موفقیت دانشمندان در القای حافظه موقت به "دی ان آ"

اریکا چک هایدن − گاهی وقت‌ها یادآوری و فراموش کردنِ چیزها کار سختی می‌شود. اما “بعد از سه سال و ۷۵۰ تلاش ناموفق، بالاخره انجامش دادیم”. این را یروم بونت (Jerome Bonnet)، در خصوص تازه‌ترین پروژه پژوهشی‌اش می‌گوید: کشف روشی برای کدگذاری، ذخیره‌سازی، و نیز پاک‌سازی داده‌های دیجیتال از روی DNA.

به‌گفته دریو اندی (Drew Endy) از دانشگاه استنفورد و سرپرست این بررسی که دیروز گزارش آن در نشریه Proceedings of National Academy of Sciences به چاپ رسید، دستیابی دانشمندان به این یافتهْ یک طرف و مشقات طراحی سامانه‌ای برای پیاده‌سازی آن هم یک طرف. در واقع مدت‌ها بود که محققین حوزه زیست‌شناسی تلفیقی، درصدد تولید سیستم‌هایی برای بارگذاری داده‌های دیجیتال بر روی سلول‌های زنده برآمده بودند؛ چراکه گذشته از تنوع چشمگیر کاربری‌های این روش، آن را می‌توان سنگ بنای تولید مدارهای دیجیتالِ سلولی، که از اهداف دیرینه این رشته علمی هم به‌شمار می‌رفته، به حساب آورد.

البته پیش از این نیز حافظه‌های موقت زیستی، مثلاً از طریق سامانه‌های متکی به روش‌های رونوشت‌برداری، تولید شده بود و می‌شد از آن به‌منظور توقف و یا فعال‌سازی یک القای ژنتیکی در سلول زنده بهره جست. در چنین سیستم‌هایی می‌شود به‌محض تعیین وضعیت حافظه در مدار، اقدام به پاک‌سازی‌ آن نمود و با حافظه جدیدی جایگزینش کرد؛ یعنی دقیقاً شبیه کاری که با رایانه‌های شخصی‌مان هم می‌کنیم.

اما گروه اِندی می‌خواست همین نوع از حافظه را با پیوند زدن ساختمان ژنتیکی ِ یک باکتریوفاژ – نوعی ویروس که به باکتری‌های گیاهی حمله‌ور می‌شود – با DNA یک باکتری گیاهی موسوم به Escherichia coli، تولید کند. این سیستم از یک رشته DNA تشکیل شده بود که پیرامون آن را مکان‌هایی برای علامت دادن به آنزیم‌های تولیدی توسط باکتریوفاژ فرامی‌گرفت، به‌طوریکه در این نواحی می‌شد آنزیم‌ها را برای برش دادن قطعه‌ای از DNA و الحاق وارونه آن به کروموزوم تحریک کرد. این دانشمندان نشان دادند که چیدمان DNA را می‌شود از این طریق، تا حداکثر ۱۶ بار بر هم زد و باز آن را به وضع اولش برگرداند.

از جمله برتری‌هایی که در این روشْ نسبت به نمونه پیشینْ وجود دارد این است که دیگر این را می‌شود حقیقتاً دیجیتال نامید؛ چراکه جهت‌گیری اولیه DNA و حالت وارونه آن، عملکردی شبیه ۰ و ۱ دارند. از این گذشته، به‌گفته اندی، انرژی سلولِ میزبانْ دیگر صرف کاری فراتر از حفظ DNA نمی‌شود و لذا ذخیره‌سازی داده در سلول، یک کار انرژی‌بر نیست. وی اظهار می‌دارد این ابزار را می‌شود برای رهگیری وقایع درون‌سلولی هم استفاده برد؛ مثلاً تعیین آهنگ تقسیم سلول و نحوه تبدیل سلول‌های بنیادی جنین به سلول‌های متمایز یک فرد بزرگسال.

اریک کلاوینز (Eric Klavins)، از متخصصین زیست‌شناسی تلفیقی دانشگاه واشنگتن در سیاتل، می‌گوید: “کاری که گروه دریو موفق به انجامش شد و دیگران نتوانستند آن را به ثمر رسانند، قابلیت پاک‌سازی و احیای مجدد حافظه، در بازه‌های چندین و چندباره بود؛ درست مثل وقتی که یک بیت اطلاعات را روی هارد رایانه ثبت می‌کنید، اجرایش می‌کنید و به تناوب از آن بهره می‌گیرید”.

دشواری‌های کار

گروه اندی، دست به انتخاب بخشی به‌خصوص از ساختار سلولی ِ باکتریوفاژ زدند که به نظر می‌رسید امکان تعویض چیدمان DNA را به‌نحو قابل اطمینانی داشته باشد. اما معلوم شد این حدس آنقدرها هم درست نبوده. در نتیجه یروم بونت، دانشجوی دوره فوق‌دکتریِ استفورد که از پیشگامان این پروژه بود، سه سال متوالی را صرف آزمون و خطا کرد تا رویهمرفته بالغ بر ۷۵۰ طرح گوناگون، جهت اشکال‌زدایی از جوانب متعدد کار ایجاد شود.

اندی می‌گوید: “خود این یک نقد جدی به وضع فناوری‌‌های موجود در حوزه زیست‌شناسی تلفیقی است؛ یعنی برای تعیین رفتار شش ژن، مجبور باشی ۷۵۰ طرح بزنی تا بالاخره یکی‌شان کار کند. مثل این می‌ماند که بخواهی با رایانه‌ای کار کنی که برای اجرای یک دستور شش‌خطی، مجبورت کند ۷۵۰ دفعه دیباگ کنی”.

کلاوینز هم قبول دارد که بخش اعظم آزمایش‌های این حوزه، تا پیش از رسیدن به هدفی مشخص، باید از خوان آزمون‌ها و تنظیم‌های متعددی بگذرند. اما وی اعتقاد دارد این وضع، با تولید هرچه‌سریع‌ و ارزان‌تر ابزارآلات ژن‌ترکیب، که پیش‌نیاز تولید مدارهای ژنتیکی هستند، حتماً عوض خواهد شد. او می‌گوید: “هرچه روش‌های تلفیق ژنتیکیْ ساده‌تر و ارزان‌تر شوند، به نحو ساده‌تری هم می‌شود این کارها را به ثمر رساند”.

منبع:  nature

توضیح تصویر:

طرحی از رشته‌های DNA