اصلاح چند میلیون قطعه دی‌ان‌ای ممکن شد

 به نقل از اینترستینگ انجینرینگ، ژنوم انسان سه میلیارد جفت باز(base pair) داخل هر سلول دارد. هرچند ابزارهایی مانند کریسپر ادیت ژن و باز اسید نوکلئیک منفرد را متحول کرده اند اما محققان متوجه شده اند تغییر درست بخش های بزرگتر دی ان ای که هزاران یا چند میلیون باز دارند، کار مشکل تری است. جفت‌های باز، نوکلئوتیدهای مکمل هستند که ساختار مارپیچ DNA را تشکیل می‌دهند.

اکنون گروهی از محققان ژاپنی به رهبری گائو کایکسیا پژوهشگر ارشد انستیتو ژنتیک و زیست شناسی تکوینی آکادمی علوم چینی یک چالش چند دهه ای در حوزه مهندسی ژنتیک را با ایجاد ابزاری که می تواند به طور دقیق چند میلیون جفت باز دی ان ای را دستکاری کند حل کرده است.

محققان به عنوان بخشی از این تحقیق یک روش اصلاح ژنتیک که متعلق به یک دهه قبل بود را ارتقا دادند تا استفاده از آن بسیار ساده تر و کارآمدتر شود. در این پژوهش که در ژورنال Cell منتشر شده، توضیح داده شده چگونه سیستم های مهندسی کروموزوم قابل برنامه ریزی جدید (PCE) می توانند به طور دقیق بخش های بزرگی از دی ان ای از جمله میلیون ها باز را در جانداران پیشرفته به‌ویژه گیاهان با دقت بالا تغییر دهند.

این دستاورد تحقیق در حوزه هایی که به سرعت توسعه می یابند مانند کشت دانه های کشاورزی و زیست شناسی مصنوعی تحول ایجاد کند. این فناوری با فراهم کردن امکان دستکاری ساختار ژنتیک راه های جدیدی برای بهبود ویژگی های محصول و درمان بیماری های ژنتیکی فراهم می کند. همچنین این روش پیشرفت در حوزه کروموزوم های مصنوعی که پتانسیل عظیمی برای کاربردهای نسل بعدی در زیست‌شناسی سنتزی دارند را تسریع کند.

فرایند مذکور با Cre-Lox یک آنزیم کلیدی در پزشکی زیستی که به طور گسترده برای قرار دادن، معکوس کردن یا جایگزین کردن بخش های بزرگ دی ان ای و اجرای دیگر اصلاحات ژنتیکی به کار می رود، شروع شد. اما این آنزیم با محدودیت هایی روبرو بود. هرچه اندازه قطعه دی ان ای در نظر گرفته شده، بزرگتر باشد، کارآمدی آنزیم کاهش می یابد و گاهی اوقات اسکارهایی به جای می گذارد که فعالیت های ژنتیک بیشتر را پیچیده می کند.

محققان متوجه شدند از آنجا که توالی دی ان ای اصلاح شده را می توان معکوس کرد، تغییرات موقتی هستند. در این مرحله گائو و تیمش روی فناوری های اصلاح ژنتیک به خصوص در حوزه کشاورزی تمرکز کردند. آنها استراتژی های اصلاح را بازطراحی و بهینه کردند تا بر این چالش ها غلبه کنند و همین امر به ایجاد روش های نوینی منجر شد. روش جدید PCE امکان دستکاری دقیق بخش هایی از دی ان ای را با کارآمدی بیش از ۳.۵ برابر ویرایشگر آنزیمی اولیه فراهم کرد و از سوی دیگر اسکار را حذف و ریسک معکوس شدن تغییرات به حداقل رساند.

پیش از این، محققان مجبور بودند هزار بذر را ویرایش کنند تا فقط یکی از آن‌ها دارای ویژگی‌های موردنظر باشد اما اکنون ابزار بهینه شده، این تعداد را به تنها ۱۰۰ بذر کاهش داده و به‌طور چشمگیری حجم کار پژوهشگران را کم کرده است.

منبع:مهر