عکس های فوری مولکولی نشان می دهد که چگونه آنزیم های ویروسی بین وارد کردن و حذف DNA تغییر می کنند

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

باکتریوفاژها یا ویروس‌هایی که باکتری‌ها را آلوده می‌کنند، هدف شیطانی ساده‌ای در زندگی دارند: به سلول باکتری متصل می‌شوند، DNA آن‌ها را تزریق می‌کنند و سپس از ماشین ژنتیکی میزبان برای تولیدمثل استفاده می‌کنند. با انجام این کار، آنها ممکن است برخی از کارآمدترین ابزارهای ویرایش ژنی را که تا به حال در طبیعت دیده شده است، ساخته باشند.

تحقیقات جدید دانشمندان دانشگاه شیکاگو نشان می دهد که چگونه باکتریوفاژها (به اختصار فاژها) از کلاس خاصی از آنزیم ها برای شناسایی توالی DNA خاص در میزبان خود و وارد کردن بخش های بزرگی از DNA خود با دقت قابل توجه استفاده می کنند.

این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که چگونه این آنزیم‌ها می‌توانند جهت‌ها را تغییر داده و DNA فاژ را بدون هیچ ردی حذف کنند، و بینش‌های جدیدی را ارائه می‌دهد که می‌تواند به دانشمندان کمک کند ابزارهای دقیق‌تری برای مهندسی ژنوم و زیست‌شناسی مصنوعی توسعه دهند.

فیبی رایس، پروفسور بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی و نویسنده ارشد این مطالعه که در Molecular Cell منتشر شده است، می‌گوید: «من همیشه این آنزیم‌ها را جذاب می‌دانستم، زیرا آنها واقعا ماشین‌های مولکولی کوچک باهوشی هستند.

یکی از مزایای خوب این آنزیم‌ها برای ویرایش ژنوم این است که هیچ آسیبی به DNA وارد نمی‌کنند. وقتی آن‌طور که باید عمل می‌کنند، حتی یک پیوند هم در DNA میزبان باقی نمی‌گذارند.

این مطالعه بر روی اینتگرازهای بزرگ سرین، آنزیم هایی که فاژها برای وارد کردن DNA خود بدون تکیه بر ماشین آلات ترمیم DNA سلول میزبان استفاده می کنند، متمرکز است. یک معمای قدیمی این است که چگونه این آنزیم ها جهت گیری را کنترل می کنند، یا اینکه آیا DNA در حال وارد یا حذف از میزبان است.

در طبیعت، یک اینتگراز ابتدا DNA ویروسی را در یک جهت وارد کروموزوم باکتریایی می کند. برای معکوس کردن فرآیند و حذف DNA، آنزیم به کمک یک پروتئین شریک به نام ضریب جهت‌یابی نوترکیبی (RDF) نیاز دارد. دانشمندان سال‌ها از این رفتار اطلاع داشتند، اما فاقد اطلاعات ساختاری دقیق برای توضیح نحوه عملکرد سوئیچ مولکولی بودند.

رایس و همکارانش برای حل این مشکل از میکروسکوپ الکترونی کرایو (cryo-EM) استفاده کردند، تکنیکی که به دانشمندان اجازه می‌دهد مولکول‌های بیولوژیکی را با وضوح نزدیک اتمی با انجماد سریع و گرفتن عکس فوری از آنها با میکروسکوپ الکترونی تجسم کنند. این به آن‌ها کمک کرد تا ساختارهای سه‌بعدی سیستم آنزیمی را ببینند و مراحل متعددی از درج و حذف DNA را ثبت کنند.

ساختارها نشان دادند که بخشی از اینتگراز مانند یک بازوی متحرک عمل می کند که به قفل شدن DNA فاژ تازه وارد شده در جای خود کمک می کند. وقتی زمان حذف DNA فاژ فرا می رسد، RDF آنزیم را به شکل دیگری تغییر می دهد. به عبارت دیگر، آنزیم بسته به اینکه DNA را وارد کند یا حذف کند، از دو فرآیند مجزا استفاده می کند.

رایس می‌گوید: «پروتئین زمانی که به محصول متصل می‌شود شکل متفاوتی به خود می‌گیرد، که آن را به این طریق به دام می‌اندازد. اما این فاژها همچنین می توانند از میزبان خارج شوند. بنابراین، آنها پروتئین دومی را می سازند که به پروتئین اینتگراز متصل می شود، دوباره شکل آن را تغییر می دهد و سپس واکنش معکوس رخ می دهد.

فراتر از پاسخ به یک سوال بیولوژیکی، این کار می تواند پیامدهای عملی داشته باشد. اینتگرازهای سرین بزرگ در حال حاضر به عنوان ابزاری برای ویرایش ژنوم و سوئیچ های ژنتیکی قابل برنامه ریزی در حال بررسی هستند. به عنوان مثال، رایس و آزمایشگاهش با دکتر ویکسین تانگ، دانشیار شیمی در شیکاگو، در استفاده از این آنزیم ها برای ویرایش ژنوم در سلول های پستانداران همکاری کرده اند.

این مطالعه با آشکار ساختن بخش‌هایی از پروتئین‌ها که فعالیت و جهت را کنترل می‌کنند، نقشه‌ای برای مهندسی نسخه‌های بهبودیافته متناسب با بیوتکنولوژی و پزشکی ارائه می‌دهد.

هیوهان شین و همکاران، مبنای ساختاری کنترل جهت در اینتگرازهای سرین بزرگ، سلول مولکولی (2026). DOI: 10.1016/j.molcel.2026.09.028

ارائه شده توسط مرکز پزشکی دانشگاه شیکاگو

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →