پایگاه خبری تحلیلی آریا جوان

آخرين مطالب

ساخت اولین ژنوم باکتریایی با استفاده از کامپیوتر فناوري

ساخت اولین ژنوم باکتریایی با استفاده از کامپیوتر

  بزرگنمايي:

آریا جوان - دانشمندان با توسعه‌ی روشی جدید، توانستند اولین ژنوم باکتری را بسازند که الگوریتمی رایانه‌ای آن را کاملا طراحی کرده بود.

به‌لطف تلاش‌های دانشمندان، روشی جدید توسعه داده شده که به‌طرز درخورتوجه‌ای روند تولید مولکول‌های بزرگ DNA را ساده می‌کند که شامل صدها ژن هستند. با استفاه از این روش، آن‌ها اولین ژنوم باکتری را ساختند که الگوریتمی رایانه‌ای آن را کاملا طراحی کرده بود. این روش ظرفیت این را دارد که علم زیست‌فناوری را به‌طورکلی دگرگون کند. همه‌ی توالی‌های ژنوم شناخته‌شده در سراسر جهان در پایگاه داده‌ای متعلق به مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی در ایالات متحده‌ی آمریکا ذخیره می‌شوند. از امروز، این پایگاه داده ورودی جدیدی دارد: کالوباکتر اتنسیس 2.0. این اولین ژنوم تولیدشده‌ی رایانه از اندامگان زنده‌ای است که دانشمندان دانشگاه ETH واقع در زوریخ آن را توسعه داده‌اند. بااین‌حال، باید به این موضوع تأکید شود که ژنوم کالوباکتر اتنسیس 2.0 ازلحاظ فیزیکی به‌شکل مولکول DNA بسیار بزرگی تولید شده است؛ اما اندامگان مرتبط هنوز وجود ندارد. کالوباکتر اتنسیس 2.0 براساس ژنوم باکتری بی‌آزار آب‌شیرینی ساخته شده که روی آن مطالعه شده است. این باکتری که «کالوباکتر کرسنتوس» نام دارد، به‌طور طبیعی در آب چشمه‌ها و رودخانه‌ها و دریاچه‌ها در سراسر دنیا یافت می‌شود. کالوباکتر کرسنتوس باعث ایجاد بیماری نمی‌شود و اندامگان نمونه‌ای است که در آزمایشگاه‌ها برای مطالعه‌ی زندگی باکتری‌ها استفاده می‌شود. ژنوم این باکتری شامل 4,000 ژن است. دانشمندان قبلا نشان دادند تنها 680 مورد از این ژن‌ها برای بقای این‌ گونه در آزمایشگاه ضروری هستند. باکتری‌ها با این مقدار ژنوم حداقلی در شرایط آزمایشگاهی دوام می‌آورند.
کالوباکتر کرسنتوس باکتری بی‌آزاری است که در آب‌های شیرین سرتاسر دنیا یافت می‌شود بیت کریستین، استاد دانشگاه ETH زوریخ و برارش متیاس کریستین، شیمی‌دان دانشگاه ETH زوریخ، حداقل ژنوم کالوباکتر کرسنتوس را به‌عنوان نقطه‌ی شروع در نظر گرفتند. آن‌ها این ژنوم را از خراشی به‌عنوان کروموزومی حلقوی به‌طور شیمیایی سنتز کردند. براساس گزارش رسانه‌ها، سنتز شیمیایی ژنوم باکتری‌ها را 11 سال پیش کریگ ونتر، دانشمند آمریکایی پیش‌گام در علم ژنتیک ، ارائه کرد که نتیجه‌ی 10 سال تلاش 20 نفر دانشمند بود. هزینه این پروژه مبلغی معادل 40 میلیون دلار بوده است. منطقی‌کردن فرایند تولید
درحالی‌که گروه ونتر کپی دقیقی از ژنوم طبیعی ساخته‌اند، پژوهشگران دانشگاه ETH ژنوم خود را با استفاده از الگوریتم کامپیوتری تغییر دادند. انگیزه‌ی آن‌ها برای انجام این کار به دو دسته تقسیم می‌شد: آسان‌ترکردن روند ساخت ژنوم‌ها پاسخ‌ به پرسش‌های بنیادی علم زیست‌شناسی برای ایجاد یک مولکول DNA به بزرگی یک ژنوم باکتری، دانشمندان باید گام‌به‌گام پیش بروند. درباره‌ی ژنوم کالوباکتر، دانشمندان این دانشگاه 236 بخش ژنوم را سنتز کردند که آن‌ها بعدا باهم ترکیب شدند. متیاس کریستین دراین‌باره گفت: سنتز ردن این ژنوم‌ها همیشه آسان نیست. مولکول‌های DNA نه‌تنها این توانایی را دارند که به دیگر مولکول‌های DNA بچسبند؛ بلکه بسته به توالی، آن‌ها همچنین می‌توانند خود را به حلقه‌ها و گره‌هایی متصل کنند که می‌تواند فرایند تولید را مختل یا تولید را غیرممکن کنند. توالی‌های DNA ساده‌شده
برای سنتزکردن بخش‌های ژنوم به ساده‌ترین شکل ممکن و سپس پیونددادن تمام بخش‌ها به‌شیوه‌ای ساده به‌هم، دانشمندان به‌طور کامل توالی ژنوم را بدون تغییر اطلاعات ژنتیکی واقعی در سطح پروتئین ساده کردند. آزادیِ‌عمل فراوانی برای ساده‌سازی ژنوم‌ها وجود دارد؛ زیرا زیست‌شناسی افزونگی‌هایی برای ذخیره‌ی اطلاعات ژنتیکی دارد. به‌عنوان مثال، برای بسیاری از اجزای پروتئین (آمینواسیدها)، دو یا چهار یا حتی بیشتر از این تعداد امکان برای نوشتن اطلاعاتشان در DNA وجود دارد. الگوریتم ارائه‌شده‌ی دانشمندان در دانشگاه ETH زوریخ از این افزونگی کد ژنتیکی استفاده بهینه می‌کند. با استفاده از این الگوریتم، پژوهشگران توالی ایده‌آل DNA را برای سنتزکردن و ساخت ژنوم محاسبه کردند که آن‌ها درنهایت، از آن برای کار خود استفاده کردند. درنتیجه، دانشمندان تعداد زیادی تغییر کوچک را در حداقل ژنوم ایجاد کردند که درمجموع تأثیرگذار هستند: بیش از یک‌ششم از تمام 800,000 حرف DNA در ژنوم مصنوعی در‌مقایسه‌با حداقل ژنوم طبیعی جایگزین شدند. بیت کریستین دراین‌باره گفت: ازطریق این الگوریتم، ژنوم خود را به توالی جدیدی از حروف DNA کاملا بازنویسی کردیم که دیگر مشابه توالی اصلی نیست. باوجوداین، عملکرد زیستی آن در سطح پروتئین یکسان باقی مانده است. مقاله‌های مرتبط:
ساخت یک ژنوم کاملا مصنوعی توسط دانشمندان دانشمندان به‌دنبال ساخت ژنوم‌ های مصنوعی انسان هستند
آزمایش لیتموس برای ژنتیک
ژنوم بازنویسی‌شده از دیدگاه زیست‌شناسی جالب است. بیت کریستین دراین‌باره توضیح داد: روش ما مانند آزمایش لیتموس است برای اینکه ببینیم زیست‌شناسان به‌درستی ژنتیک را درک کرده‌اند یا خیر و به ما این امکان را می‌دهد که شکاف‌های احتمالی در دانش خود را بیابیم. به‌طور طبیعی ژنوم بازنویسی‌شده فقط می‌تواند اطلاعاتی را شامل شود که پژوهشگران درواقع آن‌ها را درک کرده‌اند. اطلاعات