هر بار که دستکشی را می گیرم و می فهمم برای دست مخالف است، ناامید می شوم.
اما برای زیست شناسان مصنوعی، این آزاردهنده یک خصلت بیولوژیکی است که می تواند به دگرگونی پزشکی کمک کند. به داروهای طولانی مدتی فکر کنید که می توانند یک بار در ماه به جای سه بار در روز مصرف شوند. یا ابزارهای تشخیصی مبتنی بر مولکول های زیستی که در داخل بدن باقی می مانند تا مراقب سرطان های نوظهور یا سایر بیماری های مزمن باشند، بدون ترس از پاک شدن زودهنگام توسط متابولیسم بدن.
«بُعد آینه‌ای» زیست‌شناسی حتی جسورانه‌تر، ممکن است سکوی پرشی برای مهندسی اشکال زندگی مصنوعی باشد که خارج از طبیعت وجود دارند، اما بازتابی واقعی از خود ما هستند. به عبارت دیگر: ساختن نسخه آینه ای از زیست شناسی به معنای بازنویسی سیستم عامل اساسی زندگی است.
کمی بیش از حد علمی تخیلی به نظر می رسد؟ بگذار توضیح بدهم. مانند اینکه دست چپ ما نمی تواند دستکش دست راست بپوشد، بلوک های ساختمانی زندگی - DNA، RNA و پروتئین ها - در ساختارهای سه بعدی خاصی حک شده اند. آنها را به اطراف بچرخانید، انگار که توسط یک آینه منعکس شده اند، و دیگر نمی توانند در داخل بدن عمل کنند. دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که چرا طبیعت از بین دو تصویر آینه ای بالقوه فقط یک شکل را انتخاب کرده است. اما آنها آماده آزمایش آن هستند.
یک مطالعه جدید in علم با کار مجدد بخش‌هایی از دستگاه پروتئین‌ساز بدن در تصویر آینه‌ای آن گام برداشت. در مرکز ساختاری به نام ریبوزوم قرار دارد که کد ژنتیکی را دریافت کرده و آن را به اسیدهای آمینه تبدیل می‌کند - لگو برای همه پروتئین‌ها بلوک می‌کند. ریبوزوم یک معماری سلولی نمادین است که از دو جزء مولکولی اصلی ترکیب شده است: RNA و پروتئین.
این تیم به رهبری دکتر تینگ ژو، علاقه‌مند به زندگی آینه‌ای، در دانشگاه Westlake در هانگژو، چین، با بخش RNA پازل مقابله کردند. آنها یک پروتئین اسب کار را دوباره مهندسی کردند که دو سوم ساختار را می سازد تا اجزای RNA حاصل به شکل آینه ساخته شوند.
این ساختارها هنوز قادر به پمپاژ پروتئین های "بازتاب شده" نیستند. اما چندین آزمایش نشان داد که مولکول‌های سنتز شده در برابر پروتئین‌های معمولی «خانه‌داری» سلول که نسخه‌های طبیعی همان پروتئین‌ها را می‌جوند، بسیار مقاوم‌تر هستند.
از دیدگاه بیوتکنولوژی، بسیاری از کاربردها با داشتن یک ریبوزوم آینه‌ای فعال می‌شوند. گفت: دکتر جاناتان اسچپانسک در دانشگاه A&M تگزاس که در کار دخالتی نداشت. "این یک پیشرفت واقعاً بزرگ برای حوزه زیست شناسی تصویر آینه ای است."
کابینه ای از کنجکاوی های (زیستی).
داستان تمایل عجیب زندگی به ساختارهای خاص در سال 1848 با لویی پاستور آغاز شد. احتمالاً نام شیمیدان فرانسوی را شنیده اید - پدر واکسیناسیون، تخمیر میکروبی، و پاستوریزاسیون که هنوز شیر ما را برای نوشیدن بی خطر نگه می دارد. پاستور هنگام نگاه کردن به تابوت های شراب خود، رسوبات کریستالی یک مولکول وسوسه انگیز را پیدا کرد. اگرچه آنها شکل ها و خواص شیمیایی یکسانی داشتند، اما تصاویر آینه ای از یکدیگر ایجاد کردند. یک پیکربندی "L" برای آن نامگذاری شد برگ، یا چپ در لاتین؛ دیگری "D" برای دکستر، یا راست.
دانشمندان بعداً دریافتند که مولکول های L و D به عنوان کد پایه برای زیست شناسی وجود دارند. بلوک های سازنده DNA، طرح اولیه ژنتیک ما، به طور طبیعی به شکل D هستند. در مقابل اسیدهای آمینه معمولاً به سمت چپ می چرخند.
این تعصب عمیقاً در یک اصل اصلی زیست شناسی ریشه دارد. DNA به RNA ترجمه می شود و متعاقباً به ریبوزوم منتقل می شود تا بیشتر در پروتئین هایی ساخته شود که فرآیندهای ضروری برای زندگی را انجام می دهند. اما نکته اصلی اینجاست: در هر مرحله، ماشین سلولی مولکول های خاصی را پمپاژ می کند. افسانه. بافت‌ها و اندام‌های ما برای دنیای کایرال برنامه‌ریزی شده‌اند، یعنی دنیایی که در آن جسم مورد نظر نمی‌تواند روی تصویر آینه‌ای خود قرار گیرد، حتی اگر بچرخد.
