آیا زندگی یک زبان برنامه نویسی ناشناخته برای ساخت DNA دارد؟

اکنون تیمی از  دانشگاه استنفورد  دریافته است که نوعی انزیم به نام پلیمراز می تواند بدون نقشه عمل کند. شکل خود این آنزیم مانند قالبی عمل می کند که DNA جدید بر اساس آن ساخته می شود و به هیچ مرجع خارجی  نیاز ندارد .

چنین چیزی تا به حال مشاهده نشده است. اگرچه این کشف به طور کامل کتاب های علمی را بازنویسی نمی کند، اما بدون شک فصل جدید و جالبی را اضافه می کند. این موضوع پیامدهایی برای رفتار باکتری ها، تکامل زیستی و اجزای سازنده حیات دارد.

پژوهشگران در مقاله منتشر شده خود نوشته اند:

سنتز آنزیمی اسیدهای نوکلئیک فرایندی بنیادی است که پایه همانندسازی ژنوم، ترمیم و انواع گوناگون پردازش اطلاعات در تمام اشکال حیات را تشکیل می دهد. این یافته ها دامنه عملکرد پلیمرازهای اسید نوکلئیک را گسترش می دهد و سازوکاری مبتنی بر پروتئین را برای سنتز اختصاصی DNA آشکار می کند.

انگیزه اصلی این مطالعه بررسی ترانسکریپتازهای معکوس مرتبط با دفاع ( DRT ) بود که باکتری ها برای مقابله با حمله ویروس ها از آن استفاده می کنند. دانشمندان پیش از این نیز رفتارهای غیرمعمولی در ساخت DNA توسط این پلیمرازها مشاهده کرده بودند.

به طور مشخص، این تیم یک سیستم  DRT3  را از باکتری اشرشیا کلای شبیه سازی کرد و رفتار آن را در لوله های ازمایش و در سلول های زنده بررسی کرد. این بررسی سه بخش از یک ماشین تولید DNA را نشان داد: دو انزیم به نام Drt3a و Drt3b به همراه یک قطعه RNA غیرکدگذار.

دیاگرام سیستم DRT3 که Drt3a را به رنگ زرد و Drt3b را به رنگ آبی نشان می دهد.

DRT3 یک سیستم دفاعی در باکتری ها است که شامل چند پروتئین و یک RNA غیرکدکننده است و به آن ها کمک می کند در برابر ویروس ها مقاومت نشان دهند و در برخی شرایط می تواند در فرایند ساخت DNA نقش غیرمعمولی داشته باشد.

درک کنونی ما از زیست شناسی نشان می دهد که اطلاعات ژنتیکی از یک نقشه DNA به پروتئین های سازنده منتقل می شود. اما در مورد Drt3b این فرایند درون خود سیستم انجام می شود، به طوری که ساختار خط تولید عملا به عنوان نقشه عمل می کند و تعیین می کند DNA چگونه کدگذاری شود.

الکس گائو  زیست شیمیدان دانشگاه استنفورد می گوید:

خود پروتئین به عنوان نقشه توالی DNA عمل می کند. این موضوع بسیار شگفت انگیز بود. این یک روش کاملا جدید است که حیات از طریق آن DNA تولید می کند.

در حال حاضر پژوهشگران دقیقا مطمئن نیستند که باکتری ها چگونه از DRT3 برای محافظت در برابر ویروس ها استفاده می کنند. همچنین با وجود اینکه این کاربرد بسیار خاص به نظر می رسد، به این معنا نیست که نتوان کاربردهای دیگری برای آن پیدا کرد.

فناوری CRISPR  نیز ابتدا به عنوان یک سیستم دفاعی طبیعی در باکتری ها شناخته شد و سپس دانشمندان از آن برای توسعه روش ویرایش ژن استفاده کردند.

CRISPR  یک فناوری ویرایش ژن است که از سیستم دفاعی طبیعی باکتری ها الهام گرفته شده و به دانشمندان امکان می دهد DNA را با دقت بالا تغییر دهند. در اینده این احتمال وجود دارد که ترفند استفاده شده توسط Drt3b نیز مهندسی و به کار گرفته شود، هرچند این موضوع هنوز فاصله زیادی دارد.

اگرچه دانشمندان در حال حاضر روی روش هایی برای ساخت DNA مصنوعی در ازمایشگاه کار می کنند، اما  پلیمراز Drt3b  که در این مطالعه بررسی شده است به عنوان قالبی بسیار خاص و ثابت عمل می کند. بازبرنامه ریزی آن برای کاربردهای دیگر دشوار خواهد بود، هرچند غیرممکن نیست.

مطالعات بیشتری لازم است تا مشخص شود DRT3 دقیقا چگونه با حملات ویروسی مقابله می کند و باکتری ها چگونه از آن استفاده می کنند. این موضوع درک بهتری از ساخت این نوع DNA و کاربردهای احتمالی آن فراهم می کند.

همچنین این پرسش مطرح است که این میانبر کارآمد چگونه شکل گرفته است. پژوهشگران پیش بینی می کنند که DRT3 در میان بسیاری از گونه های باکتری فعال باشد و تاریخچه تکاملی طولانی به عنوان روشی برای مقابله با ویروس ها با حداقل مصرف انرژی داشته باشد.

در مجموع، سیستم DRT3 از یک سازوکار غیرمنتظره برای انتقال اطلاعات زیستی استفاده می کند و دامنه راهبردهای مبتنی بر اسید نوکلئیک در دفاع ضد فاژ را گسترش می دهد.

این پژوهش در نشریه  Science  منتشر شده است.

گردآوری و ترجمه: مازیار دانیالی