به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از تارنمای اخبار ساینس، امروزه نقشه کامل ژنوم تعداد زیادی از حیوانات و گیاهان تهیه شده است، اما این حروف واقعا چه معنا و مفهومی دارند؟ محققان نروژی ابزار جدیدی ساخته اند که می تواند موقعیت میکرو آران ای را مشخص کند.
بیش از ۲۰ سال از تهیه نقشه کامل ژنوم انسان می گذرد. این بدان معناست که می توانیم توالی کامل تمام جفت‌ها یا حروف را در دی ان ای خود بخوانیم.
دی ان ای «کتاب دستور العمل» نحوه خلقت ما است. ژن‌ها می‌گویند هر چیزی در بدن، مانند پوست، ماهیچه‌ها و اندام‌ها، قرار است چه شکلی باشند و چگونه کار کنند.
اما محققان دریافتند فقط یک تا دو درصد ژنوم ما در واقع از ژن هایی تشکیل شده که پروتئین ها را رمزگذاری می کنند. بخش زیادی از ژنوم به طور مستقیم چگونگی ساخت بدن را بیان نمی کند.
باستین فروم، محقق دانشگاه قطب شمال نروژ که آزمایشگاهش را در موزه دانشگاه ساخته است، می گوید: این کشف کمی عجیب بود. چرا ما این همه دی ان ای غیر کدکننده یا بی معنی داریم؟
فروم می‌گوید نکته جالب دیگر این بود که انسان‌ها لزوماً ژن‌های بسیار بیشتری نسبت به سایر موجودات ندارند، با آنکه انسان خود را موجودی پیچیده می داند.
براساس دانشنامه بزرگ نروژی، انسان ها ۲۵ هزار ژن دارند، در حالی که ذرت شیرین ۳۲ هزار ژن دارد.
نقشه برداری کامل ژنوم یک موجود زنده اکنون آسان تر شده است. دانشمندان درحال حاضر ژنوم بیش از ۶ هزار موجود زنده را توالی یابی کرده اند.
پی بردن به معنای حروف در توالی ژنوم نیز مهم است، مانند اینکه ژن ها را کجا می یابیم، آنها چه کاری انجام می دهند و وظایف سایر مناطق در ژنوم چیست که به آن حاشیه‌نویسی می گویند.
DNA annotation یا حاشیه نویسی ژنوم به فرآیند شناسایی مکان ژن ها و مناطق کد کننده در یک ژنوم و تعیین اینکه آن ژن ها چه کاری انجام می دهند، گفته می شود.
دی ان ای بی رمز یا بی کد، قسمت هایی از ژنوم است که برای ساخت پروتئین به کار نمی رود، با این وجود وظایف مهمی دارد.
دستور تهیه میکرو آر ان ای یکی از چیزهایی است که پنهان مانده است. اینها مولکول های کوچک آر ان ای هستند که به تعیین اینکه کدام ژن ها در یک سلول فعال باشند، کمک می کنند. نقشه برداری دستورات میکرو آر ان ای در ژنوم می تواند فرآیندی زمانبر باشد.
فروم و سینان اوگور اومو از دانشگاه اسلو و محققانی در اسلو، ترومسو و در سطح بین‌المللی، ابزاری ساخته اند که می‌تواند دستورالعمل‌های میکرو آران ای را در ژنوم‌ها کشف کند.
آر ان ای مولکولی است که در سلول ها یافت می شود و وظایف مهمی در تولید پروتئین و تنظیم ژن ها دارند. آر ان ای تقریباً از همان واحدهای ساختمانی دی ان ای تشکیل شده است. دی ان ای دو رشته دارد، در حالی که آر ان ای فقط دارای یک رشته است.
این ابزار MirMachine نام دارد و برنامه ای مبتنی بر یادگیری ماشین است. محققان این ابزار و نتایج آن را پس از آزمایش روی ۱۰۰ ژنوم پستانداران در مقاله‌ای در نشریه Cell Genomics منتشر کردند.
آنها این ابزار یادگیری ماشین را در یک پایگاه داده تحت آموزش قرار دادند. این پایگاه داده حاوی ژنوم ۷۵ گونه جانوری است که میکرو آر ان ای آنها به طور دقیق نقشه برداری شده است.
فروم که متخصص میکرو آر ان ای است، می‌گوید ساخت و تنظیم دقیق این پایگاه داده حدود ۱۰ سال بطول انجامید. این ابزار یادگیری ماشینی، شناسایی میکرو آر ان آی را آموخت و می تواند الگوهایی را ببیند که برای انسان دشوار است.
فروم می‌گوید: برای نشان دادن قدرت ابزار، از آن روی تعدادی ژنوم موجودات انقراض یافته مانند ماموت و ژنوم غول‌پیکر سمندرها و ریه‌ماهی‌ها استفاده کردیم که در آنها حاشیه‌نویسی ژنوم بسیار دشوار است.
محققان می خواستند بدانند ماشین به درستی پاسخ می‌دهد یا خیر. هنگامی که الگوریتم تکمیل شد، آن را روی تمام ۷۵ جاندار موجود در پایگاه داده آزمایش کردند و بعد به ابزار ابداعی خود گفتند چیزی در مورد این جاندار نمی دانیم، سعی کنید میکرو آر ان ای آن را پیدا کنید.
