طراحی داروهای بیولوژیک برای مبارزه با بیماری های گروه خود ایمنی نظیر MS، دیابت و … سفری از DNA به پروتئین ها محسوب می شود. تمام این داروها در نتیجه ی غیرمستقیم استفاده از مولکول های نوترکیب DNA یعنی همان rDNA به دست می آیند. این فرآیند طی عملی به نام چاپ DNA به عنوان توالی ژن مصنوعی، سنتز و تولید پروتئین صورت می گیرد. تغییر DNA ها در فضا را پیش تر بررسی کردیم، اکنون نگاهی به تکنولوژی چاپ DNA می اندازیم.
فرآیند چاپ DNA بر الگوی کددهی به هر فاکتور ژنتیکی استوار بوده و در محیط کامپیوتری رشته های DNA، به شکل دنباله ای عددی قالب بندی می شوند.
به زبان ساده تر بگوییم که هر محصول به عنوان یک “ژن مورد علاقه” دیجیتال در پایگاه داده های ژنومی مجازی مبتنی بر ابر DNA نگهداری می شود. این ژن ها در واقع به شکل کدهای کامپیوتری ذخیره می گردند. این کدها مشخص کننده ی دستور دقیق چهار بلوک شیمیایی هستند؛ یعنی nuclobases A, T, C و G- که در امتداد بخشی از DNA قرار می گیرند که می تواند کدهای کامپیوتری را به ژنتیک های واقعی تبدیل سازد.
هر یک از آن ها به عنوان یک مولکول “پروتئین هدف” در ماشین آزمایشگاهی به نام “سینت سایزر” به کار گرفته می شوند که در تولید پروتئین ها، مواد مخدر، و محصولات دارویی و تشخصیات بالینی کاربرد دارد.
فرمول جدید با پرینت DNA
در فرآیند چاپ و پرینت DNA، ژنوم های گیاهی و حیوانی در محاسبات کامپیوتری با استفاده از تکنولوژی الکتروفورسیز، از کدهای ژنتیکی به کدهای کامپیوتری تبدیل می شوند. سپس این کدهای کامپیوتری در فضای ابری DNA ها آپلود شده و ذخیره و آنالیز می گردند. بعد از آن، این کدها با استفاده از نرم افزار CAD به شکل های مورد نظر طراحی خواهند شد.
سپس آزمایشگاه بخش DNA دیجیتالی “ژن هدف” را برای ترکیب کردن دانلود می کند. این ترکیبات رشته DNA مصنوعی تولید می کند. این رشته نیز خود به نوترکیب DNA می رسد و خصوصیات مورد نظر را با خود حمل می کند.
DNAهای نوترکیب به یک محیط میزبان وارد شده و مورد تجزیه ی باینری قرار می گیرند تا قطعات ژنتیکی اصلی قادر به انتقال ویژگی ها، در یک کولونی جای بگیرند.
چاپ DNA بر اساس جریان طبیعی اطلاعات ژنتیکی در یک سلول از DNA به RNA، از آن به آمینو اسید و از آمینو اسید به پروتئین ها جهش پیدا می کند.
DNA ها طرح پایه ای حیات ژن ها را تشکیل می دهند. یعنی دستورالعمل های ساخت پروتئین، مولکول های پیچیده ای را به وجود می آورد که اکثر کارهای خاص و پیچیده در موجودات زنده را بر عهده دارند.
DNA ها باعث می شوند که RNA ها تولید شده و از آن ها پروتئین ها به وجود می آیند که عامل ایجاد حیات هستند.
این فرمول ساده که حداقل برای نیم میلیارد سال به خوبی روی کره ی زمین کار کرده است، اخیرا به یک صنعت مدرن جهانی در مدل تریلیون دلاری تبدیل شده است. این فرمول ساده یک شعار بیشتر ندارد: “مردم خود DNA ها را به وجود می آورند.”
دی ان ای ماکرومولکولی ست که جزء اصلی کروموزوم های انتقال ژن در هر هسته ی سلولی را تشکیل می دهد- ماده ی آنزیمی که حاوی دستور العمل ژنتیکی برای شکل دهی تمام موجودات زنده می باشد. این کدهای پروتئینی در واقع وراثت را انتقال داده و هسته ی مبهم رفتارها، خواسته ها، ترس ها و سلامت ما را تشکیل می دهند.
اگر چه DNA ها اساسا از ترکیب مولکولی ارگانیک شامل اتم های کربن، هیدوژن، نیتروژن، اکسیژن و فسفر حاصل می شوند، اما با این وجود ترکیبات آن ها بلوک های ضروری هویت فیزیکی موجودات زنده هستند.
DNA و پروتئین های نوترکیب
ترکیب rDNA به این معنی ست که مواد ژنتیکی از یک ارگانیزم به طور مصنوعی به ژنوم دیگر ارگانیزم وارد می شوند و سپس تکرار شده و به وسیله ی ارگان جدید نمودار می گردند. موضوع اینجاست که ژن های موجود در ارگان های میزبان خارجی، ترکیبات ژنتیکی جدیدی را به ارمغان می آورند که در علوم، پزشکی، کشاورزی و بسیاری از زمینه های دیگر فوق العاده ارزشمند هستند.
