ريبوزيم

الريبوزيمات ( إنزيمات الحمض النووي الريبي ) هي جزيئات من الحمض النووي الريبي ( RNA ) قادرة على تحفيز تفاعلات كيميائية حيوية محددة، بما في ذلك عملية ربط الحمض النووي الريبي في التعبير الجيني ، على غرار عمل الإنزيمات البروتينية . وقد أثبت اكتشاف الريبوزيمات عام 1982 أن الحمض النووي الريبي يمكن أن يكون مادة وراثية (مثل الحمض النووي DNA ) ومحفزًا بيولوجيًا (مثل البروتينات)، وساهم في فرضية عالم الحمض النووي الريبي ، التي تشير إلى أن الحمض النووي الريبي ربما كان مهمًا في تطور الأنظمة ذاتية التضاعف في مرحلة ما قبل الحياة . ^{[ 1 ]}

تتمثل أكثر الأنشطة شيوعًا للريبوزيمات الطبيعية أو المُطوَّرة في المختبر في قطع أو ربط الحمض النووي الريبوزي (RNA) والحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، وتكوين الروابط الببتيدية. ^{[ 2 ]} على سبيل المثال، يمكن لأصغر ريبوزيم معروف (GUGGC-3') أن يُحمِّل تسلسل GCCU-3' بالأحماض الأمينية في وجود فينيل ألانيل أدينوسين أحادي الفوسفات . ^{[ 3 ]} داخل الريبوسوم ، تعمل الريبوزيمات كجزء من وحدة الريبوسوم الكبيرة لربط الأحماض الأمينية أثناء تخليق البروتين . كما أنها تُشارك في مجموعة متنوعة من تفاعلات معالجة الحمض النووي الريبوزي، بما في ذلك ربط الحمض النووي الريبوزي ، وتضاعف الفيروسات ، وتخليق الحمض النووي الريبوزي الناقل. ومن أمثلة الريبوزيمات: ريبوزيم رأس المطرقة ، وريبوزيم VS ، وريبوزيم الرصاص ، وريبوزيم دبوس الشعر .

يعمل الباحثون الذين يدرسون أصول الحياة من خلال فرضية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA) على اكتشاف ريبوزيم قادر على التضاعف الذاتي، وهو ما يتطلب قدرته على تحفيز تخليق بوليمرات الحمض النووي الريبوزي. ينبغي أن يكون هذا ممكناً في ظروف ما قبل الحياة، مع معدلات نسخ عالية الدقة لمنع تدهور المعلومات، مع السماح أيضاً بحدوث أخطاء عرضية أثناء عملية النسخ لتمكين التطور الدارويني من الاستمرار. ^{[ 4 ]}

وقد بُذلت محاولات لتطوير الريبوزيمات كعوامل علاجية، وكإنزيمات تستهدف تسلسلات الحمض النووي الريبي المحددة لتقسيمها، وكأجهزة استشعار بيولوجية ، ولتطبيقات في علم الجينوم الوظيفي واكتشاف الجينات. ^{[ 5 ]}

قبل اكتشاف الريبوزيمات، كانت الإنزيمات - التي عُرّفت [حصراً] بأنها بروتينات محفزة - هي المحفزات البيولوجية الوحيدة المعروفة . في عام 1967، كان كارل ووز ، وفرانسيس كريك ، وليسل أورجل أول من اقترح أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكن أن يعمل كمحفز. استندت هذه الفكرة إلى اكتشاف قدرة الحمض النووي الريبوزي على تكوين تراكيب ثانوية معقدة . ^{[ 6 ]} وُجدت هذه الريبوزيمات في الإنترون الخاص بنسخة الحمض النووي الريبوزي، حيث تنفصل عنه، وكذلك في مكون الحمض النووي الريبوزي لمركب RNase P، الذي يشارك في نضج جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل الأولية (pre- tRNA) . في عام 1989، تقاسم توماس آر. سيش وسيدني ألتمان جائزة نوبل في الكيمياء لاكتشافهما "الخصائص التحفيزية للحمض النووي الريبوزي". ^{[ 7 ]} استُخدم مصطلح الريبوزيم لأول مرة من قِبل كيلي كروجر وآخرين في ورقة بحثية نُشرت في مجلة Cell عام 1982. ^{[ 1 ]}

