این تحقیق همچنین این ایده را که تقسیم سلول مکانیسم اصلی ایجاد تغییرات ژنتیکی است، به چالش می کشد. همچنین انتظار می رود که این روش جدید به محققان اجازه دهد تا تأثیر مواد سرطان زا بر سلولهای سالم را مطالعه کنند و این کار را با سهولت و در مقیاس بسیار بزرگتر از آنچه که تاکنون امکان پذیر بوده انجام دهند.
برای اولین بار ، دانشمندان در پی حل چالش های فنی طولانی مدت توسط دانشمندان موسسه Wellcome Sanger ، قادر به بررسی تغییرات DNA در هر بافت انسانی هستند. روش جدید ، توالی یابی نانورات (NanoSeq) نامیده می شود. این روش امکان بررسی چگونگی تغییرات ژنتیکی در بافتهای انسان را با دقت بی سابقه ای فراهم می کند. این مطالعه که در تاریخ 28 آوریل 2021 در Nature منتشر شد، پیشرفت بزرگی در جهت تحقیقات در مورد سرطان و پیری است.
بافتهای بدن ما از سلولهای تقسیم شونده و غیر تقسیم شونده تشکیل شده است. سلول های بنیادی خود را در طول زندگی دوباره تجدید می کنند و وظیفه تأمین سلول های غیر تقسیم شونده را برای فعال نگه داشتن بدن دارند. اکثر قریب به اتفاق سلولهای بدن ما تقسیم نشده و یا به ندرت تقسیم می شوند. از جمله این سلولها میتوان به گرانولوسیت های خونی که هر روز بیلیون ها تولید می شوند و برای مدت زمان بسیار کمی زنده می مانند و یا به نورون های مغزی که مدت زمان طولانی عمر می کنند، اشاره کرد.
تغییرات ژنتیکی ، معروف به جهش های بدنی (سوماتیک) ، با افزایش سن در سلول های ما رخ می دهد. این یک روند طبیعی است ، سلول ها سالانه حدود 15-40 جهش پیدا می کنند. بیشتر این جهش ها بی ضرر خواهند بود ، اما برخی از آنها می توانند یک سلول را در مسیر سرطان راه اندازی کنند.
از زمان ظهور توالی ژنوم در اواخر قرن بیستم ، محققان سرطان با مطالعه جهش های بدنی در DNA تومور توانسته اند شکل گیری سرطان ها و نحوه درمان آنها را بهتر درک کنند. در سال های اخیر ، فناوری های جدید دانشمندان را قادر به مطالعه جهش در سلول های بنیادی گرفته شده از بافت سالم کرده است.اما تاکنون تعیین توالی ژن برای بررسی جهش های جدید در سلولهای غیر تقسیم شونده دقیق نبوده است ، به این معنی که مشاهده جهش بدنی در اکثر قریب به اتفاق سلولهای ما غیرممکن است.
در این مطالعه جدید ، محققان موسسه Wellcome Sanger سعی در اصلاح روش توالی پیشرفته ای به نام توالی دوبلکس داشتند. این تیم در طی چهار سال ، دقت این روش را تا حد کمتر از پنج خطا در هر میلیارد حروف DNA بهبود بخشیدند.
دکتر رابرت آزبورن ، دانش آموخته Institute Wellcome Sanger که منجر به توسعه این روش شد ، گفت: "تشخیص جهش های بدنی که فقط در یک یا چند سلول وجود دارد از نظر فنی به طور خارق العاده ای چالش برانگیز است. شما باید یکی از ده ها تغییر را در بین میلیون ها حرف DNA پیدا کنید و روش های توالی قبلی به اندازه کافی دقیق نبودند. از آنجا که NanoSeq تعداد اندکی خطا در هر بیلیون حرف DNA دارد ، اکنون ما قادر به بررسی دقیق جهش های بدنی در هر بافت هستیم. "
این تیم از حساسیت بهبود یافته NanoSeq برای مقایسه میزان و الگوهای جهش در سلولهای بنیادی و سلولهای غیر تقسیم شونده در چندین نوع بافت انسانی بهره برد.
با کمال تعجب ، تجزیه و تحلیل سلول های خونی تعداد مشابهی جهش را در سلول های بنیادی که به آرامی تقسیم می شوند و سلول های مولد که سریعتر تقسیم می شود پیدا کرد. این نشان می دهد که تقسیم سلولی فرایند غالب ایجاد جهش در سلول های خونی نیست. تجزیه و تحلیل سلولهای عصبی غیر تقسیم شونده و سلولهای عضلانی که به ندرت تقسیم می شوند همچنین نشان داد که جهش ها در طول زندگی سلول های بدون تقسیم سلولی با سرعت مشابه سلول های خونی تجمع می یابند.
دکتر فدریکو آباسکال ، اولین نویسنده مقاله از موسسه Wellcome Sanger ، گفت: "اغلب فرض بر این است که تقسیم سلولی عامل اصلی وقوع جهش های بدنی است و با تعداد بیشتری از تقسیمات تعداد بیشتری جهش ایجاد می کند. اما تجزیه و تحلیل ما نشان داد که سلولهای خونی که چندین برابر بیشتر از دیگران تقسیم شده اند دارای همان نرخ و الگوهای جهش هستند. این نحوه تغییر در فکر جهش زایی را تغییر می دهد و نشان می دهد که مکانیسم های بیولوژیکی دیگر به غیر از تقسیم سلولی کلیدی هستند.
توانایی مشاهده جهش در تمام سلول ها راه های جدید تحقیق در مورد سرطان و پیری را باز می کند ، مانند مطالعه اثرات مواد سرطان زا شناخته شده مانند دخانیات یا قرار گرفتن در معرض آفتاب و همچنین کشف مواد سرطان زای جدید. چنین تحقیقاتی می تواند درک ما از نحوه انتخاب سبک زندگی و قرار گرفتن در معرض مواد سرطان زا را تا حد زیادی بهبود بخشد.
مزیت دیگر روش NanoSeq سهولت نسبی جمع آوری نمونه است. سلول ها به جای گرفتن نمونه از بافت ، می توانند به صورت غیر تهاجمی جمع شوند ، مانند تراشیدن پوست یا نمونه گرفتن از گلو.
دکتر اینیگو مارتینکورنا ، نویسنده ارشد مقاله از موسسه Wellcome Sanger ، گفت: " استفاده از NanoSeq در مقیاس کوچک در این مطالعه باعث شده است که ما در مورد آنچه که فکر می کردیم در مورد جهش زایی می دانستیم ، تجدید نظر کنیم. NanoSeq همچنین مطالعه جهش سوماتیک در مقیاس بسیار بزرگتر را آسان تر ، ارزان تر و کم تهاجم خواهد کرد. به جای تجزیه و تحلیل نمونه های بیوپسی تعداد کمی از بیماران و تنها امکان مشاهده سلول های بنیادی یا بافت تومور ، اکنون می توانیم نمونه های صدها بیمار را مطالعه کرده و جهش های بدنی را در هر بافتی مشاهده کنیم. "
رفرنس:
- https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210428113737.htm
- Federico Abascal, Luke M. R. Harvey and Emily Mitchell et al. Somatic mutation landscapes at single-molecule resolution. Nature, 2021 DOI: 1038/s41586-021-03477-4