فروم گفت: پس از آن، کارهایی را که چندین سال به صورت دستی انجام داده بودیم و کارهایی که برنامه MirMachine انجام داد، مقایسه کردیم. یافتن تفاوت بین نتایج تقریبا غیرممکن بود. تعدادی تفاوت پیدا کردیم، اما یافتن دلیل آنها سخت بود.
فروم امیدوار است بسیاری از محققان از این ابزار استفاده کنند. او این ابزار را برای محققانی که روی نقشه ژنوم کامل موجودات جدید کار می کنند، مفید می داند.
او می گوید امروزه چندین پروژه توالی یابی کامل ژنوم در دسترس است که شامل پروژه بیو ژنوم زمین و درخت زندگی داروین می شود.
پل ستروم استاد دانشگاه علوم و فناوری نروژ محققی است که نقش آر ان ای غیر کدکننده را در تنظیم ژن و بیماری مطالعه می کند. او این ابزار جدید را مفید دانست و گفت این ابزار برخی از چالش های مرتبط با شناسایی و حاشیه نویسی ژن های میکرو آر ان ای در گونه های مختلف را که توالی ژنوم آنها در دسترس است، حل می کند.
ستروم درباره محدودیت‌های اصلی این روش می گوید این روش درحال حاضر فقط روی حیوانات قابل استفاده است و تنها می‌تواند ژن‌های میکرو آر ان ای را که هنوز در حیوان زنده موجود است، شناسایی کند.
این محقق می گوید، با این حال، نمونه ای از ژن های میکرو آر ان ای که در فرایند تکاملی حفظ نشده اند، اما امروزه در حیوانات یافت می شوند، ژن های میکرو آر ان ای هستند که فقط در یک گونه خاص یافت می شوند.
وی افزود: این بدان معناست که این روش برای نقشه‌برداری و حاشیه‌نویسی خودکار ژن‌های میکرو آر ان ای در گونه‌های جانوری که اخیراً توالی‌یابی شده‌اند، مناسب است.
با این حال، این روش ژن‌های میکروآران ای را که خاص یک گونه یا زیرگروهی از گونه‌ها هستند، شناسایی نمی کند. در این مورد، این روش به این بستگی دارد که چنین ژن‌های میکروآران ای با استفاده از روش‌های دیگر مانند توالی‌یابی و تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی آر ان ای های کوچک یافت شوند.
این محقق گفت: ابزارهای مشابه این محققان، در حال حاضر وجود دارد، با این حال MirMachine یک پیشرفت نسبت به ابزارهای دیگر است.
فروم می گوید که یکی از نکات جالبی که باید بررسی شود این است که آیا تعداد ژن های میکرو آر ان ای به پیچیدگی و هوش در یک موجود ارتباط دارد یا خیر. همانطور که گفته شد، تعداد ژن های رمزگذار پروتئین در اینجا تعیین کننده نیست.
سال گذشته فروم و همکارانش مطالعه ای روی یک اختاپوس انجام دادند. وقتی نوبت به تعداد ژن های رمزگذاری شده با پروتئین و اندازه ژنوم رسید، همه چیز همانطور بود که قبلا توضیح داده شد بود. اما اختاپوس حیوان بسیار باهوشی است.
فروم می‌گوید: ما دریافتیم اختاپوس میکروآران ای بسیار بیشتری نسبت به پرندگان، ماهی‌ها و خزندگان دارد و تقریباً با پستانداران و انسان‌ها برابر است.
بنابراین شاید میکروآران ای با توسعه هوش ارتباط داشته باشد. چه چیزی اختاپوس را اینقدر باهوش می کند؟ میکروآران ای به تنظیم ژن ها کمک می کند و جدیدترین تنظیم کننده ژن کشف شده است. میکروآر ان ای ۳۰ سال پیش کشف شد.
او توضیح می دهد که چگونه مولکول های کوچک آر ان ای به کنترل اینکه کدام ژن باید در یک سلول فعال باشد، کمک می کند.
هر سلول در بدن دی ان ای کامل را در خود دارد. اما هر سلول فقط برخی از دستور العمل ها را می خواند، بنابراین سلول های چشم شروع به ساختن مو نمی کنند.
هنگامی که یک ژن خوانده می شود، یک نسخه فعال به شکل آر ان ای ساخته می شود که ام آر ان ای نامیده می شود. آر ان ای پیامرسان به ریبوزوم ها منتقل می شود تا پروتئینی از دستورات تهیه شود.
فروم می‌گوید: میکروآر ان ای یک توالی مکمل روی ام آر ان ای پیدا می‌کند و خود را وارد می‌کند و از ساخت پروتئین جلوگیری می‌کند.
فروم می‌گوید: این یک اقدام محافظتی برای توقف پروتئین‌هایی است که مطلقاً نباید ساخته شوند.
فروم روی میکروآر ان ای در سلول‌های سرطانی تحقیق کرده و متوجه شده است که میکروآر ان ای کمتری نسبت به سلول‌های طبیعی دارند.
او می‌گوید: این یافته بخشی از توضیح این است که چرا سلول‌های سرطانی می‌توانند به چیزهای مختلفی تبدیل شوند که سلول‌های طبیعی نمی‌توانند تبدیل شوند.
فروم می‌گوید: میکروآر ان ای برای حفظ یک نوع سلول پایدار که فقط وظیفه خود را انجام می‌دهد مهم است. ما تقریباً ۵۵۰ تا ۶۰۰ میکروآران ای داریم.
نظر شما