٢٣ نوفمبر ٢٠١٧
المترجم: ابو طه/ عدنان أحمد الحاجي
المقالة رقم ٥١٣ لسنة ٢٠١٧
التصنيف: علوم الجينات
World’s Smallest Tape Recorder Is Built From Microbes
ومن خلال عدد قليل من القاطِعات الجزيئة الذكية، قام باحثون في المركز الطبي لجامعة كولومبيا بتحويل جهاز المناعة البكتيرية الطبيعية إلى مسجل بيانات مجهري، ووضع الأساس لفئة جديدة من التكنولوجيات التي تستخدم الخلايا البكتيرية لكل شيء بدءاً من تشخيص الأمراض وحتى مراقبة البيئية.
قام الباحثون بتعديل سلالة مخبرية عادية من ميكروب الإسشريشيا كولي الواسع الإنتشار في أمعاء الإنسان ، مما مكن البكتيريا ليس فقط من تسجيل تفاعلاتها مع البيئة ولكن أيضا الختم الزمني للأحداث ( تعريف من خارج النص:هو سلسلة من الارقام والاحرف ، تدل على تاريخ و/او وقت وقوع حدث معين. ويستخدم في الكومبيوتر في تسجيل الاحداث)
يقول هاريس وانغ، الأستاذ المساعد في أقسام علم الأمراض وبيولوجيا الخلية والأنظمةالبايلوجية وكبير مؤلفي الورقة التي نشرت في مجلة ساينس في ٢٣ نوفمبر ٢٠١٧ : "إن هذه البكتيريا، التي ابتلعها المريض، قد تكون قادرة على تسجيل التغييرات التي تواجهها وهي تمر عبر الجهاز الهضمي كله، مما ينتج عن ذلك رؤية غير مسبوقة للظواهر التي يتعذر الوصول إليها في السابق" . التطبيقات الأخرى يمكن ان تشمل الاستشعار البيئي والدراسات الأساسية في علم البيئة والميكروبيولوجيا، حيث يمكن للبكتيريا رصد التغيرات التي من شأنها ان تكون غير مرئية بدون هذه التنكلوجيا بل تشويش على محيطها.
صنع وانغ وأعضاء مختبره مسجل بيانات مجهري وذلك بالاستفادة من تنكلوجيا CRISPR-Cas كريسبر-كاس ( للتعرف على هذه التنكلوجيا يرجى النقر على هذا الرابط https://ar.m.wikipedia.org/wiki/كريسبر) ، وهو جهاز مناعي في العديد من أنواع البكتيريا. كريسبر-كاس نسخ قصاصات الحمض النووي من الفيروسات الغازية ( التي غزت) بحيث تتمكن الأجيال اللاحقة من البكتيريا من صد مسببات الأمراض هذه بنحو أكثر فعالية. ونتيجة لذلك، فإن موقع ال كريسبر من الجينوم البكتيري يراكم سجلاً زمنياً للفيروسات البكتيرية التي بقيت هي وأسلافها على قيد الحياة. عندما تحاول نفس هذه الفيروسات أن تُعْدي مرة أخرى، يمكن للنظام كريسبر-كاس التعرف عليها ( الفيروسات) والقضاء عليها.
"نظام كريسبر-كاس هو جهاز ذاكرة بيولوجية طبيعية"، ويقول وانغ. "من وجهة نظر هندسية، هو في الواقع لطيف جدا، لأنه بالفعل نظام تم شحذه من خلال النشوء لتكون عظيمة حقا في تخزين المعلومات."
كريسبر-كاس تستخدم عادة تسلسلها المسجل للكشف عن الحمض النووي من عاثيات (فاج phages) الواردة وقطعها. خصوصيةنشاط قطع الحمض النووي جعل كريسبر-كاس محبوبة باحثي العلاج الجيني، الذين عدلوه لإجراء تغييرات دقيقة في جينومات الخلايا المستزرعة والحيوانات المخبرية، وحتى البشر. في الواقع، أكثر من اثني عشر تجربة إكلينيكية تجري الآن لعلاج الأمراض المختلفة من خلال علاج كريسبر-كاس.الجيني
ولكن رافي شيث، وهو طالب دراسات عليا في مختبر وانغ، رأى إمكانيات لم تكن مدركة في وظيفة تسجيل كريسبر-كاس. يقول شيث: "عندما تفكر في إشارات التسجيل المتغيرة بنحو مؤقت بالإلكترونيات، أو التسجيل الصوتي ... فإنها تقنية قوية جدا، لكننا نفكر كيف يمكننا توسيع تطبيقها على الخلايا الحية نفسها؟".
ومن أجل أن يبنوا مسجلهم المجهري، قام شيث وغيره من أعضاء مختبر وانغ بتعديل قطعة من الحمض النووي تسمى البلازميد plasmid ، مما يعطيها القدرة على عمل المزيد من النسخ لنفسها في الخلية البكتيرية استجابة لإشارة خارجية. وهناك بلازميد تسجيل منفصل يسير المسجل ويحدد الوقت ويعبر مكونات نظام كريسبر-كاس.
وفي غياب إشارة خارجية، فقط بلازميد التسجيل يكون نشطاً، والخلية تضيف نسخاً من فاصل التسلسل إلى موقع كريسبر في جينومه. عندما تكشف الخلية إشارة خارجية ، يتم تنشيط البلازميد الأخر أيضا، مما يؤدي إلى إبلاج تسلسلاته بدلاً من ذلك. والنتيجة هي خليط من تسلسل الخلفية الذي يسجل الوقت وتسلسل الإشارات الذي يتغير بحسب بيئة الخلية. ويمكن للباحثين بعد ذلك فحص موقع كريسبر البكتيري واستخدام أدوات حاسوبية لقراءة التسجيل وتوقيته.
