دی‌ان‌ای، کد ژنتیکی، و فناوری بازترکیب در حافظه‌ی درازمدت

کشف ساختار مارپیچ مضاعف دی‌ان‌ای (DNA) توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۳ نشان داد که هر رشته‌ی دی‌ان‌ای به‌عنوان الگویی برای ساخت رشته‌ی مکمل در فرزند عمل می‌کند. آدنین (adenine) به تیمین (thymine) و گوانین (guanine) به سیتوزین (cytosine) متصل می‌شود. در تقسیم یاخته‌ای، کپی‌های فراوانی از دی‌ان‌ای عیناً نسخه‌برداری و در یاخته‌های فرزند توزیع می‌شود. این الگوی تکثیر در همه‌ی یاخته‌های موجود زنده، از جمله اسپرم و تخمک، ادامه می‌یابد و امکان همتاسازی سالم را برای تولیدمثل فراهم می‌کند. واتسون و کریک دریافتند که هر ژن کدی برای تولید پروتئین معین حمل می‌کند. این کدها توسط مولکول‌های میانجی به نام آران‌ای پیام‌رسان (messenger RNA) حمل می‌شوند. آران‌ای پیام‌رسان، اسید نوکلئیکی با چهار نوکلئوتید آدنین، گوانین، سیتوزین، و اوراسیل (uracil) است، که اوراسیل جایگزین تیمین می‌شود. وقتی رشته‌های دی‌ان‌ای باز می‌شوند، یکی از رشته‌ها به‌صورت آران‌ای پیام‌رسان کپی می‌شود. این آران‌ای به پروتئین ترجمه (translation) می‌شود. قانون اساسی زیست‌شناسی مولکولی این است: دی‌ان‌ای آران‌ای را می‌سازد و آران‌ای پروتئین را تولید می‌کند.

در سال ۱۹۵۶، فرانسیس کریک و سیدنی برنر بررسی کردند که چگونه چهار نوکلئوتید دی‌ان‌ای به بیست اسید آمینه رمزگذاری می‌شوند. در یک نظام یک‌به‌یک، تنها چهار اسید آمینه تولید می‌شود. با زوج نوکلئوتیدها، شانزده اسید آمینه ممکن است. برای بیست اسید آمینه، رمز باید بر پایه‌ی ترکیبات سه‌تایی (triplet code) باشد، که ۶۴ ترکیب تولید می‌کند. بنابراین، برخی اسیدهای آمینه توسط بیش از یک رمز سه‌تایی رمزگذاری می‌شوند. در سال ۱۹۶۱، برنر و کریک ثابت کردند که رمزهای ژنتیکی از نوکلئوتیدهای سه‌تایی تشکیل شده‌اند، که هر کدام دستورالعمل یک اسید آمینه را دارند. مارشال نیرنبرگ و گوهیند خورانا این رمزها را گشودند و ترکیبات نوکلئوتیدی هر اسید آمینه را توضیح دادند. آران‌ای پیام‌رسان پس از تماس با ریبوزوم، با حرکت در امتداد آن، پروتئین را می‌سازد. این فرایند از نقطه‌ی شروعی با توالی مناسب پایه‌های آران‌ای آغاز می‌شود.

در پایان دهه‌ی ۱۹۷۰، والتر گیلبرت و فردریک سنجر فناوری زیست‌شیمیایی نوینی ابداع کردند که امکان زنجیره‌سازی سریع دی‌ان‌ای را فراهم کرد. این فناوری اجازه داد تا اجزای رشته‌های نوکلئوتیدی دی‌ان‌ای خوانده شود و مشخص شود کدام پروتئین توسط ژن رمزگذاری شده است. محققان توانستند ببینند یک قطعه‌ی دی‌ان‌ای در ژن‌های مختلف چگونه نمود می‌یابد و انواع پروتئین‌ها را رمزگذاری می‌کند. این محل‌های قابل‌شناخت، حوزه‌های تخصصی نامیده می‌شوند و کارکرد زیست‌شناختی مشابهی را مستقل از پروتئین‌ها ارائه می‌کنند. با جست‌وجوی رشته‌های نوکلئوتیدی، دانشمندان چگونگی رمزگذاری پروتئین‌هایی مانند پروتئین کیناز یا کانال‌های یونی را مشخص کردند. مقایسه‌ی زنجیره‌ی اسید آمینه‌ها در پروتئین‌های گوناگون، تشابهات آن‌ها را در یاخته‌های مختلف یا موجودات زنده‌ی متفاوت نشان داد. همه‌ی جانداران پرسلولی دارای آنزیمی هستند که آدنوزین مونوفسفات حلقوی (cyclic AMP) را تولید می‌کند و دارای مجراهای یونی و کینازها هستند. بیش از نیمی از ژن‌های ژنوم انسان در بی‌مهرگان ابتدایی مانند کرم، مگس سرکه، و آپلیزیا یافت می‌شوند. موش‌ها بیش از ۹۰ درصد و میمون‌های عالی ۹۸ درصد رشته‌های کدگذاری‌شده‌ی ژنوم انسان را دارند.

اساسی‌ترین پیشرفت زیست‌شناسی مولکولی، ظهور فناوری دی‌ان‌ای بازترکیب (recombinant DNA) و شبیه‌سازی ژن (gene cloning) بود. این فناوری‌ها امکان تعیین هویت ژن‌ها و کارکرد پروتئین‌ها در مغز را فراهم کردند. برای مطالعه‌ی ژن، ابتدا جایگاه آن روی کروموزوم مشخص می‌شود، سپس با آنزیمی که دی‌ان‌ای را در محل‌های مناسب قطع می‌کند، بریده می‌شود. در همانندسازی (کلونینگ)، ژن جدا‌شده به دی‌ان‌ای موجود زنده‌ی دیگر، مانند باکتری، وصل می‌شود و دی‌ان‌ای بازترکیب ساخته می‌شود. ژنوم باکتری هر بیست دقیقه تقسیم می‌شود و کپی‌های متعددی از ژن اصلی تولید می‌کند. در سال ۱۹۷۲، پل برگ دی‌ان‌ای بازترکیب را ساخت. در سال ۱۹۷۳، هربرت بویر و استنلی کوهن ژن را شبیه‌سازی کردند. در سال ۱۹۸۰، بویر ژن انسان را به باکتری تزریق کرد و انسولین مصنوعی تولید نمود، که صنعت زیست‌فناوری را شکل داد. این فناوری امکان ویرایش دی‌ان‌ای و ساخت مولکول‌هایی را فراهم کرد که در طبیعت وجود نداشتند، و شالوده‌ی مولکولی حیات را دست‌کاری نمود.


📓 در جست‌وجوی حافظه: پیدایش دانش نوین ذهن
✍ اریک کندل
®️ سلامت رنجبر

🆔 @Chekide_ha