موضوع مقاله: بیان گذرای ژنی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # بیان گذرای ژنی | مقدمه: بیان گذرای ژنی روشی در زیست‌شناسی مولکولی است که در آن ژن‌ها پس از ورود نوکلئیک اسید (معمولاً دی‌ان‌ای پلاسمیدی حاوی یک کاست بیانی) به درون سلول‌های یوکاریوتی، به‌طور موقت بیان می‌شوند. | ## بخش 1: بیان گذرای ژنی | در این فرایند از عامل‌های شیمیایی انتقال‌دهنده مانند کلسیم فسفات یا پلی‌اتیلن‌ایمین بهره گرفته می‌شود. برخلاف «بیان پایدار» که در آن دی‌ان‌ای بیگانه با ژنوم سلول میزبان ادغام می‌شود، در بیان گذرا دی‌ان‌ای خارجی با دی‌ان‌ای میزبان ادغام نمی‌شود و پس از چند چرخه تکثیر سلولی از دست می‌رود. بیشتر آزمایش‌های بیان گذرای ژنی بر روی سلول‌های جانوری کشت‌شده انجام می‌شود، هرچند این روش در سلول‌های گیاهی نیز کاربرد دارد. روش‌شناسی بسته به اندامگان هدف متفاوت است؛ گیاهان را می‌توان با بهره‌گیری از اگروباکتریوم تومفاسینس از راه اگرواینفیلتراسیون دگرگون ساخت، در حالی که بیشتر سلول‌های جانوری به ناقل ویروسی نیاز دارند. در جریان دنیاگیری کووید-۱۹ در سال‌های ۲۰۲۰–۲۰۲۱، فناوری دگرگونی گذرا با توسعهٔ واکسن‌های کووید-۱۹ مبتنی بر انتقال مستقیم mRNA یا ناقل‌های آدنوویروسی پیشرفت چشمگیری یافت. مزایا هنگام انتخاب میان بیان گذرا و بیان پایدار، بازهٔ زمانی و هدف آزمایش باید در نظر گرفته شود. سلول‌های ترافرست‌شدهٔ گذرا اغلب برای بررسی پیامدهای کوتاه‌مدت بیان ژن، انجام خاموش‌سازی ژن به‌واسطهٔ تداخل آران‌ای، یا تولید سریع پروتئین‌های نوترکیب در مقیاس کوچک به‌کار می‌روند. این تولید سریع پروتئین‌های نوترکیب در ارزیابی توان دارویی آن‌ها و بررسی یکپارچگی سازه‌ها در مراحل توسعهٔ ناقل کاربرد دارد. افزون بر این، بیان گذرا ابزاری سودمند برای بهینه‌سازی پارامترهای گزیده پیش از آغاز فرایند زمان‌بر افزایش مقیاس در سلول‌های ترافرست‌شدهٔ پایدار است. برای دستیابی به نتایج سریع‌تر، جایگزینی دی‌ان‌ای با mRNA می‌تواند در برخی سامانه‌ها ظرف چند دقیقه پس از ترافرست به بیان گذرا بینجامد؛ زیرا این فرایند از جابه‌جایی به هسته و رونویسی عبور می‌کند. با این حال، چون ادغام موفق ناقل دی‌ان‌ای در کروموزوم رویدادی نادر است، این فرایند دشوارتر و زمان‌برتر بوده و برای تولید پروتئین در مقیاس بزرگ، ژن‌درمانی و پژوهش‌های بلندمدت دارویی کنار گذاشته می‌شود. | ## بخش 2: بیان گذرای ژنی | (ب) هم‌بیانی از راه نفوذ چند کشت اگروباکتریوم دارای ناقل‌های دوتایی جداگانه یا کشت‌های دارای ناقل تکی با چندین کاست بیانی. فناوری غالب برای تولید گیاهان تراریخته به‌منظور بیان گذرا، دگرگونی ژنتیکی به‌واسطهٔ اگروباکتریوم (اگرواینفیلتراسیون) و ماشین بیانی ویروسی است. اگروباکتریوم تومفاسینس و گونه‌های خویشاوند آن بیمارگرهای شناخته‌شدهٔ گیاهی هستند که مهندسی شده‌اند تا قطعات ویژه‌ای از دی‌ان‌ای (موسوم به دی‌ان‌ای انتقالی یا T-DNA) را با بهره‌گیری از به هستهٔ گیاه منتقل کنند. از مزایای این روش می‌توان به پیمانه‌ای بودن پلاسمیدهای با دامنهٔ میزبان