يتم تخزين جميع تسلسلات الحمض النووي لأشكال الحياة التي درسها العلماء في قاعدة بيانات مملوكة للمركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية في الولايات المتحدة. وفي الأول من أبريل/نيسان، ظهر مُدخل جديد في قاعدة البيانات: "Caulobacter ethensis-1". هذا هو أول جينوم اصطناعي تم تصميمه بالكمبيوتر بالكامل ثم تصنيعه لكائن حي في العالم، وقد طوره علماء من ETH Zurich (ETH Zurich). ومع ذلك، ينبغي التأكيد على أنه على الرغم من أنه تم الحصول على جينوم C. ethensis-2.0 بنجاح في شكل جزيء كبير من الحمض النووي، إلا أنه لا يوجد كائن حي مماثل بعد.
تم تنفيذ العمل البحثي من قبل بيت كريستين، أستاذ بيولوجيا الأنظمة التجريبية، وشقيقه ماتياس كريستين، الكيميائي. تم إنشاء الجينوم الجديد، المسمى Caulobacter ethensis-2.0، عن طريق تنظيف وتحسين الكود الطبيعي للبكتيريا Caulobacter crescentus، وهي بكتيريا غير ضارة تعيش في المياه العذبة حول العالم.
منذ أكثر من عقد من الزمن، قام فريق بقيادة عالم الوراثة كريج فينتر بإنشاء أول بكتيريا "اصطناعية". أثناء عملهم، قام العلماء بتجميع نسخة من جينوم الميكوبلازما mycoides، ثم تم زرعها في خلية حاملة، والتي تبين بعد ذلك أنها قابلة للحياة بالكامل واحتفظت بالقدرة على إعادة إنتاج نفسها.
تواصل الدراسة الجديدة عمل كريجر. إذا قام العلماء سابقًا بإنشاء نموذج رقمي للحمض النووي لكائن حقيقي وقاموا بتصنيع جزيء بناءً عليه، فإن المشروع الجديد يذهب إلى أبعد من ذلك، باستخدام رمز الحمض النووي الأصلي. أعاد العلماء صياغته على نطاق واسع قبل تركيبه واختبار وظائفه.
بدأ الباحثون بجينوم C. crescentus الأصلي، والذي يحتوي على 4000 جين. كما هو الحال مع أي كائن حي، فإن معظم هذه الجينات لا تحمل أي معلومات وهي عبارة عن "حمض نووي غير مرغوب فيه". وبعد التحليل، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن حوالي 680 منها فقط ضرورية للحفاظ على حياة البكتيريا في المختبر.
بعد إزالة الحمض النووي غير المرغوب فيه والحصول على الحد الأدنى من الجينوم لـ C. crescentus، واصل الفريق عملهم. يتميز الحمض النووي للكائنات الحية بوجود تكرار مدمج، والذي يتمثل في حقيقة أن تخليق نفس البروتين يتم تشفيره بواسطة جينات مختلفة في عدة أقسام من السلسلة. استبدل الباحثون أكثر من 1/6 من 800 حرف من الحمض النووي في عملية تحسين لإزالة التعليمات البرمجية المكررة.
يقول بيت كريستين، المؤلف الرئيسي المشارك للدراسة: "بفضل الخوارزمية الخاصة بنا، قمنا بإعادة كتابة الجينوم بالكامل إلى تسلسل جديد من حروف الحمض النووي الذي لم يعد مشابهًا للأصل". "وفي الوقت نفسه، ظلت الوظيفة البيولوجية على مستوى تخليق البروتين دون تغيير."
ولاختبار ما إذا كانت السلسلة الناتجة ستعمل بشكل صحيح في خلية حية، قام الباحثون بزراعة سلالة من البكتيريا تحتوي على جينوم Caulobacter الطبيعي وأجزاء من الجينوم الاصطناعي في الحمض النووي الخاص بها. قام العلماء بإيقاف الجينات الطبيعية الفردية واختبروا قدرة نظيراتها الاصطناعية على أداء نفس الدور البيولوجي. وكانت النتيجة مثيرة للإعجاب للغاية: فقد تبين أن حوالي 580 من أصل 680 جينًا صناعيًا كانت فعالة.
تقول كريستين: "مع المعرفة المكتسبة، سنكون قادرين على تحسين الخوارزمية لدينا وتطوير نسخة جديدة من الجينوم 3.0". "نعتقد أننا سننشئ في المستقبل القريب خلايا بكتيرية حية بجينوم اصطناعي بالكامل."
في المرحلة الأولى، ستساعد مثل هذه الدراسات علماء الوراثة على التحقق من دقة معرفتهم في مجال فهم الحمض النووي ودور الجينات الفردية فيه، حيث أن أي خطأ في تركيب السلسلة سيؤدي إلى حقيقة أن الكائن الحي مع الجينوم الجديد سوف يموت أو يكون معيبًا. وفي المستقبل، سوف تؤدي إلى ظهور الكائنات الحية الدقيقة الاصطناعية التي سيتم إنشاؤها لمهام محددة سلفا. ستكون الفيروسات الاصطناعية قادرة على محاربة أقاربها الطبيعيين، وستنتج البكتيريا الخاصة الفيتامينات أو الأدوية.
ونشرت الدراسة في مجلة PNAS.
المصدر: 3dnews.ru