در بازنویسی چشمگیر دستور العمل زندگی، دانشمندان فلوریدا در حال توصیف طراحی نوع جدیدی از DNA با ۱۲ حرف شیمیایی به جای چهار حرف معمول هستند.
ارائه شده در سالت لیک سیتی، یوتا، در دویست و سی و هفتمین نشست ملی انجمن شیمی آمریکا (ACS)، این سیستم ژنتیکی مصنوعی در حال حاضر به آغاز دوره پزشکی شخصی برای میلیون ها بیمار مبتلا به HIV، هپاتیت کمک می کند. و بیماری های دیگر.
این تحقیق همچنین ممکن است با تولید یک مولکول خودپایدار که قادر به تکامل و تولیدمثل داروینی است، چگونگی پیدایش حیات در زمین را روشن کند، بسیار شبیه به مولکولی که بسیاری از دانشمندان پیشنهاد می‌کنند در طلوع حیات روی زمین تقریباً چهار میلیارد به وجود آمده است. سال پیش.
به رهبری استیون بنر، دکترا، این تیم در حال بازنویسی کتاب قوانینی هستند که برندگان جایزه نوبل جیمز واتسون و فرانسیس کریک با توصیف ساختار DNA در سال 1953 شروع کردند. یکی از اکتشافات مهم علم قرن بیستم، واتسون و کشف کریک نشان داد که چگونه چهار حرف شیمیایی DNA - A، T، C و G - جفت می شوند.
استیون بنر، Ph. D. می گوید: «این مردی روی ماه است. "این ما را با لگد زدن و فریاد زدن به قلمروی ناشناخته کشانده است. اما ما همه جور دلایلی را در مورد اینکه چگونه قوانین واتسون و کریک فناوری را قادر به انجام کارهای مفیدی مانند تقویت موازی بسیار زیاد DNA یا تشخیص بسیار موازی بیماری های انسانی نمی دانند، آموخته ایم. این چیزها ارزش پول زیادی دارند."
این قوانین جفت‌سازی، برای مثال، توسعه آزمایش‌های تشخیصی چندگانه برای بیماری‌های ویروسی را برای محققان بسیار دشوار می‌کند - آزمایش‌هایی که نیاز به شناسایی و برچسب‌گذاری DNA ویروسی دارند. روش های قدیمی از DNA معمولی برای اتصال و برچسب گذاری مواد ژنتیکی خارجی استفاده می کردند.اما DNA طبیعی اغلب به DNA غیر بیماری متصل می شود و نتایج مثبت و منفی کاذب گیج کننده ایجاد می کند.
سیستم ژنتیکی مصنوعی بنر تحت قوانین واتسون-کریک عمل نمی کند، بنابراین برچسب گذاری نتایج دقیقی به دست می دهد. الفبای مصنوعی بنر قبلاً به صورت تجاری استفاده شده است. این اساس یک آشکارساز بار ویروسی است که به شخصی سازی مراقبت های بهداشتی آن 400000 بیمار مبتلا به هپاتیت B، هپاتیت C و HIV، عامل ایدز، کمک می کند.
"این محصول صد میلیون دلاری در حال حاضر است،" بنر اشاره کرد. از این فناوری برای مدیریت فیبروز کیستیک نیز استفاده می‌شود. ما همچنین می‌توانیم از این فناوری برای ورود به نمونه‌های بیولوژیکی و استخراج ژن‌های شناخته‌شده با جهش‌های سرطان‌زا استفاده کنیم. ما می‌توانیم همه این کارها را انجام دهیم زیرا یک سیستم DNA مصنوعی داریم.
برای بیماران مبتلا به HIV و هپاتیت، آشکارساز بار ویروسی می تواند به معنای تفاوت بین زندگی و مرگ باشد.
کوکتل‌های دارویی مدرن برای این بیماری‌ها بسیار مؤثر هستند و بار ویروسی را در جریان خون تقریباً به صفر می‌رسانند.اما در برخی مواقع، ویروس جهش می‌یابد و آن را قادر می‌سازد تا از داروها فرار کند و دوباره جمعیت کند. با افزایش جزر و مد ویروسی، هیچ علامت ظاهری در بیمار وجود ندارد، بنابراین سویه جهش یافته اغلب مدت ها پس از انتشار مجدد ویروس کشف می شود.
