محققان دانشگاه ییل موفق به ایجاد یک ارگانیسم بازبرنامه‌ریزی‌شده ژنومی با نام "Ochre" شدند که امکان تولید پروتئین‌های مصنوعی با ویژگی‌های جدید را فراهم می‌کند. این دستاورد می‌تواند راه را برای کاربرد‌های نوآورانه در پزشکی، زیست‌فناوری و صنعت هموار کند.
تیم زیست‌شناسی مصنوعی دانشگاه ییل توانست با بازنویسی کد ژنتیکی یک ارگانیسم، نوعی ارگانیسم بازبرنامه‌ریزی‌شده ژنومی (GRO) ایجاد کند که تنها یک کدون توقف دارد. این ارگانیسم بر روی یک پلتفرم سلولی توسعه یافته که امکان تولید دسته‌های جدیدی از پروتئین‌های مصنوعی را فراهم می‌کند. پژوهشگران بر این باورند که این پروتئین‌های مصنوعی قابلیت‌های چشمگیری در حوزه‌های پزشکی و صنعتی خواهند داشت و می‌توانند به پیشرفت‌های قابل‌توجهی در بهبود سلامت انسان و توسعه فناوری‌های زیستی منجر شوند.
پیشرفت بزرگ در بازبرنامه‌ریزی ژنومی
مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Nature منتشر شده است، جزئیات ساخت این ارگانیسم پیشگامانه را توضیح می‌دهد. "Ochre" با فشرده‌سازی کدون‌های اضافی یا تکراری (degenerate codons) به یک کدون واحد، امکان کنترل دقیق‌تر بیان ژنتیکی را فراهم می‌کند. کدون، یک توالی سه‌تایی از نوکلئوتید‌ها در DNA یا RNA است که کد یک اسید آمینه خاص را تعیین می‌کند و به‌عنوان واحد سازنده بیوشیمیایی پروتئین‌ها عمل می‌کند.
فارن ایزاکس، استاد زیست‌شناسی مولکولی، سلولی و رشد در دانشکده پزشکی ییل و مهندسی زیست‌پزشکی در دانشکده علوم و هنر‌های ییل، که یکی از نویسندگان ارشد این مقاله است، گفت: "این پژوهش به ما امکان می‌دهد سؤالات اساسی درباره انعطاف‌پذیری کد‌های ژنتیکی مطرح کنیم. همچنین، نشان می‌دهد که می‌توانیم کد ژنتیکی را مهندسی کنیم تا پروتئین‌ها را با عملکرد‌های چندگانه تجهیز کرده و به عصر جدیدی از زیست‌درمانی‌های برنامه‌پذیر و زیست‌مواد هوشمند وارد شویم. "
ادامه مسیر پیشرفت در بازنویسی ژنتیکی
به گزارش ساینس دیلی، این پیشرفت چشمگیر بر پایه مطالعه‌ای است که تیم تحقیقاتی ییل در سال ۲۰۱۳ در مجله Science منتشر کرد. در آن پژوهش، دانشمندان نخستین ارگانیسم بازبرنامه‌ریزی‌شده ژنومی را معرفی کردند که راهکار‌های جدیدی برای محافظت از ارگانیسم‌های مهندسی‌شده ژنتیکی و تولید پروتئین‌های مصنوعی با شیمی‌های "غیرطبیعی" ارائه می‌داد.
"Ochre" گام مهمی در جهت ایجاد کد ژنتیکی بدون افزونگی در باکتری E. coli محسوب می‌شود که به‌عنوان یک پلتفرم ایده‌آل برای تولید پروتئین‌های مصنوعی با چندین نوع مختلف از اسید‌های آمینه مصنوعی شناخته می‌شود. این دستاورد می‌تواند به تولید زیست‌درمانی‌های برنامه‌پذیر با کاهش ایمنی‌زایی (کاهش پاسخ‌های ایمنی نامطلوب) و یا زیست‌مواد با رسانایی الکتریکی بهبود‌یافته منجر شود.
نتایج این مطالعه حاصل سال‌ها تحقیق در مؤسسه زیست‌شناسی سامانه‌ای ییل در پردیس غربی این دانشگاه است. همکاری میان آزمایشگاه‌های جسی راین‌هارت و فارِن ایزاکس از سال ۲۰۱۰ آغاز شد. ایزاکس که از مدت‌ها پیش به مهندسی ژنوم علاقه داشته، این فرآیند را مشابه طراحی و تغییر ساختار یک ساختمان توسط معمار توصیف می‌کند. در مقابل، راین‌هارت بر پروتئین‌ها تمرکز دارد—نحوه تولید آنها و اینکه چگونه می‌توان شرایط لازم را برای عملکرد‌های جدید آنها فراهم کرد.
راین‌هارت در این‌باره گفت: "ما دریافتیم که مهارت‌های مکملی داریم و هر دو آزمایشگاه مجموعه گسترده‌ای از تخصص و قابلیت‌ها را ارائه می‌دهند. "
ایزاکس نیز درباره آینده این فناوری ابراز امیدواری کرده و آن را دارای "کاربرد‌های بالقوه تحول‌آفرین" می‌داند. یکی از این کاربردها، مهندسی دارو‌های پروتئینی با شیمی‌های مصنوعی است که می‌تواند دفعات تجویز دارو را کاهش داده و پاسخ‌های ایمنی نامطلوب را کنترل کند. تیم تحقیقاتی ییل پیش‌تر در مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۲ نشان داده بود که با استفاده از نسل اول GRO، می‌توان اسید‌های آمینه غیرمعمول را در پروتئین‌ها رمزگذاری کرد تا طول عمر زیست‌درمانی‌ها را به‌صورت دقیق تنظیم کرد.
با توسعه سلول Ochre، این قابلیت‌ها گسترش یافته و امکان تولید زیست‌درمانی‌های چندمنظوره فراهم می‌شود. در حال حاضر، ایزاکس و راین‌هارت به‌عنوان مشاوران علمی شرکت Pear Bio، یک استارتاپ زیست‌فناوری وابسته به دانشگاه ییل، فعالیت می‌کنند. این شرکت در حال تجاری‌سازی فناوری جدید برای توسعه زیست‌درمانی‌های برنامه‌پذیر است.
انتهای پیام/