گسترده و اندازهٔ کوچک اشاره کرد. همچنین، از آنجا که پلاسمید مادری القاکنندهٔ تومور در سویه‌های اگروباکتریوم خلع‌سلاح شده و تنها سلول‌های غیرزاد‌آوری دستکاری شده‌اند، این فرایند از نظر زیست‌محیطی بی‌خطر ارزیابی می‌شود. کاربرد این فرایند به پیشرفت‌هایی در بهره‌گیری از گیاهان در زیست‌شناسی مصنوعی انجامیده است. فراورده‌های زیستی گیاه‌پایه نویدبخش رقابت‌پذیری بالا در برابر سامانه‌های بیانی سنتی سلول پستاندار هستند. بیان در سلول‌های پستانداران سامانه‌های بیانی سلول پستاندار برای تولید گذرای پروتئین‌های نوترکیب و انجام اصلاحات پس‌ازترجمه‌ای آن‌ها ضروری هستند. در واقع، نزدیک به نیمی از پروتئین‌های درمانی تجاری موجود در سلول‌های پستانداران تولید می‌شوند. با این حال، رشد آهسته، شرایط دقیق رشد و خطر بالقوهٔ آلودگی با ویروس‌های جانوری چالش‌هایی را پدید می‌آورد. از این رو، شمار فزاینده‌ای از رده‌های سلولی پستاندار به‌عنوان میزبان تولید گذرای پروتئین نوترکیب ایجاد شده‌اند. | ## بخش 3: بیان گذرای ژنی | سلول‌های HEK293 هرچند رده‌های سلولی دیگری مانند سلول‌های کلیهٔ میمون سبز آفریقایی (COS) و کلیهٔ بچه‌همستر (BHK) نیز قابل بهره‌گیری هستند، پرکاربردترین سامانهٔ میزبان در بیان گذرای سلول‌های پستانداران مشتقات ردهٔ سلولی HEK293 است که در سال ۱۹۷۷ توسط گراهام و همکاران بر پایهٔ سلول‌های کلیهٔ جنینی انسان پایه‌گذاری شد. از مزایای این ردهٔ سلولی می‌توان به نرخ بالای ترافرست و توانایی رشد در محیط بدون سرم اشاره کرد که هزینه‌ها را کاهش داده و خطر آلودگی با مواد حیوانی موجود در سرم را پایین می‌آورد. چندین زیرردهٔ مهندسی‌شده سپس با گنجاندن عناصر ویروسی برگرفته از ویروس‌های پستانداران مانند SV40 یا ویروس اپشتین–بار توسعه یافت که به‌دلیل نگهداشت بالای دی‌ان‌ای پلاسمیدی در حالت اپیزومی و توانایی افزایش رونویسی و ترجمه شناخته شده‌اند. در این زیررده‌ها دو جزء برهم‌کنشی شناسایی شد: پادژن بزرگ T ویروس SV40 که به مبدأ همانندسازی SV40 (SV40ori) متصل می‌شود و پروتئین پادژن هسته‌ای-۱ برگرفته از ویروس اپشتین–بار که به مبدأ همانندسازی مربوطه (oriP) پیوند می‌خورد. بازدهی نوعی پیشینهٔ بیان گذرا در سلول‌های HEK293 ترافرست‌شده با PEI-25kDa در حدود ۲۰ تا ۴۰ میلی‌گرم بر لیتر پروتئین پادتن نوترکیب بود. در سال ۲۰۰۸، بکلیوال و همکاران نخستین بار بازدهی فراتر از ۱ گرم بر لیتر پادتن نوترکیب را گزارش کردند. سلول‌های CHO به‌طور سنتی، با ایجاد رده‌های سلولی پایدار برای داروهای زیستی پیوند خورده‌اند. با این حال، در سال‌های اخیر تلاش برای مهندسی سلول‌های CHO به‌منظور تولید گذرای پروتئین توجه فزاینده‌ای یافته است. سلول‌های CHO از نخستین رده‌های سلولی ایجادشده برای کشت برون‌تنی هستند و توان آن‌ها به‌عنوان میزبان تولید فراورده‌های زیستی همچنان محبوب است. | ## جمع‌بندی | از مزایای این سلول‌ها برای بیان گذرا می‌توان به آسانی افزایش مقیاس صنعتی، تطبیق‌پذیری در تولید زیست‌مولکول‌های گوناگون و خطر پایین آلودگی با ویروس‌های انسانی اشاره کرد.