كان الاعتقاد السائد في علم الأحياء أن التحفيز يقتصر على البروتينات. إلا أن فكرة التحفيز بواسطة الحمض النووي الريبي (RNA) مستوحاة جزئيًا من السؤال القديم المتعلق بأصل الحياة: أيهما أسبق، الإنزيمات التي تقوم بوظائف الخلية أم الأحماض النووية التي تحمل المعلومات اللازمة لإنتاج هذه الإنزيمات؟ إن مفهوم "الأحماض النووية الريبية كمحفزات" يتجاوز هذه المشكلة. فالحمض النووي الريبي، في جوهره، يمكن أن يكون بمثابة البيضة والدجاجة في آن واحد. ^{[ 8 ]}

في ثمانينيات القرن الماضي، كان توماس تشيك، في جامعة كولورادو بولدر ، يدرس استئصال الإنترونات في جين الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي في طحلب تيتراهيمينا ثيرموفيلا . وأثناء محاولته تنقية الإنزيم المسؤول عن تفاعل التضفير، وجد أن الإنترون يمكن استئصاله دون إضافة أي مستخلص خلوي. وعلى الرغم من محاولاتهم الحثيثة، لم يتمكن تشيك وزملاؤه من تحديد أي بروتين مرتبط بتفاعل التضفير. وبعد جهد كبير، اقترح تشيك أن جزء تسلسل الإنترون من الحمض النووي الريبوزي قادر على كسر وإعادة تكوين روابط الفوسفودايستر . وفي الوقت نفسه تقريبًا، كان سيدني ألتمان، الأستاذ في جامعة ييل ، يدرس كيفية معالجة جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل في الخلية، عندما قام هو وزملاؤه بعزل إنزيم يُسمى RNase-P ، وهو المسؤول عن تحويل الحمض النووي الريبوزي الناقل الأولي إلى الحمض النووي الريبوزي الناقل النشط. فوجئوا عندما وجدوا أن إنزيم RNase-P يحتوي على الحمض النووي الريبوزي (RNA) بالإضافة إلى البروتين، وأن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يُعدّ مكونًا أساسيًا للإنزيم النشط. كانت هذه فكرة غريبة لدرجة أنهم واجهوا صعوبة في نشر نتائجهم. في العام التالي ، أثبت ألتمان أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكن أن يعمل كمحفز، وذلك من خلال إظهار أن الوحدة الفرعية من الحمض النووي الريبوزي (RNA) في إنزيم RNase-P قادرة على تحفيز انشطار الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الأولي إلى حمض نووي ريبوزي ناقل (tRNA) نشط في غياب أي مكون بروتيني.

منذ اكتشاف سيش وألتمان، اكتشف باحثون آخرون أمثلة أخرى على جزيئات الحمض النووي الريبوزي ذاتية الانقسام أو جزيئات الحمض النووي الريبوزي المحفزة. تمتلك العديد من الريبوزيمات مركزًا نشطًا على شكل دبوس شعر أو رأس مطرقة، وبنية ثانوية فريدة تسمح لها بقطع جزيئات الحمض النووي الريبوزي الأخرى عند تسلسلات محددة. أصبح من الممكن الآن تصنيع ريبوزيمات قادرة على قطع أي جزيء من الحمض النووي الريبوزي بشكل انتقائي. قد يكون لهذه المحفزات تطبيقات صيدلانية. على سبيل المثال، صُمم ريبوزيم لقطع الحمض النووي الريبوزي لفيروس نقص المناعة البشرية . إذا أنتجت خلية مثل هذا الريبوزيم، فسيتم قطع جينوم الحمض النووي الريبوزي لجميع جزيئات الفيروس الداخلة بواسطة الريبوزيم، مما يمنع العدوى.