چند سال پیش، دانشمندان پرسیدند: چه می‌شد اگر بتوانیم به‌طور مصنوعی آینه‌ای روی این سیستم بگذاریم و آن را در ابعاد مصنوعی جدیدی از زندگی که از کایرالیتی مخالف ساخته شده است، بشکنیم؟
از طریق شیشه به دنبال
بازنویسی زندگی در نسخه ای متضاد از خودش، به بیان ملایم، کار سختی است.
مطالعه جدید بر روی آینه ای متمرکز بود که بخش هایی از ریبوزوم را منعکس می کند. مطالعات قبلی نشان داده بود که می توان DNA تصویر آینه ای را تکثیر کرد و حتی آن را به RNA آینه ای پیام رسان ترجمه کرد. نویسندگان توضیح دادند: "گام بعدی تحقق ترجمه تصویر آینه ای" از RNA به پروتئین است.
تپه بلندی برای بالا رفتن است. ریبوزوم یک ساختار عظیم با تقریباً 2,900 واحد سازنده حروف RNA و بیش از 50 پروتئین متنوع است. شیمیدانان قبلاً توانسته بودند تصویر آینه ای RNA ها را در زنجیره های بلند سنتز کنند. اما خسته کننده است، مستعد خطا است و حداکثر می تواند به 70 حرف برسد.
اگر شیمی ساخته دست بشر کار نمی کند، چرا از طبیعت استفاده نکنیم؟ در سلول‌ها، حروف RNA معمولاً با یک آنزیم - پروتئینی به نام RNA پلیمراز - به زنجیره‌های داده‌های بیولوژیکی متصل می‌شوند. «آینه‌سازی» آنزیم، در تئوری، می‌تواند نسخه بازتاب‌شده‌ای از RNA را نیز بسازد که ریبوزوم را می‌سازد. بازگشت در 2019، تیم ژو با «برگرداندن» یک اسب کار پروتئینی از یک ویروس، به این ایده ضربه زدند. کار کرد، اما به طرز دردناکی کند بود و مولکول‌های به‌دست‌آمده مملو از خطا بودند.
نویسندگان به جای مقابله با کل دستگاه سنتز پروتئین، روی یک عضو حیاتی قرار گرفتند: RNA پلیمراز T7. عزیز حوزه زیست شناسی مصنوعی، این آنزیم یک اسب کار سنگین است که می تواند زنجیره های طولانی RNA - از جمله آنهایی که ریبوزوم های سازنده پروتئین را می سازند - با کارایی بالا ایجاد کند.
با استفاده از تجزیه و تحلیل اشعه ایکس، تیم دریافتند که T7 را می توان به سه بخش تقسیم کرد که هر یک از آنها در دسترس سنتز سنتی قرار دارند. با سنتز هر بخش - یک نسخه آینه ای از همتایان طبیعی آنها - ساختار نهایی به صورت خود مونتاژ شده و به نسخه آینه ای آنزیم T7 تبدیل می شود.
Sczepanski گفت: "این یک تلاش هرکول برای کنار هم قرار دادن پروتئینی به این اندازه بود."
به ناشناخته
آینه T7 در دست بود، تیم بعد شروع به ساخت یک ریبوزوم برگشتی کرد. کارخانه تولید پروتئین از سه تکه RNA اصلی ساخته شده است. هنگامی که نسخه‌های آینه‌ای دستورالعمل‌های DNA برای آن اجزا داده شد، آنزیم مهندسی T7 با خوشحالی هر سه بخش را در یک حرکت ساخت. آزمایش‌های اضافی نشان داد که آنزیم آینه‌ای دارای نرخ خطای مشابهی با همتای طبیعی خود است.
علاوه بر این، مولکول‌هایی که توسط T7 تصویر آینه‌ای - RNAهای آینه‌ای - پمپ می‌شوند، در سلول‌ها بسیار پایدارتر از مولکول‌هایی بودند که به طور طبیعی تولید می‌شوند. این یک موهبت بالقوه برای واکسن‌های مبتنی بر RNA یا داروها است که اغلب قبل از اثرگذاری به آسانی در داخل بدن خرد می‌شوند. از آنجایی که مولکول‌های آینه‌ای با فرآیندهای بیولوژیکی بدن بیگانه هستند، می‌توانند برای مدت طولانی‌تری بمانند و به طور بالقوه اثرات واکسن‌ها و داروهای مبتنی بر RNA یا پروتئین را افزایش دهند.
راه طولانی در پیش است. در حال حاضر، تیم هنوز یک ریبوزوم آینه کامل ساخته نشده است. RNA ها تقریباً دو سوم ساختار را تشکیل می دهند و بیش از 50 پروتئین باقی مانده است. افزودن اجزای پروتئین از طریق مهندسی ژنتیک به خودی خود یک شاهکار است. اینکه آیا آنها با RNA آینه ای به ریبوزوم های آینه ای عملکردی مونتاژ می شوند، کاملاً ناشناخته است.
اما تیم چشمان خود را به این جایزه دوخته است: آنها نوشتند: «تحقق ترجمه آینه-تصویر، جزم اصلی آینه-تصویر زیست شناسی مولکولی را تکمیل می کند».
