مدارهای ژنتیکی مصنوعی: انقلاب جدیدی در علم بیولوژی!

یه نگاه تازه به دنیای مدارهای ژنتیکی مصنوعی

توی دانشگاه POSTECH، یه گروه تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور جونگ مین کیم، یه تکنولوژی جدید رو کشف کردن که دقت و متراکم‌بودن مدارهای ژنتیکی مصنوعی رو کلی بهتر می‌کنه. این تیم که از دانشجوهای دکتری، هیون‌سئوب گو و سئونگ‌دو چوی، کمک گرفته، تونسته یه المان جدید به اسم «عنصر همسان‌سازی ترجمه‌ای مصنوعی» (SynTCE) رو بسازه. این عنصر، یه قدم بزرگ تو پیشرفت بیولوژی مصنوعی و ساخت مدارهای ژنتیکی زده. این تحقیق، تازه تو مجله‌ی معتبر «تحقیقات اسید نوکلئیک» منتشر شده.

بیولوژی مصنوعی و جاهایی که می‌تونه به کار بیاد

بیولوژی مصنوعی، یه شاخه‌ی علمیه که با استفاده از ابزارهای ژنتیکی طبیعی و مصنوعی، به موجودات زنده قابلیت‌های جدید اضافه می‌کنه. موجودات مهندسی‌شده با این روش، تو زمینه‌های مختلفی مثل درمان بیماری‌ها، نابود کردن پلاستیک‌ها با کمک میکروب‌ها، و تولید سوخت‌های زیستی، کاربرد دارن. یه سیستم خیلی مهم به اسم «اپرون پلی‌سیسترانیک» هست که توش، چند تا ژن با هم کار می‌کنن تا گروه‌هایی رو تشکیل بدن و کارهای ویژه‌ای رو انجام بدن. این سیستم، تو استفاده‌ی بهینه از منابع محدود، خیلی حیاتیه.

چالش‌ها تو طراحی مدارهای ژنتیکی پیچیده

اما برای طراحی مدارهای ژنتیکی پیچیده و دقیق، باید تداخل بین اجزای بیولوژیکی رو کم کرد و تراکم کدنویسی رو برای ادغام مؤثر مدارهای ژنی، بیشتر کرد. المان‌های تنظیمی ترجمه‌ای که از RNA مصنوعی استفاده می‌کنن، معمولاً تو تنظیم چند ژن و رسیدن به یه عملکرد دقیق مدار، با مشکلاتی مواجه میشن. این مشکلات، به خاطر تداخل تو فرآیند ترجمه پروتئین هستن.

این پیشرفت‌ها می‌تونه به ساخت مدارهای ژنتیکی پیچیده‌تر و کارآمدتر منجر بشه و در نهایت، به بهبود عملکرد موجودات مهندسی‌شده کمک می‌کنه.

تحقیقات جدید تو مهندسی ژنتیک

برای حل این مشکل، تیم پروفسور کیم، تمرکزشون رو گذاشتن رو «پیوند ترجمه‌ای». این مکانیزم طبیعی تنظیم ژن، معمولاً تو اپرون‌ها دیده می‌شه که چند تا ژن رو تنظیم می‌کنن. تو این مکانیزم، ترجمه ژن‌های بالادستی، رو کارایی ترجمه ژن‌های پایین‌دستی تأثیر می‌ذاره.

با این تحقیق، تیم، «SynTCE» رو طراحی کردن که این مکانیزم رو شبیه‌سازی می‌کنه و با موفقیت، اون رو با دستگاه‌های RNA بیولوژیکی مصنوعی ترکیب کردن تا مدارهای ژنتیکی کارآمدتری بسازن. با ترکیب معماری SynTCE با یه سیستم محاسباتی RNA (که تیم قبلاً معرفیش کرده بود)، تراکم ادغام مدارهای ژنتیکی خیلی زیاد می‌شه. این کار، با استفاده از SynTCE برای انتقال دقیق سیگنال‌های ورودی به ژن‌های پایین‌دستی انجام می‌شه و به سیستم‌ها این امکان رو می‌ده که هم‌زمان، چند ورودی و خروجی رو تو یه مولکول RNA کنترل کنن.

یه نکته‌ی مهم اینه که SynTCE، با کنترل دقیق انتهای N پروتئین‌ها و از بین بردن تداخل تو ترجمه پروتئین، می‌تونه تو فناوری «محافظت بیولوژیکی» استفاده بشه. این فناوری، سلول‌های هدف رو به‌طور انتخابی از بین می‌بره و پروتئین‌ها رو به جاهای مشخصی تو سلول‌ها هدایت می‌کنه. انتظار می‌ره که این فناوری، کنترل عملکرد دقیق رو پیشرفته‌تر کنه و کارهای بیولوژیکی مورد نظر رو تو سلول‌ها راحت‌تر انجام بده.

پروفسور جانگ مین کیم گفت: «این تحقیق، یه پیشرفت مهم تو طراحی مدارهای ژنتیکی پیچیده و دقیق محسوب می‌شه»، و ابراز امیدواری کرد که «این طراحی جدید، تو زمینه‌های مختلفی مثل درمان‌های سلولی سفارشی، میکروب‌هایی برای پاک‌سازی محیط‌زیست، و تولید سوخت‌های زیستی به کار بره.»

این تحقیق، با حمایت سازمان‌های مختلفی انجام شده، از جمله: مؤسسه برنامه‌ریزی و ارزیابی فناوری در کشاورزی و جنگلداری، بنیاد ملی تحقیقات کره، بودجه بیولوژی مصنوعی استان گیونگسانگ‌بوک-دو و شهر پوهانگ، پروژه تحقیق و توسعه فناوری سلامت کره، پروژه حمایت از پارک فناوری گیونگبوک، پروژه حمایت BK21 وزارت آموزش و پرورش، پروژه مؤسسه علوم پایه کره و همکاری‌های دانشگاهی-صنعتی 3.0 (LINC 3.0).