میکروب‌ها به سرعت صفات جدیدی را بروز می‌دهند، اما سرعت این تکامل به اندازه‌ای نیست که دانشمندان بتوانند آن را به‌سوی اهداف مطلوب خود سوق دهند. دانشمندان معمولا باید منتظر رویدادهای تصادفی باشند تا یک تغییر تسریع‌کننده تکاملی به‌نام تقویت ژنی رخ دهد. این تغییر، تعداد نسخه‌های ژنی را افزایش می‌دهد که ممکن است جهش‌های جدید و بالقوه سودمندی را ایجاد کند. دانشمندان وزارت انرژی (DOE) و دانشگاه جورجیا برای یک تقویت ژنی سریع و راحت از یک روش جدید به نام “به اندازه کافی مناسب” یا EASy استفاده کردند.
EASy مخفف تکامل از طریق تقویت و زیست‌شناسی مصنوعی است. این امر باعث پیوستگی متوالی صدها نسخه از یک ژن در سلول می‌شود. این ناحیه تکراری DNA می‌تواند باعث تکامل سریع سلول گردد. اگر این ژن یک آنزیم مطلوب را کد کند، می‌توان از روش EASy برای تسریع تولید آنزیم‌های عملکردی استفاده کرد.
Christopher Johnson، زیست‌شناس مولکولی در آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیرDOE، می‌گوید: «ما می‌توانیم تغییرات تصادفی بسیار زیادی را ایجاد و سپس تغییرات مطلوب را با استفاده از تکامل شناسایی کنیم.» این محققان موفق شدند با استفاده از روش EASy به‌طور چشمگیری توانایی یک آنزیم را در تجزیه بیومس بهبود بخشند.
در این مطالعه چگونگی استفاده از روش EASy برای ایجاد آرایش‌های متوالی قطعات خاص DNA در باکتری Acinetobacter baylyi شرح داده شده‌است. دانشمندان با استفاده از این آرایه‌های متوالی، توانایی این باکتری را برای کشف واریانت‌های ژن مشتق‌شده از باکتری Amycolatopsis افزایش دادند. در نهایت، یک هم‌جوشی غیر معمول بین آنزیم‌های مشتق‌شده از دو گونه مختلف باکتریایی حاصل شد.
بنابر گفته این محققان: «تمرکز اولیه بر گایاکول (۲-متوکسی فنول)، یک محصول رایج حاصل از تجزیه لیگنین، باعث کشف ژن‌های (Amycolatopsis (gcoAB کدکننده یک آنزیم سیتوکروم P450 شد که گایاکول را به کاتکول تبدیل می‌کند. با این حال، ادغام کروموزومی gcoAB در Pseudomonas putida یا A. baylyi قادر به استفاده از گایاکول به‌عنوان تنها منبع کربن نبود. این در حالی است که کاتکول به‌عنوان یک سوبسترا رشد به‌شمار می‌رود. EASy در حدود ۱۰۰۰ نسل، آلل‌هایی را تولید کرد که در نسخه تک کروموزومی باعث رشد گایاکول شدند. همچنین واریانت‌های مختلفی از جمله اتصالات بین GcoA و CatA (کاتکول ۱و۲- دی اکسیژناز) ایجاد گردید.»
در واقع، محققان یک قطعه DNA کدکننده GcoA را از باکتری Amycolatopsis جدا کردند و در مجاورت ژن کدکننده آنزیم CatA در باکتری A. baylyi قرار دادند. تکنیک EASy منجر به ترکیب غیرمعمول دو ژن در یک تک ژن کدکننده آنزیم کایمریک گردید. صفات ارائه شده توسط این آنزیم کایمریک در تبدیل مولکول لیگنین، یک بخش انعطاف‌پذیر بیومس گیاهی، به سوخت و یک ماده متشکل از پلاستیک نظیر نایلون بسیار توانمند عمل کرد. لیگنین حدود ۳۰ درصد از بیومس را تشکیل می‌دهد.
Jeffrey Linger، یکی از همکاران این مطالعه، افزود: «این موضوع یک اهمیت از کارایی تبدیل و تغییر است. اگر شما از آن ۳۰ درصد استفاده نکنید، در واقع شما آن را دور انداخته‌اید. بنابراین ما تلاش می‌کنیم تا بتوانیم از آن بخش بهره ببریم.»
☑ لینک خبر
☑ لینک مقاله
