پخش زنده
امروز: -
ابزاری نوین برای طراحی سریع پروتئینهای درمانی سرطان و بیماریهای عصبی
پژوهشگران با بهکارگیری باکتری E. coli و یک سامانه تکثیر DNA مستقل، موفق به ایجاد جهشهای دقیق و سریع در پروتئینها شدند که میتواند فرآیند طراحی دارو و درمانهای نوین را از ماهها به چند روز کاهش دهد.
به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، پژوهشگران مؤسسه اسکریپس ریسرچ موفق به توسعه یک پلتفرم نوین زیستسنتزی شدهاند که روند تکامل پروتئینها را با سرعتی هزاران برابر بیشتر از طبیعت امکانپذیر میکند. این سامانه که T7-ORACLE نام دارد، در تاریخ ۷ اوت ۲۰۲۵ در مجله Science معرفی شده و نقطهعطفی در مهندسی پروتئینهای درمانی برای سرطان، بیماریهای عصبیتخریبی و بسیاری دیگر از حوزههای پزشکی محسوب میشود.
پروفسور «پیت شولتز»، رئیس و مدیرعامل اسکریپس ریسرچ و یکی از نویسندگان ارشد این پژوهش، میگوید: «این سامانه مثل این است که برای تکامل یک دکمه جلوبَرد سریع ساختهایم. اکنون میتوان پروتئینها را بهصورت مداوم و دقیق درون سلولها تکامل داد، بدون آنکه به ژنوم سلول آسیب برسد یا به مراحل پرزحمت آزمایشگاهی نیاز باشد.»
فرایند موسوم به «تکامل هدایتشده» در آزمایشگاه شامل ایجاد جهش و انتخاب گونههای بهبودیافته در چندین چرخه است. این روش برای ساخت آنتیبادیهای بسیار اختصاصی، آنزیمهای جدید یا مطالعه جهشهای مقاوم به دارو استفاده میشود، اما معمولاً هفتهها طول میکشد و به دستکاریهای مکرر DNA نیاز دارد.
سامانههای تکامل پیوسته، که پروتئینها را درون سلولهای زنده و بدون دخالت دستی تکامل میدهند، این مشکل را برطرف میکنند؛ با این حال، فناوریهای پیشین یا بسیار پیچیده بودهاند یا نرخ جهش پایینی داشتهاند.
T7-ORACLE با مهندسی باکتری E. coli به عنوان میزبان، یک سامانه تکثیر DNA مستقل و برگرفته از فاژ T7 را به کار میگیرد. این سامانه فقط DNA حلقوی (پلاسمید) را هدف قرار میدهد و ژنوم سلول را دستنخورده باقی میگذارد. محققان با تغییر آنزیم پلیمراز T7 و ایجاد خطاپذیری بالا، نرخ جهش را تا ۱۰۰ هزار برابر بیشتر از حد طبیعی افزایش دادند، بدون آنکه آسیبی به سلول وارد شود.
دکتر «کریستین دیرکس»، استادیار شیمی و نویسنده ارشد دیگر این پژوهش، توضیح میدهد: «بهجای یک چرخه تکامل در هفته، اکنون در هر بار تقسیم سلولی — حدود هر ۲۰ دقیقه در باکتری — یک چرخه تکامل داریم. این یعنی سرعتی بیسابقه.»
برای نمایش توانمندی این سامانه، تیم تحقیقاتی ژن TEM-1 β-lactamase — یک ژن شناختهشده مقاومت آنتیبیوتیکی — را در سیستم وارد کردند و باکتریها را در معرض دوزهای فزاینده چند آنتیبیوتیک قرار دادند.
نتیجه: در کمتر از یک هفته، گونههای آنزیمی تکامل یافتند که توانستند دوزهایی ۵۰۰۰ برابر بیشتر از حد اولیه را تحمل کنند. جالبتر اینکه برخی جهشهای مشاهدهشده با موارد واقعی در بیماران مطابقت داشت و حتی ترکیبهای جدیدتری شناسایی شد که عملکرد بهتری از نمونههای بالینی داشتند.
دیرکس تأکید میکند که این تحقیق صرفاً درباره مقاومت آنتیبیوتیکی نیست: «ژن TEM-1 صرفاً یک معیار آزمایشی بود. نکته مهم این است که اکنون میتوان تقریباً هر پروتئینی را در چند روز — نه چند ماه — تکامل داد.»
هرچند این سامانه در E. coli پیادهسازی شده، اما این باکتری تنها نقش میزبان را دارد و محققان میتوانند ژنهای انسانی، ویروسی یا هر منبع دیگری را در پلاسمیدها جایگذاری کنند تا تحت جهش و انتخاب قرار گیرند. به دلیل سهولت کشت E. coli و سازگاری با روشهای رایج زیستمولکولی، این سیستم قابلیت استفاده گسترده در پژوهشهای پروتئینی را دارد.
کاربردهای بالقوه شامل توسعه سریع آنتیبادیهای ضدسرطان، بهینهسازی آنزیمهای درمانی و طراحی پروتئازهایی است که پروتئینهای دخیل در سرطان یا بیماریهای عصبیتخریبی را هدف قرار میدهند.
دیرکس میافزاید: «مزیت اصلی این سیستم، سادگی و سهولت استفاده آن است. هیچ تجهیزات تخصصی لازم نیست و هر آزمایشگاهی که با E. coli کار میکند، میتواند با تغییرات اندک از آن استفاده کند.»
این پروژه بخشی از هدف کلان شولتز برای بازطراحی فرایندهای بنیادین زیستی — مانند همانندسازی DNA، رونویسی RNA و ترجمه پروتئین — بهصورت مستقل از سلول میزبان است تا بتوان آنها را بدون اختلال در فعالیتهای طبیعی سلول، برنامهریزی مجدد کرد.
در آینده، این تیم قصد دارد از T7-ORACLE برای تکامل پلیمرازهایی استفاده کند که قادر به همانندسازی اسیدهای نوکلئیک مصنوعی با خواص شیمیایی جدید باشند؛ امری که میتواند افقهای تازهای در ژنومیک مصنوعی بگشاید.
در حال حاضر تمرکز پژوهش بر تکامل آنزیمهای انسانی برای درمان و طراحی پروتئازهای اختصاصی علیه پروتئینهای مرتبط با سرطان است.
شولتز میگوید: «این رویکرد ترکیبی از طراحی منطقی پروتئین و تکامل پیوسته است که یافتن مولکولهای کارآمد را سریعتر و کارآمدتر از همیشه ممکن میسازد.»
نظر شما