امکان ویرایش مستقیم پروتئین‌ها، بازیگران کلیدی حیات سلولی، دستاوردی نوین در عرصه علم محسوب می‌شود. در اپیزود ۲۰ پادکست علمی نکسوس، به بررسی یک فناوری انقلابی پرداخته خواهد شد که این مهم را محقق ساخته است. پژوهشگران با الهام از فرآیندهای طبیعی و با بهره‌گیری از واحدهای پروتئینی هوشمند موسوم به «اینتئین‌ها»، ابزارهایی را توسعه داده‌اند که قادرند با دقتی نظیر یک جراح، بخش‌هایی از پروتئین‌ها را جداسازی کرده و مولکول‌ها یا آمینواسیدهای جدیدی را جایگزین نمایند.

این فناوری، امکان تغییر آنی عملکرد پروتئین‌ها، نشانه‌گذاری آن‌ها به‌منظور ردیابی حرکاتشان در سلول و حتی تعریف وظایف جدید برای آن‌ها را فراهم می‌آورد. تکنیک مذکور که در دو مقاله معتبر در نشریه «ساینس» تشریح گردیده، از جهاتی با سیستم شناخته‌شده کریسپر در ویرایش DNA شباهت دارد، با این تفاوت که هدف اصلی در اینجا، خودِ پروتئین‌ها می‌باشند.

در این اپیزود از پادکست نکسوس، به تفصیل به چگونگی انجام این جراحی مولکولی توسط اینتئین‌ها، پتانسیل‌های بالقوه این فناوری در درک عمیق‌تر بیماری‌ها و طراحی درمان‌های نوین، و همچنین چالش‌ها و محدودیت‌های پیش‌روی آن پرداخته می‌شود. این بحث در پی پاسخ به این پرسش است که آیا تکنیک حاضر قادر خواهد بود به‌اندازه فناوری کریسپر، تحولی بنیادین در حوزه زیست‌شناسی ایجاد نماید یا خیر. همراه ما باشید تا به بررسی این موضوع و چشم‌انداز آتی علم پروتئین‌ها بپردازیم.

کلمات تخصصی بکار رفته در این اپیزود:

• پروتئین (Protein): مولکول‌های بزرگ و پیچیده‌ای که وظایف بسیار متنوعی در سلول‌ها و بدن موجودات زنده بر عهده دارند، از ساخت اجزای سلولی گرفته تا انتقال پیام‌ها و تسریع واکنش‌های شیمیایی. آنها از واحدهای کوچکتری به نام آمینواسید ساخته شده‌اند.
• سلول‌های زنده (Living cells): واحدهای پایه‌ای سازنده تمام موجودات زنده که فرآیندهای حیاتی در آنها اتفاق می‌افتد.
• اینتئین (Intein): توالی‌هایی از آمینواسیدها در برخی پروتئین‌ها که توانایی خودبرش‌زنی دارند؛ یعنی می‌توانند به طور خودکار خود را از پروتئین میزبان جدا کرده و دو قطعه باقی‌مانده پروتئین را به هم متصل کنند. دانشمندان از این ویژگی برای ویرایش پروتئین‌ها استفاده می‌کنند.
• آمینواسید (Amino acid): واحدهای سازنده پروتئین‌ها. حدود ۲۰ نوع آمینواسید اصلی وجود دارد که با ترتیب‌های مختلف به هم متصل شده و پروتئین‌های گوناگون را ایجاد می‌کنند. در این تکنیک، آمینواسیدهای غیرمعمول (که بطور طبیعی در پروتئین‌ها یافت نمی‌شوند) نیز می‌توانند به پروتئین‌ها اضافه شوند.
• پلیمر (Polymer): مولکول‌های بزرگی که از تکرار واحدهای کوچکتر (مونومرها) ساخته شده‌اند. در این زمینه، می‌توان پلیمرهایی را به پروتئین‌ها متصل کرد.
• ویرایش DNA کریسپر (CRISPR DNA editing systems): یک فناوری قدرتمند برای ایجاد تغییرات دقیق در توالی DNA موجودات زنده. در متن به عنوان مشابهی برای ویرایش پروتئین‌ها ذکر شده تا اهمیت آن را نشان دهد.
• ژنتیک مولکولی (Molecular genetics): شاخه‌ای از ژنتیک که به بررسی ساختار و عملکرد ژن‌ها در سطح مولکولی می‌پردازد.
• مخمر نان (Saccharomyces cerevisiae): نوعی قارچ تک‌سلولی که در پخت نان و تولید نوشیدنی‌های الکلی کاربرد دارد و یک مدل آزمایشگاهی مهم در زیست‌شناسی است. اینتئین‌ها اولین بار در این موجود کشف شدند.
• ترانسپوزون‌های پروتئینی (Protein transposons): نامی که یکی از تیم‌های تحقیقاتی به ویرایشگرهای پروتئینی مبتنی بر اینتئین خود داده است. ترانسپوزون‌ها در حالت کلی به عناصر ژنتیکی متحرک گفته می‌شود.
• کد DNA (DNA code): دستورالعمل‌های ژنتیکی ذخیره شده در مولکول DNA که ویژگی‌های یک موجود زنده را تعیین می‌کند، از جمله توالی آمینواسیدهای پروتئین‌ها.
• جایگاه پذیرنده (Acceptor site): محلی خاص در پروتئین هدف که توسط مهندسی ژنتیکی ایجاد می‌شود تا ویرایشگرهای اینتئینی بتوانند در آنجا عمل کنند و محموله جدید را وارد کنند.
• پروتئین دهنده (Donor protein): پروتئینی که حامل "محموله" (مانند یک گروه شیمیایی یا آمینواسید غیرمعمول) است و آن را به پروتئین هدف منتقل می‌کند.
• محموله (Cargo): مولکول یا توالی خاصی که قرار است توسط ویرایشگر اینتئینی به پروتئین هدف پیوند زده شود.
• اینتئین‌های جدا شده (Split inteins): اینتئین‌هایی که به دو یا چند بخش تقسیم شده‌اند و تنها زمانی که این بخش‌ها به درستی کنار هم قرار بگیرند، فعالیت برش‌زنی و پیوندزنی خود را انجام می‌دهند. این ویژگی برای کنترل فرآیند ویرایش مهم است.

منبع خبر:

Powerful protein editors offer new ways of probing living cells

منابع اشاره شده در این اپیزود:

1. Intracellular protein editing enables incorporation of noncanonical residues in endogenous proteins (Science, 2025)
2. Protein editing using a coordinated transposition reaction (Science, 2025)

تصویر روی کاور: مولکول‌های پروتئین (تصویرسازی هنری) در حال تا خوردن به شکل نهایی خود هستند. ویرایشگرهای تازه توسعه‌یافته می‌توانند بخش‌هایی از یک پروتئین را با مولکول‌ها و آمینواسیدهای دیگر جایگزین کنند.

منبع تصویر: Ruslanas Baranauskas/Science Photo Library