اصول طراحی تنظیم ژن برای تولید مواد مفید در مخمر
هنگامی که ژن‌ها را به مخمر معرفی می‌کنیم تا این موجودات داروها و سایر مواد مفید را تولید کنند، لازم است که بتوانیم تولید را به‌طور قابل‌اعتمادی روشن یا خاموش کنیم. تیمی از دانشگاه کوبه سه اصل طراحی برای تنظیم ژن‌ها را شناسایی کرده است که راهنمایی انعطاف‌پذیر برای کنترل مؤثر تولید میکروبی فراهم می‌آورند.
گفته می‌شود که DNA نقشه راه زندگی است و به سلول‌های ما می‌گوید چه چیزی تولید کنند. اما DNA همچنین شامل سوئیچ‌هایی است که به این سلول‌ها می‌گوید چه زمانی و به چه مقدار چیزی تولید کنند. بنابراین، هنگام معرفی ژن‌های جدید به سلول‌ها برای تولید مواد شیمیایی مفید مانند داروها یا مواد اولیه برای تولید شیمیایی، لازم است که یک سوئیچ ژنتیکی، که قطعه‌ای از DNA به نام “پروموتر” است، نیز گنجانده شود تا به سلول‌ها بگوید تولید را بر اساس نیاز شروع کنند.
ماساهیر تومینگا، مهندس زیست‌فناوری دانشگاه کوبه، می‌گوید: “مشکل این است که این پروموترها نمی‌توانند به‌طور ساده و بدون درک عمیق از نحوه تعامل آن‌ها با سایر عناصر ژنتیکی استفاده شوند. در واقع، موارد زیادی وجود ندارد که پژوهشگران از پروموترهای مصنوعی برای کنترل دقیق تولید سلولی و دستیابی به اهداف تحقیقاتی خود استفاده کنند.” گاهی اوقات تولید بسیار پایین است و گاهی اوقات “نشت” دارد، به این معنی که نمی‌توان آن را به دلخواه خاموش کرد. این موضوع به‌ویژه در مورد مهندسی ژنتیک مخمر صادق است که در مقایسه با باکتری‌ها، تنظیم ژنتیکی پیچیده‌تری دارد. اما این پیچیدگی افزایش‌یافته همچنین امکان تولید بسیاری از مواد شیمیایی مفید را فراهم می‌آورد.
تومینگا و همکارانش از تیم تحت رهبری ایشی جون به‌عنوان کارشناسان در اصلاح سلول‌های مخمر، رویکردی سیستماتیک برای طراحی پروموترهای مؤثر اتخاذ کردند. تومینگا توضیح می‌دهد: “ما به این ایده رسیدیم که با توصیف دقیق فرآیند بهبود یک پروموتر نمونه، می‌توانیم یک ‘راهنمای کاربری’ برای دستیابی به کنترل دقیق و با عملکرد بالا تهیه کنیم تا این سیستم‌های ژنتیکی به‌طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار گیرند.”
📢 اگر عاشق علم هستید و نمی‌خواهید هیچ مقاله‌ای را از دست بدهید…
به کانال تلگرام ما بپیوندید! تمامی مقالات جدید روزانه در آنجا منتشر می‌شوند.
📲 عضویت در کانال تلگرام🎨 ربات رایگان ساخت عکس با هوش مصنوعی
با ربات @ai_photo_bbot، هر متنی را به تصویر تبدیل کنید! 🚀
ربات کاملاً رایگان است و منتظر ایدههای جذاب شماست. 🌟
در مقاله‌ای که اکنون در نشریه Nature Communications منتشر شده است، آن‌ها سه اصل طراحی برای پروموترهای مخمر را توصیف می‌کنند. اولین اصل این است که اگر پژوهشگران به مقادیر زیادی از محصول نیاز دارند و همچنین باید بتوانند تولید را به دلخواه روشن یا خاموش کنند، باید چندین نسخه از عناصر تنظیمی که این کار را ممکن می‌سازد، درون پروموتر معرفی کنند.
کاهش نشت و افزایش بهره‌وری در پروتئین‌سازی
این روش نشت را کاهش داده و بهره‌وری را افزایش می‌دهد. دوم اینکه، فاصله بین عناصر پروموتر باید به حداقل ممکن برسد تا بهره‌وری بیشتر شود. و سوم اینکه، پروموتر باید از DNA اطراف خود عایق‌بندی شود؛ با افزودن DNA اضافی قبل از آن، نشت بیشتر کاهش یابد. تومینگا می‌گوید: «ما نشان دادیم که عملکرد یک پروموتر می‌تواند با تغییر ساده توالی‌های اطراف آن بیش از ۱۰۰ برابر بهبود یابد. این اولین مطالعه‌ای است که به‌طور واضح راه‌حلی برای مشکل اینکه چرا پروموترهای قوی در برخی محیط‌ها کار می‌کنند و در برخی دیگر نه، ارائه می‌دهد.»
نمایش کارایی سیستم توسط مهندسان زیستی دانشگاه کوبه
مهندسان زیستی دانشگاه کوبه با نمایش تولید دو پروتئین دارویی مفید به نام «بیولوژیک‌ها»، کارایی سیستم خود را نشان دادند. آن‌ها نه تنها توانستند این دو بیولوژیک را در سویه‌های مختلف مخمر تولید کنند، بلکه همچنین در یک سویه واحد و با قابلیت کنترل مستقل تولید هر بیولوژیک در هر زمان. این موضوع اهمیت دارد زیرا کاربردهای بالقوه‌ای در بیمارستان‌ها دارد. همانطور که تیم در مطالعه توضیح می‌دهد: «علاوه بر تخمیر متعارف بیولوژیک‌های تک، تولید سریع و دوز واحد از چندین بیولوژیک با یک سویه مخمر در نقطه مراقبت برای شرایط اضطراری که نیاز به سرعت و انعطاف‌پذیری دارند، حیاتی است.»
تولید پروتئین کروناویروس و انعطاف‌پذیری طراحی
آن‌ها همچنین موفق به تولید پروتئین کروناویروس شدند که می‌تواند برای تولید درمان‌ها استفاده شود و این موضوع به‌خوبی نشان‌دهنده کارایی و انعطاف‌پذیری اصول طراحی آن‌ها است. تومینگا دیدگاه وسیع‌تری درباره پیامدهای این مطالعه بیان می‌کند: «زیست‌شناسی مصنوعی به دنبال ایجاد عملکردهای بیولوژیکی جدید از طریق بازنویسی توالی‌های ژنومی است. اما واقعیت این است که ما اغلب با تغییرات غیرمنتظره‌ای که ناشی از ویرایش‌های ما هستند، دچار سردرگمی می‌شویم. امیدواریم که مطالعه ما اولین گام به سوی توانایی طراحی هر یک از پایه‌های ژنوم با نیت‌های واضح باشد.»
حمایت مالی و همکاری‌های تحقیقاتی
این تحقیق با حمایت مالی آژانس تحقیقات و توسعه پزشکی ژاپن (گرنت‌های JP21ae0121002، JP21ae0121005، JP21ae0121006، JP21ae0121007، JP20ae0101055 و JP20ae0101060)، آژانس علوم و فناوری ژاپن (گرنت‌های JPMJCR21N2 و JPMJGX23B4) و انجمن ترویج علم ژاپن (گرنت‌های JP23K26469، JP23H01776 و JP18K14374) انجام شد. این تحقیق در همکاری با محققان شرکت Pharma Foods International و موسسه ملی علوم بهداشتی انجام گردید.
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس