دستاورد خیره‌کننده در مهندسی ژنتیک: خلق باکتری مصنوعی با ژنوم بازنویسی‌شده از صفر

دکتر وسلی رابرتسون، زیست‌شناس مصنوعی از مرکز تحقیقات پزشکی انگلستان و و همکارانش روی باکتری «اشریشیا کلی» کار می‌کنند که در روده‌ی انسان زندگی نیز می‌کند و از بیش از یک قرن پیش، به دقت مطالعه شده است.

پژوهشگران در ابتدا، تصمیم گرفتند شش کدون مرتبط با آمینواسید سرین را به فقط دو عدد کاهش دهند. این تغییرات نیازمند ویرایش‌های گسترده‌ای در ژنوم باکتری بود که حدود ۴ میلیون باز دارد. برای حذف ۳ کدون در نسخه‌ی اولیه به نام Syn61، آن‌ها بیش از ۱۸ هزار کدون را تغییر دادند. اما برای رسیدن به Syn57 (نسخه‌ای با فقط ۵۷ کدون)، باید بیش از ۱۰۰ هزار کدون را بازنویسی می‌کردند.

این فرآیند با خطاهای فراوانی همراه بود. برخی تغییرات بی‌ضرر بودند، اما برخی دیگر موجب اختلالات جدی شدند. برای مثال برخی ژن‌ها در ژنوم باکتری با هم همپوشانی دارند و تغییر در یکی از ژن‌ها می‌تواند ژن مجاور را مختل کند. آن‌ها ناچار شدند این ژن‌ها را از یکدیگر جدا کنند و بخش‌های جدیدی از DNA بسازند.

درحالی‌که اشریشیا کلی طبیعی هر ساعت یک‌بار جمعیتش را دو برابر می‌کند، Syn57 برای این کار چهار ساعت زمان نیاز دارد. اما پژوهشگران امیدوارند بتوانند عملکرد Syn57 را بهبود ببخشند. در صورت موفقیت، می‌توان آن را برای کاربردهایی مهندسی کرد که باکتری‌های معمولی قادر به انجام آن‌ها نیستند. یکی از کاربردهای بالقوه، تولید داروهای جدید با استفاده از آمینواسیدهای مصنوعی است که در طبیعت وجود ندارند.

همچنین، استفاده از Syn57 می‌تواند به کاهش خطرات زیستی ناشی از رهاشدن میکروب‌های مهندسی‌شده در محیط کمک کند. از آن‌جایی که این باکتری از کدی متفاوت استفاده می‌کند، ژن‌های آن برای باکتری‌های طبیعی قابل فهم نیستند و در صورت انتقال تصادفی، به درستی ترجمه نمی‌شوند و به این شکل می‌توان از فرار اطلاعات ژنتیکی از موجودات مصنوعی جلوگیری کرد.

ساختار Syn57 همچنین پرسش‌های بنیادی‌تری درباره‌ی منشأ کد ژنتیکی برمی‌انگیزد. فرانسیس کریک، زیست‌شناس برجسته و برنده‌ی نوبل، در سال ۱۹۶۸ دو فرضیه مطرح کرد: یکی اینکه کد ژنتیکی کنونی مزیتی ذاتی دارد که موجب انتخاب طبیعی آن شده و دیگری اینکه این کد حاصل تصادف است.

دکتر رابرتسون معتقد است بقای Syn57 بدون ۷ کدون، از فرضیه‌ی دوم حمایت می‌کند و می‌گوید آن‌طور که قبلاً تصور می‌شد، این کد جهانی قانون قطعی و تغییرناپذیر حیات نیست، بلکه می‌شود آن را تغییر داد و زندگی همچنان ادامه پیدا کند.