باکتری‌های فوتوسنتزی که از 7/2 میلیارد سال پیش بر روی زمین زندگی می‌کنند، منبع یک ابزار تنظیمی زیستی ارزشمند و جدید هستند که توسط زیست‌مهندسان دانشگاه رایس ابداع شده است. محققان دانشگاه رایس با استفاده از یک مسیر پروتئینی موفق به تولید یک حسگر اپتوژنتیک در محدوده ماورابنفش-بنفش شدند.
به گزارش پایگاه خبری تحلیلی فناوری و نوآوری، باکتری‌های Synechocystis یک مسیر پروتئینی تولید می‌کنند که حضور نور
ماورابنفش-بنفش را حس می‌کند و یک موتور پروتئینی را که سبب حرکت ارگانیسم
تک‌سلولی به محیط ایمن‌تر می‌شود، فعال می‌سازد. این مسیر پروتئینی سریعاً
به نور ماورابنفش-بنفش واکنش نشان می‌دهد و نسبت به دیگر طول‌موج‌های نور
بی‌اثر است. این خصوصیت باعث می‌شود تا این باکتری‌ها برای استفاده در
ابزارهای اپتوژنتیک بسیار ایده‌آل باشند.
تابور، زیست‌شناس سنتزی دانشگاه رایس به همراه دانشجوی خود (راماکریشنان) نتایج مطالعه خود را در مجله ACS Synthetic Biology چاپ کردند.
اپتوژنتیک یک رشته علمی نسبتاً جدید است که در آن گیرنده‌های نوری مهندسی شده فعال‌شده نوری، برای شناسایی یا کنترل فرایندهای زیستی مولکولی همچون بیان پروتئین‌های مطلوب استفاده می‌شوند. به‌دلیل اینکه هدایت و کنترل نور ساده است، استفاده از گیرنده‌های نوری در مقایسه با ابزارهایی که به واکنش‌های شیمیایی واکنش نشان می‌دهند، ساده‌تر است.
محققان دانشگاه رایس پروتئین‌های باکتریایی فوتوسنتزی را به تنظیم‌کننده‌های رونویسی تبدیل کردند و آنها را برای انجام تست‌های آزمایشگاهی درون باکتری E.coli قرار دادند. این محققان از این پروتئین‌ها برای برنامه‌نویسی سیگنال‌های بیان ژن "با قابلیت پیش‌بینی بالا" بهره بردند.
تابور می‌گوید:« مسیر پروتئینی (UirS-UirR) تنها ابزار اپتوژنتیکی است که منحصراً به نور ماورابنفش-بنفش واکنش نشان می‌دهد و به زیست‌شناسان این امکان را می‌دهد تا با پروتئین‌های فعال نوری مدارهایی برنامه‌نویسی کنند که با یکدیگر تداخل ندارند. سیستم‌های زیستی توسط ژن‌های واکنش‌دهنده زیادی تنظیم می‌شوند و ابزارهای اپتوژنتیک چندگانه برای مطالعه این شبکه‌ها ضروری هستند.»
این مسیر را می‌توان از طریق تابش نور ماورابنفش و تابش نور سبز به‌ترتیب فعال(روشن) و غیرفعال(خاموش) کرد و یا برعکس حالت فوق ( بسته به اینکه مدار چگونه طراحی شده است). این محققان معتقداند که این ابزار برای پژوهشگرانی که مسیر متابولیکی برای ساخت دارو و حسگرهای زیستی طراحی می‌کنند، مفید است.
حسگرهای جدید در طراحی مدار دارای سرعت بالاتر و تطبیق‌پذیری بیشتری هستند. تابور می‌گوید:« ما متوجه شدیم که در حسگرهای نوری ابداع شده توسط دیگر محققان، بیش از دو ساعت طول می‌کشد تا روشن یا خاموش شوند و به محدوده وسیعی از طول‌موج‌ها واکنش نشان می‌دهند. این خصوصیات برای مطالعه و کنترل پروسه‌های باکتریایی ایده‌آل نیستند. اما حسگر ماورابنفش-بنفش تنها در مدت زمان ده دقیقه روشن و خاموش می‌شود. علاوه‌براین، حسگر باعث می‌شود تا بیان ژن در مراحل مختلف با دقت بیشتری انجام گیرد. همه این خصیصه‌ها برای مطالعه شبکه‌های ژنی باکتریایی یا برای کاربردهای صنعتی ایده‌آل و مفید هستند.»
