برای اولین بار؛

فضانوردان با ویرایش DNA از اشعه‌های کیهانی در امان می‌مانند

پژوهشگران ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) برای نخستین بار با ویرایش DNA تلاش کردند تا از فضانوردان و آسیب‌های وارده به وسیله اشعه کیهانی در سفر‌های طولانی محافظت کنند.

کد خبر: ۷۶۷۳۲۱

سه‌شنبه - ۰۷ خرداد ۱۳۹۸ / May 28, 2019

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو؛ پژوهشگران ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) برای نخستین بار از فناوری کریسپر-کَس ۹ " (CRISPR-Cas ۹) برای ویرایش دی. ان.‌ای از نوعی مخمر استفاده کردند. هدف پژوهشگران ایجاد یک مخمر فوق‌العاده فضایی نبود بلکه فضانوردان در حال مطالعه چگونگی عملکرد مکانیسم‌های بازسازی دی. ان.‌ای در فضا بودند، بنابراین آن‌ها این کار را توسط رشته‌های "ژنتیکی قارچ" (fungus's genetic) در تعدادی از نقاط به منظور تقلید آسیب تابشی انجام دادند.

"امیلی گلیسون" (said Emily Gleason) از کمپانی "مینی پی. سی. آر بایو" (miniPCR Bio) گفت: در واقع این آسیب در ایستگاه فضایی بین‌المللی اتفاق می‌افتد و تجزیه و تحلیل نیز در فضا اتفاق می‌افتد. ما می‌خواهیم بدانیم که آیا روش‌های بازسازی دی. ان.‌ای در فضا متفاوت از زمین است یا خیر.

فضا در واقع یک مکان بسیار خطرناک است و تابش یکی از بزرگترین نگرانی‌ها است. اگرچه ایستگاه فضایی بین‌المللی در ارتفاع ۴۰۸ کیلومتری (۲۵۳ مایل)، از زمین قرار دارد و توسط میدان مغناطیسی زمین محافظت می‌شود، اما میزان تابش فضایی که فضانوردان در طول شش ماه اقامت در ایستگاه فضایی در معرض آن قرار می‌گیرند به طور متوسط حدود ۳۰ برابر میزان تابش به یک انسان در یک سال بر روی زمین است.

این موضوع تأیید شده است که تابش فضایی وارده بر فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی آن‌ها را در معرض خطر ابتلاء به "بیماری پرتویی" (radiation sickness) قرار می‌دهد و همچنین خطر ابتلاء به سرطان، بیماری‌های تخریب سلول عصبی و مشکلات سیستم عصبی مرکزی را افزایش می‌دهد.

برای مأموریت به مریخ، که طولانی‌تر از شش ماه خواهد بود خطر این تشعشعات نیز افزایش می‌یابد؛ بنابراین فضانوردان باید بدانند که وجود آسیب تابش چگونه دی. ان.‌ای می‌تواند خود را مجدداً بازسازی کند.

خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی برای حل این موضوع از فناوری کریسپر-کس ۹ استفاده کردند. تناوب‌های کوتاه پالیندروم فاصله‌دار منظم خوشه‌ای (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) یا به اختصار کریسپر بخشی از دی. ان. ای پروکاریوت هستند که حاوی تناوب‌های کوتاهِ توالی‌های بنیادین هستند. کریسپر نوعی سیستم ایمنی تطابق پذیر در باکتری‌ها است که آن‌ها را قادر به کشف دی. ان.‌ای ویروس و بعد نابودی‌شان می‌کند. بخشی از سیستم کریسپر، پروتئینی به نام کَس ۹ (Cas ۹) است، که قابلیت جستجو، برش زدن و سرانجام استحالهٔ دی. ان.‌ای ویروس را به روشی خاص دارد. فناوری کریسپر به دانشمندان اجازه می‌دهد، تغییراتی در دی. ان.‌ای سلول‌ها ایجاد کنند.

ایده این آزمایش ابتدا توسط " دیوید لی" (David Li)، "آرتی ویجایاکومر" (Aarthi Vijayakumar)، "ربکا لی" (Rebecca Li) و "میشل سونگ" (Michelle Sung) دانشجویان مسابقه ژن در فضا پیشنهاد شد. هدف طراحی آزمایشی آن‌ها نشان دادن شکاف در هر دو رشته دی. ان.‌ای از مخمر ساکارومایسس سرویزیه (Saccharomyces cerevisiae) برای تقلید آسیب‌های بالقوه تابشی به ارگانیسم بود.

مخمر ساکارومایسس سرویزیه مهم‌ترین مخمر صنعتی برای تولید محصولات بیوشیمیایی، پروتئین‌های نوترکیب و پروتئین تک‌یاخته است. جنس ساکارومایسس شامل دو گونه مشهور ساکارومیسس سرویزیه و ساکارومیسس بولاردی "Saccharomyces boulardii" است. ساکارومیسس سرویسیه که به مخمر نان نیز معروف است، در تخمیر الکلی خمیر نان و دیگر منابع کربوهیدراتی نقش دارد. "ساکارومایسس بولاردی" به عنوان یک مکمل پروبیوتیک در پزشکی کاربرد دارد.

در ایستگاه فضایی بین‌المللی، "کریستینا کوچ" (Christina Koch) و "نیک هیو" (Nick Hague) فضانوردان ناسا آزمایشی را آغاز کردند و طی آن موفق به ویرایش ژنوم شدند سپس مخمر رها شد تا آسیبی را که به دی. ان. ایِ آن وارد شده بود ترمیم کند.

دانشمندان با مقایسه ساختار مولکولی دی. ان.‌ای مخمر قبل و بعد از این چرخه بازسازی آسیب پذیری، توانستند دریابند که آیا در ساختار مولکولی تغییری رخ داده است یا خیر.

برای انجام این مقایسه‌ها، دی. ان.‌ای ترمیم شده چندین بار با استفاده از یک فرآیند به نام "واکنش زنجیره‌ای پلیمراز " (PCR) در دستگاه سیکلر حرارتی "miniPCR" کپی شد.

واکنش زنجیره‌ای پلیمراز تکنیکی در زیست‌شناسی مولکولی است و به منظور تکثیر یک نسخه منفرد یا نسخه‌های کمی از یک قطعه دی. ان.‌ای با توالی خاص به تعداد هزار یا میلیون‌ها نسخه به کار می‌رود. این تکنیک ابزاری آسان و ارزان قیمت برای تکثیر یک قطعه خاص از دی. ان.‌ای است و برای اهدافی همچون تشخیص و نظارت بر بیماری‌های ژنتیکی، شناسایی مجرمان (در زمینهٔ پزشکی قانونی) و مطالعه عملکرد یک بخش هدف از دی. ان.‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. سپس آن‌ها از یک دستگاه دیگر به نام "MinION" برای مرتب کردن دی. ان. ای‌ها استفاده کردند.

گلیسون در انتها افزود: یکی از چیز‌هایی که این تحقیق به ما یاد داد این بود که ما می‌توانیم آزمایش‌های مختلفی را در فضا انجام دهیم. ما می‌توانیم از این دانش برای کمک به محافظت از فضانوردان از آسیب‌های وارده از اشعه کیهانی در سفر‌های طولانی بر دی. ان.‌ای و فعالسازی ویرایش ژنوم در فضا استفاده کنیم.