باحثون يابانيون يفتحون طريقة جديدة قوية لتحرير وتجميع الحمض النووي

توفر الجسيمات النانوية الفضية طريقة أكثر كفاءة للقطع والتجميع الحمض النوويوتحسين معدلات الاسترداد وتعزيز كفاءة ربط الحمض النووي لتطبيقات هندسة الجينات المستقبلية.

يتكون الحمض النووي من سلاسل طويلة تحمل التعليمات التي تحتاجها الكائنات الحية للنمو والقيام بوظائفها. في الهندسة الوراثية، يقوم الباحثون بقطع الحمض النووي في مواقع مختارة وربط القطع بتسلسلات الحمض النووي الأخرى. وهذا يجعل من الممكن تحسين المحاصيل وعلاج الأمراض الوراثية وإنشاء نماذج حيوانية تستخدم في اكتشاف الأدوية.

لتجميع قطع الحمض النووي القصيرة، يعتمد العلماء غالبًا على نهايات لزجة، وهي عبارة عن تسلسلات قصيرة متدلية تساعد أجزاء الحمض النووي على الالتصاق بسهولة أكبر. ومع ذلك، يتطلب إنشاء هذه النهايات اللزجة قطعًا دقيقًا للغاية في مواقع محددة، وهو الأمر الذي يظل صعبًا مع الطرق الحالية.

ابتكر فريق بحث في اليابان تقنية تعتمد على جسيمات الفضة النانوية، والتي يمكنها قطع الحمض النووي وإعادة توصيله في المواقع المستهدفة. أدت هذه الطريقة إلى تحسين كفاءة تجميع الحمض النووي بمقدار مرتين إلى خمس مرات مقارنة بطرق إنزيم التقييد القياسية. ونشرت النتائج في أبحاث الأحماض النووية.

عادةً ما يستخدم تجميع الحمض النووي التقليدي طويل السلسلة إنزيمات التقييد لقطع الحمض النووي ورابط الحمض النووي T4 لإعادة توصيل القطع. تكمن المشكلة في أن إنزيمات التقييد تتعرف فقط على تسلسلات معينة، وغالبًا ما تنتج نهايات لزجة قصيرة جدًا، مما يقلل من كفاءة الربط.

استبدال إنزيمات التقييد بالانقسام الكيميائي للحمض النووي

للتغلب على هذه المشكلة، قام البروفيسور هيروشي آبي والأستاذ المساعد ماساهيتو إيناغاكي جامعة ناغوياقام الباحثون، بالتعاون مع البروفيسور ناتسوهيسا أوكا من جامعة جيفو، بالتحقيق فيما إذا كانت التفاعلات الكيميائية يمكنها قطع الحمض النووي في المواقع المطلوبة بدلاً من الاعتماد على إنزيمات التقييد.

ركز الفريق على تفاعل تم الإبلاغ عنه بين عامي 1990 و1992، حيث قطعت أيونات الفضة الحمض النووي المعدل بالثيول 3′ في نقاط محددة. لقد اختبروا ما إذا كان هذا التفاعل يمكن أن يخلق نهايات لزجة مفيدة. على الرغم من أن أيونات الفضة تقطع الحمض النووي بشكل فعال، إلا أنها تلتصق أيضًا بشكل غير محدد وتسبب هطول الأمطار. ونتيجة لذلك، تم استرداد حوالي 14% فقط من الحمض النووي، وهو عدد قليل جدًا للاستخدام العملي.

ثم تحول الباحثون إلى الجسيمات النانوية الفضية. ورأوا أنه يمكن فصل الجسيمات النانوية بعد التفاعل عن طريق الطرد المركزي، مما قد يؤدي إلى تحسين استعادة الحمض النووي.

أظهرت الاختبارات أن كفاءة انقسام الحمض النووي وصلت إلى حوالي 50% عند 70 درجة مئوية (158 درجة فهرنهايت) وحوالي 100% عند 95 درجة مئوية (203 درجة فهرنهايت) خلال ساعتين. ومع ذلك، فإن درجات الحرارة هذه يمكن أن تلحق الضرر بالحمض النووي طويل السلسلة.

