اقتصاد دانش بنیان

تحقیقات ادامه دارد؛

تار عنکبوت، آنچه اين حشره کوچک براي تنيدن خانه و دام خود استفاده ميکند، مادهاي رويايي براي مهندسان به حساب ميآيد. دليلش هم کاملا روشن است، ميتواند با وجود وزن بسيار سبک خود، فوقالعاده قوي و با انعطافپذيري و استحکام زياد عمل کند؛ حتي بهتر از فولاد. تار عنکبوت سبب تحريک دستگاه ايمني بدن نميشود و برخي از گونههاي آن از رشد باکتريها و قارچها جلوگيري ميکند و سبب ميشود اين رشتههاي شگفتانگيز به گزينه خوبي براي جراحي و ساير کاربردهاي پزشکي بدل شوند. امکان بهرهبرداري صنعتي از تار عنکبوت به دليل وجود چالشهايي در شناسايي و طبقهبندي ژنهاي دخيل در توليد آنها پيشرفت بسيار کندي نشان داده است. به نظر ميرسد اين روند در حال تغيير است، زيرا پژوهشگران دانشکده پزشکي پنسيلوانيا به لطف موفقيت در بزرگترين مطالعه که تاکنون در اين زمينه صورت گرفته، به پيشرفت قابل توجهي در اين زمينه رسيدهاند.

در مقالهاي که در ماه مي در مجله علمي Nature Genetics آنلاين به چاپ رسيد، محققان دانشگاه پنسيوانيا شرح دادند که موفق شدهاند تمام ژنوم گونهاي از عنکبوت با نام علمي Nephila clavipes را توالييابي کنند. به بيان ديگر ترتيب قرار گرفتن رمزهاي ژنتيکي اين عنکبوت روشن شده است. تحقيقات قبلي نشان ميدهد در تار اين عنکبوت 28 پروتئين يافت ميشود. علاوه بر درک بهتر ماده ژنتيکي اين حشره، پژوهشگران به الگوهايي دست يافتهاند که ميتواند ويژگيهاي منحصر به فرد تيپهاي مختلف تار عنکبوت را توضيح دهد. دکتر بنجامين ويت، استاديار بخشهاي ژنتيک و سيستمهاي دارويي، ميگويد: «سورپرايزهاي زيادي در اين مطالعه ظاهر شدند؛ ژنهاي جديد يا تواليهايي روي مولکول دياناي که سبب قدرت، استحکام، کشساني و ساير خواص پروتئينهاي تار عنکبوت ميشود. همچنين يک پروتئين تار که در غدد زهري ساخته ميشود و نه خود غدد تاري. با وجود اين دادهها امکان درک بهتر ويژگيهاي شگفتانگيز تار عنکبوت و استفاده از آن براي ساخت چيزي مشابه، ولي مصنوعي در مقياس صنعتي به صورت چشمگيري بالا ميرود.»

اگرچه تار عنکبوت در 50 سال گذشته مورد مطالعه قرار گرفته، اما در بيشتر اين پژوهشها تنها نتايجي محدود درباره تعداد انگشتشماري از ژنهاي تار عنکبوت به دست آمده و حتي کارهاي انجامشده اخير با گونههايي که تار آنها ويژگيهاي ساده و پروتئينهاي کمي (در مقايسه با گونه مورد مطالعه) دارند، به صورت کامل انجام نگرفته است. براي پي بردن به تمام ژنهاي پنهانشده در ژنوم عنکبوت نياز بود تا کل ماده ژنتيکي اين حشره رمزگشايي شود؛ کاري مثل يافتن يک موش در آزمايشگاهي بزرگ که هدفي بسيار سخت و بزرگ است.

