کلاس یوس
دانشمندان چینی ابزارهایی ساخته‌اند که می‌توانند قطعات عظیم DNA، و حتی کروموزوم‌های کامل را، با دقتی بی‌سابقه و بدون برجای‌گذاشتن هیچ‌گونه اسکار یا اثر ژنتیکی ویرایش کنند. این فناوری که با ترکیبی از هوش مصنوعی و مهندسی پروتئین توسعه یافته، در اولین تست عملی خود با موفقیت برنجی مقاوم به علف‌کش تولید کرده است.
به گزارش ScienceDaily، برای دهه‌ها سیستم Cre-Lox ابزار اصلی دانشمندان برای دستکاری‌های بزرگ ژنتیکی بوده است. اما این سیستم با سه محدودیت بزرگ روبه‌رو بود:
- واکنش‌های آن اغلب برگشت‌پذیر بودند که ویرایش‌های انجام‌شده را خنثی می‌کردند.
- مهندسی و بهینه‌سازی آنزیم Cre برای افزایش کارایی، بسیار دشوار بود.
- این سیستم پس از انجام ویرایش، یک «جای زخم» یا توالی ژنتیکی ناخواسته را در ژنوم باقی می‌گذاشت.
اکنون، تیمی از محققان آکادمی علوم چین یک سیستم کاملاً جدید به نام «مهندسی کروموزوم قابل برنامه‌ریزی» (PCE) ساخته‌اند که بر تمام این محدودیت‌ها غلبه می‌کند.
نوآوری دانشمندان چینی برای ویرایش کامل کروموزوم‌ها
دانشمندان با طراحی جایگاه‌های Lox به صورت نامتقارن واکنش‌های برگشتی را بیش از ۱۰ برابر کاهش دادند. همچنین آنها با استفاده از یک مدل هوش مصنوعی به نام AiCErec، آنزیم Cre را به گونه‌ای مهندسی کردند که کارایی آن ۳.۵ برابر افزایش یابد. درنهایت با بهره‌گیری از فناوری پیشرفته پرایم ادیتورها، روشی به نام Re-pegRNA را ابداع کردند که پس از اتمام کار، جای زخم ژنتیکی باقی‌مانده را به‌طور کامل پاک و آن را با توالی اصلی DNA جایگزین می‌کند.
این فناوری جدید به دانشمندان قدرتی بی‌سابقه برای انجام دستکاری‌های عظیم و دقیق در ژنوم گیاهان و حیوانات می‌دهد؛ برای مثال:
- حذف یا وارونه‌کردن قطعات DNA به بزرگی چندین مگاباز (میلیون‌ها جفت باز).
- جایگزینی کامل توالی‌های بزرگ DNA.
- ادغام هدفمند قطعات DNA تا اندازه ۱۸.۸ کیلوباز.
- جابجایی کامل کروموزوم‌ها.
برای نمایش قدرت عملی این فناوری، محققان با استفاده از فناوری جدید قطعه‌ای ۳۱۵ کیلوبازی از DNA برنج را به‌طور کامل وارونه کردند. این تغییر دقیق ژنتیکی، منجر به تولید برنجی مقاوم به علف‌کش شد؛ دستاوردی که پیش از این با روش‌های قدیمی تقریباً غیرممکن بود. این پژوهش می‌تواند پارادایم کاملاً جدیدی را در مهندسی ژنتیک معرفی کند و باعث پیشرفت‌های عظیمی در حوزه‌هایی مانند بهبود محصولات کشاورزی، درمان بیماری‌های ژنتیکی و زیست‌شناسی مصنوعی می‌شود.
یافته‌های این پژوهش در ژورنال Cell منتشر شده است.
source