لأول مرة ، يجد العلماء طريقة لإجراء تعديلات مستهدفة على الحمض النووي للميتوكوندريا

(wir0man / iStock / Getty Images)

تأتي معظم الخلايا في جسمك مع مكتبتين وراثيتين ؛ واحد في النواة ، والآخر داخل الهياكل يسمى الميتوكوندريا - تُعرف أيضًا باسم 'قوى الخلية'.

حتى الآن ، لم يكن لدينا سوى طريقة لإجراء تغييرات على واحدة.

أدى جهد مشترك من قبل العديد من فرق البحث في الولايات المتحدة إلى عملية يمكن أن تسمح لنا يومًا ما بتعديل التعليمات التي يتكون منها جينوم الخلية 'الآخر' ، وربما معالجة مجموعة من الحالات التي تؤثر على كيفية تزويد أجسامنا بالطاقة.

الأساس الجزيئي لهذه الأداة الثورية لتحرير الجينات هو مادة سامة تسمى DddA تفرزها البكتيريا Burkholderia cenocepacia لتخريب الميكروبات الأخرى عندما تصبح المنافسة على الموارد خطيرة.

أبدى باحثون من جامعة واشنطن اهتمامًا بمواهب السموم لفترة من الوقت ، ووجدوا أنها تحول قاعدة حمض نووي تسمى السيتوزين إلى قاعدة مختلفة موجودة بشكل شائع في الحمض النووي الريبي تسمى اليوراسيل.

إنها ليست المرة الأولى التي يبحث فيها الباحثون عن الأسلحة البكتيرية بحثًا عن أدلة حول كيفية تعديل الحمض النووي بهذه الطريقة. في الواقع ، تم بالفعل استخدام عائلة كاملة من ما يسمى بإنزيمات ديميناز في الهندسة الوراثية.

للأسف تميل إنزيمات ديميناز إلى الأداء فقط خدعة مبادلة التعليمات البرمجية الخاصة بهم على خيوط مفردة من الحمض النووي.

للتغلب على هذا ، قام فريق بحثي آخر من معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد بدمج نزع الأمين لمبادلة الكود مع كريسبر التكنولوجيا ، والتي تستلزم استخدام قالب RNA لتحديد التسلسل ثم استخدام الإنزيمات لفك ضغط الخيوط وإجراء التغييرات.

هذه ليست مشكلة كبيرة عندما تريد إجراء تعديلات لمضاعفة خيوط الحمض النووي داخل شيء ترحيبي مثل نواة الخلية. لكن تهريب قوالب الحمض النووي الريبي من خلال الغشاء الأكثر انتقائية للميتوكوندريا ليس بهذه البساطة.

هذا بسبب أكثر من مليار سنة في الماضي ، كانت الميتوكوندريا كائنات حية في حد ذاتها ، وبمرور الوقت تطورت لتقاسم المسؤوليات مع الخلايا التي تشغلها الآن ، حيث تم تفويضها مهمة تكسير الجلوكوز للحصول على الطاقة.

في حين أن العديد من جينات الميتوكوندريا قد تم تخزينها بعيدًا منذ فترة طويلة في نواة المضيف ، فإن وحدات الطاقة الصغيرة هذه قد احتفظت ببعض التسلسلات المهمة ، والتي تم إغلاقها بإحكام خلف حجاب من الأغشية التي لا تحتاج إلى قطع صغيرة من الحمض النووي الريبي تنفجر من خلالها. .

لحسن الحظ ، كان لدى DddA موهبة فريدة لإجراء تغييرات على كل من خيوط الحمض النووي ، مما يفتح الطريق للتخلي عن CRISPR - وقالب RNA الضخم - لصالح طرق بديلة لاستهداف التسلسل الذي تريد تغييره.

جاء الجزء الثالث من اللغز في شكل أداة هندسة وراثية قديمة تسمى أ مستجيب يشبه المنشط ، أو حكاية.

يمكن تصميم هذه الفئة من الإنزيمات لإيجاد رموز حمض نووي محددة وتفكيكها. مجرد شيء لتوجيه سم مبادلة السيتوزين إلى مكانه.

بالتعاون مع DddA ، يمكن لإنزيم TALE المصنوع خصيصًا العثور على تسلسل مستهدف داخل الميتوكوندريا وتحويل أي سيتوزين يعثر عليه إلى اليوراسيل ، والذي سيتحول لاحقًا إلى قاعدة مماثلة خاصة بالحمض النووي تسمى الثايمين.

في الاختبار ، حدث هذا التغيير ما يقرب من نصف الوقت.

قد لا يبدو تغيير خمسين وخمسين فوزًا كبيرًا ، ولكن نظرًا لعدم وجود علامات على حدوث تغييرات كارثية محتملة خارج التسلسلات المستهدفة ، فإنه يمثل أداة هندسية دقيقة واعدة.

علاوة على ذلك ، نظرًا لعدم وجود منافسين آخرين لتحرير جينات الميتوكوندريا ، يعد إنجازًا تاريخيًا حتى مع معدل النجاح هذا.

مثلما يمكن أن تؤدي الطفرات في الحمض النووي النووي إلى ظهور مجموعة متنوعة من الحالات الصحية ، فإن الطفرات في جينات الميتوكوندريا يمكن أن تكون مشكلة أيضًا ، تؤثر أي شيء من تطور الدماغ لنمو العضلات ، ومستويات الطاقة ، والتمثيل الغذائي ، والمناعة.

عادة (وإن لم يكن دائمًا) تنتقل عبر البويضات من الأمهات ، ويمكن للميتوكوندريا وأي طفرات ضارة موروثة عبر الأجيال. أفضل ما يمكننا فعله الآن هوالجمع بين الخلايامن أمتين مختلفتين لإزالة الميتوكوندريا المصابة.

ولكن باستخدام تقنية DddA الجديدة هذه ، قد نتمكن أخيرًا من إنشاء نماذج حيوانية تحاكي مجموعة من ظروف الميتوكوندريا المنهكة لدى البشر. وربما في يوم من الأيام ، حتى نصلحهم داخل أجسادنا.

تم نشر هذا البحث في طبيعة سجية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.