کشف ژن های بیگانه در باکتری ها

محققان کلمبیایی به تازگی کشف کرده‌اند که باکتری‌ها یک سری ژن‌های موقتی و شناور را خارج از ژنوم خود ایجاد می‌کنند، که به شکل عجیبی با زیست‌شناسی بیگانه شباهت دارند و باعث سردرگمی آنها شده است.

به‌ گزارش تک‌ناک، این ژن‌ها به صورت نامتعارفی به باکتری‌ها منتقل می‌شوند و می‌توانند بین گونه‌ها جابه‌جا شوند، که این موضوع نشان‌دهنده یک لایه ناشناخته از زیست‌شناسی میکروبی است. این یافته‌ها ممکن است ژنتیک و ژن درمانی و درک ما از تکامل و تنوع حیات روی زمین را تغییر دهد.

از زمانی که کد ژنتیکی برای اولین بار در دهه 1960 رمزگشایی شد، شناسایی ژن‌های ما مانند یک راز سر به مهر بود. امروزه با تفسیر کروموزوم‌های خود به‌ عنوان توالی‌های خطی حروف (شبیه به جملات یک رمان) می‌توانیم ژن‌های درون ژنوم خود را شناسایی کنیم و متوجه شویم که چگونه تغییرات در کد یک ژن بر سلامت تأثیر می‌گذارد.

تصور می‌شد که این قانون خطی زندگی بر تمام اشکال زندگی از انسان گرفته تا باکتری حاکم است.

اما مطالعه جدید محققان کلمبیایی 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 نیز افزایش می‌دهد.

دکتر ساموئل استرنبرگ که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: «آنچه که این کشف را شگفت‌انگیز می‌کند این است که کروموزوم مجموعه کاملی از دستورالعمل‌ها را دارد که سلول‌ها برای تولید پروتئین از آنها استفاده می‌کنند. اکنون می‌دانیم که حداقل در باکتری‌ها، دستورالعمل‌های دیگری می‌تواند در ژنوم حفظ نشده باشد که با وجود این برای بقای سلول ضروری است.»

زیست‌شناسی بیگانه

چند ماه پیش در مقاله‌ای در مجله نیچر نیوز، دانشمندان این کشف را زیست‌شناسی بیگانه، حیرت‌انگیز و تکان‌دهنده نامیدند.

ویروس‌ها همواره سعی می‌کنند DNA خود را به ژنوم باکتری تزریق نمایند و باکتری‌ها روش‌های حیله‌گری مانند CRISPR را برای دفاع از خود ابداع می‌کنند. بسیاری از مکانیسم‌های دفاعی باکتری‌ها تاکنون ناشناخته باقی مانده است، اما می‌توانند به ابزارهای جدید ویرایش ژنوم منجر شوند.

سیستم دفاعی باکتریایی که استرنبرگ و تانگ برای کاوش انتخاب کردند، یک سیستم عجیب و غریب است. این سیستم شامل یک قطعه RNA با عملکرد ناشناخته و یک رونوشت معکوس برای آنزیمی است که DNA را از یک الگوی RNA سنتز می‌کند. استفن تانگ از نویسندگان اصلی این مقاله بیان کرد: «رایج‌ترین سیستم‌های دفاعی در باکتری‌ها DNA ویروسی ورودی را قطع یا تخریب می‌کنند، بنابراین ما از ایده دفاع از ژنوم با سنتز DNA متحیر شدیم.»

ژن‌های شناور آزاد

تانگ برای یادگیری شیوه عملکرد دفاع عجیب، ابتدا تکنیک جدیدی برای شناسایی DNA تولید شده توسط رونوشت معکوس ایجاد کرد. DNAای که او پیدا کرد طولانی اما تکراری بود و حاوی چندین نسخه از یک توالی کوتاه در مولکول RNA سیستم دفاعی می‌شد.

