تحول در زیست‌شناسی مصنوعی: محققان موفق به اجرای همزمان دو کد ژنتیکی شدند

دانشمندان در یک دستاورد علمی خیره‌کننده موفق شدند دو کد ژنتیکی متفاوت را به‌طور همزمان در یک محیط آزمایشگاهی مدیریت کنند. این موفقیت که می‌تواند مسیر زیست‌شناسی مصنوعی را برای همیشه تغییر دهد، مانع از نیاز به دستکاری گسترده و دشوار تمام ژن‌های یک موجود زنده برای افزودن ویژگی‌های جدید می‌شود.

چالش تغییر در کدهای بنیادین حیات

کد ژنتیکی، زبان مشترکی است که تمام موجودات زنده از آن برای تبدیل اطلاعات DNA به پروتئین‌های خاص استفاده می‌کنند. تغییر دادن این زبان بسیار دشوار است، زیرا تقریباً تمام فرآیندهای حیاتی در یک سلول به ثبات آن وابسته هستند. در گذشته، محققان برای افزودن اسیدهای آمینه جدید، ناچار بودند تمام ژن‌های یک باکتری را از نو مهندسی کنند که فرآیندی بسیار زمان‌بر و پیچیده بود.

سیستم ترجمه پروتئین بر پایه همکاری سه جزء اصلی است:

• mRNA: حامل پیام از DNA
• ریبوزوم: کارخانه ساخت پروتئین
• tRNA: مولکول‌های انتقال‌دهنده که اسیدهای آمینه را به ترتیب صحیح می‌آورند

استراتژی جدید: دو سیستم موازی

تیم تحقیقاتی به رهبری جورج چرچ، با بهره‌گیری از یک رویکرد خلاقانه، توانستند از تداخل دو کد جلوگیری کنند. آن‌ها متوجه شدند که بخش‌هایی از ریبوزوم با بخش‌هایی از tRNA جفت می‌شوند. محققان با تغییر دقیق این توالی‌ها، توانستند دو جمعیت از tRNA ایجاد کنند که هر کدام فقط با یک نوع ریبوزوم خاص (یکی معمولی و دیگری مهندسی‌شده) تعامل داشته باشند.

"این روش اجازه می‌دهد تا یک کد ژنتیکی استاندارد برای حفظ حیات سلول و یک کد جدید برای اهداف مهندسی‌شده، همزمان و بدون تداخل عمل کنند."

در آزمایش‌های انجام شده، محققان توانستند یک رشته mRNA واحد را با استفاده از دو کد متفاوت به دو پروتئین کاملاً متمایز تبدیل کنند. این یعنی یک پیام ژنتیکی می‌تواند بسته به نوع ریبوزوم، دو خروجی متفاوت تولید کند.

آینده زیست‌شناسی مصنوعی

اگرچه این آزمایش هنوز در محیط‌های خارج از سلول (cell-free) انجام شده و انتقال آن به داخل یک سلول زنده چالش‌های جدی مانند تولید پروتئین‌های ناقص را به همراه دارد، اما پتانسیل آن غیرقابل انکار است. این تکنولوژی می‌تواند تولید داروهای پیچیده، مواد زیستی جدید و حتی موجوداتی با ویژگی‌های غیرطبیعی را بسیار سریع‌تر و ایمن‌تر کند.

در نهایت، دستیابی به دو کد ژنتیکی همزمان، مرزهای دانش ما از کنترل حیات را جابه‌جا کرده و دریچه‌ای نو به سوی طراحی موجودات زنده با قابلیت‌های برنامه‌ریزی‌شده باز کرده است.