ساخت کوچک‌ترین ضبط صوت دنیا با استفاده از دستکاری باکتری‌ها!

ساخت کوچک‌ترین ضبط صوت دنیا با استفاده از دستکاری باکتری‌ها!

محققان، فناوری جدیدی ابداع کرده‌اند که ضبط صوت زیستی نام گرفته است. آنها با مهندسی باکتری‌ها توانسته‌اند کاری کنند که رُخدادهای محیطی خاصی را در دی‌اِن‌اِی (DNA) خود دخیره کنند. علاوه بر این، راهی پیدا کرده‌اند تا باکتری‌ها روی اطلاعاتی که ذخیره می‌کنند مُهر تاریخ هم بزنند تا دانشمندان علاوه بر این که متوجه می‌شوند چه اتفاقی افتاده است، بدانند این اتفاق در چه زمانی رخ داده است.

دکتر هریس ونگ از استادان دانشکده پزشکی دانشگاه کلمبیا که مقاله‌ حاصل از تحقیقات اخیرش در نشریه معتبر ساینس منتشر شده است، گفته: بیمار این باکتری‌ها را می‌بلعد تا بتواند اتفاقاتی را که برایشان در طول مسیر گوارش می‌افتد، ضبط کند و در نهایت تصویری بی‌سابقه از قسمت‌هایی که پیش از این غیر قابل دسترس بودند، فراهم آورند.

این فناوری بر پایه‌ به‌کارگیری سیستم ایمنی خود باکتری، بخصوص پروتئین‌های کریسپر ـ کاس (CRISPR-Cas) ایجاد شده است. این همان سیستمی است که در دهه‌ اخیر برای تحقیقات تصحیح ژنی از آن استفاده می‌شود.

مبنای عملکرد آن به این ترتیب است که باکتری تکه‌ای از مولکول دی‌اِن‌اِی هر ویروسی که با آن روبه‌رو شود را می‌گیرد و بسیار دقیق آن را به ژنوم خود به ترتیب مواجه شدن وارد می‌کند. به این ترتیب، هرگاه این باکتری یا باکتری‌های حاصل از تقسیم آن در نسل‌های بعدی با همان ویروس مواجه شوند، با رجوع به کتابخانه‌ ژنی کارآمدی که فراهم شده بسرعت می‌توانند بهترین روش مقابله با آن ویروس را به سیستم ایمنی خود اطلاع دهند.

اگرچه بیشتر گروه‌های تحقیقاتی می‌خواهند از این سیستم برای وارد کردن ژن دلخواه به انواع موجودات از مخمر تا انسان استفاده کنند، تلاش گروه تحقیقاتی مطالعه‌ اخیر، استفاده از این توانایی باکتری به عنوان یک کارت حافظه است.

راوی شیث از نویسندگان این مقاله‌ تحقیقاتی می‌گوید: ثبت سیگنال‌های متغیر موقتی با وسایل الکترونیک یا ضبط صدا واقعاً فناوری قدرتمند و پیچیده‌ای است؛ اما ما در حال بررسی چگونگی کوچک کردن این فناوری در حد خود سلول‌های زنده هستیم.

محققان قادر به دستکاری دی‌اِن‌اِی‌های حلقوی درون باکتری‌ها ـ که پلاسمید نام دارند و تکثیر آن مستقل از تکثیر خود باکتری است ـ برای ثبت زمان و رویدادها بودند.

آنها در یک گونه باکتری آزمایشگاهی به نام اشریشیا کولای (E. coli) که از باکتری‌های طبیعی دستگاه گوارش نیز است، پلاسمیدی را به گونه‌ای دستکاری کردند که تنها در زمان وجود ماده‌ شیمیایی خارجی شروع به تکثیر کند.

از طرفی، پلاسمید دیگری را به گونه‌ای دستکاری کردند که ژن سیستم کریسپر ـ کاس را فعال کند تا قطعات ژنی تکراری خاصی را در فواصل زمانی مشخص به ژنوم باکتری اضافه کنند و به این ترتیب واحدهای زمان در ژنوم ثبت شود.

در زمان حضور نداشتن محرک تنها قطعات دی‌اِن‌اِی تکراری وارد ژنوم می‌شوند. اما به محض ورود محرک به محیط، قطعات پلاسمیدی که تکثیرش فعال شده نیز با سیستم کریسپر ـ کاس در ژنوم وارد خواهد شد و زمان آن در ژنوم ذخیره می‌شود.

بر اساس نتیجه‌ این تحقیقات، باکتری مهندسی شده می‌تواند حداقل اطلاعات سه سیگنال خارجی را برای چند روز ذخیره کند. محققان امیدوارند در آینده با بهبود این فناوری بتوانند از آن برای ثبت تغییرات محیط بدن یا حتی آلوده‌کننده‌های محیط زیست بهره ببرند.