رمزگشايي ژنوم عنکبوت

در اين مطالعه جديد، دکتر ويت و همکارانش براي شناسايي ژنهاي عنکبوت مورد مطالعه دست به انجام پروژهاي بلندپروازانه زدند؛ رمزگشايي و توالييابي مواد ژنتيکي عنکبوت و سرهمبندي دوباره آن. هدفي که با چيدمان يک پازل با چندين ميليون قطعه کوچک و با سرنخهايي بسيار اندک براي چنين کاري قابل مقايسه است. در ژنوم عنکبوت مورد مطالعه که بعدا روشن شد به اندازه ژنوم انسان حجيم است، بيش از 14 هزار ژن احتمالي وجود دارد که 28 عدد از آنها به نام اسپايدروين (Spidroin) پروتئينهاي تار عنکبوت را کد ميکنند.

اسپايدروين

اسپايدروين براساس تواليهاي پروتئيني و عملکرد به چند دسته طبقهبندي ميشود از جمله ترکيب تار اسينيفورم که براي پيچاندن طعمه و جذب جفت به کار ميرود و تار فوق قدرتمند آمپولات که براي جابهجايي حشره (و اسپايدرمن!) به کار ميرود. برخي از اسپايدروينهايي که بهتازگي شناسايي شدهاند، تواليهايي دارند که درون اين طبقهبنديها نميگنجند. اين نشان ميدهد که پروتئينها ممکن است عملکردهايي نوين داشته باشند يا شايد نياز باشد طبقهبنديهاي موجود بازتعريف شوند.

آناليز جامع کامپيوتري از اسپايدروين گونه عنکبوت مورد مطالعه از 400 توالي کوچک پرده برداشت که تاکنون مورد مطالعه قرار نگرفته بودند و در اين ژنها با تغييرات کوچک و در تلفيقهاي متفاوت تکرار ميشوند. اين تواليهاي اسپايدرويني براي زيستشناسان و مهندسين اهميت بسيار زيادي دارند، زيرا حدس زده ميشود آنها در ايجاد ويژگيهاي منحصر به فرد تار عنکبوت مانند انعطافپذيري، چسبندگي و نيروي کششي بالا نقش مهمي بازي کنند. بررسي رايانهاي از دستهبندي و نظم بالاي اين تواليها در گروهاي ويژهاي از آنها، از اين مسئله پرده برداشت.

تيم دکتر ويت نسخههايي از ژنهاي غدد تار را در عنکبوتهاي مختلف بررسي کردند و در هر مورد مشخص شد که اين نسخههاي ژني به بيش از يک کلاس از اسپايدروين وابسته است که نشان ميدهد اين غدد تنها به توليد يک نوع تار محدود نشدهاند. دکتر ويت ميگويد: «آنچه نتايج ما نشان ميدهد، پيچيدگي بسيار بالاتر از انتظار در اين نسخههاي ژني است. بزرگترين شگفتي، کشف توليد يکي از اسپايدروينها به نام FLAG-b در غدد زهري به جاي غدد تار است که نشان ميدهد تار علاوه بر به دام انداختن طعمه در ساير بخشهاي شکار هم به صورت پويا فعاليت دارد، از جمله گرفتن، بيتحرک ساختن طعمه و نگهداري از آن.

در بررسي دادههاي ژنوم عنکبوت، تيم دکتر ويت 649 ژن احتمالي را کشف کردند که اسپايدروين نيستند، اما بيان آنها در غدد تار به صورت عميقي صورت ميپذيرد و بنابراين در تبديل تار از حالت مايع به جامد و انعطافپذيري نقش پراهميتي دارند؛ فرايندي پيچيده که مهندسان زيستفناوري در حال پژوهش براي درک آن هستند.

در قدم بعدي دکتر ويت و تيمش، توالي ژنوم نوع ديگري از عنکبوت را بررسي ميکنند؛ عنکبوت «پوست درختي داروين» که قويترين تار را در بين گونههاي عنکبوت توليد ميکند. به لطف جمعآوري اين دادهها امکان توليد مصنوعي تار عنکبوت در آزمايشگاه به وجود ميآيد. با شناخت بهتر تواليهاي اسپايدروين وژگيهاي بيولوژيکي و فيزيولوژيکي آنها بهتر شناخته ميشود و يک پله به داشتن اسپايدرمن در دنيايي واقعي نزديکتر ميشويم. 

منبع: مجله دانش بنیان