آیا آینده DNA را میتوان نوشت؟
فناوری نانوپور، الفبای ژنتیکی کاملاً مصنوعی را رمزگشایی میکند.
آیا DNA فقط A، C، G و T است؟
نه دیگر.
علم در حال نوشتن الفبای جدیدی برای حیات است.
در یک پیشرفت بزرگ،
دانشمندان توانستهاند DNA کاملاً مصنوعی را بخوانند.
با استفاده از فناوری نانوپور.
این یک انقلاب است.
زیستشناسی مصنوعی وارد عصر جدیدی میشود.
این نه فقط خواندن، بلکه درک کامل یک کد جدید است.
یک کد فراتر از طبیعت.
وعده DNA مصنوعی
DNA یک کد جهانی است.
رمز حیات روی زمین.
اما دانشمندان میخواهند آن را گسترش دهند.
آنها نوکلئوتیدهای مصنوعی ساختند.
به نام P, Z, B و S.
اینها DNA ایلین (ALIEN DNA) را میسازند.
یک مارپیچ دوگانه پایدار.
کاملاً سازگار با محیط زیست.
اما کاملاً متفاوت از DNA طبیعی.
این یعنی آنها نمیتوانند با هم ترکیب شوند.
این ویژگی برای کاربردها بسیار مهم است.
زیستشناسی مصنوعی.
تشخیصهای پزشکی دقیق.
و حتی ذخیرهسازی داده با چگالی بالا.
چالش توالییابی
ساختن DNA مصنوعی یک چیز است.
خواندن آن، یک چالش بزرگ است.
روشهای سنتی توالییابی شکست میخورند.
چون به A، C، G و T وابسته هستند.
روشهای قبلی از ترجمه استفاده میکردند.
تبدیل مصنوعی به طبیعی.
این راهکار همیشه جواب نمیداد.
برای پیشرفت، یک راه حل جدید لازم بود.
راهی که از هویت شیمیایی بازها بیخبر باشد.
راهی که تکمولکولی و بدون تقویت باشد.
توالییابی نانوپوری: راهحل ایدهآل
پژوهشگران به توالییابی نانوپوری روی آوردند.
این روش شبیه یک کنترل امنیتی است.
رشته DNA از یک منفذ بسیار کوچک عبور میکند.
نانوپور جریان یونی را اندازهگیری میکند.
هر باز، یک امضای الکتریکی منحصر به فرد دارد.
چه طبیعی باشد، چه مصنوعی.
آنزیمی به نام Hel308، DNA را آرام آرام از منفذ عبور میدهد.
یک موج ولتاژ DNA را به جلو و عقب میکشد.
این «نخ دندان کشیدن» دقت را بالا میبرد.
این روش به ویژگیهای فیزیکی هر باز حساس است.
نه به هویت شیمیایی آن.
نانوپور، راه حل ایدهآل بود.
ساخت یک نقشه مرجع برای یک الفبای مصنوعی
برای رمزگشایی DNA ایلین،
دانشمندان یک نقشه مرجع ساختند.
این نقشه، هر ترکیب چهار بازي را
به سیگنال جریان یونی مرتبط میکند.
آنها یک توالی 256 بازي طراحی کردند.
که شامل هر ترکیب ممکن بود.
با استفاده از نرمافزار پیشرفته،
هزاران خوانش را بررسی کردند.
و یک سیگنال اجماع ساختند.
این مدل به آنها اجازه داد
برای اولین بار، DNA مصنوعی را از نو توالییابی کنند.
بدون هیچ دانش قبلی از توالی.
دقت بالا و جا برای بهبود
اولین آزمایشها موفقیتآمیز بودند.
دقت ۷۴٪ برای هر باز به دست آمد.
این قابل مقایسه با توالییابی اولیه DNA طبیعی بود.
بازهای P و Z با دقت ۹۰٪ شناسایی شدند.
اما باز B ضعیفتر عمل کرد.
با ترکیب چندین خوانش،
دقت به ۸۱٪ رسید.
این نشان میدهد که تکرارپذیری کلید کار است.
با آموزش بیشتر،
دقت میتواند بسیار بالاتر برود.
این پژوهش ثابت کرد که نانوپور
میتواند برای الفباهای جدید ژنتیکی
به سرعت تطبیق داده شود.
این یک دستاورد بزرگ است.
اهمیت این دستاورد
این کار یک نقطه عطف است.
برای اولین بار یک پلیمر ژنتیکی کاملاً مصنوعی
به طور مستقیم توالییابی شد.
بدون نیاز به ترجمه یا برچسبزنی.
این یعنی:
نمونهسازی سریع سیستمهای زیستی مصنوعی.
اعتبارسنجی مدارهای ژنی جدید.
و مقیاسپذیری به دقتهای بالاتر.
نانوپور فقط برای خواندن DNA موجود نیست.
این یک پلتفرم همهکاره است.
برای رمزگشایی زبانهایی که خودمان میسازیم.
این پژوهش، راه را برای نسل جدیدی
از نوآوریهای مهندسی زیستی باز میکند.
نتیجهگیری: عصری جدید برای زیستشناسی مصنوعی
این مطالعه ثابت میکند
توالییابی نانوپوری فقط یک ابزار نیست.
بلکه یک پلتفرم است.
برای رمزگشایی زبانهای ژنتیکی که ما طراحی میکنیم.
با این فناوری،
زیستشناسی مصنوعی وارد مرحله جدیدی میشود.
جایی که میتوانیم کد ژنتیکی خودمان را
بنویسیم و بخوانیم.
و این فقط شروع کار است.
منبع :
Sequencing a DNA analog composed of artificial bases
ارتباط این مقاله با کریسپر
این مقاله به طور مستقیم با فناوری کریسپر (CRISPR) مرتبط است. در حالی که کریسپر ابزاری برای “نوشتن” و “ویرایش” DNA است، توالییابی نانوپوری در این مطالعه ابزاری برای “خواندن” DNA است. این دو فناوری یکدیگر را تکمیل میکنند. برای اینکه دانشمندان بتوانند DNA مصنوعی یا DNA ویرایششده توسط کریسپر را با اطمینان بسازند، باید بتوانند صحت تغییرات ایجاد شده را تأیید کنند. اینجاست که توالییابی نانوپوری وارد عمل میشود. این فناوری به عنوان یک ابزار کنترل کیفی عمل میکند و به پژوهشگران اجازه میدهد تا مطمئن شوند که ویرایشها به درستی انجام شدهاند. به طور خلاصه، کریسپر DNA را ویرایش میکند و نانوپور آن را میخواند تا از موفقیت ویرایش مطمئن شوند.