متخصصان ژنتیک با جایگزینی 62,214 جفت باز DNA در یک ژنوم پیوندی ای‌کولای (E. coli)، گامی روبه‌جلو در بازنویسی کد این ژنوم برداشته‌اند.
بازنویسی کد ژنوم‌ها می‌تواند تا حد زیادی منجر به تولید ارگانیسم‌هایی شود که در برابر ویروس‌ها مقاوم هستند. این موفقیت حتی می‌تواند به زیست‌شناسان در کد نویسی برای تمامی اسیدهای آمینه نیز کمک کند. بازنویسی کدها به دانشمندان در برنامه‌نویسی مجدد حیات کمک خواهد کرد.
پیتر کار، مهندس زیستی در دانشگاه MIT که البته در این مطالعه حضور نداشت، می‌گوید:
این کار اصلاً ساده نیست، اما ما می‌توانیم حیات را در مقیاس‌های بسیار گسترده مهندسی کنیم. حتی می‌توانیم این کد ژنتیکی را از اساس تغییر دهیم.
برای اینکه درک کنیم محققان چه کاری انجام داده‌اند، در ابتدا باید نحوه‌ی کار DNA را متوجه شویم. DNA و چهار جفت باز آن (A، T، C و G) به RNA تبدیل می‌شود. در اینجا کد به شکل سه‌گانه دسته‌بندی می‌شود و هر کد مختص به یک اسیدآمینه است. برای مثال، کدهای A - G - G برای اسیدآمینه‌ی آرژنین است و کدهای C - C- G برای پرولین.
مارک لاجوا، یکی از محققان در این مطالعه، می‌گوید:
تقریباً تمام حیات از یک کد ژنتیکی مشترک بهره می‌برد. برای مثال، توالی ژنتیکی A - G - G تقریباً برای همه‌ی ارگانیسم‌ها مشابه است؛ از سلول‌های شما گرفته تا سلول‌های یک گیاه یا یک مخمر.
اما در این میان 64 سه‌گانه یا کدون وجود دارد و تنها 20 نوع اسیدآمینه در طبیعت یافت می‌شود. به این معنی که سه یا چهار کدون ممکن است به یک اسیدآمینه تبدیل شود و چند همپوشانی هم شکل بگیرد؛ برای مثال C - C - C نیز می‌تواند به شکل پرولین کدگذاری شود؛ دقیقاً به‌مانند C - C -G. به‌علاوه این سلول با این کدون‌ها تقریباً به یک شکل رفتار می‌کند.
محققان دانشگاه هاروارد موفق به حذف قسمتی از این همپوشانی در ای‌کولای از طریق تغییر 62,214 جفت باز و حذف 7 عدد از 64 کدون در 3548 ژن ای‌کولای شده‌اند.
شاید تصور کنید که این خبری بد برای آن سلول است، اما این گروه اخیراً 63 درصد از ژن‌های بازنویسی شده را آزمایش کرده است و تقریباً تمامی آن‌ها یک ای‌کولای نسبتاً سالم تولید کرده‌اند.
پاتریک کای، زیست‌شناس مصنوعی در دانشگاه ادینبورو در بریتانیا و یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی، می‌گوید:
مشاهده‌ی چنین ژنوم انعطاف‌پذیری هیجان‌انگیز است. به‌علاوه مشاهده‌ی فناوری‌هایی نظیر طراحی محاسباتی، پیوند از ابتدا و سرهم‌بندی، بسیار شگفت‌انگیز است و همچنین امروزه دامنه‌ای از سنجش‌های فنوتیپ برای پشتیبانی از فاکتورگیری مجدد ژنوم در این مقیاس به کمال رسیده است.
یکی از جذاب‌ترین بخش‌های این پروژه توانایی بازنویسی کد DNA است که این باکتری را در برابر تمامی ویروس‌ها مقاوم می‌کند.
این تیم در تحقیقی دیگر که در مجله‌ی ساینس به چاپ رسیده است، این کار را از طریق حذف مکانیسمی در سلول ای‌کولای برای درک یک کدون انجام داد. زمانی که آن‌ها پروتئین موسوم به RF1 را حذف کردند و وقتی کدون U - A - G خوانده شد، دستگاه DNA نتوانست آن را به‌مانند همیشه متوقف کند.
به این معنی که سلول‌های آن‌ها DNA را به شکل دیگری خواندند. اگر کدون U - A - G بعداً به‌طور مشخص اضافه شود و سلول برای خواندن آن تحت‌فشار قرار بگیرد، سلول نمی‌داند با این کدون چه کند و درنهایت تحت تأثیر قرار نخواهد گرفت.
این افزودن اجباری DNA چیزی است که به‌طور طبیعی و در زمانی که ویروس هر سلول زنده‌ای را آلوده کرد، پدید می‌آید. آن‌ها این کار را از طریق دو نیم کردن ژنوم میزبان و افزودن آن به DNA خود انجام می‌دهند. این کار باعث افزایش میزان ویروس‌ها می‌شود.
لاجوا می‌گوید:
زمانی که ویروس‌ها یک سلول میزبان را آلوده کردند، در وهله‌ی اول ژنوم خود را به آن تزریق و سلول را به تولید ویروس‌های بیشتر وادار می‌کنند. از زمان معرفی روش «کدگذاری مجدد ژنتیکی ارگانیسم‌ها» داستان تغییر کرد. در این روش دستور ژنتیکی ویروس برای تکثیر خود، غلط خوانده می‌شود و ویروس نمی‌تواند چرخه‌ی حیات خود را کامل کند.
محققان امیدوارند که درنهایت بتوانند از این کدون‌ها برای ساخت اسیدآمینه‌های مصنوعی در این باکتری استفاده کنند. این روش می‌تواند نوع تولید پروتئین ای‌کولای را به‌طور کامل تغییر دهد و تأثیری شگرف در تولید و سایر صنایع داشته باشد.
اما دانشمندان باید آزمایش تمامی ژن‌های مصنوعی را به پایان رسانده و ژنوم باز کد نویسی شده را برای ساخت یک ارگانیسم ترکیب کنند. این یک گام مهم و جذاب در دنیایی است که اصلاح ژنی (CRISPR) و اصلاح ژنتیکی جنین انسانی در آستانه‌ی یک اثرگذاری بزرگ هستند.
این اقدام بی‌تردید می‌تواند بزرگ‌ترین و اساسی‌ترین پروژه‌ی مهندسی ژنوم باشد. در تحقیقات بعدی که به‌زودی انجام می‌شود، ژنوم به‌طور کامل تغییر خواهد کرد و آزمایش‌هایی روی مواردی از قبیل مقاومت یک ویروس همه‌کاره، مشاهده‌ی چگونگی افزایش تعداد اسیدهای آمینه و تأیید مهار زیستی انجام خواهد شد.