على الرغم من أن الريبوزيمات لا تملك سوى أربعة خيارات لكل وحدة مونومر (نيوكليوتيدات)، مقارنةً بعشرين سلسلة جانبية من الأحماض الأمينية الموجودة في البروتينات، إلا أنها تتميز ببنية وآليات متنوعة. وفي كثير من الحالات، تستطيع محاكاة الآلية التي تستخدمها نظيراتها البروتينية. فعلى سبيل المثال، في جزيئات الريبوزيم RNA ذاتية الانقسام، يتم إجراء تفاعل SN2 مباشر باستخدام مجموعة الهيدروكسيل 2' ككاشف نيوكليوفيلي يهاجم الفوسفات الرابط، مما يؤدي إلى عمل ذرة الأكسجين 5' في القاعدة N+1 كمجموعة مغادرة. في المقابل، يستخدم إنزيم RNase A، وهو بروتين يحفز التفاعل نفسه، الهيستيدين والليسين المنسقين ليعملا كقاعدة لمهاجمة هيكل الفوسفات. ^{[ 2 ]}

كما هو الحال مع العديد من الإنزيمات البروتينية، يُعدّ ارتباط المعادن بالغ الأهمية لوظيفة العديد من الريبوزيمات. ^{[ 9 ]} غالبًا ما تستخدم هذه التفاعلات كلاً من العمود الفقري للفوسفات وقاعدة النيوكليوتيد، مما يُسبب تغييرات هيكلية جذرية. ^{[ 10 ]} توجد فئتان من آليات انشطار العمود الفقري للفوسفودايستر في وجود المعادن. في الآلية الأولى، تهاجم مجموعة 2'-OH الداخلية مركز الفوسفور في آلية SN2 _. تُعزز أيونات المعادن هذا التفاعل من خلال تنسيق أكسجين الفوسفات أولاً، ثم تثبيت الأنيون الأكسجيني. تتبع الآلية الثانية أيضًا إزاحة SN2 _، ولكن يأتي النيوكليوفيل من الماء أو مجموعات الهيدروكسيل الخارجية بدلاً من الحمض النووي الريبي نفسه. أصغر ريبوزيم هو UUU، والذي يُمكنه تعزيز الانشطار بين G و A في رباعي النيوكليوتيد GAAA عبر الآلية الأولى في وجود Mn2 ⁺ . قد يكون السبب في أن هذا الثلاثي النوكليوتيد (بدلاً من الرباعي المكمل) يحفز هذا التفاعل هو أن اقتران UUU-AAA هو أضعف وأكثر ثلاثي النوكليوتيدات مرونة من بين 64 شكلاً، مما يوفر موقع الارتباط لـ Mn ²⁺ . ^{[ 11 ]}

يمكن أيضًا تحفيز نقل الفوسفوريل دون الحاجة إلى أيونات معدنية. على سبيل المثال، يمكن لريبونوكلياز A البنكرياسي وريبوزيمات فيروس التهاب الكبد دلتا (HDV) تحفيز انشطار العمود الفقري للحمض النووي الريبي (RNA) من خلال التحفيز الحمضي القاعدي دون الحاجة إلى أيونات معدنية. ^{[ 12 ] [ 13 ]} كما يمكن لريبوزيم الدبوس الشعري تحفيز الانشطار الذاتي للحمض النووي الريبي (RNA) دون الحاجة إلى أيونات معدنية، ولكن آلية ذلك لا تزال غير واضحة. ^{[ 13 ]}

يمكن للريبوزيم أيضًا أن يحفز تكوين الرابطة الببتيدية بين الأحماض الأمينية المتجاورة عن طريق خفض إنتروبيا التنشيط. ^{[ 12 ]}

على الرغم من ندرة الريبوزيمات في معظم الخلايا، إلا أن أدوارها قد تكون أساسية للحياة. فعلى سبيل المثال، يُعد الجزء الوظيفي من الريبوسوم ، وهو الآلة البيولوجية التي تُترجم الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى بروتينات، ريبوزيمًا في جوهره، ويتكون من وحدات بنائية ثلاثية الأبعاد من الحمض النووي الريبوزي (RNA) ترتبط غالبًا بأيونات معدنية مثل المغنيسيوم (Mg²⁺ ⁾ كعوامل مساعدة . ^{[ 14 ]} في نظام نموذجي، لا حاجة إلى كاتيونات ثنائية التكافؤ في حمض نووي ريبوزي (RNA) خماسي النوكليوتيدات يُحفز عملية نقل فينيل ألانين لركيزة رباعية النوكليوتيدات بثلاثة أزواج قاعدية مُكملة للمحفز، حيث تم تصميم المحفز/الركيزة عن طريق اقتطاع ريبوزيم C3. ^{[ 15 ]}

