کوچکترین مهندس ژنتیک جهان

ارگوباکتریوم تومفسیاینس باکتری خاکزی است که برای بیشتر گیاهان دو لپه‌ای عامل پاتوژن محسوب می‌شود. این باکتری از طریق زخم و بریدگی‌های روی ساقه‌ی گیاه وارد آن می‌شود وبیماری گال ایجاد می‌کند.که نتیجه‌ی از کنترل خارج شدن تقسیم سلول گیاهی و سرطانی شدن بافت گیاهی است.

روشی که باکتری در ایجاد بیماری دارد جالب و مورد توجه مهندسین ژنتیک است چراکه مراحلی که باکتری در فرایند بیمارسازی گیاه دنبال می‌کندهمانند مراحل کلون کردن ژن در مهندسی ژن است. در واقع ارگوباکتری همانند یک مهندس ژنتیک عمل می‌کند و سلول را برطبق نیازهای خود مهندسی می‌کند.

توانایی باکتری در ایجاد بیماری گال درارتباط با وجود پلاسمیدی‌ای است به نام القا کننده‌ی تومور یا ‌Ti. این پلاسمید حامل ژن‌هایی است که در چرخه‌ی بیماری نقش دارند.

زمانی که گیاه با آرگوباکتریوم آلوده شد، باکتری پلاسمید T i را وارد سلول می‌کند. این عمل باکتری با وارد کردن وکتوربه سلول میزبان، که سخت‌ترین مرحله‌ برای معرفی ژن جدید به سلول در طی فرایندهای مهندسی ژن می‌باشد، معادل است.

Ti بعد از ورود به هسته سلول میزبان، به کمک قطعه‌ای به نام TDNA به DNA کروموزوم سلول گیاهی ملحق شده ودر آن ابقا می‌شود.

پروتئین حاصل ازآنها در سنتز ماده‌ای به نام opin که مورد نیاز باکتری است نقش دارند. ژن‌های واقع بر روی TDNA هستند که سلول را به سمت سرطانی شدن هدایت می‌کنند. مشکل الحاق ژن به ژنوم که مستلزم آزمایش و تلاش طولانی مدت مهندسین ژنتیک است برای این باکتری به راحتی با داشتن TDNA در پلاسمید Ti حل شده است.

روش عفونت زایی این باکتری در گیاهان دو لپه‌ای محققان را به فکر به کار گیری از آن جهت معرفی ژن جدید به سلول گیاهی انداخت.

اما با وجود تمام ویژگی‌های منحصر به فرد Ti در الحاق به ژنوم، مشکلاتی نیز در به کارگیری آن وجود دارد. از جمله مشکلات، اندازه‌ی بزرگ آن است که این اندازه با اضافه شدن ژن جدید باز هم بیشتر شده و امکان قطعه قطعه شدن وکتور بالا می‌رود. به علاوه وجود تنها یک جایگاه محدود کننده در پلاسمیدی با اندازه‌ی 200  کیلو باز غیر ممکن است و بنابراین پلاسمید در هنگام استفاده از یک آنزیم محدود کننده‌ی خاص از چند جایگاه باز شده و قطعه قطعه می‌شود.

دانشمندان  تلاش کردند تا با به‌کارگیری ترفندهایی بر این مشکلات فائق آیند. از آن جمله:

استفاده ازروش جفت وکتور‌ binary :در این روش در واقع به جای یک پلاسمیدTi بزرگ از دو پلاسمید استفاده می‌شود که یکی از این پلاسمیدها حاوی قطعه‌ی TDNA که ژن جدید روی آن قرار می‌گیرد و پلاسمید دیگر حاوی قطعه‌ی متصل شونده به ژنوم گیاه و ناحیه‌ی بیماری زا است. در این سیستم پلاسمید حاوی قطعه‌ی   TDNA به قدری کوچک است که حضور تنها یک جایگاه محدود کننده در آن ممکن باشد.

برخی از سویه‌های آرگوباکتریوم به طور طبیعی دارای این سیستم دوتایی هستند.

ترفند دیگر استفاده از روش الحاق همزمان(cointegration) است که طی آن به پلاسمیدی که حاوی ژنی است که باید کلون شود قطعه‌‌ی کوچک از TDNA را وارد می‌کنند. حضور این پلاسمید این قابلیت را به آن می‌دهد که با همولوگ خود روی Ti نوترکیبی انجام دهد و نوترکیبی می‌تواند سبب الحاق ژن جدید ما به Ti شود. به این ترتیب ژن مورد نظر ما ابتدا به جایگاه محدود کننده‌ی منفرد روی پلاسمید کوچک وارد می‌شود و سپس به سلول‌های ارگوباکتر وارد می‌گردد وبعد نوترکیبی خودبه خودی با Ti سبب الحاق ژن جدید به TDNA می‌شود.

نویسنده: سمانه سادات عنایتی