8 نوامبر 2023 – توسط دانشگاه ناتینگهام-ساکارومایسس سرویزیه، تصویر SEM. اعتبار: Mogana
تیمی از دانشمندان مستقر در بریتانیا، به رهبری کارشناسان دانشگاه ناتینگهام و امپریال کالج لندن، ساخت یک کروموزوم مصنوعی را به عنوان بخشی از یک پروژه بزرگ بین المللی برای ساخت اولین ژنوم مخمر مصنوعی در جهان به پایان رساندند.
این کار که در Cell Genomics منتشر شده است، نشان دهنده تکمیل یکی از 16 کروموزوم ژنوم مخمر توسط تیم بریتانیایی همکاری بین المللی ژنوم مخمر مصنوعی است که بخشی از بزرگترین پروژه زیست شناسی مصنوعی است.
این همکاری که با نام “Sc2.0” شناخته می شود، یک پروژه 15 ساله است که تیم هایی از سراسر جهان (بریتانیا، ایالات متحده، چین، سنگاپور، بریتانیا، فرانسه و استرالیا) را در بر می گیرد و با هم همکاری می کنند تا نسخه های مصنوعی همه کروموزوم های مخمر را بسازند. . در کنار این مقاله، نه نشریه دیگر نیز از سایر تیم‌ها منتشر شده است که کروموزوم‌های مصنوعی آنها را توصیف می‌کنند. تکمیل نهایی پروژه ژنوم – بزرگترین ژنوم مصنوعی تا کنون – در سال 2024 انتظار می رود.
این اولین تلاش برای ساختن ژنوم مصنوعی یوکاریوت – یک موجود زنده با هسته، مانند حیوانات، گیاهان و قارچ ها است. مخمر ارگانیسم منتخب برای این پروژه بود، زیرا دارای ژنوم نسبتا فشرده است و توانایی ذاتی برای بخیه زدن DNA را دارد که به محققان اجازه می دهد کروموزوم های مصنوعی در سلول های مخمر بسازند.
انسان ها سابقه ای طولانی در مورد مخمر دارند و در طی هزاران سال آن را برای پخت و پز کردن اهلی کرده اند و اخیراً از آن برای تولید مواد شیمیایی و به عنوان یک ارگانیسم نمونه برای نحوه عملکرد سلول های خودمان استفاده می کنند. این رابطه به این معنی است که ما بیشتر از هر موجود زنده دیگری در مورد ژنتیک مخمر می دانیم. این عوامل باعث شد که مخمر کاندیدای آشکار باشد.
تیم مستقر در بریتانیا، به رهبری دکتر بن بلونت از دانشگاه ناتینگهام و پروفسور تام الیس در امپریال کالج لندن، اکنون تکمیل کروموزوم خود، کروموزوم مصنوعی XI را گزارش کرده اند. پروژه ساخت کروموزوم 10 سال طول کشیده است و توالی DNA ساخته شده از حدود 660000 جفت باز تشکیل شده است که “حروف” کد DNA را تشکیل می دهند.
کروموزوم مصنوعی جایگزین یکی از کروموزوم های طبیعی یک سلول مخمر شده است و پس از یک فرآیند رفع اشکال پر زحمت، اکنون به سلول اجازه می دهد تا با همان سطح تناسب اندام یک سلول طبیعی رشد کند. ژنوم مصنوعی نه تنها به دانشمندان در درک نحوه عملکرد ژنوم کمک می کند، بلکه کاربردهای زیادی نیز خواهد داشت.
به جای اینکه یک کپی مستقیم از ژنوم طبیعی باشد، ژنوم مصنوعی Sc2.0 با ویژگی های جدیدی طراحی شده است که به سلول ها توانایی های جدیدی می دهد که در طبیعت یافت نمی شوند. یکی از این ویژگی‌ها به محققان اجازه می‌دهد تا سلول‌ها را مجبور کنند تا محتوای ژنی خود را تغییر دهند و میلیون‌ها نسخه مختلف از سلول‌ها را با ویژگی‌های متفاوت ایجاد کنند. سپس می توان افراد را با خواص بهبود یافته برای طیف گسترده ای از کاربردها در پزشکی، انرژی زیستی و بیوتکنولوژی انتخاب کرد. این فرآیند به طور موثر شکلی از تکامل فوق باردار است.
این تیم همچنین نشان داده است که کروموزوم آن می تواند به عنوان یک سیستم جدید برای مطالعه DNAهای دایره ای خارج کروموزومی (eccDNA) تغییر کاربری دهد. این حلقه‌های DNA شناور آزاد هستند که از ژنوم خارج شده‌اند و به‌طور فزاینده‌ای به‌عنوان عواملی در پیری و به‌عنوان عامل رشد بدخیم و مقاومت دارویی شیمی‌درمانی در بسیاری از سرطان‌ها، از جمله تومورهای مغزی گلیوبلاستوما شناخته می‌شوند.
دکتر بن بلونت، یکی از دانشمندان ارشد این پروژه، استادیار دانشکده علوم زیستی در دانشگاه ناتینگهام است. او گفت: «کروموزوم‌های مصنوعی به خودی خود دستاوردهای فنی عظیمی هستند، اما همچنین طیف وسیعی از توانایی‌های جدید را برای نحوه مطالعه و کاربرد زیست‌شناسی باز می‌کنند. این می‌تواند از ایجاد سویه‌های میکروبی جدید برای تولید زیستی سبزتر تا کمک کردن را شامل شود. ما بیماری را درک می کنیم و با آن مبارزه می کنیم.”
“پروژه ژنوم مخمر مصنوعی نمونه فوق العاده ای از علم در مقیاس بزرگ است که توسط گروه بزرگی از محققان از سراسر جهان به دست آمده است. این تجربه بزرگی بود که بخشی از چنین تلاشی عظیم بود، جایی که همه درگیر به سوی یک هدف مشترک در تلاش بودند..”
پروفسور تام الیس از مرکز زیست شناسی مصنوعی و گروه مهندسی زیستی در امپریال کالج لندن، گفت: “با ساخت یک کروموزوم بازطراحی شده از تلومر به تلومر، و نشان دادن آن که می تواند به خوبی جایگزین یک کروموزوم طبیعی شود، کار تیم ما پایه های طراحی را ایجاد می کند. و ساخت کروموزوم های مصنوعی و حتی ژنوم برای موجودات پیچیده مانند گیاهان و حیوانات.”
