بازنویسی کد حیات؛ دانشمندان گونه‌ای باکتری جدید با کمترین کدهای ژنتیکی خلق کردند

دانشمندان گونه‌ای از باکتری را خلق کرده‌اند که کد ژنتیکی آن از هر موجود زنده دیگری بر روی زمین ساده‌تر و دستکاری‌شده‌تر است. این باکتری مصنوعی Syn57 نام دارد و گونه‌ای مهندسی‌شده از باکتری ای. کولای (E. coli) محسوب می‌شود. برای ساختن این باکتری فقط ۵۷ کدون از مجموع ۶۴ کدونی که برای میلیاردها سال اساس حیات تمام موجودات زنده بوده‌اند، استفاده شده است.

براساس گزارش ScienceAlert، دستورالعمل حیات در زبان DNA با استفاده از ۶۴ «کدون» مختلف نوشته می‌شود که هر کدام یک توالی سه‌حرفی از نوکلئوتیدها هستند. این کدون‌ها به سلول‌ها دستور می‌دهند که کدام یک از ۲۰ اسید آمینه (بلوک‌های سازنده پروتئین) را به ترتیب به هم متصل کنند.

بااین‌حال، این سیستم دارای اضافات غیرقابل توضیحی است؛ چندین کدون مختلف، دستور ساخت یک اسید آمینه یکسان را صادر می‌کنند. دانشمندان برای دهه‌ها این سؤال را مطرح می‌کردند که آیا می‌توان با حذف این کدون‌های به ظاهر اضافی، یک موجود زنده کارآمدتر را از ابتدا مهندسی کرد یا خیر. اکنون محققان آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی شؤرای تحقیقات پزشکی بریتانیا توانستند ساده‌ترین شکل حیات مصنوعی را بسازند که کدون‌های اضافی در آن نیست.

خلق باکتری مصنوعی با کدهای ژنتیکی کمتر

در سال ۲۰۱۹، یک تیم تحقیقاتی توانست باکتری ای. کولای را تا ۶۱ کدون ساده‌سازی کند. اکنون، تیم جدید با یک جهش بزرگ، این عدد را به ۵۷ رسانده است. آن‌ها برای ساخت Syn57 بیش از ۱۰۱ هزار تغییر را در کد ژنتیکی این باکتری اعمال کردند. این فرایند طاقت‌فرسا ابتدا به صورت کامل بر روی کامپیوتر طراحی و سپس قطعه به قطعه در آزمایشگاه ساخته و مونتاژ شد.

«وسلی رابرتسون» (Wesley Robertson)، از نویسندگان اصلی این مطالعه، می‌گوید: «ما روزهایی را پشت سر گذاشتیم که با خود می‌گفتیم آیا کارمان به بن‌بست خواهد رسید یا می‌توانیم آن را به سرانجام برسانیم؟» نتیجه نهایی شگفت‌انگیز بود: موجود ساده‌شده مصنوعی آنها دارای حیات بود.

این دستاورد چیزی فراتر از یک کنجکاوی علمی است و کاربردهای بالقوه بسیار مهمی دارد:

کاربرد اول: با آزادکردن کدون‌های حذف‌شده، اکنون فضای بیشتری برای معرفی اسیدهای آمینه غیرطبیعی و ساخت پلیمرهای مصنوعی کاملاً جدید وجود دارد.

کاربرد دوم: ‌از آنجایی که کد ژنتیکی Syn57 برای میکروب‌های طبیعی مانند ویروس‌ها ناخوانا است، این باکتری به‌طور طبیعی در برابر عفونت‌های ویروسی مقاوم خواهد بود. این ویژگی می‌تواند هزینه‌های تولید صنعتی پروتئین‌ها توسط باکتری‌ها را که اغلب با شیوع ویروس‌ها مختل می‌شود، به شدت کاهش دهد.

کاربرد سوم: این ژنوم ناخوانا، به‌طور مؤثری این باکتری مهندسی‌شده را عقیم می‌کند و از انتقال ژن‌های اصلاح‌شده آن به محیط زیست طبیعی جلوگیری می‌کند. درکل این پژوهش نشان می‌دهد که چگونه می‌توان با بازنویسی ژنوم، موجوداتی با قابلیت‌های کاملاً جدید خلق کرد که در طبیعت یافت نمی‌شوند.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Science منتشر شده است.