به‌دلیل اینکه حسگر ماورابنفش-بنفش فقط در طول‌موج‌های محدوده 380تا 420 نانومتر فعال می‌شوند، هیچ‌گونه تداخلی با دیگر ابزارهای فتوریورسیبل (photoreversible) سبز و قرمز ندارد. و از این‌رو می‌توان به طور همزمان از آنها در یک سیستم استفاده کرد که مزیت بسیار بزرگی است.
راماکریشان می‌گوید:« کاربردهای صنعتی بسیاری برای این فناوری بخصوص برای طراحی دارو یا برای تولید انواع حدواسط‌های پلاستیکی ( که برای تولی آنها چندین آنزیم لازم است) وجود دارد.»
تابور، زیست‌شناس سنتزی دانشگاه رایس به همراه دانشجوی خود (راماکریشنان) نتایج مطالعه خود را در مجله ACS Synthetic Biology چاپ کردند.
اپتوژنتیک یک رشته علمی نسبتاً جدید است که در آن گیرنده‌های نوری مهندسی شده فعال‌شده نوری، برای شناسایی یا کنترل فرایندهای زیستی مولکولی همچون بیان پروتئین‌های مطلوب استفاده می‌شوند. به‌دلیل اینکه هدایت و کنترل نور ساده است، استفاده از گیرنده‌های نوری در مقایسه با ابزارهایی که به واکنش‌های شیمیایی واکنش نشان می‌دهند، ساده‌تر است.
محققان دانشگاه رایس پروتئین‌های باکتریایی فوتوسنتزی را به تنظیم‌کننده‌های رونویسی تبدیل کردند و آنها را برای انجام تست‌های آزمایشگاهی درون باکتری E.coli قرار دادند. این محققان از این پروتئین‌ها برای برنامه‌نویسی سیگنال‌های بیان ژن "با قابلیت پیش‌بینی بالا" بهره بردند.
تابور می‌گوید:« مسیر پروتئینی (UirS-UirR) تنها ابزار اپتوژنتیکی است که منحصراً به نور ماورابنفش-بنفش واکنش نشان می‌دهد و به زیست‌شناسان این امکان را می‌دهد تا با پروتئین‌های فعال نوری مدارهایی برنامه‌نویسی کنند که با یکدیگر تداخل ندارند. سیستم‌های زیستی توسط ژن‌های واکنش‌دهنده زیادی تنظیم می‌شوند و ابزارهای اپتوژنتیک چندگانه برای مطالعه این شبکه‌ها ضروری هستند.»
این مسیر را می‌توان از طریق تابش نور ماورابنفش و تابش نور سبز به‌ترتیب فعال(روشن) و غیرفعال(خاموش) کرد و یا برعکس حالت فوق ( بسته به اینکه مدار چگونه طراحی شده است). این محققان معتقداند که این ابزار برای پژوهشگرانی که مسیر متابولیکی برای ساخت دارو و حسگرهای زیستی طراحی می‌کنند، مفید است.
حسگرهای جدید در طراحی مدار دارای سرعت بالاتر و تطبیق‌پذیری بیشتری هستند. تابور می‌گوید:« ما متوجه شدیم که در حسگرهای نوری ابداع شده توسط دیگر محققان، بیش از دو ساعت طول می‌کشد تا روشن یا خاموش شوند و به محدوده وسیعی از طول‌موج‌ها واکنش نشان می‌دهند. این خصوصیات برای مطالعه و کنترل پروسه‌های باکتریایی ایده‌آل نیستند. اما حسگر ماورابنفش-بنفش تنها در مدت زمان ده دقیقه روشن و خاموش می‌شود. علاوه‌براین، حسگر باعث می‌شود تا بیان ژن در مراحل مختلف با دقت بیشتری انجام گیرد. همه این خصیصه‌ها برای مطالعه شبکه‌های ژنی باکتریایی یا برای کاربردهای صنعتی ایده‌آل و مفید هستند.»
به‌دلیل اینکه حسگر ماورابنفش-بنفش فقط در طول‌موج‌های محدوده 380تا 420 نانومتر فعال می‌شوند، هیچ‌گونه تداخلی با دیگر ابزارهای فتوریورسیبل (photoreversible) سبز و قرمز ندارد. و از این‌رو می‌توان به طور همزمان از آنها در یک سیستم استفاده کرد که مزیت بسیار بزرگی است.
راماکریشان می‌گوید:« کاربردهای صنعتی بسیاری برای این فناوری بخصوص برای طراحی دارو یا برای تولید انواع حدواسط‌های پلاستیکی ( که برای تولی آنها چندین آنزیم لازم است) وجود دارد.»
https://telegram.me/fanavarimag
@fanavarimag
