به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان با استفاده از مهندسی ژنتیک یک E.coli را طوری طراحی کرده‌اند که ژن‌های اصلاح شده آن نتوانند به طبیعت فرار کنند و شناساییی شود و حتی این باکتری قادر است راه ورود هر ویروسی را مسدود کند. Akos Nyerges محقق ژنتیک و نویسنده این مطالعه گفت:" ما معتقدیم که اولین فناوری را برای طراحی ارگانیسمی توسعه داده‌ایم که نمی‌تواند توسط هیچ ویروس شناخته‌شده‌ای آلوده شود. ما نمی‌توانیم بگوییم که کاملاً در برابر ویروس مقاوم است، اما تاکنون، بر اساس آزمایش‌های گسترده آزمایشگاهی و تحلیل‌های محاسباتی، ویروسی پیدا نکرده‌ایم که بتواند آن را بشکند". نتایج اصلی این مطالعه که در مجله Nature منتشر شده است، می‌تواند پیامدهای بزرگی برای آینده تولید مبتنی بر باکتری داشته باشد - به عنوان مثال، استفاده از باکتری برای ساخت دارو.

باکتری  E. coli

سلول‌ها و باکتری‌ها را می‌توان به‌عنوان آزمایشگاه‌ها یا کارخانه‌های کوچک مورد استفاده قرار داد و با استفاده از آنها هر تعداد مولکول کوچک و ترکیبات بیولوژیکی را از بین برد. E. coli، با ژنوم و شهرت آن به عنوان یک اسب کاری، برای تولید داروی زیستی از جمله انسولین استفاده می‌شود و همچنین در ساخت سوخت‌های زیستی استفاده می‌شود.با این حال نویسندگان در مطالعه خود نوشتند: علیرغم مقاوم سازی این باکتری در برابر ویروس‎‌ها، این پیچیدیگی ساختار باکتری می‌تواند برای طبیعت خطرسازباشد. بنابراین "آلودگی ویروسی در کشت‌های سلولی یک خطر واقعی با عواقب شدید دارد: زیرا در طول چهار دهه گذشته، ده‌ها مورد آلودگی ویروسی در صنعت ثبت شده است." در سال 2022، یک تیم دانشگاه کمبریج فکر کردند که یک E. coli مقاوم در برابر ویروس ایجاد کرده‌اند، اما هنگامی که این محققین آنها را با ویروس‌های تصادفی یافت شده در اطراف دانشکده پزشکی هاروارد ( از جمله برخی از لانه موش‌ها و رودخانه گل‌آلود در نزدیکی آن‌ها ) مشاهده کردند، این مقاومت را  به چالش کشیدند، بنابراین به این نتیجه رسیدند که باکتری‌ها باید مقاوم تر شوند.

فواید باکتری مهندسی شده

چنین موجوداتی در حال حاضر در حال تولید انسولین و سایر مواد دارویی موثر هستند، همچنین به تولید سوخت‌های زیستی کمک می‌کنند، به دانشمندان در مورد بیماری‌های انسانی آموزش می‌دهند و ماهیگیری و کشاورزی و غیره را بهبود می‌بخشند. در حالی که خطرات ناشی از عواقب ایجاد این موجودات را می‌توان تا اثر ترسناک اغراق کرد، ارگانیسم‌های اصلاح شده این پتانسیل را دارند که در صورت فرار، موجودات اکوسیستم‌های طبیعی را ناراحت کنند. بنابراین توجه به مهار زیستی این  موجودات خیلی مهم است. همچنین ایجاد پادمان‌های بیولوژیکی برای جلوگیری از زنده ماندن ارگانیسم‌های اصلاح‌شده در جایی که دیگر به حضور و فعالیت آنها نیازی نیست. برای انجام این کار، ژنتیک دانان و زیست شناسان مصنوعی باید اگاه و محتاط باشند.

