باکتری‌ها راز جوانی و درمان: کشف 39 داروی جدید با فناوری انقلابی!

آفرینش مواد طبیعی با یاری ریزاندامگان

ریزاندامگان، انواع گوناگونی از ترکیبات طبیعی رو تولید می‌کنن که می‌شه ازشون به عنوان مواد مؤثر در درمان امراض، مثل مبارزه با عفونت‌ها یا سرطان استفاده کرد. نقشه‌های این مولکول‌ها تو ژن‌های میکروب‌ها هستن، اما غالباً تو شرایط آزمایشگاهی غیرفعال می‌مونن. یه گروه از محققان، تو مؤسسه‌ی هلمولتز برای تحقیقات دارویی زارلند (چیزِ HIPS)، یه روش ژنتیکی جالب‌توجه ابداع کردن که از یه سازوکار طبیعی باکتریایی برای انتقال مواد ژنتیکی بهره می‌بره و ازش برای تولید مواد مؤثر تازه استفاده می‌کنه. نتایج این پژوهش، تو نشریه‌ی Science چاپ شده.

توانایی بی‌مانند باکتری‌ها در تبادل ژن

برخلاف انسان‌ها، باکتری‌ها توانایی شگفت‌انگیزی تو تبادل مواد ژنتیکی با هم دارن. یه نمونه‌ی معروف که عواقب وسیعی داره، جابه‌جایی ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک بین باکتری‌های بیماری‌زا هست. این انتقال ژن، بهشون این امکان رو می‌ده که به‌سرعت با شرایط محیطی مختلف سازگار بشن و یکی از عوامل اساسی گسترش مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌ها به شمار می‌ره.

بهره‌گیری از اصول طبیعی برای تولید محصولات تازه

محققای HIPS و مرکز تحقیقات عفونت آلمان (DZIF)، از همین اصل طبیعی استفاده کردن برای تقویت و جدا کردن نقشه‌های ژنتیکی مربوط به محصولات طبیعی فعال زیستی از باکتری‌ها، که بهشون خوشه‌های ژنی بیوسنتزی می‌گن. رویکرد تازه‌شون که اسمش «ACTIMOT» هست، این امکان رو فراهم می‌کنه که یا محصولات طبیعی کدگذاری‌شده تو این خوشه‌های ژنی، مستقیماً تو باکتری بومی تولید بشن یا به سویه‌های میکروبی مناسب‌تری منتقل بشن تا مولکول‌های جدید اونجا تولید بشن.

فناوری CRISPR-Cas9 و روش ACTIMOT

HIPS یکی از مراکز زیرمجموعه‌ی مرکز هلمولتز برای تحقیقات عفونت (HZI) هست که با دانشگاه زارلند همکاری داره. ACTIMOT که مخفف عبارتِ «Advanced Cas9-mediaTed In vivo MObilization and mulTiplication of BGCs» هست، از تکنولوژی CRISPR-Cas9 استفاده می‌کنه که به عنوان «قیچی‌های ژنی» شناخته می‌شه و این‌طوری امکان مداخلات دقیق تو مواد ژنتیکی باکتری‌ها فراهم می‌شه. چون خوشه‌های ژنی بیوسنتزی معمولاً تو شرایط آزمایشگاهی فعالیت کمی دارن، با کمک ACTIMOT از ژنوم جدا می‌شن و وارد یه واحد ژنتیکی متحرک می‌شن که بعدش توسط خود باکتری تکثیر می‌شه. تمام این مراحل با بهره‌گیری از یه سازوکار مولکولی انجام می‌شه که این اجازه رو هم به باکتری‌ها می‌ده که ژن‌های مقاومت رو بین خودشون جابه‌جا کنن.

توسعه‌ی محصولات طبیعی با استفاده از ACTIMOT

تو خیلی از موارد، افزایش خوشه‌های ژنی تو چیزی که به عنوان پلاسمید شناخته می‌شه، به‌اندازه‌ی کافی هست که تولید محصولات طبیعیِ کدگذاری‌شده رو ممکن کنه. اگه این فرآیند جواب نده، پلاسمیدهای تشکیل‌شده به‌راحتی می‌تونن به یه سویه‌ی تولیدی جایگزین منتقل بشن تا محصولات طبیعیِ کدگذاری‌شده رو تولید کنن. نویسنده‌های این مقاله، نمونه‌های موفق از هر دو رویکرد رو ارائه دادن.

چنگ‌ژانگ فو، رهبر یه گروه تحقیقاتی جوون تو HIPS و نویسنده‌ی آخر این مطالعه، می‌گه: «خیلی از خوشه‌های ژنی بیوسنتزی، به دلایل مختلف، تو شرایط آزمایشگاهی سرکوب می‌شن و تلاش‌های فعلی برای کشف محصولات طبیعی که اینا کدگذاري می‌کنن، فقط تعداد محدودی از اون‌ها رو در بر می‌گیره.» اون ادامه می‌ده: «رویکرد ما، فرآیند انتقال ژن باکتریایی طبیعی رو شبیه‌سازی می‌کنه تا خوشه‌های ژنی بیوسنتزی کامل رو به‌طور مستقیم تو خود سلول باکتریایی بومی آزاد و تقویت کنه و به محصولات طبیعی که قبلاً پنهان بودن، دست پیدا کنه.» با به‌کارگیری این فناوری، ما می‌تونیم خیلی سریع‌تر و راحت‌تر از روش‌های موجود به پتانسیل بیوسنتزی باکتری‌ها دسترسی پیدا کنیم.

این گروه قبلاً نشون داده که ACTIMOT می‌تونه به اکتشافات جدید منتهی بشه: تو طول این پژوهش، محققان ۳۹ محصول طبیعی جدید از چهار طبقه‌ی محصول طبیعی ناشناخته کشف کردن. این یافته‌ها اعتمادبه‌نفس زیادی به تیم داده، مبنی بر این‌که ACTIMOT می‌تونه به‌طور چشمگیری کشف کاندیداهای دارویی تازه رو سرعت ببخشه.

رولف مولر، رئیس بخش و مدیر علمی HIPS و هماهنگ‌کننده‌ی حوزه‌ی تحقیقاتی «آنتی‌بیوتیک‌های جدید» تو DZIF، که تو این مطالعه هم نقش رهبری داشته، می‌گه: «ریزاندامگان، پتانسیل فوق‌العاده‌ای برای تولید مواد شیمیایی نو به ما میدن که می‌تونیم ازشون برای توسعه‌ی مواد فعال مورد نیاز، به شدت استفاده کنیم.» اون اضافه می‌کنه: «تا حالا، بخش‌های بزرگی از این گنجینه‌ی میکروبی، از ما پنهان مونده بوده. ACTIMOT به ما کمک می‌کنه تا بیشتر از پتانسیل بیوسنتزی باکتری‌ها بهره ببریم و در نتیجه، توسعه‌ی مواد فعال جدید رو به‌طور قابل‌توجهی جلو ببریم.»

تو مطالعه‌ی فعلی، ACTIMOT با باکتری‌های جنس استرپتومایسس به‌کار رفته. با این حال، نویسنده‌ها دارن برنامه‌ریزی می‌کنن که اون رو به سایر گونه‌های باکتریایی با پتانسیل بالا برای تولید محصولات طبیعی ناشناخته گسترش بدن. فراتر از این، ACTIMOT پتانسیل کاربرد تو زمینه‌های مختلف دیگه رو هم داره، از جمله تولید انبوه محصولات طبیعی باارزش، کاوش تو مسیرهای ژنی ناشناخته و شناسایی نقطه‌های شروع برای بهینه‌سازی محصولات طبیعی.