متخصصان تکنولوژی زیستی روشی را ابداع کرده‌اند که بتوانند تاریخچه‌ی پیچیده‌ی موجود در دی ان ای سلول‌های انسانی را ثبت بکنند. این کار به آنان اجازه می‌دهد تا اتفاقات گذشته را ذخیره و بازیابی کنند و کمک شایانی به درک اتفاقاتی که در رشد جنین رخ می‌دهد، خواهد کرد. همچنین تغییرات محیطی و جهش‌های ژنتیکی که منجر به بیماری‌ها می‌شوند نیز بهتر شناسایی خواهند شد.
این سیستم ذخیره حافظه آنالوگ که توسط مهندسان زیستی MIT طراحی شده است، اولین راه برای ثبت مدت زمان و شدت اتفاقات رخ داده در سلول‌های انسانی است که می‌تواند به فهم چگونگی تمایز سلول‌ها نیز کمک کند.
Timothy Lu متخصص مهندسی برق و علوم کامپیوتر و نویسنده ارشد این مقاله که چند روز پیش در Science به صورت آنلاین منتشر شده است:
برای دستیابی به دانش عمیق در زمینه زیست‌شناسی، ما سلول‌های انسانی را طوری مهندسی می‌کنیم که بتوانند گذشته‌ی خود را بر پایه‌ی کد‌های ژنتیکی به ما گزارش دهند. این تکنولوژی باید دید جدیدی از تنظیم ژنتیکی و پیدایش بیماری‌ها به ما ارائه دهد.
حافظه آنالوگ
Lu با همکاری بسیاری از دانشمندان دیگر موفق به ثبت اطلاعات از سلول زنده شدند. این کار با استفاده از آنزیم‌هایی به نام recombinases انجام شد. آن‌ها سلول را طوری برنامه ریزی کردند تا وقتی اتفاق خاصی در آن می افتد، از بخشی از DNA خود پرش کند؛ این اتفاق می‌تواند شامل قرار گرفتن در معرض یک ماده شیمیایی خاص باشد. اگرچه با این روش نمی‌توان کیفیت اتفاق مورد نظر را فهمید ولی اصل اتفاق افتاده روشن می‌شود.
این محققان و محققانی دیگر قبل از این نیز موفق به اجرای این روش در باکتری‌ها شده بودند ولی این تیم تحقیقاتی، برای اولین بار این روش را روی سلول‌های انسانی پیاده کرده‌اند. شیوه جدید MIT بر پایه‌ی سیستم اصلاح ژنوم است که به CRISPR معروف است و شامل آنزیم برش‌دهنده‌ی DNA (Cas9) و رشته کوتاه RNAای می‌باشد که آنزیم را به محل مشخصی از ژنوم هدایت می‌کند تا در آن‌جا برش را انجام دهد.
محققان تصمیم گرفتند از روش توضیح داده شده برای ذخیره حافظه استفاده کنند. در باکتری‌ها که از این روش استفاده شده، سیستم، آلودگی‌های ویروسی گذشته آن را ثبت کرده بود تا بتواند دوباره آن‌ها را شناسایی کند.
وقتی از این روش برای اصلاح ژنوم استفاده می‌شود، محققان رشته‌ی RNAای را می‌سازند تا با قسمت خاصی از ژنوم سلول میزبان جفت و جور شود. برای کد کردن حافظه سلول، تیم MIT از روشی به غیر از روش نامبرده استفاده کرد؛ آن‌ها تک‌رشته‌های راهنمایی طراحی کردند تا بخشی از DNA را شناسایی کند که خود RNAهای راهنما را کد می‌کند. (self-targeting guide RNA)
به این ترتیب آنزیم Cas9 بخشی از DNA را برش داد که رشته‌های RNA راهنما را کد می‌کرد و جهشی را ایجاد می‌کند که برای همیشه در سلول ثبت می‌شود. ژنوم جهش‌یافته، RNA راهنمای جدیدی تدارک می‌بیند تا آنزیم Cas9 را برای رسیدن به مقصد جدید هدایت کند. با این کار جهش‌های بیشتری در ژنوم اتفاق می‌افتد.
با استفاده از حسگرها، رخدادهای بیولوژیکی خاص برای تنظیم Cas9 یا روش جدید مذکور، این سیستم جهش‌های متوالی را که مانند عملکرد ورودی‌های بیولوژیکی روی هم انباشته می‌شوند، فعال و از مجموع آن‌ها حافظه‌ی کد شده‌ی ژنومی برای سلول تهیه می‌کند.
برای مثال محققان مداری ژنی را مهندسی کردند که Cas9 را فقط در حضور یک مولکول هدف مثل TNF-alpha (فاکتور مرگ توموری که در هنگام التهاب از سلول‌های ایمنی آزاد می‌شود) بیان می‌کرد. هر گاه که این مولکول هدف در معرض سلول قرار داشت، Cas9 بخشی از ژن را که راهنمای آن را کد می‌کرد می‌برید و موجب جهش می‌شد. اطلاعات مربوط به اینکه چه مدت زمانی TNF-alpha در محیط سلول حضور داشته است و یا این که غلظت آن چقدر بوده با جهش‌های بیشتری از DNA استخراج می‌شد.
Peril:
این همان رفتار آنالوگِ غنیست که ما دنبالش بودیم؛ بر این اساس اگر ما طول مدت حضور TNF-alpha را افزایش دهیم به همان اندازه میزان جهش‌ها در ژنوم سلول افزایش پیدا می‌کند.
محققان درصددند تا این روش را به صورت گسترده‌تری اجرا کنند. هم‌اکنون این سیستم درباره ثبت وقایع التهاب در موش‌ها مورد آزمایش قرار گرفته و موفقیت‌آمیز بوده است.
بیشتر جهش‌ها باعث حذف قطعه‌ای از DNA می‌شوند؛ بنابراین محققان سعی می‌کنند تک‌رشته RNA آن‌ها را با طول بیشتر از ۲۰ نوکلئوتید تهیه کنند تا برای بررسی مناسب باشند. یک رشته ۴۰ نوکلئوتیدی حاوی اطلاعات ثبت شده برای بیشتر از یک ماه است!
توسعه‌ی ردیابی مسیرها و بیماری‌ها
محققان همچنین نشان دادند که می‌توانند سلول را طوری مهندسی کنند که ورودی‌های بیشتری ثبت کند؛ با تولید RNAهایی که خودشان را هدف قرار می‌دهند و چندگانه اند. هر تک رشته RNA مربوط به اتفاقی ویژه در سلول است؛ مثلاً در همین آزمایش‌ها حضور دو مولکول را از حافظه سلول استخراج کردند.
با استفاده از این شیوه در سلول‌ها، بافت‌ها و ارگان‌های بدن می‌توان اطلاعات مربوط به التهاب‌ها، عفونت‌ها و سرطان‌ها را بدست آورد و علاوه بر آن تمایز سلول‌ها را می‌توان قدم به قدم دنبال کرد. با این کارها می‌توان به چگونگی تغییر و تمایز سلول‌ها و بیماری‌ها نگاهی دقیق‌تر و نزدیک‌تر داشت.
منبع: sciencedaily
