Энэхүү нийтлэл нь Science X-ийн редакцийн процесс, бодлогын дагуу хянагдсан бөгөөд редакторууд агуулгын найдвартай байдлыг хангахын тулд дараах шинж чанаруудыг онцолсон:

Зураг: Pixabay/CC0 Public Domain

Австралийн эрдэмтэд "биологийн хиймэл оюун ухаан" ашиглан шинэ эсвэл сайжруулсан функц бүхий молекулуудыг мэрэгчдийн эсүүдэд шууд зохион бүтээж, хөгжүүлэх судалгааны системийг амжилттай боловсруулжээ. Судалгааны багийнхан уг систем нь судлаачдад илүү тодорхой, үр дүнтэй судалгааны хэрэгсэл эсвэл генийн эмчилгээний хөгжүүлэлтэд туслах хүчирхэг шинэ хэрэгсэл болохыг тайлбарласан.

Энэхүү системийг "PROTEUS" (PROTein Evolution Using Selection) гэж нэрлэж, энэ нь байгалийн хөгжлийн хүчийг дуурайх лабораторийн "захиалгат хөгжлийн" аргыг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч, жилүүд эсвэл арван жил шаарддаггүй бөгөөд энэ арга нь хөгжлийн болон байгалийн сонголтын мөчлөгийг түргэсгэж, шинэ функц бүхий молекулуудыг долоо хоногийн дотор бүтээх боломжийг олгодог.

Энэ нь шинэ, илүү үр дүнтэй эмийн хайгахад шууд нөлөөлж болох юм. Жишээ нь, уг системийг CRISPR зэрэг генийн засварын технологийг сайжруулахад ашиглаж болох бөгөөд ингэснээр түүний үр дүнтэй байдлыг нэмэгдүүлнэ.

“Энэ нь PROTEUS системийг бидний бие организмд ажиллахад өндөр тохируулгатай шинэ молекулуудыг үүсгэхэд ашиглах боломжтой болгодгийг илэрхийлж байна, мөн бид одоогийн технологиор бүтээх боломжгүй эсвэл хэцүү эмүүдийг үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжтой” гэж Сиднейн их сургуулийн Функционал геномикийн Доктор Жон, Анне Чонг лабораторийн ахлах профессор Грег Нили хэлжээ.

“Манай судалгааны шинэ зүйл нь захиалгат хөгжлийн арга нь ихэвчлэн бактери эсүүд дээр ажилладаг боловч PROTEUS нь мэрэгчдийн эсүүдэд молекулыг хөгжүүлэх боломжийг олгодог.”

PROTEUS системд хэрэглэгчийн оруулсан өгөгдлүүдийг ашиглан тодорхойгүй шийдэлтэй асуудал өгөх боломжтой. Жишээлбэл, энэ нь хүний өвчний генийг хэрхэн үр дүнтэй унтраах талаар шийдвэрлэх асуудал байж болно.

PROTEUS нь захиалгат хөгжлийг ашиглан одоогийн байгалийн дагуу нээж байгаагүй сая сая боломжит дарааллыг судалж, асуудлыг шийдэхэд өндөр тохируулгатай молекулуудыг олоход тусалдаг. Энэ нь PROTEUS нь хүний судлаачаас жилүүдийг шаарддаг шийдлийг олоход тусалж чадна гэсэн үг юм.

Судалгааны баг PROTEUS-ийг ашиглан эмийн зохицуулахад хялбар хуучин хувилбаруудын сайжруулсан хувилбаруудыг боловсруулсан бөгөөд ДНХ-ны гэмтлийг илрүүлэх чадвартай нанободид (антителийн жижиг хувилбар) тусалдаг. Гэвч PROTEUS нь үүнээс хязгаарлагдмал биш бөгөөд ихэнх уургийн болон молекулын функцийг сайжруулахад ашиглаж болохыг судалгааны багийнхан хэлсэн.

Энэхүү ололт нь Nature Communications сэтгүүлд мэдээлэгдсэн бөгөөд судалгааг Сиднейн их сургуулийн Чарльз Перкинс төвд, Centenary Institute-ийн хамтрагчидтай гүйцэтгэжээ.

Молекулын машин сургалт

Захиалгат хөгжлийн анхны хөгжүүлэлт нь бактериуд дээр хийгдэж, 2018 онд Химийн Нобелийн шагналаар шагнагдсан.

“Захиалгат хөгжлийн нээлт нь биохимиийн чиг хандлагыг өөрчилсөн. Одоо PROTEUS-ийн тусламжтайгаар бид шийдвэрлэхэд бэрхшээлтэй генетикийн асуудалтай мэрэгчдийн эсийг программчилж чадна. Манай системийг тасралтгүй ажиллуулснаар бид систем хэрхэн бидний генетикийн сорилтыг шийдэх болж байгааг байнга хянах боломжтой.” гэж Чарльз Перкинс төв болон Амьдрал, Байгаль орчны Шинжлэх Ухааны Сургуулийн тэргүүлэх судлаач Доктор Кристофер Денес хэлсэн.

Доктор Денес болон түүний багийнхны тулгарсан хамгийн том бэрхшээл нь мэрэгчдийн эсүүд олон удаагийн хөгжлийн болон мутациийн мөчлөгийг даван туулах чадвараа хадгалахын тулд хэрхэн баталгаажуулах вэ гэдэг байсан бөгөөд систем нь “уйдаж” хялбар шийдэл олохгүйн тулд.

Тэдний олж мэдсэн нууц нь химерийн вирус-янз бүрийн хэсгүүдийг ашиглах явдал байв. Энэ нь нэг вирусын гаднаас нэг вирусын генүүдийг холбосон бөгөөд системийг хууран мэхлэхээс хамгаалсан.

Энэхүү дизайн нь хоёр тэс өөр вирусын гэр бүлээс хэсгүүдийг ашигласнаар хоёр талын хамгийн сайн шийдлийг гаргаж чадсан. Уг систем нь эсүүд олон янзын шийдлийг зэрэгцүүлэн боловсруулах боломжийг олгож, сайжруулсан шийдлүүд нь давамгайлж, буруу шийдлүүд алга болж байв.

“PROTEUS нь тогтвортой бөгөөд бат бөх бөгөөд бие даасан лабораторуудын баталгаажуулалтад хамрагдсан. Бид бусад лабораторыг энэ техникийг ашиглахыг уриалж байна. PROTEUS-ийг ашигласнаар бид шинэ үеийн ферментүүд, молекулын хэрэгсэл, эмийн хөгжүүлэлтэд түлхэц өгөхийг хүсч байна” гэж Доктор Денес хэлсэн.

“Бид энэхүү системийг судалгааны нийгэмлэгт нээлттэй эхийн хувьд ашигласан бөгөөд хүмүүс үүнийг ямар зорилгоор ашиглахыг харахдаа сэтгэл өндөр байна. Бидний зорилго нь генийн засварын технологийг сайжруулах, эсвэл mRNA эмийн хүчтэй, тодорхой нөлөөг илүү нарийн тооцоолох явдал юм” гэж Профессор Нили хэлжээ.

Мэдээлэл авах: Alexander J. Cole et al, A chimeric viral platform for directed evolution in mammalian cells, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59438-2