اضافی پنهان که ممکن است در توالی DNA وجود داشته باشند و هنوز دانشمندان آن‌ها را نشناخته‌اند، در فرایند ایجاد این کد جدید در نظر گرفته نشده‌اند. برای اهداف پژوهشی دانشمندان گونه‌ای از باکتری‌ها را تولید کردند که ژنوم طبیعی کالوباکتر و نیز بخش‌هایی از ژنوم مصنوعی جدید را شامل می‌شد. پژوهشگران با خاموش‌کردن ژن‌های طبیعی خاصی در این باکتری توانستند عملکرد ژن‌های مصنوعی را آزمایش کنند. آن‌ها هرکدام از این ژن‌های مصنوعی را در فرایندی چندمرحله‌ای آزمایش کردند. در این آزمایش‌ها، پژوهشگران دریافتند فقط 580 ژن از 680 ژن مصنوعی عملکرد مناسبی دارند. بیت کریستین دراین‌‌زمینه گفت: با دانشی که در این حوزه به‌دست آوردیم، برای ما امکان‌پذیر خواهد بود الگوریتم خود را بهبود ببخشیم و نسخه سوم ژنوم‌هایی با عملکرد کامل را توسعه دهیم. ظرفیت بسیار فراوان برای بیوتکنولوژی
متیاس کریستین گفت: اگرچه نسخه فعلی ژنوم هنوز بی‌نقص و کامل نیست، کار ما نشان می‌دهد سیستم‌های بیولوژیکی به روشی ساده ساخته می‌شوند که در آینده، قادر خواهیم بود باتوجه‌به اهدافمان، مشخصات دلخواهمان را روی کامپیوتر طراحی کنیم و سپس، آن‌ها را بسازیم. توسعه‌ی استفاده از این روش نیازمند بحثی عمیق درباره‌ی کاربردها‌ی آن در جامعه است
همان‌طورکه بیت کریستین تأکید کرد، این موضوع می‌تواند با روشی نسبتا ساده انجام شود: آنچه با روش کریگ ونتر 10 سال طول کشید، گروه کوچک ما با این فناوری جدید توانست در مدت یک سال به آن دست یابد که هزینه‌ای معادل 120,000 فرانک سوئیس داشت. ما باور داریم ایجاد سلول‌های فعال باکتریایی با چنین ژنومی نیز به‌زودی امکان‌پذیر خواهد بود. چنین توسعه‌ای ممکن است ظرفیت درخورتوجهی داشته باشد. از بین کاربردهای احتمالی آینده‌ی این روش، می‌توان به میکروارگانیسم‌های مصنوعی اشاره کرد که می‌توانند در بیوتکنولوژی برای تولید مولکول‌های پیچیده دارویی فعال یا ویتامین‌ها به‌کار گرفته شوند. همچنین، این فناوری می‌تواند برای تولید همه‌ی میکروارگانیسم‌ها و نه‌تنها کالوباکترها استفاده شود. کاربرد احتمالی دیگر این فناوری، تولید واکسن های DNA خواهد بود. هرچه نتایج این پژوهش و کاربردهای احتمالی آن امیدوارکننده باشد، استفاده از آن نیازمند بحثی عمیق در جامعه درباره‌ی اهداف این فناوری و درعین‌حال، روش‌های پیشگیری از سوءاستفاده‌های احتمالی آن است . بیت کریستین دراین‌باره گفت: هنوز مشخص نیست اولین باکتری با ژنوم مصنوعی چه زمانی تولید خواهد شد؛ اما اکنون واضح است که این باکتری می‌تواند تولید شود. ما باید از این زمان برای بحث‌های متمرکز در میان دانشمندان و نیز در جامعه استفاده کنیم. ما برای شرکت و کمک به ایجاد این بحث با همه‌ی دانشمان آماده‌ایم.





