گامی جدید در ثبت خاطرات بر روی سلول‌ها

فهیم فرزادفرد، دانشجوی دکترا در موسسه فناوری ماساچوست موفق شد تا با مهندسی سلول‌ها، از آنها برای ضبط خاطرات رویدادهای گذشته استفاده کند.
 
زیست شناسی سنتزی یک زمینه نسبتا جدید است که با مهندسی زیست شناسی مولکولی و سلولی پیوند خورده است.

فهیم فرزادفرد توضیح می‌دهد، دانشمندان از سیستم‌های بیولوژیکی موجود برای طراحی مجدد قابلیت‌های سلول استفاده می‌کنند.

وی اظهار کرد: اما ما عملکردهای جدید را در سلولها مهندسی کرده‌ایم و هدف ما این است که توانایی‌های جدیدی به آنها بدهیم. اساسا ما در حال ساخت ابزارهای مولکولی هستیم و سعی می‌کنیم عملکرد درونی سلول‌ها را درک کنیم و با استفاده از ابزارهای موجود آنها را مهندسی کنیم.

سلول‌های زنده دائما محیط خود را سنجیده و از مولکول‌ها نمونه برداری کرده و یک پاسخ را براساس برنامه‌های ژنتیکی و نشانه‌های محیطی دریافت شده، ارزیابی می‌کنند. به عنوان مثال، هنگامی که سلولهای پانکراس غلظت بالایی از گلوکز را حس می‌کنند، واکنش زنجیره‌ای مولکول‌های تنظیم کننده و سیگنالینگ آغاز شده که در نهایت منجر به تولید و انتشار انسولین می‌شود.

در زیست‌شناسی سنتزی، ژن‌ها می‌توانند طراحی و مهندسی شوند تا به مولکول‌های سیگنالینگ واکنش نشان دهند و بیان ژن‌های دیگر را به گونه ای تنظیم کنند که بتوانند عملکرد منطقی داشته باشند. این شبکه‌های متصل از ژن‌ها به طور مشابه با مدارهای کامپیوتری، مدارهای ژنی نامیده می‌شوند و می‌توانند برای طراحی و برنامه ریزی سلول‌ها مورد استفاده قرار گیرند.

از این سلول‌های مهندسی شده با این مدارها می‌توان برای کاربردهایی مانند سنسورهای نظارت بر محیط زیست یا پزشکی استفاده کرد.

در مطالعات قبلی که در نشریه Science منتشر شده محققان نشان داده‌اند که می‌توان حافظه را در دی‌ان‌ای رمزگذاری کرد، اما این رمزگذاری‌ها به صورت دیجیتال بودند یعنی آنها فقط یک رویداد خاص را ثبت می‌کردند. اما فرزادفر این محدودیت را با ایجاد روش آنالوگ بر طرف کرده است که در آن اطلاعاتی در مورد شدت رویداد و یا مدت زمان آن نیز ثبت خواهد شد.

به گفته فرزادفرد، ظرفیت ثبت اطلاعات به صورت آنالوگ به این معنی است که شما می توانید مقدار ورودی‌ها و طول مدت آنها را نیز ثبت کنید.

به گزارش ایسنا و به نقل از mit.edu، فرزادفرد همچنین نوعی از سیستم حافظه بارکدی دی‌ان‌ای را توسعه داد که در آن باکتری‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. در این تحقیق، به دو باکتری متفاوت، A و B، بارکد دی‌ان‌ای مخصوص خودشان داده می‌شود. فرزادفرد سیستمی را توسعه داد که در آن اگر باکتری A و B با استفاده از اتصال (انتقال دی‌ان‌ای) ارتباط برقرار کند، سپس بارکد جدیدی به نام AB، در دی‌ان‌ای آنها رمزگذاری می‌شود. این امر به نظر ساده می‌آید، اما این پتانسیل را دارد که نقشه‌های تعاملات سلولی را در وضوح تک سلولی نشان دهد. به گفته فرزادفرد از این تکنیک می‌توان روزی برای به تصویر کشیدن اتصالات شبکه ای نورون‌ها استفاده کرد.

فرزادفرد با استفاده از یک سیستم ذخیره سازی خاطرات آنالوگ با بهره‌گیری از دی‌ان‌ای سلول، زیست شناسی سنتزی را یک گام به جلو برده است.