نقشه ی نحستین ژنوم انسان در سال ۲۰۰۳ میلادی آغاز شد و چاپ DNA با اسم rDNA و تولید پروتئین نوترکیب تبدیل به کسب و کار هیولایی در سراسر جهان گردید.
ژن ها پروتئین هایی را ایجاد می کنند که شکل زندگی جدید به همراه داشته و ضمن کاربردهای مهم خود، بسیار پول ساز نیز هستند.
بازار جهانی فناوری rDNA در سال ۲۰۱۶ میلادی، ۴۹۷.۷ میلیارد دلاری بوده و انتظار می رود که تا سال ۲۰۲۵ و احتمالا خیلی زوتر به ۸۴۴.۶ میلیلارد دلار برسد.
احتمالا می پرسید rDNA چطور امکان پذیر است؟ توجه داشته باشید که همه ی مولکول های DNA از همه ی ارگانیسم ها یک ساختار شیمیایی مشابه دارند و فقط در توالی نوکلئوتیدی درون ساختار خود متفاوت هستند. به زبان ساده تر این توالی کدها و جابه جایی میان آن هاست که DNA ها را متفاوت می سازد. بنابر این پروتئین هایی که می توانند از شکل گیری rDNAها در سلول های زنده به دست بیایند، پروتئین های نوترکیب نامیده می شوند.
یک پروتئین نوترکیب یک مولکول آلی ست که توسط یک ژن rDNA کلون شده کد گردیده است. پروتئین نوترکیب به واقع ترکیبی از یک پروتئین دستکاری شده به روش های چاپ DNA برای تغییر توالی ژن ها می باشد. کاربرد این پروتئین ها در تولید محصولات تجاری مفید مانند آنزیم ها، هورمون های رشد، آنتی بادی ها، واکسن ها و … می باشد.
بسیاری از داروهای دارای ساختار پیچیده، از پروتئین های نوترکیب در فرآیند ساخت خود بهره برده اند…
آیا چاپ DNA حقیقت دارد؟
در توالی DNA ها، و به منظور پرینت آن ها چهار پایگاه شیمیایی DNA در نظر گرفته شده است: آدنین، تیمین، سیتوزین و گوانین که به ترتیب با حروف A، T، C و G نمایش داده می شوند. این ها می توانند در حافظه ی کامپیوتر ذخیره شده و در فرم الکترونیکی ارسال گردند. حتی در صورت لزوم به عنوان متن نیز چاپ می شوند.
برای ساخت DNA مصنوعی و ترکیب کردن آن، این ژن ها به عنوان مواد شیمیایی بر روی یک ساختار فیزیکی مونتاژ می شوند و سپس کپی خواهند شد.
مواد ژنتیکی به دست آمده برای توسعه محصولات و بررسی مسائل فنی در بسیاری از زمینه های علوم زندگی مانند ایمونوتراپی سرطان، علوم اعصاب، ویروس شناسی و طراحی واکسن، مهندسی آنتی بادی درمان، تحقیقات زیست شناسی گیاهی، بیوشیمی، تجزیه و تحلیل ژنوم و دستکاری و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.
در این فرآیند مواد ژنتیکی به شکل اطلاعات کامپیوتر در دنباله ای از DNA ها قرار گرفته و DNA مصنوعی تولید می گردد. در سنتز DNA، اطلاعات و مواد شیمیایی خام گرفته شده و کامپایل می گردند.
دستگاه سینت سایزر، ژن های کدی را به یک ترکیب شیمیایی دقیق تبدیل ساخته و آن را روی مولکول های واقعی پیاده سازی می کند.
پس از آن و با تکمیل مراحل سنتز، رشته های DNA جامد که وارد فاز شیمیایی واقعی شده اند، تصفیه گریده و به عنوان ژن های مصنوعی نگهداری می گردند. بعد از پشت سر گذاشتن مرحله ی خالص سازی، ژن قادر به تولید پروتئین است. یعنی سفری که از ژن به پروتئین پیشرفته در انتظار داشتیم، در داخل هر سلول مدیریت می گردد.
در واقع به دو زبان دست یافته ایم که یکی همان زبان شیمیایی داخل مولکول های ژنتیکی ست و دیگری کدهای ترجمه شده ی DNA هاست که در حافظه ی کامپیوتری نقش بسته و ترکیبات مصنوعی را شکل می دهند.
دانشمندان با ترجمه کردن ساختار DNA ها، آن ها را به رشته هایی قابل ذخیره سازی بدل ساخته اند. با امکان ذخیره سازی فرم DNA ها، طبیعتا شرایط دستکاری ژنتیکی و همانندسازی DNAهای جدید نیز فراهم آورده شده است. در محیط کامپیوتری و آزمایشگاهی پیشرفته، دانشمندان قادر به ایجاد الگوهای جدید و یا کپی برداری ژنتیکی گشته و ژن های جدید همانندسازی می کنند.