آشکارساز بار ویروسی که برای برچسب زدن DNA به سیستم ۱۲ حرفی بنر متکی است، ممکن است آن را تغییر دهد.
«کاری که ما می خواهیم با مراقبت شخصی انجام دهیم این است که به شما یک کوکتل بدهیم، و سپس شما را تحت نظر داشته باشیم و بفهمیم که چه زمانی ویروس در برابر آن مقاوم می شود،» بنر توضیح می دهد. "حالا ما نمی خواهیم این کار را خیلی زود انجام دهیم - که باعث هدر رفتن یک عمر مهارکننده های ویروسی خوب می شود - اما البته نه خیلی دیر. بیمار یک بار در ماه مراجعه می کند تا بار ویروسی خود را اندازه گیری کند. ویروس جهش می‌یابد و بار ویروسی آن بالا می‌رود. سپس می‌دانید که بهتر است کوکتل را عوض کنید."
بنر می گوید که سیستم DNA مصنوعی در حال تبدیل شدن به یک ابزار ضروری در تحقیقات ژنومیک است. الفبای 12 حرفی زیربنای کار جدیدی در مؤسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی برای اتصال مقادیر زیادی از داده های ژنومی با پزشکی انسانی است.
سیستم ۱۲ حرفی همچنین ممکن است یکی از اسرارآمیزترین زمان‌های تاریخ زمین را روشن کند - طلوع حیات تقریباً چهار میلیارد سال پیش. بسیاری از دانشمندان بر این باورند که این ممکن است زمانی رخ داده باشد که پسر عموی باستانی DNA، RNA، مانند یک موجود زنده شروع به عمل کرد.
بنر می‌گوید: «ایده این بود که زندگی روی زمین به‌عنوان مولکول‌های RNA به‌طور تصادفی و خود به خود در سوپ پری‌بیوتیک جمع‌آوری شد.» "سپس، یکی از آنها توانایی ساختن کپی از خود را پیدا کرد. با این کار، آن کپی ها را با ناقصی درست کرد، به طوری که برخی از "بچه های" آن کمی بهتر بودند. بیشتر آنها بدتر بودند، بنابراین افراد بهتر، موارد بیشتری را به دست گرفتند. منابع. این فرآیندهای داروینی را آغاز کرد. بقیه تاریخ است."
هدف نهایی بنر سنتز شکل زندگی مشابه در آزمایشگاهش در بنیاد تکامل مولکولی کاربردی است. سیستم ژنتیکی 12 حرفی او قادر به انجام تقریباً تمام اعمالی است که یک موجود زنده را تعریف می کند - تولید مثل، رشد و پاسخ به محیط آن - همه بدون بهره مندی از ژن هایی که طی میلیاردها سال تکامل اصلاح شده اند.
"اما هنوز هم خودپایدار نیست،" بنر توضیح می دهد. "شما به یک فارغ التحصیل یا فوق دکترا نیاز دارید که صبح بیاید و به آن غذا بدهد. به دنبال غذای خود نمی گردد. هیچ کس اولین قدم برای کار را نگرفته است. اگر شروع به تخمین زدن تعداد مولکول های خود کنید. به دنبال آن باشید تا یکی را پیدا کنید که این کار را انجام دهد، شما در مورد 10،000،000،000،000،000،000،000،000،000،000،000 مولکول صحبت می کنید."
در حالی که بنر به دنبال سیستم شیمیایی کاملاً قادر به تکامل داروینی ادامه می دهد، او بر درس هایی که قبلاً از توسعه سیستم 12 حرفی آموخته بود تأکید کرد.
"ما فقط چیزها را از طبیعت نگرفته ایم، بلکه در واقع چیزی در مورد چگونگی ارتباط ساختار شیمیایی با رفتار ژنتیکی درک کرده ایم. با این کار، ما توانسته ایم نسخه های جدیدی از آن بسازیم." بنر.
