشد یا اینکه آنزیم اشتباه می کند و DNA ایجاد شده بی معنی است. استرنبرگ می‌گوید: «این لحظه زمانی بود که تانگ حرکت خلاقانه‌ای انجام داد و متوجه شد که مولکول DNA یک ژن گذرا، شناور و کاملاً عملکردی است.»

بر اساس این گزارش، محققان دریافتند پروتئین کدگذاری شده توسط این ژن، بخش مهمی از سیستم دفاعی ضد ویروسی در باکتری است. عفونت ویروسی باعث تولید پروتئینی (محققان آن را Neo نامگذاری کردند) می شود که از تکثیر ویروس و عفونت سلول های مجاور جلوگیری می کند.

استرنبرگ می‌گوید: « اگر ژن‌های مشابه، آزادانه در سلول‌های ارگانیسم‌های پیچیده‌تر شناور باشند، این واقعاً یک کشف تغییردهنده بازی خواهد بود. ممکن است ژن ها یا توالی هایDNA وجود داشته باشند که در هیچ یک از 23 کروموزوم انسانی قرار نگیرند. شاید آنها فقط در محیط های خاص، درزمینه های رشد یا ژنتیکی خاص ساخته شوند، و در عین حال اطلاعات رمزگذاری حیاتی را ارائه می دهند که ما برای فیزیولوژی طبیعی بر آنها تکیه می کنیم.»

آزمایشگاه اکنون از روش‌های تانگ برای جستجوی ژن‌های خارج کروموزومی انسانی تولید شده توسط ترانس‌کریپتاز معکوس استفاده می‌کند. هزاران ژن ترانس کریپتاز معکوس در ژنوم انسان وجود دارد و عملکرد بسیاری از آنها هنوز کشف نشده است. 

اگرچه ژن درمانی هایی که از ابزار ویرایش CRISPR بهره میبرند در مرحله آزمایش های بالینی هستند (سال گذشته، یکی از آن‌ها برای کم‌خونی داسی شکل تایید شد)، اما CRISPR یک فناوری کامل نیست.

بر اساس این گزارش، تکنیک‌های جدیدی که CRISPR را با یک ترانس‌کریپتاز معکوس ترکیب می‌کنند، به مهندسان ژنوم قدرت بیشتری می‌دهند. تانگ می‌گوید: « ترانس‌کریپتاز معکوس به شما این توانایی را می‌دهد که اطلاعات جدیدی را در بخش‌هایی بنویسید که CRISPR آنها را قطع می‌کند، کاری که CRISPR به تنهایی قادر به انجام آن نیست. اما نکته این است که همه از همان ترانس‌کریپتاز معکوسی استفاده می‌کنند که دهه‌ها پیش کشف شد.»

ترانس‌کریپتاز معکوسی که Neo را ایجاد می کند دارای ویژگیهای خاصی است که ممکن است آن را به گزینه بهتری برایویرایش ژنوم در آزمایشگاه و ایجاد ژن درمانی های جدیدتبدیل کند. و ترانس کریپتازهای معکوس اسرارآمیزتری در باکتری‌ها وجود دارند، که منتظر کشف هستند.

استرنبرگ می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم باکتری‌ها ممکن است گنجینه‌ای از ترانس کریپتازهای معکوس داشته باشند که با درک نحوه عملکرد آن‌ها، می‌توانند نقطه شروع مناسبی برای فناوری‌های جدید باشند.»

لینک خبر:

https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240809135927.htm