باز کردن اسرار باکتریایی: رمزگشایی رفتار ژن

باز کردن اسرار باکتریایی: رمزگشایی رفتار ژن -محققان روشی را برای تسریع در مطالعه تنظیم ژن باکتریایی کشف کردند که می تواند با تجزیه و تحلیل تاثیر تکثیر DNA بر بیان ژن به مبارزه با مقاومت آنتی بیوتیکی کمک کند.

عفونت‌های باکتریایی سالانه باعث مرگ میلیون‌ها نفر می‌شوند و تهدید جهانی با افزایش مقاومت میکروب‌ها به درمان‌های آنتی‌بیوتیک بدتر می‌شود.

 این تا حدی به دلیل توانایی باکتری‌ها برای روشن و خاموش کردن ژن‌ها به هنگام احساس تغییرات محیطی از جمله وجود داروها است.

 چنین تغییری از طریق رونویسی انجام می شود، که DNA موجود در ژن ها را به پسرعموی شیمیایی خود در mRNA تبدیل می کند، که ساخت پروتئین هایی را که ساختار میکروب را می سازند هدایت می کند.

به همین دلیل، درک اینکه چگونه تولید mRNA برای هر ژن باکتری تنظیم می‌شود، در تلاش‌ها برای مقابله با مقاومت نقش اساسی دارد، اما روش‌های مورد استفاده برای مطالعه این تنظیم تا به امروز پر زحمت بوده‌اند.

 در یک مطالعه جدید، دانشمندان ترفندی را نشان دادند که ممکن است چنین تلاش‌هایی را سرعت بخشد.

تسریع تحقیقات با یک کشف جدید

محققان دانشکده پزشکی NYU Grossman و دانشگاه Illinois Urbana-Champaign نشان دادند که روشی که در آن ژن ها با رشد باکتری ها روشن و خاموش می شوند، سرنخ هایی برای تنظیم آنها ارائه می دهد.

به گفته نویسندگان این مطالعه، ارگانیسم‌ها از باکتری‌ها به انسان‌ها با تکثیر سلول‌هایشان از طریق تقسیم رشد می‌کنند و هر سلول به دو سلول تبدیل می‌شود.

 قبل از تقسیم سلول ها، آنها باید DNA خود را به گونه ای کپی کنند که هر یک از دو سلول دختر یک کپی داشته باشد.

 برای انجام این کار، یک ماشین مولکولی به نام DNA پلیمراز زنجیره DNA را تیک می زند و هر ژن را یکی یکی می خواند و کپی می کند.

این مطالعه که امروز (24 ژانویه) به صورت آنلاین در مجله Nature منتشر شد ، به توضیح چگونگی شکل گیری بیان ژن در سراسر ژنوم توسط تکثیر DNA در طول رشد باکتری می افزاید. به طور خاص، تیم تحقیقاتی دریافتند که وقتی DNA پلیمراز به هر ژن خاصی می رسد، رونویسی را مختل می کند به گونه ای که وضعیت وضعیت تنظیمی آن ژن را نشان می دهد.

نمایه تعامل رونویسی-تکرار (TRIP)

اندرو پاونتین، محقق ارشد این مطالعه، دکترا، پژوهشگر فوق دکترا، گفت: «نتایج مطالعه ما نشان می‌دهد که تکثیر ثابت ژن‌ها در طول چرخه سلولی، در حالی که سلول‌های باکتریایی تکثیر و رشد می‌کنند، می‌تواند برای یادگیری در مورد بسیاری از جنبه‌های چگونگی تنظیم ژن‌ها مورد استفاده قرار گیرد.» در NYU Langone Health و موسسه آن برای ژنتیک سیستم ها.

Itai Yanai، محقق ارشد این مطالعه و استاد مؤسسه ژنتیک سیستمی NYU Langone گفت: «ما مشابه الکتروکاردیوگرام در پزشکی را دوست داریم.

 با نظارت بر الگوهای فعالیت الکتریکی در قلب، ECG مجموعه‌ای از امواج را نشان می‌دهد که تصویری دقیق و گرافیکی از سلامت قلب بیمار ارائه می‌دهد.

 به طور مشابه، امواج تغییرات فراوانی mRNA در پاسخ به تکثیر ژن، امضایی را روی یک نمودار ایجاد می‌کند که نویسندگان آن را پروفایل تعامل رونویسی-تکثیر یا TRIP نامیدند.

محققان نشان دادند که چگونه امواج خاص را می توان به ویژگی های خاص مرتبط کرد.

 به عنوان مثال، اینکه آیا یک ژن تحت یک فرم خاص کنترل است یا خیر، که به عنوان سرکوب شناخته می شود، جایی که یک پروتئین مانع از ساخت mRNA آن ژن می شود.

 مشخص شد که این ژن های سرکوب شده دارای الگوهای TRIP مشخص و مشخصی هستند.

Yanai افزود: “هدف ما این است که بفهمیم تنظیم ژن چگونه این TRIP ها را شکل می دهد، با هدف استفاده از آنها برای تشخیص تنظیم ژن در کل مجموعه هزاران ژن در باکتری.”

 ما امیدواریم که بررسی‌های بیشتر ما در مورد پروفایل‌های بیان ژن، بینشی در مورد چگونگی واکنش گروه‌هایی از ژن‌ها به اختلالات یا تغییرات در محیطشان ارائه دهد.»

جهت گیری های آینده و نوآوری های تکنولوژیکی

این تیم قصد دارد در مرحله بعدی TRIP های خاص ژن هایی را که در توانایی باکتری ها در ایجاد بیماری دخیل هستند، برای سرنخ هایی در مورد چگونگی قطع یا متوقف کردن آن بررسی کنند.

 در نهایت، آنها بر این باورند که پیشرفت در فناوری آنها را قادر می‌سازد تا عمیق‌تر در رفتارهای ژنی در گونه‌های مختلف باکتری فرو روند .

مطالعه جدید به دلیل پیشرفت‌های فن‌آوری در ردیابی فعالیت ژن در سلول‌های منفرد در زمان واقعی از طریق scRNA-seq یا توالی‌یابی تک سلولی و smFISH، مخفف هیبریداسیون فلورسانس تک مولکولی در محل ممکن شد.

مرجع: “برهمکنش های رونویسی-تکثیر تنظیم ژنوم باکتری را آشکار می کند” 24 ژانویه 2024، طبیعت .
DOI: 10.1038/s41586-023-06974-w

باز کردن اسرار باکتریایی: رمزگشایی رفتار ژن

مهندس حمید تدینی: نویسنده و وبلاگ نویس مشهور، متخصص در زبان برنامه نویسی و هوش مصنوعی و ساکن آلمان است. مقالات روشنگر او به پیچیدگی های این زمینه ها می پردازد و به خوانندگان درک عمیقی از مفاهیم پیچیده فناوری ارائه می دهد. کار او به دلیل وضوح و دقت مشهور است.