تکنیک جدید می تواند به دانشمندان کمک کند ژن را فقط در یک روز ایجاد کند

ایجاد یک ژن جدید در یک روز به زودی امکان پذیر خواهد بود، به طوری که یک تکنیک جدید که تقلید کننده نحوه کپی DNA خود DNA است. اگر چه تکنولوژی نیاز به روشن کردن چند مانع دیگر را دارد، روزی می تواند محققان را به سرعت به ژن میکروب ها بازنویسی کند، و آنها را قادر به تولید داروهای جدید و سوخت در پرواز کند.

جورج کلیسون، ژنتیک دانشگاه هاروارد می گوید: “این آینده است، پیشگام فناوری های متعددی برای خواندن و نوشتن DNA برای زیست شناسی مصنوعی است. “این بسیار بزرگ خواهد بود.”

محققان قادر به ساخت DNA از سال 1970 بوده اند. رویکرد سنتی DNA نوکلئوتید ها – نامه های شیمیایی A، G، C و T را می گیرد و آنها را به صورت یک به یک اضافه می کند تا یک زنجیره رشد به نام oligonucleotide یا oligo. اما فرایند که از یک سری از واکنش های آلی سمی استفاده می کند، معمولا آهسته و خطا است، محدود کردن oligos به حدود 200 حرف – کسری کوچکی از هزاران حرف که بیشترین ژن را تشکیل می دهند.

سلول های ما DNA را متفاوت می کنند. انواع آنزیم هایی که پلیمراز نامیده می شوند یک رشته DNA را می خوانند و سپس یک رشته مکمل ایجاد می کنند که به آن متصل می شود. این امر موجب آرام سازی پلیمرازهای جدید برای نوشتن DNA جدید شده است.

در طول دهه، اکثر محققان در یک پلیمر خاص قرار گرفته اند که به نام ترمینال deoxynucleotidyl transferase (TdT) نامیده می شوند، زیرا، بر خلاف دیگر پلیمراز ها، می تواند نوکلئوتید های جدید را به یک رشته oligo بدون پیگیری یک رشته الگو DNA متصل کند. طبیعی TdT این کار را برای نوشتن میلیون ها نسخه جدید از ژن های آنتی بادی ها، که سیستم ایمنی می تواند پس از آن از مهاجمان هدف بگیرد. اما آنزیم طبیعی به طور تصادفی، نامه های جدید DNA را اضافه می کند، نه کنترل دنباله ای دقیق از نامه ها که محققان می خواهند انجام دهند.

دانشمندان سالها تلاش کرده اند تا TdT یک نوکلئوتید را در یک زمان اضافه کنند و قبل از تکرار این روند با نوکلئوتید متفاوت، سباستین پالوک، Ph.D. دانشجویانی که بر روی این پروژه در آزمایشگاه شیمیدان جی کازینگ در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا مشغول به کار بودند. آنها با افزودن گروه های شیمیایی به چهار پایگاه DNA که به عنوان “توقف” سیگنال عمل می کنند آغاز شده است. بنابراین، هنگامی که TdT یک اصلاح A را به یک oligo از هر طول اضافه می کند، می توان از اضافه کردن پایه بعدی جلوگیری کرد. پس از آن oglio پس از تخلیه، شسته شده، و با یک ترکیب دیگر درمان برای قطع کردن گروه مسدود کردن، آماده شدن برای پسوند بعدی.

اما TdT به خوبی با این نوکلئوتیدهای اصلاح شده کار نمی کند. پالوک می گوید “TdT بسیار شگفت انگیز است.” برای مثال یک سیستم مانند یک ساعت برای اضافه کردن هر مبنای اصلاح شده نیاز دارد و بسیار کاربردی است.

پالوک می گوید که او نیز تلاش کرد تا این رویکرد را عملی کند. او می گوید: “من دو سال به این مسیر رفتم.” اما او با دانیل آرلو، یکی از همکاران Ph.D. صحبت کرد. دانش آموز در آزمایشگاه Keasling که در تلاش برای استفاده از آنزیم ها برای سنتز DNA است. در نهایت، این جفت ارزنده به یک رویکرد جدید رسید. آنها با چهار استخر جداگانه برای چهار پایگاه جداگانه شروع می شوند، هر کدام با نسخه هایی از TdT که به A، G، C یا T تقسیم شده اند. برای رشد oligo آنها یک پایگاه از یک استخر اضافه می کنند. پس از TdT پایه را به انتهای الیگو اضافه می کند، باقی می ماند و تمام نسخه های آنزیم را از واکنش با الیگو و گسترش آن جلوگیری می کند. در حال حاضر الیگوس ها تخریب می شوند و از بین می روند. TdT رایگان شسته شده است، و oligo آماده است تا پایه بعدی اضافه شود.

در نهایت، Keasling می گوید که این رویکرد باید ارزان باشد، زیرا TdT آسان ساختن در باکتری ها و مخمر است. این نیز سریع است. بسیاری از نوکلئوتید های جدید در 10 تا 20 ثانیه به الیگو رشد می کنند، Palluk، Arlow، Keasling و همکارانشان امروز در Biotechnology Nature گزارش شده اند. در حال حاضر، مرحله تکان خوردن قوطی هنوز یک دقیقه طول می کشد. بنابراین سنتز یک ژن کل احتمالا بیشتر از یک روز بهتر خواهد شد.

چورچ می گوید که رویکرد جدید کاملا آماده نیست که سنتز DNA متداول را از بین ببرد. تا کنون، گروه الیگا تنها 10 پایگاه طولانی ساخته است. و هنوز چندین مشکل نوشتن وجود دارد، زیرا این رویکرد فقط 98٪ دقیق در نوشتن DNA در دنباله مورد نظر، زیر 99٪ دقت روش سنتی است. پالوک می گوید: “برای اولین تظاهرات خنک است. “اما هنوز کاملا وجود ندارد.”

به منظور نوشتن oligos تا 1000 پایگاه طولانی، این روش احتمالا باید 99.9٪ دقیق باشد. اگر کلیسا می رسد، کلیسا می گوید که این می تواند به جای تغییر دادن تلاش های زیست شناختی مصنوعی برای نوشتن و آزمایش ژن های جدید، بلکه تلاش برای نوشتن کتابخانه های عظیم داده ها در DNA را برای ایجاد یک آرشیو جمع و جور اطلاعاتی از پروژه های غول پیکر مانند به عنوان نظرسنجی های نجوم، که پس از آن می تواند از بین برود و بعدا خوانده شود.

* اصلاحیه، 18 ژوئن، ساعت 3:30 بعد از ظهر: نسخه قبلی این داستان، وابستگی جی کازینگ را نادیده گرفته است. در حالی که او استاد دانشگاه کالیفرنیا، برکلی است، این تحقیق در آزمایشگاه او در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی انجام شده است.

منبع : http://www.sciencemag.org