به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از ساینس دیلی، محققان دانشگاه کالیفرنیا نشان داده‌اند که یک آنزیم سلولی کلیدی می‌تواند الفبای ژنتیکی هشت حرفی را به طور دقیق بخواند و چهار حرفی را که توسط تمامی موجودات زنده شناخته شده روی زمین استفاده می‌شود، دو برابر کند. تصویربرداری دقیق نشان داد که RNA پلیمراز حروف DNA مصنوعی را به شیوه‌ای شگفت‌آور مشابه حروف طبیعی پردازش می‌کند. این یافته دانشمندان را به ساخت سیستم‌های ژنتیکی توسعه‌یافته‌ای نزدیک‌تر می‌کند که می‌توانند عملکردهای بیولوژیکی کاملاً جدیدی را انجام دهند.

این یافته نشان می‌دهد که سلول‌ها می‌توانند از ماشین‌آلات مولکولی موجود خود برای مدیریت اطلاعات ژنتیکی مصنوعی استفاده کنند. این گامی مهم به سوی یک هدف دیرینه در زیست‌شناسی مصنوعی است: گسترش زبان DNA فراتر از چهار حرف موجود در طبیعت. در آینده، چنین سیستم‌هایی می‌توانند به دانشمندان در مهندسی ماشین‌آلات بیولوژیکی که عملکردهای جدیدی را انجام می‌دهند یا ترکیباتی را تولید می‌کنند که به طور طبیعی وجود ندارند، کمک کنند.

چگونه سلول‌ها الفبای ژنتیکی هشت حرفی را می‌خوانند

محققان روی RNA پلیمراز، آنزیمی که DNA را می‌خواند و RNA تولید می‌کند (اولین گام در بیان ژن) تمرکز کردند. برای دیدن این که چگونه این آنزیم اطلاعات ژنتیکی مصنوعی را مدیریت می‌کند، این تیم آزمایش‌های بیوشیمیایی را با میکروسکوپ الکترونی کرایو با وضوح بالا که قادر به آشکار کردن ساختارها در مقیاس‌های کوچکتر از عرض یک اتم است، ترکیب کرد.

محققان نماهای ساختاری دقیقی از RNA پلیمراز باکتری اشریشیا کلی (E. coli) را هنگام شناسایی و ترکیب دو جفت باز مصنوعی ثبت کردند. این حروف ژنتیکی مصنوعی در طبیعت یافت نمی‌شوند.

تصاویر نشان داد که RNA پلیمراز حروف DNA مصنوعی را با استفاده از بسیاری از همان سیگنال‌های بیوشیمیایی و ساختاری که برای شناسایی جفت بازهای طبیعی به آنها متکی است، شناسایی می‌کند. این یافته به توضیح این موضوع کمک می‌کند که چرا آنزیم می‌تواند اطلاعات نوشته شده با استفاده از الفبای ژنتیکی گسترش‌یافته را به طور دقیق کپی کند.

در یک مطالعه مرتبط که در PNAS منتشر شد، همان تیم تحقیقاتی دریافتند که RNA پلیمراز همچنین می‌تواند یک جفت جفت باز مصنوعی دیگر را نیز تشخیص دهد، حتی اگر فاقد پیوندهای هیدروژنی باشند که معمولاً به نگه داشتن جفت بازهای DNA در کنار هم کمک می‌کنند.

DNA  مصنوعی می‌تواند فناوری‌های جدید را فعال کند

کاربردهای بالقوه فراتر از درک نحوه عملکرد DNA است. تحقیقات قبلی از الفبای ژنتیکی گسترش‌یافته برای ایجاد مولکول‌های DNA  مصنوعی استفاده کرده‌اند که قادر به تشخیص سلول‌های سرطانی کبد هستند.

این تحقیق جدید با نشان دادن جزئیات مولکولی نحوه خواندن و رونویسی حروف DNA غیرطبیعی توسط RNA پلیمراز، پایه مهمی برای فناوری‌های ساخته شده پیرامون کدهای ژنتیکی گسترش‌یافته فراهم می‌کند. کاربردهای احتمالی شامل ابزارهای تشخیصی جدید، درمان‌ها و سیستم‌های بیولوژیکی مهندسی‌شده با قابلیت‌هایی است که به طور طبیعی وجود ندارند.