نظرات شما

ارسال دیدگاه

Protected by FormShield

ساير مطالب

نگاهی به کارخانه‌ نوکیا، هر آن‌چه از آینده‌ی تولید انتظار داریم

نگاهی عمیق به آئودی E-Tron

افسانه‌های استارتاپی: نیاز به سرمایه ریسک پذیر

اشتباهات امنیتی جدید فیسبوک، گریبان‌گیر میلیون‌ها کاربر دیگر شد

آشنایی با وبسایت «های‌متال»

رندرهای رسمی گوگل پیکسل 3a و پیکسل 3a XL پیش از موعد رونمایی رویت شد

فروش گلکسی اس 10 طی هفته اول عرضه در آمریکا، رکورد گلکسی اس 9 را شکست

افشای اطلاعات حساس رانندگان یکی از تاکسی‌های اینترنتی ایرانی

میزان فروش آیفون در سه‌ماهه‌ی دوم 2019، کمتر از حدانتظار بوده است

نجات از سیاه‌ چاله؛ امکان‌پذیر، اما خطرناک

هرآنچه درباره استاندارد PCIe 4.0 می‌دانیم

سبک زندگی آینده‌ی سیاره‌ ما را مشخص می‌کند

سوبارو اوتبک مدل 2020 رونمایی شد

دوربین اصلی آیفون 2019 احتمالا به لنز فوق عریض مجهز می‌شود

معرفی کتاب «اول سود» اثر مایک میخالوویچ

خرید گوشی شیائومی در فروشگاه شیراز مارکت

نگاهی عمیق به بی ام و سری 8 کانورتیبل مدل 2019

ساخت کامپیوترهای دوهسته‌ای درون سلول‌های انسانی

همکاری مجدد اپل با کوالکام چه مزایایی برای کاربران دارد؟

مدل 85 اینچ سرفیس هاب 2S مایکروسافت رونمایی شد

دانشمندان مغز خوک‌ها را تا چند ساعت پس از مرگ زنده نگاه داشتند

رزرو هتل قصر طلایی با بیشترین تخفیف در سایت پرشین هتل

حراج فسیل دایناسور تی رکس در eBay، صدای دانشمندان را درآورد

نسل جدید مرسدس بنز GLS معرفی شد

3 موزه مهم ایروان که هر گردشگری در سفر به ارمنستان باید ببیند

استخراج خون از اسبی 42 هزار ساله با هدف شبیه‌سازی آن

گران‌ترین مدل بی ام و سری 7 جدید، 300 هزار دلار قیمت می‌خورد

قیمت فناوری خودران تسلا افزایش می‌یابد

آلودگی هوا چگونه می‌تواند بر سلامت روانی انسان تأثیر بگذارد؟

اپل در حال مذاکره با تامین‌کنندگان حسگر برای خودرو خودران است

فریم نیوز 59: نگاهی به جدیدترین ابعاد از رقابت جدی دیزنی و HBO با نتفلیکس

جزئیات بیشتری از دلایل استعفای بنیان‌گذاران اینستاگرام فاش شد

توانمندسازی تیم‌های تغییرپذیر و تحول‌گرا

کیا هابانیرو در نمایشگاه نیویورک به نمایش گذاشته شد

قیمت رقابتی و تنوع محصولات دیجیتال در فروشگاه بابانو

سفید شدن مرجان‌ها، تهدیدی جدی برای محیط زیست دریا

کسب درآمد 4.5 میلیارد دلاری نتفلیکس با 149 میلیون کاربر

هر آنچه باید درباره‌ مرورگر کرومیوم گوگل بدانید

اپل، حاکم بازار گوشی‌های پریمیوم بر اساس آمار Counterpoint

هر آنچه باید درباره شرکت هواپیمایی ساها بدانید

نمایشگر تاشدنی گلکسی فولد در مواردی، از کار افتاده یا شکسته است

تراشه AMD Gonzalo، در نسل آتی کنسول‌ ایکس باکس و پلی استیشن به‌کار می‌رود

میکروپلاستیک‌ها همراه باد به همه‌جا سفر می‌کنند

کارما پینین فارینا و Revero GT رونمایی شدند

مالن Qiantu K50 رونمایی شد

کارما، رودستر مفهومی و برقی SC1 ویژن را رونمایی کرد

سامسونگ دو گوشی گلکسی A60 و A40s را در چین رونمایی کرد

اسپیس ایکس هسته مرکزی فالکون هوی را در دریا از دست داد

مهندسی بی‌نهایت: شاتل فضایی؛ اولین فضاپیمای چندبارمصرف

قیمت CNG در سال جاری 39 تومان افزایش می‌یابد