ایجاد یک آنزیم جدید برای ممکن کردن "حیات مصنوعی"

پژوهشگران آمریکایی، با ایجاد یک آنزیم جدید سعی دارند امکان حیات را در شرایط منحصربه‌فرد فراهم کنند.

کد خبر: ۱۹۶۹۸۱

تاریخ: ۰۱ بهمن ۱۳۹۶ - ۱۰:۵۳

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از گیزمگ، ممکن است دانشمندان به دلیل نارضایتی از ویرایش ژن‌های موجود در ارگانیسم‌های زنده یا ایجاد هوش مصنوعی هوشمندتر، سرانجام قادر به مهندسی زیستی گونه‌های مصنوعی منحصر ‌به ‌فردی از ابتدا باشند.

پژوهشی جدید که در دانشگاه "پرینستون" (Princeton)آمریکا انجام شد، با تایید اینکه پروتئین مصنوعی این گروه، مانند آنزیمی در باکتری زنده عمل کرد، دانشمندان را یک مرحله به آینده نزدیک کرده است.

در سال 2010، دانشمندان یک ارگانیسم مصنوعی را از یک ژنوم تولید شده توسط رایانه در سلولی طبیعی ابداع کردند که می‌توانست خود را تکثیر کند.

سپس، حدود یک سال پیش، "مؤسسه پژوهشی اسکریپس" (Scripps Institute) در آمریکا، اعلام کرد یک باکتری با دو باز نوکلئوتیدی DNA جدید در ژنوم‌ آن به وجود آورده است و در ماه نوامبر، همین گروه گزارش داد که ابداع آنها، پروتئینی با یک نام تجاری جدید تولید کرده است.

در طول سال‌ها، گروه دانشگاه پرینستون، پروتئین‌های مصنوعی برای " اشریشیا کلی" (E. coli) –یک گونه باکتری ساده که به طور متداول به عنوان بستری برای سنجش این نوع آزمایش‌ها استفاده می‌شود- ابداع کرده است.

پژوهشگران برای آزمایش ابداعات‌شان، ژن‌های خاصی را حذف کردند که منجر به ایجاد باکتری‌هایی می‌شوند که قادر به تولید آنزیم "فس" (Fes) که سلول‌ها از آن برای دریافت آهن استفاده می‌کنند، نیستند.

این باکتری بدون مواد معدنی حیاتی، قادر به زنده ماندن نیست اما این گروه، پروتئین‌هایی که می‌توانند این عملکرد را جایگزین کنند، رها یا این باکتری را احیا می‌کنند.

در این پژوهش جدید، پژوهشگران فقط متوجه چگونگی عملکرد این پروتئین‌های جدید شدند. آنها فهمیدند که دو نوع از این پروتئین‌ها، با جبران آنزیم‌های از دست رفته و افزایش تولید دیگر فرآیندها در سلول، باکتری "اشریشیا کلی" را حفظ می‌کنند اما نوع دیگری از این پروتئین‌ها، این مشکل را به شکل مستقیم‌تری حل می‌کنند.

"آن دانلی" (Ann Donnelly)، نویسنده ارشد این پژوهش می‌گوید: این پروتئین مصنوعی موسوم به " Syn-F4"  در واقع، یک آنزیم است. لحظه کشف این حقیقت، لحظه‌ای باورنکردنی برای من بود تا حدی که نمی‌خواستم پیش از تکرار چندین باره آن، حرفی در موردش بزنم.

دانلی در ابتدا متوجه شد که این سلول‌ها به طور ناگهانی قادر به دریافت آهن شده‌اند که این موضوع به آنزیم بودن Syn-F4 اشاره داشت. پس از چندین بار تکرار این آزمایش، دانلی توجه محقق ارشد آزمایشگاه یعنی "میشل هکت" (Michael Hecht) را به سوی آن برانگیخت.

هکت می‌گوید: زیست‌شناسی، سیستم واکنش‌ها و کاتالیز‌های بیوشیمیایی است. هر مرحله، آنزیمی دارد که آن را کاتالیز می‌کند چون در غیراینصورت، این واکنش‌ها به قدر کافی برای وجود حیات، سریع نخواهند بود.

یک آنزیم، پروتئینی است که یک کاتالیزور است. این نوع بهترین کاتالیزورها در جهان هستند چون تکامل، میلیاردها سال است که آنها را انتخاب کرده است. آنزیم‌ها می‌توانند سرعت بسیاری از واکنش‌ها را افزایش دهند.

با اینکه پژوهشگران هنوز در مرحله آزمایش به سر می‌برند، یک آنزیم مصنوعی عملکردی، مرحله‌ای مهم به سوی گسترش حقیقی زیست‌شناسی حقیقتا مصنوعی است.

این گونه‌های حیات نه تنها برای گسترش سودمند غذا، سوخت یا دارو طراحی می‌شوند، بلکه می‌توانند به ما کمک کنند بفهمیم چگونه حیات می‌تواند در شرایط دیگر از جمله در سیارات دیگر هم به وجود آید.

هکت ادامه می‌دهد: ما در حال آغاز کدگذاری ژنوم مصنوعی هستیم. ما 0.1 درصد از ژنوم اشریشیا کلی را حفظ کرده‌ایم.

در حال حاضر، این ژنوم، یک اشریشیا کلی عجیب با برخی ژن‌های مصنوعی است که به آن اجازه رشد می‌دهد. فرض کنید که 10 یا 20 درصد را جایگزین می‌کنید. پس، این تنها یک اشریشیا کلی عجیب با برخی ژن‌های مصنوعی نیست بلکه یک ارگانیسم جدید است.

این پژوهش، در مجله " Nature Chemical Biology" به چاپ رسید.