Notice: Constant WP_CACHE already defined in /home2/bondalab/public_html/wp-config.php on line 82
زیست‌شناسان، برده‌داران عصر جدید! - بُن‌دا لَب بندا لب
زیست‌شناسان، برده‌داران عصر جدید!

زیست‌شناسان، برده‌داران عصر جدید!

تاکنون دقت کرده‌اید که پودر شوینده‌ای که در ماشین لباسشویی استفاده می‌کنید چگونه لکه‌ها و چربی‌ها را از بین می‌برد؟ چگونه نوشیدنی‌های مالت‌دار، ماست، پنیر و… تولید می‌شود؟ تاکنون به اینکه داروها چگونه در بدن اثر می‌کنند فکر کرده‌اید؟ پروتئین‌ها واحدهای عمل‌کننده‌ی دنیای زیستی هستند و بدون حضور ‌آن‌ها عملا هیچکدام از فرآیندهایی که اخیر اشاره شد، قابل انجام نبودند. کارخانه تولید پروتئین‌ها در دنیای زیستی سلول‌ها یا موجودات زنده تک‌سلولی هستند. این موجودات تک‌سلولی مانند باکتری‌ها و قارچ‌ها اغلب پروتئین مورد علاقه ما را تولید نمی‌کنند و اگر تولید کنند‌، یا بازدهی تولید آن پایین است، یا پروتئینی که تولید می‌شود برای خود موجود اثر مخرب دارد و آن را از بین می‌برد. پس ما باید روشی اتخاذ کنیم تا از باکتری‌ها و قارچ‌ها استفاده کنیم تا تمام تمرکزشان را برروی تولید پروتئین هدف ما بگذارند و فقط به اندازه‌ی بخور و نمیر برای خودشان تلاش کنند! ما باید برده‌هایی از جنس باکتری و قارچ داشته باشیم، باید آن‌ها را مهندسی کنیم!


داستان مهندسی و برنامه‌دهی به سلول‌ها، از 4 میلیون سال پیش شروع می‌شود. همه‌ی موجودات زنده از یک سلول تکامل یافته‌اند، یک حباب کوچک شامل یک کد، که آن را قادر می‌ساخت تا از خودش یک نسخه دیگر بسازد و سپس مونتاژش کند. اما نکته مهم اینجاست که فرآیند همانندسازی بدون نقص نبوده و تولید هر نسخه باعث بوجود آمدن جهش‌ها و تغییراتی در نقاط مختلف آن کد می‌شد. این تغییرات مسئول ایجاد یکی از قدرتمندترین و تعیین‌کننده‌ترین ابزارهای زیست‌شناسی، یعنی تکامل شده است. بعد از سال‌ها که آن سلول اولیه و فرزندانش خودشان را تکثیر کردند، ماده ژنتیکی آن‌ها تکامل یافت و عملکردهای جدیدی یادگرفت: مصرف غذای جدید، تولید مواد شیمیایی، توسعه ساختار و رفتار جدید! وقتی تولید مثل سرعت بیشتری پیدا کرد، موجودات فعال‌تر ابزاری را توسعه دادند تا ماده ژنتیکی را از یکدیگر قرض بگیرند و سرعت تکامل را افزایش دهند. این چرخه به مدت 4 میلیارد سال ادامه پیدا کرد تا اینکه امروزه شاهد تنوع و گستردگی حیات در کره زمین هستیم.

داستان مهندسی سلول‌ها از دهه‌های قبل شروع شد، وقتی زیست‌شناسان شروع به رمزگشایی از اسرار مولکولی DNA کردند. آن ابزار چند میلیارد ساله سلول‌‌ها – آنریم‌هایی که توالی DNA را برش می‌دهند، رونویسی و درج می‌کنند – اکنون بوسیله انسان‌ها به کار گرفته شده است تا در آزمایشگاه DNA را بخوانند، بنویسند و ویرایش کنند. پلیمرازهایی که DNA را کپی می‌کردند امروزه برای توسعه تست‌های PCRی استفاده می‌شود که برای تشخیص ویروس کووید-19 به کار می‌رود. سیستم کریسپری که اصالتا سیستم دفاعی باکتری‌ها بوده امروزه به منظور ویرایش ژنوم انسان برای کشف درمان‌ احتمالی بیماری‌های ژنتیکی بکار می‌رود.

امروزه ما از این ابزارها برای یادگیری از وسعت تکامل و تنوع زیستی استفاده می‌کنیم تا کدهای زیستی جدیدی نگارش کنیم. باکتری ساده‌ی موجود در خاک، قادر به تولید همه چیز است. از تولید آنتی‌بادی که یکی از حیاتی ترین عناصر دفاعی بدن ما است گرفته تا رایحه‌ی بوی باران تازه! ما می‌توانیم از این برنامه‌ها‌ی DNA استفده کنیم تا محصولات جدیدی بسازیم. ما از کتابخانه کدهای ژنتیکی برای کاربردهای متنوعی مانند صنعت عطرسازی، پخت و پز نان و شیرینی و ابزار و وسایل الکترونیکی استفاده‌ای دوباره کرده‌ایم. شاید ما بتوانیم برنامه‌ای را توسعه بدهیم که بتواند مواد شیمیایی که هرگز در طبیعت تجزیه نمی‌شوند را تجزیه کند.

