زندگی کوچک‌ترین دستگاه ضبط جهان درون باکتری

وبسایت گجت نیوز - مرتضی گودرزی: دانشمندان توانسته‌اند کوچک ترین دستگاه ضبط جهان را درون یک باکتری کشف کنند که قادر است تحرکات ویروس‌ها درون بدن انسان را به صورت داده ثبت و ضبط کند.

محققان سیستم ایمنی یک باکتری را به‌عنوان کوچک‌ ترین دستگاه ضبط مولکولی جهان ثبت کردند. این باکتری، در واکنش به تغییرات شیمیایی محیط پیرامون خود عملی به نام time-stamping را که به مفهوم ثبت لحظه‌ای است انجام می‌دهد. اگر بخواهیم به زبان ساده‌تر توضیح دهیم باید گفت زمانی که یک عامل مهاجم درون بدن به سلول‌ها حمله می‌کند، این باکتری زمان و مشخصات دی ان ای مهاجم را به صورت آنی درون خود ثبت می‌کند.

ذخیره اطلاعات درون یک باکتری

دانشمندان مرکز پزشکی دانشگاه کلمبیای ایالات‌ متحده آمریکا با ویرایش ژن Crispr-cas که در سیستم ایمنی باکتری Escherichia coli قرار دارد، توانستند تا از قابلیت طبیعی آن برای ثبت اطلاعات ژنتیکی ویروس‌ها استفاده کنند. Crispr-cas در واقع یک دستگاه حافظه بیولوژیکی کاملا طبیعی است که می‌تواند تمامی تحرکات ویروس را درون خود ثبت و ضبط کند و وجود چنین سیستمی از دیدگاه مهندسی، یک جهش بزرگ در ذخیره اطلاعات به شمار می‌رود و این یک اتفاق شگفت‌انگیز است که در صورت توسعه می‌تواند در بخش‌های مختلفی از جمله در دستگاه‌های مانیتورینگ که به صورت زنده وضعیت سلامتی بدن را نشان می‌دهند یا حتی تجزیه و تحلیل میزان آلاینده‌های موجود در هوا مورد استفاده قرار گیرد.

این کشف اتفاق با ارزشی محسوب می‌شود؛ شاید این فنّاوری نیز مستحق دریافت عنوان انقلاب علمی باشند؛ زیرا قطعا فنّاوری ساده و بسیار کاربردی این باکتری باعث می‌شود تا دستاوردی عظیم در بخش ثبت اطلاعات مولکولی در حوزه مهندسی ژنتیک رقم بخورد.

کوچک ترین دستگاه ضبط جهان چطور عمل می‌کند


این ابزار بر اساس یک اصل کار می‌کند، ما در باکتری‌ها مشاهده کردیم همان‌طور که مشخص است - این باکتری حاوی اطلاعات پایه‌ای کاملی از بانک ژنتیکی است که به شناسایی ویروس مهاجم کمک می‌کند.

باکتری این اطلاعات را در بخش‌های RNA کپی می‌کند و به آنزیم‌های به نام Cas کمک می‌کند تا ژنوم ویروس مهاجم را تشخیص دهند و قبل از این‌که بتواند به بدن آسیبی برساند آن را از بین ببرد؛ این همان چیزی است که باعث می‌شود به‌عنوان یک سیستم فوق‌العاده خوب شناخته شود.

هنگامی که شما درباره تغییر حالت سیگنال‌های الکتریکی و یا ضبط صدا فکر می‌کنیم، میدانیم که این یک فنّاوری کاملا پیچیده است؛ اما ما فکر کردیم که چطور چنین چیزی می‌تواند در این مقیاس کوچک درون یک سلول زنده وجود داشته باشد؟

سپس متوجه شدیم که این سیستم از قطعات دایره‌ای درون DNA به نام پلاسمیدها به‌ عنوان مسئول ثبت کلیه داده‌ها استفاده می‌کند به طوری که با ایجاد پیام‌های خاص در پاسخ به سیگنال‌های خاص- مانند حضور metabolite در مس، یا قند، دانشمندان توانستند این تغییر محیطی را ثبت کنند.

اما برای تبدیل آن به یک دستگاه ضبط داده مناسب، نیاز است که اطلاعات را در یک توالی پشت سر هم ذخیره کند. در این مرحله است که CRISPR وارد می‌شود و به پلاسماسیدها در دنبال دار کردن (دوختن اطلاعات به هم) اطلاعات بهم، درست شبیه به یک نوار ضبط صورت کمک می‌کند.

همچنین وقتی در حال ثبت اطلاعات؛ پلاسمید غلیظ می‌شود این سیستم فورا از یک پلاسمید دیگر برای ادامه ثبت اطلاعات استفاده می‌کند و همین استفاده از پلاسمایدهای مختلف در طول ثبت اطلاعات نشان دهنده لحظات تغییرات محیطی در بدن است. این روش ثبت اطلاعات توسط این باکتری در طول چند روز به صورت کاملا منظم انجام می‌شود و همین امر باعث شده تا عنوان کوچک ترین دستگاه ضبط جهان را به خود اختصاص دهد.