كروموسوم الخميرة الاصطناعي

الكروموسومات الاصطناعية للخميرة (YACs) هي كروموسومات مُهندسة وراثيًا مُشتقة من الحمض النووي للخميرة، Saccharomyces cerevisiaeثم يتم ربط هذا الجزء ببلازميد بكتيري. وبإدخال أجزاء كبيرة من الحمض النووي، يتراوح طولها بين 100 و1000  كيلوبايت، يمكن استنساخ التسلسلات المُدخلة وتحديد مواقعها الفيزيائية باستخدام عملية تُسمى " المشي الكروموسومي" . هذه هي العملية التي استُخدمت في البداية لمشروع الجينوم البشري ، ولكن نظرًا لمشاكل الاستقرار، تم التخلي عن استخدام كروموسومات الخميرة الاصطناعية (YACs) لصالح استخدام الكروموسومات البكتيرية الاصطناعية.

تُعد خميرة الخباز S. cerevisiae واحدة من أهم الكائنات الحية التجريبية لدراسة علم الوراثة الجزيئية حقيقية النواة. ^{[ 1 ]}

بدءًا من البحث الأولي الذي أجراه رانكين وآخرون، وسترول وآخرون، وهسايو وآخرون، تم تثبيت الكروموسوم الهش بطبيعته من خلال اكتشاف التسلسل المتضاعف ذاتيًا الضروري (ARS)؛ ^{[ 2 ]} تم وصف YAC محسّن باستخدام هذه البيانات في عام 1983 بواسطة موراي وآخرون. ^{[ 3 ]}

المكونات الأساسية لـ YAC هي ARS، السنتروميروالتيلوميرات​من الخميرة S. cerevisiae . بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم جينات العلامات الانتقائية، مثل مقاومة المضادات الحيوية وعلامة مرئية، لاختيار خلايا الخميرة المُحوَّلة. بدون هذه التسلسلات، لن يكون الكروموسوم مستقرًا أثناء التضاعف خارج الخلية، ولن يكون قابلاً للتمييز عن المستعمرات التي لا تحتوي على الناقل. ^{[ 4 ]}

يتم بناء YAC باستخدام بلازميد DNA دائري أولي ، والذي يتم تقطيعه عادةً إلى جزيء DNA خطي باستخدام إنزيمات التقييد ؛ ثم يتم استخدام إنزيم ربط DNA لربط تسلسل DNA أو جين ذي أهمية في DNA الخطي، مما يشكل قطعة واحدة كبيرة دائرية من DNA. ^{[ 3 ]}يمكن تقسيم عملية توليد الكروموسومات الاصطناعية الخطية للخميرة إلى 6 خطوات رئيسية:

الكروموسوم الثالث هو ثالث أصغر كروموسوم في S. cerevisiae؛ وقد تم تقدير حجمه من دراسات الفصل الكهربائي الهلامي النبضي ليكون 300-360 كيلوبايت ^{[ 10 ].}

خضع هذا الكروموسوم لدراسة مكثفة، لا سيما لاحتوائه على المواقع الجينية الثلاثة المسؤولة عن التحكم في نوع التزاوج: MAT وHML وHMR. ^{[ 11 ]} في مارس 2014، نشر جيف بوكي من مركز لانغون الطبي بجامعة نيويورك أن فريقه قد نجح في تخليق أحد كروموسومات الخميرة S. cerevisiae الستة عشر، وهو الكروموسوم الثالث، الذي أطلق عليه اسم synIII . ^{[ 12 ] [ 13 ]} تضمنت العملية استبدال الجينات في الكروموسوم الأصلي بنسخ اصطناعية، ثم دُمج الكروموسوم المُصنّع في خلية خميرة. وقد استلزم ذلك تصميم وإنشاء 273,871 زوجًا من قواعد الحمض النووي - أي أقل من 316,667 زوجًا في الكروموسوم الأصلي.

تتميز نواقل التعبير في الخميرة، مثل YACs و YIps (بلازميدات التكامل في الخميرة) و YEps (بلازميدات الخميرة فوق الصبغية)، بميزة على الكروموسومات الاصطناعية البكتيرية (BACs) في قدرتها على التعبير عن البروتينات حقيقية النواة التي تتطلب تعديلات ما بعد الترجمة . وبفضل قدرتها على إدخال أجزاء كبيرة من الحمض النووي، يمكن استخدام YACs لاستنساخ وتجميع الجينوم الكامل للكائن الحي. ^{[ 14 ]} عند إدخال YAC في خلايا الخميرة، يمكن تكثيرها ككروموسومات اصطناعية خطية، مع استنساخ مناطق الحمض النووي المُدخلة في هذه العملية. بعد إتمام ذلك، يمكن استخدام عمليتين للحصول على جينوم مُتسلسل، أو منطقة مُحددة:

