کد ژنتیکی مخفی

[pourbehesht]

کد ژنتیکی مخفی

دانشمندان به طور معمول به دنبال تغییر برنامه باکتری ها برای تولید پروتئین برای دارو، سوخت های زیستی و... هستند.
تیم تحقیقاتی موسسه Wyss در دانشگاه هاروارد در 26 سپتامبر و درمجله اینترنتی علوم گزارشی را چاپ کرد مبنی بر اینکه کد ژنتیکی مخفی مقدار تولید پروتئین دلخواه در باکتری را کنترل می کند.
این یافته می تواند یک لطف برای بیوتکنولوژیست ها بوده تا بتوانند به کمک زیست شناسان سنتتیک برنامه ریزی باکتری را برای تولید دارو ها و دستگاه های بیولوژیک جدید تغییر دهند.
به گزارش پژوهشکده مجازی بیوتکنولوژی پزشکی، دکتر Sri Kosuri (دانشمند مرکز Wyss)، George Church (عضو هیت علمی مرکز Wyss واستاد ژنتیک دانشکده پزشکی هاروارد) و Daniel Goodman (فارغ التحصیل مرکز Wyss) با ترکیب دستگاه های توالی یابی نسل جدید با سرعت بالا و و فن آوری های سنتز DNA، نشان دادند که استفاده از کلمات نادر (کدونها) در نزدیکی یک ژن موانع تولید پروتئین را حذف می کند.
Kosuri گفت: حالا که متوجه شده ایم چگونه کدونهای نادر بیان ژن راکنترل می کنند، می توانیم چگونگی سنتز ژن ها را پیش بینی کنیم.
یک سلول برای تولید یک پروتئین در ابتدا بایستی نسخه هایی از ژن را ایجاد کند. این نسخه را RNA پیامبر (mRNA) می نامند که از یک رشته خاص از کلمات یا کدون تشکیل یافته است. هر کدون نشان دهنده یکی از 20 نوع اسید آمینه ای است که سلول ها با استفاده از آن پروتئین را بوجود می آورند. اما از آنجا که سلول با استفاده از 61 کدون 20 آمینو اسید را نشان می دهند، بسیاری از کدونها مترادف هستند و اسید آمینه یکسانی را نشان می دهند.
در باکتری هابرخی از لغات از بقیه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند و زیست شناسان مولکولی در طول چند سال گذشته نشان داده اند که کدونهای نادر بیشتر در نزدیکی شروع یک ژن ظاهر می شوند. ژن هایی که توالی آغازین آنها دارای کدون های نادر بیشتری می باشد نسبت به بقیه، پروتئین بیشتری را ایجاد می کنند.
هیچ کس نمی دانست چرا کدونهای نادر اینچنین اثری دارند اما بسیاری از زیست شناسان پیشنهاد دادند که آنها برای دستگاه های مولکولی دخیل در ساخت پروتئین به عنوان یک بزرگراه شیب دار برای ریبوزوم عمل می کنند. با توجه به این ایده که به نام فرضیه رمپ کدون شناخته می شود، ریبوزوم در روی شیب صبر می کند، سپس به آرامی در امتداد بزرگراه mRNA شتاب می گیرد که این کار به سلول این اجازه را می دهد تا پروتئین را با سرعت منطقی بسازد. دیگر زیست شناسان پیشنهاد دادند که کدونهای نادر از طریق مکانیسم های مختلفی کار می کنند. این اعمال عبارتند از تا شدگی mRNA، که می تواند موانعی را برای ریبوزوم ایجاد کند تا بزرگراه را مسدود و تولید پروتئین را آهسته کند.
این سه پژوهشگر برای اینکه مشخص شود کدام ایده درست است، از یک روش چند گانه با سرعت بالا استفاده کردند و آن را در شماره ماه اوت مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم گزارش کردند.
آنها در ابتدا با تولید 14،000 قطعه از DNA به همراه کدونهای مشترک و یا نادر این بررسی را انجام دادندکه چگونه کدونهای نادر ژن ها را فعال می کنند، سپس این قطعات را در نزدیکی شروع ژنی که باعث می شد سلول ها به رنگ سبز در بیاید را بهم وصل کردند و در ادامه هر کدام از این ژن های ترکیبی را در درون باکتریهای مختلف قرار دادند. در مرحله بعد آنها را بر اساس شدت تابش مرتب کرده و سپس این قطعات را برای جستجوی کدون های نادر توالی یابی کردند.
آنها دریافتند که ژن هایی با کدونهای نادر، پروتئین بیشتری می سازند و تغییر در تنها یک کدون می تواند سلول ها را برای 60 برابر پروتئین بیشتر تحریک کند.
گودمن گفت : این یک مزیت بزرگ برای سلول است ، خصوصا زمانی که مقدار زیادی از پروتئین مورد نیاز باشد.
همچنین نتایج با فرضیه کدون سطح شیب دار که پیش بینی می کند کدونهای نادر خودشان (به جای تا شدگی mRNA) تولید پروتئین خود را آهسته می کنند نیز مطابقت دارد. محققان همچنین دریافتند که هر چه mRNA بیشتر تا خورده باشد پروتئین مربوط به آن کمتر تولید می شود (نتیجه ای که این فرضیه را تضعیف می کند).
برای رسیدن به یک نتیجه قطعی، تیم Wyss بیش از 14،000 mRNA را ایجاد و آزمایش کردند. برخی از آنها دارای کدونهای نادر که به خوبی تا نشده بودند و برخی شامل تا خوردگی اما بدون کدون نادر. با اندازه گیری سریع، تولید پروتئین از هر mRNA و تجزیه و تحلیل آماری نتایج، آنها توانستند دو اثر را از هم جدا کنند.
گودمن گفت: نتایج نشان داد که تا شدگی RNA و نه کدونهای نادر، تولید پروتئین راکنترل کرده و دانشمندان می توانند با تغییر تا شدگی تولید پروتئین را افزایش دهند.
روش جدید می تواند به حل و فصل سایر بحث های ناراحت کننده در زیست شناسی مولکولی کمک کند. Church گفت: ترکیب سنتز با توان بالا و توالی یابی نسل جدید به ما این اجازه را داد تا به سوالات پیچیده و بزرگ پاسخ دهیم.
به گفته دکتر Don Ingber (مدیر مالی مرکزWyss) این یافته ها می تواند به دانشمندان در مورد استفاده کدون برای مهندسی باکتری هایی با دقت بیشتر کمک می کند و این کار می تواند منجر به افزایش بهره وری از تولید میکروبی شود که می تواند ارزش تجاری زیادی نیز داشته باشد. آنها همچنین بر ارزش باور نکردنی فن آوری های جدید خودکار تاکید کردند که از بستر زیست شناسی سنتتیک پدید آمده است که ما را نسبت به قبل قادر به سنتز و تجزیه و تحلیل ژن با سرعت بیشتری می کند.


منبع : Vimb