لعلّ أكثر الريبوزيمات دراسةً هي تلك التي تقطع نفسها أو جزيئات الحمض النووي الريبوزي الأخرى، كما في الاكتشاف الأصلي الذي قام به سيش ^{[ 16 ]} وألتمان ^{[ 17 ]} . مع ذلك، يمكن تصميم الريبوزيمات لتحفيز مجموعة من التفاعلات ^{[ 18 ]} أو أنها تمتلكها بشكل طبيعي. تتضمن بعض هذه الأنشطة ما يلي: ^{[ 19 ]}

• إنزيم نوكلياز الحمض النووي الريبي
• ناقل النيوكليوتيد
• فوسفوتراسفيراز
• الفوسفاتاز
• الليغاز
• الكيناز
• إنزيم ناقل الغلوكانو

قد يحفز الحمض النووي الريبي طي البنية البروتينية المرضية للبريون بطريقة مشابهة لتلك التي يقوم بها الشابرونين . ^{[ 20 ]}

يمكن للحمض النووي الريبوزي (RNA) أن يعمل أيضًا كجزيء وراثي، مما شجع والتر جيلبرت على اقتراح أن الخلية في الماضي البعيد استخدمت الحمض النووي الريبوزي كمادة وراثية وجزيء هيكلي وحفزي في آنٍ واحد، بدلًا من تقسيم هذه الوظائف بين الحمض النووي (DNA) والبروتين كما هو الحال اليوم؛ تُعرف هذه الفرضية باسم " فرضية عالم الحمض النووي الريبوزي " لأصل الحياة . ^{[ 21 ]} وبما أن النيوكليوتيدات والحمض النووي الريبوزي (وبالتالي الريبوزيمات) يمكن أن تنشأ من مواد كيميائية غير عضوية، فإنها تُعدّ مرشحة لتكون أولى الإنزيمات ، بل وأولى "المُضاعِفات" (أي الجزيئات الكبيرة الحاملة للمعلومات التي تُضاعف نفسها). وقد وُصف مثال على ريبوزيم ذاتي التضاعف يربط ركيزتين لإنتاج نسخة طبق الأصل منه في عام 2002. ^{[ 22 ]} وقد حلّ اكتشاف النشاط الحفزي للحمض النووي الريبوزي مفارقة "البيضة والدجاجة" لأصل الحياة، وحلّ مشكلة أصل الببتيد والحمض النووي في العقيدة المركزية . وفقًا لهذا السيناريو، في أصل الحياة، تم القيام بكل النشاط الإنزيمي وتشفير المعلومات الوراثية بواسطة جزيء واحد: الحمض النووي الريبي (RNA).

تم إنتاج الريبوزيمات في المختبر ، وهي قادرة على تحفيز تخليق جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الأخرى من المونومرات المنشطة في ظل ظروف محددة للغاية، وتُعرف هذه الجزيئات باسم ريبوزيمات بوليميراز الحمض النووي الريبوزي . ^{[ 23 ]} تم الإبلاغ عن أول ريبوزيم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي في عام 1996، وكان قادرًا على تخليق بوليمرات الحمض النووي الريبوزي التي يصل طولها إلى 6 نيوكليوتيدات. ^{[ 24 ]} أُجريت عمليات الطفرات والاختيار على ريبوزيم ليغاز الحمض النووي الريبوزي من مجموعة كبيرة من تسلسلات الحمض النووي الريبوزي العشوائية، ^{[ 25 ]} مما أدى إلى عزل ريبوزيم بوليميراز "Round-18" المُحسَّن في عام 2001، والذي أصبح قادرًا على تحفيز بوليمرات الحمض النووي الريبوزي التي يصل طولها الآن إلى 14 نيوكليوتيدًا. ^{[ 26 ]} عند تطبيق المزيد من الانتقاء على الريبوزيم Round-18، تم توليد الريبوزيم B6.61، والذي كان قادرًا على إضافة ما يصل إلى 20 نيوكليوتيدًا إلى قالب البادئ في غضون 24 ساعة، حتى يتحلل عن طريق انقسام روابط الفوسفودايستر الخاصة به. ^{[ 27 ]}

يتضاعف معدل بلمرة الريبوزيمات لتسلسل الحمض النووي الريبي بشكل كبير عندما يحدث ذلك داخل المذيل . ^{[ 28 ]}