1. رسم الخرائط الفيزيائية
2. المشي على الكروموسوم ^{[ 15 ]}

يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية لأنه يسمح برسم خرائط تفصيلية لمناطق محددة من الجينوم. وقد تم فحص كروموسومات بشرية كاملة، مثل الكروموسوم X، ^{[ 16 ]} مما أدى إلى تحديد مواقع المؤشرات الجينية للعديد من الاضطرابات والصفات الوراثية. ^{[ 17 ]}

في الولايات المتحدة، اتخذ مشروع الجينوم البشري شكله الواضح لأول مرة في فبراير 1988، مع إصدار تقرير المجلس الوطني للبحوث (NRC) بعنوان "رسم خرائط وتسلسل الجينوم البشري". ^{[ 18 ]} تُعدّ كروموسومات الخميرة الاصطناعية (YACs) أقل استقرارًا بشكل ملحوظ من كروموسومات البكتيريا الاصطناعية (BACs)، مما يُنتج "تأثيرات هجينة"  : وهي عبارة عن شوائب حيث لا يتوافق تسلسل الحمض النووي المستنسخ فعليًا مع منطقة جينومية واحدة، بل مع مناطق متعددة. قد يكون سبب هذه الظاهرة إما ربط أجزاء جينومية متعددة في كروموسوم خميرة اصطناعي واحد، أو إعادة تركيب اثنين أو أكثر من كروموسومات الخميرة الاصطناعية التي تم تحويلها في نفس خلية الخميرة المضيفة. ^{[ 19 ]} قد تصل نسبة حدوث هذه الظاهرة إلى 50%. ^{[ 20 ]} تشمل الشوائب الأخرى حذف أجزاء من منطقة مستنسخة، وإعادة ترتيب الأجزاء الجينومية (مثل الانقلاب). في جميع هذه الحالات، يختلف التسلسل المُحدد من مستنسخ YAC عن التسلسل الطبيعي الأصلي، مما يؤدي إلى نتائج غير متسقة وأخطاء في التفسير إذا تم الاعتماد على معلومات المستنسخ. ونظرًا لهذه المشكلات، تخلى مشروع الجينوم البشري في نهاية المطاف عن استخدام YACs وتحول إلى الكروموسومات البكتيرية الاصطناعية ، حيث يكون حدوث هذه التشوهات منخفضًا للغاية. بالإضافة إلى مشكلات الاستقرار، وتحديدًا التكرار النسبي للأحداث الهجينة، أثبتت YACs عدم كفاءتها في توليد مسار التغطية الأدنى الذي يغطي الجينوم البشري بأكمله. إن توليد مكتبات المستنسخات يستغرق وقتًا طويلاً. أيضًا، نظرًا لطبيعة الاعتماد على مواقع التسلسل الموسومة (STS) كنقطة مرجعية عند اختيار المستنسخات المناسبة، توجد فجوات كبيرة تتطلب توليد المزيد من المكتبات لتغطيتها. هذا العائق الإضافي هو الذي دفع المشروع إلى استخدام BACs بدلاً من ذلك. ^{[ 21 ]} ويرجع ذلك إلى عاملين: ^{[ 22 ]}

1. تُعدّ ملفات BAC أسرع بكثير في الإنتاج، وهذا أمر ضروري عند إنشاء مكتبات متكررة من المستنسخات.
2. تسمح BACs بتغطية أكثر كثافة باستخدام STSs، مما يؤدي إلى مسارات تبليط دنيا أكثر اكتمالاً وكفاءة يتم إنشاؤها في silico.

مع ذلك، من الممكن استخدام كلا النهجين، كما تم توضيحه عند دراسة جينوم الدودة الأسطوانية C. elegans . حيث تم تغطية معظم الجينوم باستخدام BACs، وملء الفجوات باستخدام YACs. ^{[ 21 ]}

• الكروموسوم الاصطناعي البكتيري (BAC)
• كوزميد
• فوسميد
• الهندسة الوراثية
• الكروموسوم الاصطناعي البشري
• التسلسل المتضاعف ذاتيًا (ARS)
• ناقل الاستنساخ

• الخميرة + الكروموسومات الاصطناعية في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• موارد الاستنساخ ونواقل الاستنساخ بجامعة ولاية داكوتا الشمالية، مؤرشفة بتاريخ ٢٧ ديسمبر ٢٠١٨ على موقع Wayback Machine.
• علم الأحياء الخلوي الجزيئي، الطبعة الرابعة [قاعدة بيانات NCBI]: استنساخ الحمض النووي باستخدام نواقل البلازميد، الفصل 7
• معهد الجينوم بجامعة واشنطن
• قاعدة بيانات جينوم الخميرة Saccharomyces