ترانسپوزون‌ها، یا «ژن‌های پرشی»، بخش‌هایی از DNA هستند که می‌توانند از یک نقطه به نقطه دیگر در ژنوم جابه‌جا شوند و نقش کلیدی در تکامل باکتری‌ها و ایجاد مقاومت آنتی‌بیوتیکی دارند. پژوهشگران دانشگاه کرنل مکانیسم جدیدی در باکتری‌های دارای DNA خطی کشف کرده‌اند. آنها دریافتند که این ژن‌ها برای بقا و گسترش این نوع باکتری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ لذا آنها می‌توانند کاربردهای بالقوه‌ای در بیوتکنولوژی و توسعه دارو داشته باشند.
در مطالعه‌ای که در نشریه Science منتشر شده است، محققان نشان دادند که ترانسپوزون‌ها می‌توانند به‌طور هدفمند در انتهای کروموزوم‌های خطی (تلومر) درج شوند. محققان دریافتند در استرپتومایسس—یکی از مهم‌ترین باکتری‌ها در توسعه آنتی‌بیوتیک‌ها—کنترل حدود یک‌سوم از کروموزوم‌های این باکتری در دست ترانسپوزون‌ها است.
پروفسور جوزف پیترز، استاد میکروبیولوژی و نویسنده ارشد این پژوهش، اظهار داشت:
“این موضوع بخش مهمی از بیولوژی آنها را تشکیل می‌دهد. باکتری‌ها مانند مهندسانی کوچک هستند که دائماً قطعات متحرک DNA را جمع‌آوری کرده و عملکردهای جدیدی ایجاد می‌کنند. اساس مقاومت آنتی‌بیوتیکی، عناصر ژنتیکی متحرک هستند که تقریباً همیشه ترانسپوزون‌هایی هستند که می‌توانند بین باکتری‌ها منتقل شوند.”
با استفاده از فناوری‌هایی که تا پنج سال پیش در دسترس نبودند، محققان چندین خانواده از ترانسپوزون‌ها را در سیانوباکتری‌ها و استرپتومایسس شناسایی کردند که با استفاده از مکانیسم‌های مختلف، قادر به یافتن و درج خود در تلومرها هستند. این فرایند هم به نفع ترانسپوزون و هم به نفع میزبان باکتریایی آن است.
یکی از مزایای درج در انتهای کروموزوم این است که ترانسپوزون می‌تواند از اختلال در ژن‌های حیاتی که در مرکز کروموزوم قرار دارند جلوگیری کند. ترانسپوزون‌هایی که انتهای کروموزوم را هدف قرار می‌دهند، کمتر احتمال دارد که عملکردی اساسی را مختل کرده یا منجر به مرگ سلولی شوند.
پیترز توضیح می‌دهد: “اگر بتوانید انتهای کروموزوم را هدف قرار دهید، کمتر احتمال دارد که عنصری ضروری برای میزبان را حذف کنید. علاوه بر این، این انتها از طریق سیستم‌های مختلف بین سلول‌ها منتقل می‌شود.”
ترانسپوزون‌ها در سلول‌های یوکاریوتی نیز در انتهای کروموزوم‌ها تجمع دارند، اما این نخستین بار است که این پدیده در باکتری‌های دارای کروموزوم خطی مستند شده است. همچنین، محققان دریافتند که ترانسپوزون‌های باکتریایی، برخلاف ترانسپوزون‌های یوکاریوتی، از مکانیسم‌های منحصر‌به‌فردی برای کنترل تلومرها استفاده می‌کنند.
به‌طور معمول، ترانسپوزون‌ها دارای توالی‌های اتصال پروتئین در دو انتهای خود هستند که مشخص می‌کنند کجا باید DNA را برش داده و به محل جدیدی منتقل کنند. اما در استرپتومایسس، ترانسپوزون‌های موجود در تلومرها دارای یک انتهای سنتی ترانسپوزونی و یک انتهای تلومری بودند. این ویژگی عملکردی باعث می‌شود که ترانسپوزون عملاً به تلومر تبدیل شود و در نتیجه برای بقای سلول حیاتی گردد.
پیترز تأکید می‌کند: “این مکانیسم به آنها اجازه می‌دهد که برای میزبان ضروری شوند، زیرا آنها اکنون کنترل تلومر را در دست دارند. اگر این عنصر به همراه سیستم آن حذف شود، میزبان خواهد مرد.”
علاوه بر این، محققان یک زیرخانواده از ترانسپوزون‌های هدف‌گیری تلومر را کشف کردند که یک سیستم CRISPR را برای یافتن و درج خود در انتهای کروموزوم‌ها مورد استفاده قرار می‌دهند—سیستمی که معمولاً باکتری‌ها از آن برای دفاع در برابر ویروس‌ها بهره می‌برند. این یافته تأییدی بر تحقیقات پیشین در آزمایشگاه پیترز است که نشان داده بود ترانسپوزون‌ها از سیستم‌های CRISPR برای حرکت در ژنوم‌ها استفاده می‌کنند. این کشف می‌تواند مسیر را برای توسعه یک ابزار جدید و پیشرفته ویرایش ژن هموار کند که امکان درج قطعات بزرگ‌تری از DNA را نسبت به روش رایج CRISPR-Cas9 فراهم می‌آورد.
پیترز می‌گوید: “ترانسپوزون‌ها مدام این سیستم‌ها را دریافت کرده و به روش‌های مختلفی از آنها استفاده می‌کنند. در این مقاله، ما یک نمونه جدید را توضیح دادیم که از سیستم CRISPR-Cas برای هدف‌گیری تلومرها بهره می‌برد.”
این یافته‌ها—به‌ویژه در مورد استرپتومایسس، که دستکاری آن در آزمایشگاه دشوار است و منشأ بسیاری از آنتی‌بیوتیک‌های ما محسوب می‌شود—می‌تواند برای توسعه داروهای جدید مفید باشد. از آنجا که ترانسپوزون‌ها محرک تکامل باکتریایی هستند، آنها ممکن است مسیرهایی را برای کشف آنتی‌بیوتیک‌های جدید و سایر ترکیبات سودمند ارائه دهند.
پیترز در پایان خاطرنشان می‌کند: “بیشتر حیات روی زمین را میکروب‌ها، و به‌طور خاص، باکتری‌ها تشکیل می‌دهند. ما می‌خواهیم بفهمیم که این موجودات زنده چگونه عمل می‌کنند، و در عین حال بررسی کنیم که چگونه می‌توان از این سیستم‌ها برای بهبود زندگی بشر بهره برد.”
منبع:
Shan-Chi Hsieh et al, Telomeric transposons are pervasive in linear bacterial genomes, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp1973. www.science.org/doi/10.1126/science.adp1973
تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش
نظارت و تأیید: دکتر فائزه محمدهاشم-متخصص ژنتیک
