مهندسان ژنتیک سیستم ویرایش پایه، برای فعال کردن ذخیره اطلاعات و پردازش در DNA باکتریایی و سلول های پستانداران را برای ویرایش برگزیدند.
محققان در MIT، اشرشیا کلی(Escherichia coli) و سلول های انسانی را به گونه ای مهندسی کردند تا آن ها بتوانند وقایع متعدد مولکولی را بر اساس زمان و ترتیب اتفاق افتادن، ثبت کنند. در ۲۲ آگوست دستیابی به این هدف را آن ها در همکاری تکنولوژی ویرایش پایه و عمل های ضروری ظرفیت کد گذاری DNA برای ذخیره سازی، بازیابی، و پردازش اطلاعات تعریف شده ، توضیح دادند.
Randall platt مهندس بیولوژی در موسسه تکنولوژی فدرال سوئیس در زوریخ می گوید : این استفاده ای بسیار هوشمندانه از ویرایش پایه برای خواندن و نوشتن اطلاعات در سلول های زنده است. سیستم آن ها قدرتمند است و در هایی را در کاربرد های نوشتن DNA مثل ثبت مولکولی و بیولوژی مصنوعی و بیشتر باز می کند.
Timothy Lu مهندس بیولوژی در MIT، سرپرست این مطالعات می گوید : تبدیل سلول ها به رکوردرهای مولکولی، (به این معنی که آن ها به طور ژنتیکی برای ایجاد دگرگونی های دائمی در پاسخ DNA آن ها به اتفاقات مولکولی خاص برنامه ریزی شده اند.) امکان کاربرد های بیوتکنولوژی و شیمی دارویی زیادی را دارد. سلول های باکتریایی در خاک و آب برای مثال می توانند برای تشخیص و ثبت حضور توکسین های محیطی، آفت کش ها و بیشتر استفاده شوند، در حالی که سلول های پستانداران در یک حیوان می تواند برای دنبال کردن وقایع در طول پیشرفت(رشد) بیماری یا پیشرفت فرآیندهای فیزیولوژی به کار برده شود.
رضا کلهر که ثبت مولکولی را در موسسه Wyss دانشگاه هاروارد مطالعه می کند و در این کار مشارکتی نداشته، می گوید: تکنولوژی های قبلی برای ثبت مولکولی، از آنزیم های کریسپر یا نو ترکیب ها برای وارد کردن، پشت و رو کردن (flip) یا جهش قسمت های خاصی از DNA استفاده می شد اما اکنون Lu و همکارانش تکنیک مرتبط با کریسپر که ویرایش پایه نامیده می شود را برای ایجاد تغییرات تک جفت پایه دارند. جهش های کوچکتر و دقیق تر به معنی ظرفیت بیشتر برای ذخیره اطلاعاتی است و اینکه تغییرات به تنهایی می توانند خود به عنوان ساختار هایی برای عملکرد های فرعی فراتر خوانده شوند. ویرایش پایه به نوعی چاقو ی جراحی است!!
در سیستم جدید Lu و همکارانش واحد های بنیادی عملیات دو نوع توالی ژنتیک است. یکی تحت کنترل پروموتور القایی، guide RNA (gRNA) خاصی را رمز گذاری می کند( القاگر هر اتفاق مولکولی که کاربر می خواهد در DNA نشان دهد، است) و دیگری آنزیم ویرایش پایه که با آنزیم بدون نوکلئاز Cas9 کریسپر یکی می شود را رمز گذاری می کند.(که به gRNA متصل می شود.) توالی های ژنتیکی به سلول ها منتقل می شوند و زمانی که آن سلول ها برای القاگر آشکار می شوند، توالی gRNA بیان می شود، RNA به پروتئین فیوژن ویرایش گر پایه Cas9 متصل می شود و آن را برای ویرایش به توالی DNA هدف منتقل می کند. (جفتی برای gRNA)
ویرایش ها یا ثبت ها می توانند بعد ها توسط توالی یابی DNA آنالیز شوند.
در ساده ترین قالب، سیستم می تواند برای جهش سایت هدف در واکنش به سیگنال محیطی انتخاب شده استفاده شود، اما همچنین سیستم می تواند به آسانی و به طور وسیع گسترش یابد. به طور مثال گزینش gRNA ها که هر کدام توسط القاگر خاصی رانده می شوند می تواند برای ثبت یک باره سیگنال های متعدد مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این gRNA می تواند به گونه ای برای تشخیص توالی های DNA هدف که تنها پس از اصلاح ویرایش ها توسط سایر gRNA انجام می شود، طراحی شوند.
Lu توضیح می دهد: شما می توانید gRNA های کریسپر را به گونه ای مهندسی کنید که وقوع ویرایش اول را قبل از اینکه ویرایش دوم بتواند اتفاق بیفتد، قبل از ویرایش سوم، داشته باشید. به همین دلیل است که ما سیستم را دومینو می نامیم، زیرا مبتنی بر حافظه ترتیب بندی شده DNA و اپراتور شبکه ای تکراری است. این عمل که مبتنی بر ویرایش است، می تواند ترتیب و حتی زمان سیگنال های متعدد را تعیین کند.
برای تعیین زمان، صف هایی از توالی های هدف تکرار شده می توانند به گونه ای در DNA سلول مرتب شوند که نخست جذب ویرایش گر پایه، تنها امکان برای اولین هدف باشد. (تنها این یک توالی دقیق و درست را دارد. ) اولین عمل جذب ویرایش گر، تغییر پایه ای اساسی در هدف مجاور، که ویرایش گر با آن همپوشانی ایجاد می کند را، به وجود می آورد تا تشخیص هدف و تغییر پایه اساسی در تبعیت از هدف را فعال کند. گذر زمان به عنوان تعدادی ویرایش در طول صف ذخیره شده ثبت می شوند. داشتن صف هایی از هدف ها برای یک القاگر، که برای ثانیه ای توسط هدف ها دنبال می شود، اجازه می دهد که هم زمان و هم ترتیب وقایع ثبت شود. تیم تحقیقات عملی بودن این رویکرد های مختلف را در مجموعه ای از آزمایشات با E. coli و سلول های انسانی نشان می دهد.
Adam Akrin مهندس زیستی دانشگاه Berkeley کالیفورنیا می گوید: فکر کردن درباره ی کاربرد های امکان پذیر برای این چنین برنامه ریزی تغییرات شرایط غیرطبیعی DNA ای خاص که در نتایج ماندگار اثر دارد، بسیار هیجان انگیز است.
کلهر می گوید: قدم بعدی برای این تحقیق و نوآوری که شرح داده شده است، ترجمه کردن آن در جهت ثبت سیگنال های بیولوژی از نظر ارتباط و اهمیت آن هاست.
