تکنولوژی جدید برای کنترل وراثت ژنتیکی و مهندسی ژنوم | ژنتیک فعال

در سال 2015، بیولوژیست های دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، اتان بیر و والنتینو گانتز فن آوری جدیدی تحت عنوان « ژنتیک فعال » را به وجود آوردند که در انتقال یک صفت ژنتیکی والدین به بسیاری از فرزندان اثر گذار است (به جای به ارث رسیدن 50 درصد صفات). اهداف اولیه ژنتیک فعال شامل سیستم های ژن درایو برای ایمن سازی پشه در برابر بیماری های منتقله از حشرات مانند مالاریا است. بیر و گانتز همچنین پیشنهاد استفاده از ژنتیک فعال برای انواع دیگر حوزه‌های سلامت انسان و مزایای بالقوه آن در کشاورزی را مطرح کرده‌اند.

همانگونه که در ۶ فوریه در Elife  مطرح شد،‌ در حال حاضر، شانون ژو، همراه با گانتز و بیر، از CRISPR / Cas9 برای ویرایش عناصر تنظیمی  ژن در محیط های ژنومی بومی‌شان ، آشکارسازی مکانیزم های پایه جدید که فعالیت ژن را کنترل می‌کنند، بهره می‌گیرند. نویسندگان همچنین تایید تجربی برای به کار گیری ژنتیک فعال به عنوان یک ابزار کارآمد برای ورود  ژن هدف، یا   «انتقال ژن» (transgenesis) و جایگزینی تک مرحله‌ای  (single – step replacement)عناصر کنترل ژنتیکی را مهیا ساخته‌اند.

گانتز گفت: پیشرفت های فنی که توسط ژنتیک فعال فراهم آمده است نشان دهنده یک ابزار نوآورانه برای مهندسی موجودات با ویژگی های جدید است و بدین وسیله امکان یک دوره جدید از پیشرفت در زیست شناسی مصنوعی را به وجود می‌آورد.

محققان به بررسی کنترل ژنتیکی یک ژن که مسئول هماهنگی تشکیل یک ساختار ساده در مگس سرکه است – ورید(رگ) بال – پرداختند. هدف از این تجزیه و تحلیل درک مکانیسم های کنترل فعالیت ژن در فضا و زمان بود، تا بررسی شود که در بال، رگ در موقعیت صحیح خود قرار گرفته و بررسی شود که چگونه این مدار ژنتیکی در گونه های مختلف تکامل می‌یابد.

در میان این یافته ها، محققان شواهدی برای شکل بالقوه جدیدی از تعامل بین کروموزوم‌ها که منجر به کنترل فعالیت ژن می‌گردد ارائه دادند. این مشاهدات انگیزه‌ها را برای امکان اشکال مشابه روابط متقابل بین کروموزوم‌ها که در دیگر موجودات رخ می دهد را بالا برد که در نهایت ممکن است به تعیین و تعریف اهداف بالقوه برای مداخله اپی ژنتیکی بیانجامد. آنها همچنین مزایای قابل توجهی از ویرایش توالی های تنظیمی ژن در محل بومی خود برای کشف ویژگی های جدید مشخص کردند که می تواند به یک درک بهتر از چگونگی عملکرد سوئیچ‌های کنترل برای روشن و خاموش کردن ژن در بدن منجر شود. مهمتر از همه این است که این مطالعات نشان می دهد ژنتیک فعال به عنوان یک پلتفرم برای مهندسی موجودات جدید با صفات نو کاربرد دارد.

ژو می گوید: این پیشرفت ها محققان دیگر را به استفاده از ژنتیک فعال در طیف گسترده ای از ارگانیسم ها  به منظور سرعت بخشیدن به تحقیقات‌شان تشویق می‌کند.

بیر که استاد و اخیرا دارنده عنوان Tata Chancellor’s Endowed Professorship  در زیستشناسی سلولی  است می‌گوید: احتمال دارد این دانش در نهایت به طراحی زیستی بر اساس اصول اولیه منجر شود که یعنی کسب دانش مهندسی و طراحی موجودات با ویژگی های خاص و جدید.

این پژوهشگران همچنین عملکرد ژنتیک فعال به عنوان یک ابزار نسل آینده در حوزه انتقال ژن را مورد بررسی قرار دادند. CopyCat  که اصطلاحا وکتورهای کلونینگ نامیده می‌شود یعنی پتانسیل ورود دقیق به ژنوم در محل مورد نظر و سپس کپی برداری با راندمان بالا از یک کروموزوم والدین به طوری که همه فرزندان عنصر CopyCat  را به ارث می برند. محققان می گویند، شبیه سازی تقلیدی(CopyCat)،  این پتانسیل را دارد که تا حد زیادی به مونتاژ سویه‌های ژنتیکی پیچیده ای از حیوانات یا گیاهان منجر گردد.

محققان خاطرنشان می‌کنند که: چنین دستکاری مهندسی ژنتیک احتمالا باید مسیرهای تازه‌ای را در زمینه تحقیق و مهندسی حیوانات و گیاهان که با استفاده از فن آوری های فعلی دور از دسترس بودند، بگشاید. این حوزه‌های ابتکاری جدید تحقیقات بیولوژیکی  با اهداف گروه پیشتاز  پل جی آلن، که در سال 2016 به پروفسور بیر لقب محقق برجسته آلن داد، همراستا است.

همچنین ژنتیک فعال تکنولوژی پیش‌ران موسسه جدید Tata  برای ژنتیک و جامعه است. این موسسه در دانشگاه سندیگو و موسسه هند برای زیست شناسی بنیادی و بازسازی پزشکی قرار دارد وهدف آن پیشبرد علم و فن آوری جهانی از طریق آگاهی اجتماعی است یعنی ایجاد و توسعه راه حل‌هایی  برای برخی از مهمترترین چالش های جهانی، از بهداشت عمومی تا کشاورزی.

ناتالیا سیمونوا از Georg-August-Universität Göttingen  در آلمان نیز در نگارش مقاله همکاری داشته است.

Story Source:
Materials provided by University of California – San Diego. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:
Xiang-Ru Shannon Xu, Valentino Matteo Gantz, Natalia Siomava, Ethan Bier. CRISPR/Cas9 and active genetics-based trans-species replacement of the endogenous Drosophila kni-L2 CRM reveals unexpected complexity. eLife, 2017; 6 DOI: 10.7554/eLife.30281