سپس متوجه شد که این بخش از مولکول RNA به شکل یک حلقه تا می‌شود و رونوشت معکوس بارها در اطراف حلقه حرکت می‌کند تا DNA تکراری را ایجاد نماید.

محققان در ابتدا فکر می‌کردند ممکن است موضوعی در آزمایش‌های آنها اشتباه باشد، یا اینکه آنزیم اشتباه می‌کند و DNA ایجاد شده بی‌معنی است.

تانگ حفاری‌های مبتکرانه‌ای انجام داد و متوجه شد که مولکول DNA یک ژن گذرا، شناور آزاد و کارآمد است.

محققان دریافتند که پروتئین کدگذاری شده توسط این ژن، بخش مهمی از سیستم دفاعی ضدویروسی باکتری است. عفونت ویروسی باعث تولید پروتئینی به نام نئو می‌شود که از تکثیر ویروس و عفونت سلول‌های مجاور جلوگیری می‌کند.

آیا این ژن‌ها در انسان نیز وجود دارند؟

استرنبرگ بر این باور است که اگر ژن‌های خارج کروموزومی مشابه، آزادانه در سلول‌های انسان شناور باشند، این یک کشف شگفت‌انگیز خواهد بود. ممکن است ژن‌ها یا توالی‌هایی از DNA وجود داشته باشد که در هیچ یک از 23 کروموزوم انسانی قرار نگیرند. شاید آنها فقط در محیط‌های خاص، در زمینه‌های رشدی یا ژنتیکی خاص ساخته شده باشند، اما اطلاعات رمزگذاری حیاتی را ارائه می‌دهند که ما برای فیزیولوژی طبیعی خود به آن تکیه می‌کنیم.

محققان اکنون از روش‌های تانگ برای جست‌وجوی ژن‌های خارج کروموزومی انسانی تولید شده توسط رونوشت‌های معکوس استفاده می‌کنند.

هزاران ژن ترانس کریپتاز معکوس در ژنوم انسان وجود دارد و بسیاری از آنها هنوز عملکردهای کشف نشده‌ای دارند. استرنبرگ در این زمینه اعلام کرد: «شکاف قابل‌توجهی وجود دارد که باید پر شود که ممکن است زیست‌شناسی جالب‌تری را نشان دهد.»

منبع ویرایش ژن

اگرچه ژن درمانی‌هایی که از ویرایش CRISPR بهره می‌‌برند و در آزمایش‌های بالینی استفاده می‌شوند، فناوری کاملی نیست.

اما تکنیک‌های جدیدی که CRISPR را با یک رونوشت معکوس ترکیب می‌کنند، به مهندسان حوزه ژنوم قدرت بیشتری می‌دهند. تانگ توضیح داد: «رونوشت معکوس این توانایی را به ما می‌دهد که اطلاعات جدیدی را در نقاطی که CRISPR برش می‌دهد، بنویسیم که CRISPR نمی‌تواند این کار را به تنهایی انجام دهد.»

رونوشت معکوس که پروتئین نئو را ایجاد می‌کند دارای ویژگی‌های خاصی است که امکان دارد آن را به گزینه بهتری برای ویرایش ژنوم در آزمایشگاه و ایجاد ژن درمانی‌های جدید تبدیل کند. به طور قطع ترانس کریپتازهای معکوس اسرارآمیزتری در باکتری‌هایی که منتظر کشف هستند، وجود دارد.

استرنبرگ تأکید کرد: «ما فکر می‌کنیم باکتری‌ها ممکن است گنجینه‌ای از ترانس کریپتازهای معکوس داشته باشند که می‌توانند نقطه شروع مناسبی برای فناوری‌های جدید باشند، البته به شرطی که ما نوع عملکرد آنها را درک کنیم.»

نوشته کشف ژن های بیگانه در باکتری ها اولین بار در تک ناک - اخبار دنیای تکنولوژی. پدیدار شد.