دانشمندان یک «کد آغازین» جهانی باستانی برای ژن‌های همه اشکال حیات کشف کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار،محققان دانشگاه ملی تایوان یک عنصر DNA ناشناخته را شناسایی کرده‌اند که شروع رونویسی - اولین و کلیدی‌ترین گام در بیان ژن - را کنترل می‌کند. این عنصر جدید که "شروع" نامیده می‌شود، به طور قابل توجهی در تمام اشکال حیات مشابه است و در اصل، به وجود یک زبان تنظیمی مشترک اشاره دارد که در طول آخرین جد مشترک جهانی موجودات زنده تکامل یافته است. این مطالعه در مجله Nucleic Acids Research (NAR) منتشر شده است .

اگرچه کد ژنتیکی مسئول سنتز پروتئین مدت‌هاست که به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است، اما عناصر تنظیمی DNA همچنان یکی از پیچیده‌ترین حوزه‌های زیست‌شناسی مولکولی هستند. برخلاف ژن‌ها، آنها از قوانین سختگیرانه‌ای پیروی نمی‌کنند و می‌توانند از نظر طول و توالی بسیار متفاوت باشند. بنابراین، درک اینکه چگونه DNA "تصمیم می‌گیرد" کجا و چه زمانی یک ژن را فعال کند، یکی از چالش‌های کلیدی ژنومیک مدرن و زیست‌شناسی مصنوعی محسوب می‌شود.

تیمی به رهبری پروفسور دیوید چو با استفاده از روش‌های با توان عملیاتی بالا به این مشکل پرداختند. دانشمندان بیش از 16 میلیون نوع پروموتر - نواحی DNA که مسئول شروع رونویسی هستند - تولید کردند و سطح بیان هر یک را در سلول‌های اشریشیا کلی اندازه‌گیری کردند. داده‌های حاصل، اساس یک مدل محاسباتی را تشکیل دادند که سپس برای تجزیه و تحلیل ژنوم 49 گونه باکتریایی از نظر تکاملی دور از هم استفاده شد.

تجزیه و تحلیل نشان داد که معماری پروموترهای باکتریایی بسیار محافظت‌شده‌تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. محققان علاوه بر عناصر کلاسیک -35 و -10 که دهه‌هاست شناخته شده‌اند، عنصر جدید و گسترده‌ای به نام "شروع" را کشف کردند. این عنصر محل دقیق شروع رونویسی را تعیین می‌کند و همانطور که معلوم شد، از نظر ساختار و عملکرد شبیه عنصری است که در آرکی‌ها و یوکاریوت‌ها - از جمله انسان - استفاده می‌شود.

به گفته نویسندگان، توضیح تصادفی این شباهت دشوار است. این نشان می‌دهد که مکانیسم‌های اساسی تنظیم ژن ممکن است در مراحل اولیه تکامل حیات شکل گرفته و از آن زمان تاکنون میلیاردها سال حفظ شده‌اند.

علاوه بر این، این مطالعه تفاوت‌های مهمی را در خود باکتری‌ها نشان داد. توالی عنصر به اصطلاح تفکیک‌کننده، که بلافاصله پس از ناحیه پروموتر -10 قرار دارد، بین دو گروه بزرگ باکتریایی - Terrabacteria و Gracilicutes - به شدت متفاوت است. این تفاوت‌ها به این واقعیت مربوط می‌شود که در Gracilicutes، این عنصر در تنظیم دقیق فعالیت ژن بسته به سرعت رشد سلول نقش دارد، در حالی که در Terrabacteria، این مکانیسم عملاً مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

نویسندگان تأکید کردند که کشف عنصر آغازین نه تنها درک ما از تکامل سیستم‌های تنظیمی را تغییر می‌دهد، بلکه پیامدهای عملی نیز دارد. درک قوانین جهانی عملکرد پروموتر می‌تواند جستجوی عناصر تنظیمی در ژنوم‌ها را به طور قابل توجهی ساده کند و امکانات جدیدی را برای ساخت مدارهای ژنتیکی مصنوعی در بیوتکنولوژی فراهم کند.