كان الريبوزيم التالي المكتشف هو ريبوزيم "tC19Z"، القادر على إضافة ما يصل إلى 95 نيوكليوتيدًا بدقة 0.0083 طفرة/نيوكليوتيد. ^{[ 29 ]} بعد ذلك، اكتشف الباحثون ريبوزيم "tC9Y"، الذي كان قادرًا أيضًا على تخليق سلاسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) التي يصل طولها إلى 206 نيوكليوتيدات في ظروف الطور اليوتكتيكي عند درجة حرارة أقل من الصفر، ^{[ 30 ]} وهي ظروف سبق أن ثبت أنها تعزز نشاط بوليميراز الريبوزيم. ^{[ 31 ]}

كان إنزيم الريبوزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RPR) المسمى tC9-4M قادرًا على بلمرة سلاسل الحمض النووي الريبي الأطول منه (أي أطول من 177 نيوكليوتيدًا) في تركيزات أيونات المغنيسيوم القريبة من المستويات الفسيولوجية، بينما تطلبت إنزيمات الريبوزيم السابقة تركيزات غير معقولة في الظروف ما قبل الحيوية تصل إلى 200 ملي مولار. العامل الوحيد المطلوب لتحقيق ذلك هو وجود بوليمر بسيط جدًا من الأحماض الأمينية يُسمى ديكا ببتيد الليسين. ^{[ 32 ]}

كان أكثر أنواع الريبوزيمات تعقيدًا التي تم تصنيعها حتى ذلك الحين يُسمى 24-3، والذي كان قادرًا حديثًا على بلمرة تسلسلات مجموعة واسعة من النيوكليوتيدات والتنقل عبر البنى الثانوية المعقدة لركائز الحمض النووي الريبي (RNA) التي لم تكن متاحة للريبوزيمات السابقة. في الواقع، كانت هذه التجربة الأولى التي تستخدم ريبوزيمًا لتصنيع جزيء الحمض النووي الريبي الناقل (tRNA). ^{[ 33 ]} بدءًا من الريبوزيم 24-3، قام تيهونغ وآخرون ^{[ 34 ]} بتطبيق أربعة عشر جولة أخرى من الانتقاء للحصول على ريبوزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) عن طريق التطور المختبري ، والذي أُطلق عليه اسم "38-6"، والذي يتمتع بمستوى غير مسبوق من النشاط في نسخ جزيئات الحمض النووي الريبي المعقدة. ومع ذلك، فإن هذا الريبوزيم غير قادر على نسخ نفسه، كما أن منتجات الحمض النووي الريبي (RNA) الخاصة به تتميز بمعدل طفرات مرتفع . في دراسة لاحقة، بدأ الباحثون بالريبوزيم 38-6، وطبقوا 14 جولة أخرى من الانتقاء لإنتاج الريبوزيم '52-2'، الذي كان، مقارنةً بالريبوزيم 38-6، أكثر نشاطًا بكثير، وتمكن من إنتاج مستويات قابلة للكشف وفعّالة من الليغاز من الفئة الأولى، على الرغم من أنه كان لا يزال محدودًا في دقته ووظيفته مقارنةً بنسخ القالب نفسه بواسطة بروتينات مثل بوليميراز الحمض النووي الريبي T7. ^{[ 35 ]}

يُضيف إنزيم RPR المسمى t5(+1) ثلاث نيوكليوتيدات في كل مرة بدلاً من نيوكليوتيد واحد فقط. يستطيع هذا الإنزيم غير المتجانس ثنائي الوحدات الوصول إلى تراكيب ثانوية لا يمكن لإنزيم 24-3 الوصول إليها، بما في ذلك البنى الحلقية. في المجموعة الأولية من متغيرات الحمض النووي الريبي المشتقة فقط من إنزيم RPR مُصنّع مسبقًا يُعرف باسم Z RPR، ظهر تسلسلان بشكل منفصل وتطورا ليصبحا معتمدين على بعضهما البعض بشكل تكافلي. تطور الحمض النووي الريبي من النوع 1 ليصبح غير نشط تحفيزيًا، لكن ارتباطه بالحمض النووي الريبي من النوع 5 عزز قدرته على البلمرة ومكّن التفاعلات بين الجزيئات مع قالب الحمض النووي الريبي، مما أغنى عن الحاجة إلى ربط القالب مباشرةً بتسلسل الحمض النووي الريبي لإنزيم RPR، وهو ما كان يمثل قيدًا في الدراسات السابقة. لم يكن t5(+1) بحاجة إلى ربط بالقالب فحسب، بل لم يكن هناك حاجة إلى بادئ أيضًا، حيث كان لدى t5(+1) القدرة على بلمرة القالب في كلا الاتجاهين 3' → 5' و 5' 3 → 3'. ^{[ 36 ]}