نحوه مقاوم سازی E. coli

بنابراین از آن زمان تاکنون این تیم تلاش زیادی کردند تا طراحی باکتری‌ها را دقیق تر انجام دهند. این تیم برای ساخت E. coli مقاوم به ویروس از نوع خاصی از یک RNA ناقل استفاده کردند.تا  به جای حذف کدون‌ها، اینبار این تیم تصمیم گرفتند در عوض آنچه را که کدون‌ها می‌سازندرا تغییر دهند. بنابراین RNA را وارد کردند. وظیفه tRNA این است که هر کدون را در DNA تشخیص دهد و سپس اسید آمینه صحیح را به هر پروتئینی که در حال تولید است اضافه کند( مانند قرار دادن یک جزء کلیدی در ماشین در خط کارخانه) تیم کمبریج کدون‌هایی به نام TCG و TCA و tRNA را که آنها را از روی باکتری‌هایشان تشخیص می‌دهد حذف کردند. هر دوی این کدون‌ها، tRNA را هدایت می‌کنند تا سرین، یک اسید آمینه، روی پروتئینی که در کنار هم قرار می‌گیرد، نصب کند.تیم هاروارد با افزودن tRNA های «فریب دهنده» یک گام فراتر رفت. زیرا هنگامی که آنها TCG یا TCA را می‌بینند، به جای سرین یک اسید آمینه متفاوت - به نام لوسین - نصب می‌کنند . Nyerges گفت: "لوسین تقریباً از نظر فیزیکی و شیمیایی با سرین متفاوت است." هنگامی که یک ویروس از دری که حامل TCG و TCA است عبور می‌کند، tRNA فریبکار به جای سرین، لوسین را در آن وارد می کند و پروتئین‌های ویروسی غیرعملکردی ایجاد می‌کند و مانع از تکثیر آن می‌شود.

دو مکانیسم ایمنی به کاربرده شده در باکتری E. coli

محققان برای جلوگیری از فرار E. coli دستکاری شده ژنتیکی خود، از دو مکانیسم ایمنی مختلف استفاده کردند. اولین مورد جلوگیری از انتقال افقی ژن بود، فرآیندی طبیعی که به باکتری‌ها اجازه می‌دهد ژن‌ها را مستقیماً با یکدیگر مبادله کنند. برای جلوگیری از انطباق E. coli مهندسی شده توسط یک باکتری طبیعی، این تیم تمام کدون‌های لوسین موجود در E. coli خود را به TCG یا TCA تبدیل کردند. این عمل جابه جایی و انتقال کدها توسط tRNA فریبنده در این سلول‌های مهندسی شده انجام می‌شود تا دو کد TCG و TCA برای تولید لوسین استفاده شود. درحالت طبیعی در یک ارگانیسم غیر مهندسی، TCG و TCA برای سرین هستند نه لوسین. زیرا در این فرایند فریب، استفاده از سرین به جای لوسین منجر به تولید پروتئین‌های ناخواسته می‌شود، که اگر این پروتئین‌ها و یا خود یک tRNA فریبکار وارد یک سلول عادی شود، این تعویض اسید آمینه آن سلول جدید را می‌کشد. ما هنوز نمی‌توانیم بگوییم که کاملاً سلول مهندسی شده در برابر ویروس مقاوم است، اما تاکنون، بر اساس آزمایش‌های گسترده آزمایشگاهی و تحلیل‌های محاسباتی، ویروسی پیدا نکرده‌ایم که بتواند آن را بشکند.»

ایجاد باکتری‌های مقاوم در برابر عفونت

مراحل بعدی: تیم بعدی می‌خواهد از مهندسی کدون خود برای ایجاد باکتری‌های مقاوم در برابر عفونت استفاده کند که می‌توانند مواد مهمی را بسازند که در غیر این صورت به شیمی پیچیده نیاز دارند، تا دستخوش هیچ گونه خطر دائمی آلودگی ویروسی نباشد. این کار همچنین ممکن است برای مهندسی ژنتیک در آینده خیلی مهم باشد. نویسندگان می‌نویسند: «نتایج ما ممکن است مبنایی برای یک استراتژی کلی برای مقاوم کردن هر موجود زنده در برابر همه ویروس‌های طبیعی و جلوگیری از جریان اطلاعات ژنتیکی به داخل و خارج ارگانیسم‌های اصلاح‌شده ژنتیکی فراهم کند.» نیرگس گفت: «این بسیار چالش برانگیز و یک دستاورد بزرگ خواهد بود که نشان دهیم امکان تعویض کد ژنتیکی موجودات وجود دارد . این تیم ادعا می‌کند که برای ربودن E. coli آنها به ویروسی نیاز است که ده‌ها جهش - در مکان‌های خاص و در همان زمان - ایجاد کند. در همین راستا  تیم هاروارد tRNA‌های «فریب‌گر» را اضافه کردند که اسید آمینه متفاوتی را نصب می‌کنند. این عمل، باعث ایجاد پروتئین‌های ویروسی غیرعملکردی می‌شود و از تکثیر آنها نیز جلوگیری می‌کند. این تحقیقات ادامه دارد.

پایان مطلب/.