ربات‌ها و آنزیم‌ها به کمک مهندسان ژنتیک می‌آیند

دانشمندان به دنبال هک کردن گیاهان

پژوهشگران در حوزه اصلاح ژنتیک نباتات، اهداف جاه‌طلبانه‌ای دارند؛ مثلا تولید برنجی که آب را با بازدهی بالاتری مصرف کند یا غلاتی که برای رشد به کود کمتر نیاز داشته باشند. به دلیل پیشرفت‌های صورت گرفته در حوزه زیست‌شناسی مصنوعی و اتوماسیون، تعداد ژن‌های مهندسی شده و ابزارهای مولکولی دیگر که برای استفاده آزمایشی در کار اصلاح ژنتیک گیاهان آماده هستند، بسیار زیاد است؛ اما مانعی که بر سر راه وجود دارد، قدیمی بودن روش‌های تولید گیاهان با ژن‌های دلخواه و موردنظر است.

کد خبر: ۹۶۹۸۶۲

فرآیندی که به آن تولید گیاهان تراریخته گفته می‌شود. این روش‌ها سخت، غیرقابل اطمینان و وقتگیرند. مسأله دشوار بودن اصلاح ژنوم گیاه و سپس ایجاد گیاه کامل از روی چند سلول تراریخته چند دهه قدمت دارد. در شرایطی که روش‌های ویرایش ژنوم مثل CRISPR-Cas9 آینده‌ای بسیار پربار و پیشرفته را برای مهندسی ژنتیک ترسیم می‌کنند که زمانی غیرقابل تصور به شمار می‌رفت، این مسأله قدیمی اجرای چنین طرح‌هایی را با اشکال مواجه می‌کند. برای حل این معضل، مهرماه امسال بنیاد ملی علوم (NSF) در آمریکا اعلام کرد برای پژوهش در زمینه روش‌های بهتر تراریزش سرمایه‌گذاری خواهد کرد.

روش تولید گیاهان تراریخته

برخی گیاهان مانند شاهی گوش‌موشی (با نام علمی آرابیدوپسیس تالیانا) که برای ما نقش موش آزمایشگاهی را میان گیاهان ایفا می‌کند، به آسانی با استفاده از یک باکتری که می‌تواند ژن‌هایی را به ژنوم گیاه اضافه کند، به صورت تراریخته قابل تولید هستند. پژوهشگران ژن‌هایی را که می‌خواهند آزمایش کنند وارد این باکتری (به نام اگروباکتریوم تومفاسینس) می‌کنند و سپس میکروب را وا می‌دارند سلول‌های زایشی گیاه را آلوده کند. وقتی گیاه تولید مثل می‌کند، بعضی گیاهان تازه ژن‌های جدید را در بر خواهند داشت.

اما این روش در مورد همه گیاهان عمل نمی‌کند و از طرفی ازآنجا که اگروباکتریوم آفت به شمار می‌رود، برخی سازمان‌های دولتی مانند وزارت کشاورزی ایالات متحده نسبت به استفاده از آن حساسیت نشان می‌دهند. روش دیگر، استفاده از تفنگ ژنی است که دانه‌هایی از طلا را که با دی‌ان‌ای اندود شده‌اند به داخل سلول‌های گیاه شلیک می‌کند. سپس این سلول‌ها در هورمون رشد قرار داده می‌شوند وکل گیاه را به وجود می‌آورند. این روش به آسانی در مورد برخی گیاهان مانند ذرت جواب می‌دهد، در حالی‌که در برخی دیگر مانند ذرت خوشه‌ای (سورگوم) و گندم براحتی عمل نمی‌کند. در مورد این‌گونه گیاهان سرسخت‌تر، ماه‌ها کار سنگین کشت سلولی (شامل بهینه کردن شرایط رشد و غلظت هورمون) نیاز است تا گیاه کامل تولید شود. شرایط موردنیاز برای موفقیت در این مرحله از کار نه فقط از گیاهی به گیاه دیگر فرق می‌کند، بلکه حتی میان گیاهان یک گونه نیز متفاوت است.

روش‌های جدید

تاکنون محدود بودن تعداد متخصصان تولید محصولات تراریخته گیاهی در کنار کمبود بودجه و سرمایه‌گذاری برای پژوهش در زمینه روش‌های جدید سبب شده است محققان ناچار به استفاده از روش‌های ذکرشده باشند که چند دهه قدمت دارند، اما این شرایط ممکن است با جست وجوی گسترده‌ای که برای روش‌های جایگزین آغاز شده است، تغییر کند. نیل استوارت و همکارانش در دانشگاه تنسی، رباتی ساخته‌اند که کار انتقال ژن به یک روش شناخته شده قدیمی به نام تراریزش پروتوپلاستی را باسرعت و دقتی بیشتر از آنچه به صورت دستی می‌توان انجام داد، امکان‌پذیر می‌کند. در این روش، با استفاده از آنزیم‌هایی، دیواره سلول از بین می‌رود که باعث می‌شود کار اضافه کردن ژن‌های جدید آسان‌تر شود (محققان برای انجام ویرایش ژنی 9 CRISPR-Cas در گیاهان مختلفی ازجمله کاهو و برنج از روش مشابهی البته بدون ربات استفاده کردند). با وجود این، مراحل کار کشت سلولی و ایجاد گیاه کامل همچنان دشوار است. به گفته استوارت، یکی از محققانی که در آزمایشگاه او کار می‌کرد دوسال تمام برای تولید گیاه تراریخته‌ای که برای تحقیقات خود در زمینه سوخت زیستی به کار می‌برد تلاش کرد، اما ناکام ماند. البته کاهش کنونی قیمت آنزیم‌ها به پژوهشگران امکان انجام آزمایش‌های بیشتر می‌دهد و استفاده از ربات نیز توان عملیاتی آنان را افزایش خواهد داد. بعضی دیگر از پژوهشگران نیز در حال جست وجوی ژن‌هایی هستند که وقتی فعال یا غیرفعال شوند، سلول‌های گیاهی را بیشتر پذیرای انتقال ژن و کشت سلولی کنند. البته واضح است پژوهشگران در انتظار چنین پیشرفت‌هایی نخواهند نشست و تا آن زمان که تحقیقات جدید به ثمر برسند، همچنان با استفاده از روش‌های دشوار قدیمی به تلاش خود برای اصلاح ژنتیک گیاهان زراعی ادامه خواهند داد.