وتثبت الورقة العلمية الحالية أن النظام قادر على التعامل مع ثلاث إشارات والتسجيل بطريقة متزامنة على الأقل لعدة أيام.
يقول الدكتور وانغ: "نحن الآن نخطط لفحص علامات مختلفة يمكن تغييرها في ظل تغيرات في حالات طبيعية أو مَرَضية، في الجهاز الهضمي أو في أي مكان آخر".
استخدم علماء الأحياء التركيبية في السابق كريسبر لتخزين القصائد والكتب والصور في الحمض النووي، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يستخدم فيها كريسبر لتسجيل النشاط الخلوي وتوقيت تلك الأحداث.
YouTube
المصدر
قام الباحثون بتعديل سلالة مخبرية عادية من ميكروب الإسشريشيا كولي الواسع الإنتشار في أمعاء الإنسان ، مما مكن البكتيريا ليس فقط من تسجيل تفاعلاتها مع البيئة ولكن أيضا الختم الزمني للأحداث ( تعريف من خارج النص:هو سلسلة من الارقام والاحرف ، تدل على تاريخ و/او وقت وقوع حدث معين. ويستخدم في الكومبيوتر في تسجيل الاحداث)
صنع وانغ وأعضاء مختبره مسجل بيانات مجهري وذلك بالاستفادة من تنكلوجيا CRISPR-Cas كريسبر-كاس ( للتعرف على هذه التنكلوجيا يرجى النقر على هذا الرابط https://ar.m.wikipedia.org/wiki/كريسبر) ، وهو جهاز مناعي في العديد من أنواع البكتيريا. كريسبر-كاس نسخ قصاصات الحمض النووي من الفيروسات الغازية ( التي غزت) بحيث تتمكن الأجيال اللاحقة من البكتيريا من صد مسببات الأمراض هذه بنحو أكثر فعالية. ونتيجة لذلك، فإن موقع ال كريسبر من الجينوم البكتيري يراكم سجلاً زمنياً للفيروسات البكتيرية التي بقيت هي وأسلافها على قيد الحياة. عندما تحاول نفس هذه الفيروسات أن تُعْدي مرة أخرى، يمكن للنظام كريسبر-كاس التعرف عليها ( الفيروسات) والقضاء عليها.
"نظام كريسبر-كاس هو جهاز ذاكرة بيولوجية طبيعية"، ويقول وانغ. "من وجهة نظر هندسية، هو في الواقع لطيف جدا، لأنه بالفعل نظام تم شحذه من خلال النشوء لتكون عظيمة حقا في تخزين المعلومات."
كريسبر-كاس تستخدم عادة تسلسلها المسجل للكشف عن الحمض النووي من عاثيات (فاج phages) الواردة وقطعها. خصوصيةنشاط قطع الحمض النووي جعل كريسبر-كاس محبوبة باحثي العلاج الجيني، الذين عدلوه لإجراء تغييرات دقيقة في جينومات الخلايا المستزرعة والحيوانات المخبرية، وحتى البشر. في الواقع، أكثر من اثني عشر تجربة إكلينيكية تجري الآن لعلاج الأمراض المختلفة من خلال علاج كريسبر-كاس.الجيني
ولكن رافي شيث، وهو طالب دراسات عليا في مختبر وانغ، رأى إمكانيات لم تكن مدركة في وظيفة تسجيل كريسبر-كاس. يقول شيث: "عندما تفكر في إشارات التسجيل المتغيرة بنحو مؤقت بالإلكترونيات، أو التسجيل الصوتي ... فإنها تقنية قوية جدا، لكننا نفكر كيف يمكننا توسيع تطبيقها على الخلايا الحية نفسها؟".
ومن أجل أن يبنوا مسجلهم المجهري، قام شيث وغيره من أعضاء مختبر وانغ بتعديل قطعة من الحمض النووي تسمى البلازميد plasmid ، مما يعطيها القدرة على عمل المزيد من النسخ لنفسها في الخلية البكتيرية استجابة لإشارة خارجية. وهناك بلازميد تسجيل منفصل يسير المسجل ويحدد الوقت ويعبر مكونات نظام كريسبر-كاس.
وفي غياب إشارة خارجية، فقط بلازميد التسجيل يكون نشطاً، والخلية تضيف نسخاً من فاصل التسلسل إلى موقع كريسبر في جينومه. عندما تكشف الخلية إشارة خارجية ، يتم تنشيط البلازميد الأخر أيضا، مما يؤدي إلى إبلاج تسلسلاته بدلاً من ذلك. والنتيجة هي خليط من تسلسل الخلفية الذي يسجل الوقت وتسلسل الإشارات الذي يتغير بحسب بيئة الخلية. ويمكن للباحثين بعد ذلك فحص موقع كريسبر البكتيري واستخدام أدوات حاسوبية لقراءة التسجيل وتوقيته.
وتثبت الورقة العلمية الحالية أن النظام قادر على التعامل مع ثلاث إشارات والتسجيل بطريقة متزامنة على الأقل لعدة أيام.
يقول الدكتور وانغ: "نحن الآن نخطط لفحص علامات مختلفة يمكن تغييرها في ظل تغيرات في حالات طبيعية أو مَرَضية، في الجهاز الهضمي أو في أي مكان آخر".
استخدم علماء الأحياء التركيبية في السابق كريسبر لتخزين القصائد والكتب والصور في الحمض النووي، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يستخدم فيها كريسبر لتسجيل النشاط الخلوي وتوقيت تلك الأحداث.
YouTube
المصدر
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق