ساخت موجود زنده که فقط ۴۷۳ ژن دارد

مجله دیجی کالا - مهدی مومن زاده: در بین همه‌ی موجودات زنده، یک گل نادر ژاپنی با نام علمی Paris japonica بیشترین تعداد ژن‌‌ها را دارد. تعداد DNA این گل ۵۰ برابر بیشتر از انسان است. در سوی مقابل، اکنون دانشمندان در آزمایشگاه موجود زنده‌ای ساخته‌اند که رکورددار کمترین تعداد DNA شده است. آن‌طور که در ساینس منتشر شده، «کرگ ونتر» (Craig Venter) و همکارانش در کالیفرنیا نوعی میکروب ساخته‌اند که ژن‌های خیلی کمی دارد. ژنوم این میکروب که Syn ۳.۰ نامگذاری شده، فقط به اندازه‌ای است که بتواند زنده بماند و تولید مثل کند. این باکتری فقط ۴۷۳ ژن دارد.


ساختار ژنتیکی این موجود زنده متخصصان زیست فناوری و زیست‌شناسان تکاملی را شگفت‌زده کرده است. آن‌ها می‌خواهند ژن‌های مختلف را یکی یکی به این موجود اضافه کنند تا اثر آن‌ها را ببینند. «کریس وویگت» از دانشگاه MIT می‌گوید: «این گام مهمی برای ساخت سلول زنده‌ با ژنوم کاملا مشخص است.» ولی وویگت و دیگران اشاره می‌کنند راه زیادی تا شناسایی کامل باقی مانده چرا که عملکرد ۱۴۹ ژن یعنی تقریبا یک سوم ژن‌های میکروب Syn ۳.۰ ناشناخته است. اولین کار دانشمندان این است که بتوانند نقش این ژن‌ها را مشخص کنند تا به دیدگاه بهتری نسبت به زیست‌شناسی بنیادین زندگی برسند.

آن‌طور که از نام Syn ۳.۰ هم مشخص است، این اولین موجود زنده‌ای نیست که کرگ ونتر ساخته. کرگ ونتر مدیر انستیتوی JCVI و موسس شرکت «سینتتیک ژنومیکس» (Synthetic Genomics) یک شرکت زیست‌فناوری در کالیفرنیا است. در سال ۲۰۱۰ اعضای گروه او گزارش کردند که توانسته‌اند یک کروموزوم از باکتری Mycoplasma mycoides که یک باکتری با ژنوم کوچک به حساب می‌آید را انتخاب کنند و آن را در یک باکتری mycoplasma دیگر به نام M.capricolum که پیشتر DNA آن را استخراج کرده بودند، بکارند. بعد از چند آزمون و خطا آن‌ها نشان دادند که میکروب ترکیبی زنده ماند و توانست پروتیین‌هایی را که به طور معمول توسط M.mycoides و نه M.capricolum تولید می‌شدند، بسازد. آن زمان توانستند Syn ۱.۰ با ۹۰۱ ژن را بوجود آورند.


ولی آن‌ها در کار جدید خود با جدا کردن ژن‌های غیر ضروری Syn 1.0 خواستند ببیینند که کمترین تعداد ژن‌های مورد نیاز برای اینکه یک موجود زنده بماند و تولید مثل کند چقدر است. آن‌ها دو گروه را برای انجام کاری مشابه، یعنی استفاده از همه‌ی دانش ژنتیکی برای طراحی کروموزوم باکتریایی با کمترین ژنوم ممکن بسیج کردند. سپس هر دو ترکیب شدند و در M.Capricolum کاشته شدند. بعد از آن دانشمندان منتظر نشستند تا ببینند که آیا هرکدام می‌توانند یک موجود زنده‌ی بقا پذیر درست کنند یا خیر. ونتر می‌گوید: «خبر بزرگ این است که ما شکست خوردیم.» او این‌طور ادامه می‌دهد که شگفت زده شده چرا که هیچ‌کدام از کروموزوم‌ها توانستند میکروب زنده بوجود آورند. روشن است که دانش کنونی زیست‌شناسی برای طراحی و ساخت یک موجود زنده کافی نیست.

آن‌ها سپس ژنوم Syn 1.0 که ۹۰۱ ژن دارد را به هشت قسمت تقسیم کردند. پس از آن به ابتدا و انتهای هر قسمت تگ‌های مشابه DNA وصل کردند. بدین ترتیب اتصال دوباره‌ی قسمت‌ها آسان شد. این کار به آن‌ها اجازه داد که با هرکدام از قسمت‌ها به صورت ماژول‌های مستقل رفتار کنند. هرکدام را به نوبت جدا کنند، تکه‌هایی از DNA را پاک کنند و سپس دوباره ژنوم کامل را سر هم کنند و آن را به M.Capricolum وارد کنند و ببینند که آیا می‌تواند یک سلول زنده بسازد یا خیر. اگر ژنوم تغییر داده شده باعث می‌شد که موجود زنده نماند، آن‌ها می‌فهمیدند ژن مهمی که برای بقا لازم بوده را از بین برده‌اند.

همه‌ی این کارها باعث شد پژوهشگران بتوانند ژن‌هایی که عملکرد حیاتی نداشتند یا صرفا مقلد کار دیگر ژن‌ها بودند را دور بریزند. در نهایت طبق گفته‌ی ونتر گروه او هزاران ترکیب ژنتیکی مختلف را برای رسیدن به Syn 3.0 آزمایش کرد تا بالاخره به موجود زنده‌ای رسید که نصف Syn 1.0 ژن دارد. Syn 2.0 هم در این آزمایش بوجود آمد که ۵۲۵ ژن داشت.

این موجود زنده‌ی جدید ۵۳۱ هزار باز دارد. بنابراین خیلی کوچکتر از M.genitalium که ۶۰۰ هزار باز دارد نیست. ولی M.genitalium خیلی کند رشد می‌کند و هفته‌ها طول می‌کشد که جمعیت سلول‌ها دوبرابر شود. برعکس Syn 3.0 در عرض سه ساعت دو برابر می‌شود و مشخص است که می‌تواند با ژنوم اندک خود زندگی کند. ونتر می‌گوید: «ما نمی‌گوییم این کوچکترین ژنومی است که می‌توان با آن زندگی کرد.» با این حال اکنون Syn 3.0 کم ژن‌ترین موجود زنده‌ی دنیا به حساب می‌آید.