حیات از یک الفبای چهار حرفی در DNA استفاده می‌کند، اما آیا ماشین‌آلات ژنتیکی بدن می‌توانند الفبای بزرگ‌تری را بخوانند؟ پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در سان‌دیه‌گو (UC San Diego) نشان داده‌اند که RNA پلی‌مراد — آنزیمی که دستورالعمل‌های DNA را روی RNA کپی می‌کند — می‌تواند الفبایی با هشت حرف را با دقت رونویسی کند.
دانشمندان در حال توسعه حروف ژنتیکی اضافی بوده‌اند تا به سیستم‌های بیولوژیکی مهندسی‌شده دامنه وسیع‌تری از قابلیت‌ها، از جمله تولید ترکیباتی که در طبیعت یافت نمی‌شوند، ببخشند. مطالعات قبلی از الفباهای گسترش‌یافته برای ساخت مولکول‌های DNA مصنوعی استفاده کرده بودند که قادر به شناسایی سلول‌های سرطان کبد هستند. پیشبرد و ساخت چنین دستاوردهایی مستلزم درک این نکته است که ماشین‌آلات طبیعی سلولی چگونه با این حروف ناشناخته و جدید رفتار می‌کنند.
حروف ژنتیکی جدید، سیگنال‌های شناسایی آشنا
تیم پژوهشی دانشگاه سان‌دیه‌گو آنزیم RNA پلی‌مراز حاصل از باکتری اشریشیا کلی (E. coli) را مورد بررسی قرار دادند. کپی کردن DNA به RNA نخستین گام در «بیان ژن» است؛ فرآیندی که سلول‌ها طی آن از دستورالعمل‌های ژنتیکی استفاده می‌کنند. پژوهشگران نحوه شناسایی دو جفت‌باز مصنوعی توسط این آنزیم را که چهار حرف به الفبای طبیعی اضافه می‌کردند، آزمایش کردند.
آزمایش‌های بیوشیمیایی: نحوه پردازش این حروف توسط آنزیم را مشخص کردند.
میکروسکوپ الکترونی سرد (Cryo-EM) با تفکیک‌پذیری بالا تصاویر جزئی و دقیقی از این فرآیند را در اختیار تیم قرار داد. پژوهشگران تصاویر ساختاری کوتاهی را ثبت کردند که نشان می‌داد RNA پلی‌مراز چگونه حروف مصنوعی را شناسایی کرده و آن‌ها را در طول تولید RNA به‌کار می‌گیرد؛ جزئیاتی که حتی از عرض یک اتم نیز کوچک‌تر بودند.
حروف اضافه شده از طریق همان سیگنال‌های بیوشیمیایی و ساختاری شناسایی شدند که آنزیم برای جفت‌بازهای طبیعی استفاده می‌کند. این امر توضیح می‌دهد که چگونه RNA پلی‌مراز می‌تواند با استفاده از ماشین‌آلات موجود خود، یک الفبای گسترش‌یافته را به دقت کپی کند. این درک مولکولی می‌تواند از ابزارهای تشخیصی، درمان‌ها و سیستم‌های بیولوژیکی مهندسی‌شده آینده که از اطلاعات ژنتیکی مصنوعی استفاده می‌کنند، پشتیبانی کند.
شناسایی بدون پیوندهای هیدروژنی معمول
این تیم همچنین جفت‌بازهای مصنوعی فاقد پیوندهای هیدروژنی را بررسی کردند؛ پیوندهایی که به‌طور معمول به کنار هم نگه داشتن حروف ژنتیکی جفت‌شده کمک می‌کنند.
در یک مطالعه مرتبط که در نشریه PNAS منتشر شد، پژوهشگران گزارش دادند که RNA پلی‌مراز می‌تواند مجموعه دیگری از جفت‌بازهای مصنوعی را حتی بدون وجود آن پیوندهای هیدروژنی شناسایی کند.
منبع: Scitechdaily
