חיוני לתאים לשלוט במדויק באיזה מהגנים הרבים של החומר הגנטי שלהם הם משתמשים. זה נעשה במפעלי שעתוק כביכול, צבירים מולקולריים בגרעין. חוקרים מהמכון הטכנולוגי של קרלסרוהה (KIT), פרידריך-אלכסנדר-אוניברסיטת ארלנגן-נירנברג (FAU), ומרכז מקס פלנק לפיזיקה ורפואה (MPZPM) מצאו כעת שהיווצרות מפעלי שעתוק דומה לעיבוי של נוזלים. הממצאים שלהם ישפרו את ההבנה של הגורמים למחלות ויקדמו את הפיתוח של מערכות אחסון נתונים מבוססות DNA. המדענים מדווחים ב ביולוגיה של מערכות מולקולריות.
החומר הגנטי האנושי מכיל יותר מ-20,000 גנים שונים. אבל כל תא משתמש רק בחלק מהמידע המאוחסן בגנום הזה. לפיכך, תאים צריכים לשלוט במדויק באילו גנים הם משתמשים. אם לא, עלול להתפתח סרטן או הפרעת גדילה עוברית. מה שנקרא מפעלי שעתוק ממלאים תפקיד מרכזי בבחירת הגנים הפעילים. "מפעלים אלה הם צבירים מולקולריים בגרעין המשלבים בחירה נכונה של גנים פעילים וקריאת הרצף שלהם במיקום מרכזי", מסביר לנארט הילברט. הפרופסור הזוטר לביולוגיה מערכות/ביואינפורמטיקה במכון הזואולוגי (ZOO) של KIT עומד גם בראש קבוצת עבודה במכון למערכות ביולוגיות וכימיות של KIT — עיבוד מידע ביולוגי (IBCS-BIP).
הגדר והתחל תוך מספר שניות
במשך עשרות שנים, ביולוגים סלולריים ומולקולריים חקרו כיצד מפעלים לשעתוק מוקמים ונכנסים לפעולה תוך שניות ספורות. תוצאות שהתקבלו עד כה מעידות על רלוונטיות של תהליכים המוכרים מחומרים פולימריים וחומרים נוזליים תעשייתיים וטכניים בלבד. המחקר הנוכחי מתמקד בהפרדת פאזות כמנגנון מרכזי. בחיי היומיום, ניתן להבחין בהפרדת פאזות בעת הפרדת שמן למים. עם זאת, עדיין לא ברור כיצד בדיוק הפרדת פאזות תורמת להקמת מפעלי שעתוק בתאים חיים.
חוקרים מהמכון למערכות ביולוגיות וכימיות של KIT (IBCS), המכון הזואולוגי (ZOO), המכון לפיזיקה יישומית (APH) והמכון לננוטכנולוגיה (INT), בשיתוף עם מדענים מ-FAU ו-MPZPM בארלנגן ואוניברסיטת אילינוי ב-Urbana-Champaign/ארה"ב, צברו כעת ממצאים חדשים על היווצרות מפעלי שעתוק: זה דומה לעיבוי של נוזלים. זה מדווח ב ביולוגיה של מערכות מולקולריות. המחברים הראשונים הם אגניישקה פנצ'ולי מ-IBCS-BIP ו-ZOO וטים קלינגברג מ-FAU ו-MPZPM.
מיקרוסקופ אור אחרון בשילוב עם הדמיות מחשב
בפרסומם מציינים החוקרים כי עיבוי ליצירת מפעלי תמלול מזכיר משקפיים או חלונות מהבילים. נוזל מתעבה בנוכחות משטח קולט בלבד, אבל אז מהר מאוד. בתא החי, אזורים מסומנים במיוחד של הגנום משמשים כמשטחי עיבוי. האזורים המצופים בנוזל מאפשרים היצמדות של רצפי גנים רלוונטיים ומולקולות נוספות שבסופו של דבר מפעילות את הגנים הנדבקים. ממצאים אלו הושגו בשיתוף פעולה בין-תחומי. עוברי דג זברה נחקרו עם מיקרוסקופי אור עדכניים שפותחו על ידי יו"ר פרופסור גרד אולריך ניאנהאוס ב-APH. תצפיות אלו נקשרו לאחר מכן לסימולציות ממוחשבות בקתדרה למתמטיקה של FAU בראשות פרופסור וסילי זבורדייב. שילוב של תצפיות וסימולציות הופך את תהליך העיבוי לשחזור ומסביר כיצד תאים חיים יכולים להקים מפעלי שעתוק במהירות ובאמינות.
הבנה חדשה של נוזלים מעובים בתאים חיים הביאה לאחרונה לגישות חדשות לחלוטין לטיפול בסרטן ובמחלות של מערכת העצבים. גישות אלו ננקטות כעת על ידי סטארטאפים המפתחים תרופות חדשות. פעילויות מחקר אחרות מתמקדות בשימוש ברצפי DNA כמערכות אחסון נתונים דיגיטליים. בינתיים, היתכנות עקרונית של מערכות אחסון נתונים מבוססות DNA הוכחה על ידי מספר קבוצות עבודה. אחסון אמין וקריאה של מידע באמצעי אחסון DNA כאלה עדיין מייצגים אתגרים גדולים. "העבודה שלנו מראה כיצד התא הביולוגי מארגן תהליכים כאלה במהירות ובאמינות. הדמיות המחשב והמושגים התפקודיים שפותחו על ידינו ניתנות להעברה ישירות למערכות DNA מלאכותיות ויכולות לתמוך בתכנון שלהן", אומר לנארט הילברט.
מקור הסיפור:
חומרים המסופק על ידי המכון הטכנולוגי של קרלסרוהה. הערה: ניתן לערוך את התוכן לפי הסגנון והאורך.
.
קישור לכתבת המקור – 2021-11-05 19:46:31