تعمل الجسيمات النانوية الفضية المطلية بـ PEG على تحسين استعادة الحمض النووي

ولحل هذه المشكلة، قام الباحثون بتغليف الجسيمات النانوية بمادة البولي إيثيلين جلايكول (PEG)، وهو بوليمر قابل للذوبان في الماء يعمل على تحسين الاستقرار والتشتت. مع PEG، ارتفعت كفاءة الانقسام من 36% إلى 92% عند 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت) على مدى 31 ساعة. “في النهاية، قمنا بتحسين الظروف إلى المستوى العملي، وتحت درجات الحرارة المحيطة، حققنا كفاءة انقسام معدلة بـ PEG أعلى من 91٪ عند 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت) خلال ساعة إلى ساعتين فقط”، صرح إيناغاكي، المؤلف الأول للدراسة.

كما قامت الطريقة أيضًا بإزالة قطع الحمض النووي غير المرغوب فيها والتي ظلت متصلة بأسطح الجسيمات النانوية. أدى ذلك إلى ترك الأجزاء اللزجة المرغوبة في المحلول ورفع معدل استرداد الحمض النووي النهائي من 14% إلى 98%.

أتاحت الجسيمات النانوية الفضية أيضًا إنشاء أجزاء من الحمض النووي ذات نهايات لزجة ذات 8 قواعد، والتي يصعب إنتاجها باستخدام إنزيمات التقييد القياسية. عندما استخدم الباحثون T4 DNA ligase لربط هذه الأجزاء، كانت كفاءة الربط حوالي ضعف الطرق التقليدية. ومع بروز 18 قاعدة، وصلت الكفاءة إلى 44%، مقارنة بـ 8% للبروز التقليدي المكون من 4 قواعد، أي بزيادة قدرها خمسة أضعاف.

تعزيز أداء تجميع الحمض النووي واختبار الخلايا

ولاختبار ما إذا كانت هذه الطريقة يمكن أن تنجح في بيئة عملية، قام الباحثون بتجميع جزء من الحمض النووي الذي يشفر بروتين الفلورسنت الأخضر (GFP) وأدخلوه في خلايا هيلا البشرية. تم اكتشاف تعبير GFP بنجاح، مما يدل على أنه تم تجميع الحمض النووي بدقة.

وعلق إيناغاكي قائلاً: “نعتقد أن هذه التكنولوجيا ستكون مفيدة في تصنيع الحمض النووي الجينومي، مع العديد من التطبيقات المحتملة في مجالات مثل إنشاء مكتبة mRNA للقاحات السرطان والعلاج الجيني، فضلاً عن تطوير أدوية البروتين الاصطناعي ومحاصيل الجينوم”.

وأوضح أيضًا الخطوة التالية: “لقد أظهرنا أنه يمكن ضم قطعتين من الحمض النووي. الآن، نحن بحاجة إلى تأكيد ما إذا كان يمكن ضم أجزاء متعددة في نفس الوقت – وهي خطوة أساسية لبناء الحمض النووي على نطاق الجينوم”.

المرجع: “انقسام حبلا خاص بالموقع ناجم عن جسيمات نانوية فضية من أليغنوكليوتيدات معدلة كيميائيًا لتجميع الحمض النووي طويل السلسلة” بقلم ماساهيتو إيناغاكي، وميكيا كاس، وهاروكا هيراوكا، وناتسوهيسا أوكا، وفوميتاكا هاشيا، وناوكو آبي، وياسواكي كيمورا، وهيروشي آبي، 11 يونيو 2026، أبحاث الأحماض النووية.
دوى: 10.1093/نار/gkag525

تم دعم هذا العمل من قبل الوكالة اليابانية للعلوم والتكنولوجيا (JST) (JPMJCR18S1، JPMJCR23N1، JP25H00427، JP24H00737، JP22H02219، JP22K21346 البحوث الرائدة الدولية)، والوكالة اليابانية للبحث والتطوير الطبي (AMED) (JP22gm0010008 (LEAP)، JP25ak0101289، JP223fa827 (SCADA)، JP243fa827032 (SCADA)، JP23bm1223009، JP24ek0109697، JP25ama221315، JP25km0405209، JP25ama221230؛ JP23fk0210133) ومؤسسة تاناكا كيكينزوكو التذكارية (منح أبحاث المعادن الثمينة الجائزة الفضية لعام 2021 إلى MI). تم توفير التمويل لدفع رسوم نشر الوصول المفتوح لهذه المقالة من قبل وكالة العلوم والتكنولوجيا اليابانية.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.