مهندسی زیست‌شناسی ابزارهای نوینی برای مهندسی میکروارگانیسم‌ها ارائه داده است. روش‌های جدیدی برای ساختن میزبان‌هایی که قادر به انجام کارهایی هستند که طبیعت نمی‌تواند انجام بدهد، وجود دارد. هرچند اکثر این تلاش‌ها برمبنای روش‌های سنتی می‌باشد، اما روش‌‌های نوین مانند استفاده از سیستم‌های Cell-Free برای بیان پروتئین، چشم انداز خوبی در این حوزه نشان می‌دهد. یکی از حوزه‌های مهندسی میزبان که هنوز جای پیشرفت دارد، وارد کردن توالی‌های ژنتیکی مهندسی شده، مدارهای ژنتیکی و مسیرهای متابولیکی به درون سلول میزبان است. نکته‌ای که برای ورود به این حوزه حیاتی است، فهم کامل و دقیق مکانیسم ” باور مرکزی زیست‌شناسی (Central Dogma)”و داشتن نگاه سیستمی به فیزیولوژی سلول میزبان است به نحوی که ژن‌ها بدون خطا بیان شوند و مسیرهای ساختگی متابولیکی بدون اثر منفی بر سازگاری سلول، با یکدیگر هماهنگ و آمیخته شوند. این، شامل درک و شناخت از اجزای رگولاتوری ماده ژنتیکی مانند فاکتورهای رونویسی، RNA های تنظیمی و… می‌شود. علاوه‌بر این‌ موارد، به توالی ژنتیکی و ژنوم تفسیر شده نیز برای اغلب موجودات نیاز است. این نیاز می‌تواند به دانستن مسیرهای متابولیکی و فعالیت آنزیمی نیز تعمیم داده شود. پیشرفت در انتقال ژنی (مانند انتقال از طریق وکتورهای ویروسی) و توانایی دستکاری ژنوم می‌تواند به طراحی، کنترل و تسلط بر موجود میزبان و اجزای سلولی آن کمک کند.

اولین بار در سال 1982، شرکت Genentech با وارد کردن ژن کدکننده پروتئین انسولین به درون E.coli توانست این پروتئین ارزشمندی را تولید و وارد بازار کند. این فرآیند مهم و ارزشمند توانست جای استخراج انسولین از پانکراس حیوانات که روشی بسیار زمان‌بر و سخت و کم بازده بود را بگیرد. برای تولید پروتئین‌های نسبتا ساده‌ای مانند انسولین صرفا با وارد کردن توالی یک ژن به موجود میزبان (و فرآیندهای تخلیص) قابل تولید هستند اما برای تولید مواد زیستی پیچیده‌تر مانند کانابینوئید، باید برنامه‌ی پیچیده‌تری به سلول داد. به محض اینکه سلول برنامه‌دهی شد و توانایی تولید مولکول هدف را داشت، علاوه بر اینکه محصول ما را تولید می‌کند، خودش را نیز تکثیر می‌کند و جمعیت سلول‌های تولیدکننده‌ی محصول ما به صورت نمایی زیاد می‌شود. بسیاری از محصولات این حوزه در مراکزی مانند کارخانه های تخمیری و فرآوری تولید می‌شود که طی فرآیند تخمیر سلول‌ها در تراکم بالا رشد داده می‌شوند و قندهای ساده را به محصولات با ارزشی که قابلیت تجاری شدن دارد تبدیل می‌کنند. ابزارهای پیشرفته برای مهندسی سویه، شامل اتوماسیون، مینیاتوری کردن و علم داده کنار کاهش هزینه خواندن و سنتز کردن DNA، درهای جدیدی را به روی برنامه‌دهی به سلول‌ها و مهندسی سویه باز می‌کند.


در این مقاله یاد گرفتیم پروتئین‌ها چگونه توسط موجودات زنده تولید می‌شوند و ما چگونه می‌توانیم با تغییر کدهای ژنتیکی و دستکاری در مسیرهای متابولیکی آن‌ها، پروتئین خود را با بازدهی بیشتر در میکروارگانیسم‌ها تولید کنیم. مهندسی موجودات زنده و میزبان‌های تولید پروتئین اگرچه باعث تولید انبوه و پربازده پروتئین‌ها و آنزیم‌های مهم صنعتی شده است و جان میلیون‌ها نفر را طی سال‌های اخیر نجات داده و به کیفیت زندگی انسان‌ها افزوده‌اند اما روش‌های نوین تولید پروتئین بدون نیاز به میزبان نیز اخیرا معرفی شده است. روش‌هایی مبتنی بر سیستم‌های عاری از سلول (Cell-free). در این روش‌ به جای استفاده از تمام میکروارگانیسم، از محتوای ضروری آن‌ها برای تولید پروتئین استفاده می‌کنیم و دیگر به اجزای ناموثر آن‌ها نیازی نداریم. امید است بکارگیری این روش پایانی بر برده‌‏داری میکروارگانیسم‌ها توسط زیست‌شناسان باشد :))

به کوشش: محمدمهدی فضلخانی

طراحی سایت توسط تژوال

Notice: ob_end_flush(): failed to send buffer of zlib output compression (0) in /home2/bondalab/public_html/wp-includes/functions.php on line 5275

Notice: ob_end_flush(): failed to send buffer of zlib output compression (0) in /home2/bondalab/public_html/wp-content/plugins/really-simple-ssl/class-mixed-content-fixer.php on line 111