كان إنزيم ريبوزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي المتطور للغاية قادرًا على العمل كإنزيم نسخ عكسي ، أي أنه يستطيع تخليق نسخة من الحمض النووي باستخدام قالب الحمض النووي الريبي. ^{[ 37 ]} يُعتقد أن هذا النشاط كان حاسمًا للانتقال من جينومات الحمض النووي الريبي إلى جينومات الحمض النووي خلال المراحل الأولى من تاريخ الحياة على الأرض. وقد تكون قدرة النسخ العكسي قد نشأت كوظيفة ثانوية لإنزيم ريبوزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي في المراحل المبكرة.

يستطيع تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي يلتف ليشكل ريبوزيمًا، اختراق الحمض النووي الريبوزي المزدوج، وإعادة ترتيبه لتكوين معقد هولوبوليميراز مفتوح، ثم البحث عن تسلسل محفز محدد للحمض النووي الريبوزي، وعند التعرف عليه، يعيد ترتيبه مرة أخرى إلى شكل متتابع يُبلمر سلسلة مكملة من التسلسل. هذا الريبوزيم قادر على إطالة الحمض النووي الريبوزي المزدوج بما يصل إلى 107 نيوكليوتيدات، ويفعل ذلك دون الحاجة إلى ربط التسلسل الذي يتم بلمرته. ^{[ 38 ]}

تم تحديد نوع قصير من الريبوزيم المتغير للحمض النووي الريبوزي ( RNA) يتكون من 20 نيوكليوتيدًا ، ويتكاثر ذاتيًا عبر ربط موجه بالقالب لاثنين من الأوليغومرات المكونة من 10 نيوكليوتيدات . ^{[ 39 ]} وقد اكتُشف هذا النوع البسيط من التكاثر الذاتي للحمض النووي الريبوزي في مجموعة عشوائية من الأوليغومرات، وقد يُمثل خطوة مبكرة في ظهور نظام وراثي قائم على الحمض النووي الريبوزي من مكونات بدائية. ^{[ 39 ]}

ربما كان التكاثر الجنسي موجودًا في عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي سبق ظهور أشكال الحياة الخلوية القائمة على الحمض النووي (DNA). ^{[ 40 ]} من المرجح أن أشكال الحياة الخلوية المبكرة التي تمتلك جينومات تحتوي على نسخ مفردة من جزيئات الريبوزيم الأساسية في الحمض النووي الريبوزي كانت عرضة لظروف بيئية ضارة قد تعيق تضاعف الريبوزيم الأساسي، مما يؤدي إلى موت الخلية. يسمح اندماج خليتين مبكرتين متضررتين (التفاعل الجنسي) بتجمع أجزاء سليمة من الحمض النووي الريبوزي، مما يسهل تكوين جينوم وظيفي ويسمح ببقاء الخلية وقدرتها على التكاثر.

منذ اكتشاف الريبوزيمات الموجودة في الكائنات الحية، ازداد الاهتمام بدراسة الريبوزيمات الاصطناعية الجديدة المُصنّعة في المختبر. فعلى سبيل المثال، تم إنتاج جزيئات RNA ذاتية الانقسام ذات نشاط إنزيمي جيد. وقد عزل تانغ وبريكر ^{[ 41 ]} جزيئات RNA ذاتية الانقسام عن طريق الانتقاء المختبري لجزيئات RNA المُشتقة من جزيئات RNA ذات التسلسل العشوائي. وقد تميزت بعض الريبوزيمات الاصطناعية المُنتجة ببنية جديدة، بينما تشابهت أخرى مع ريبوزيم رأس المطرقة الموجود في الطبيعة.

في عام ٢٠١٥، ابتكر باحثون من جامعة نورث وسترن وجامعة إلينوي في شيكاغو ريبوسومًا اصطناعيًا يعمل بكفاءة تقارب كفاءة الريبوسوم الخلوي الأصلي المسؤول عن إنتاج جميع البروتينات والإنزيمات داخل الخلية. يُعرف هذا الريبوسوم الاصطناعي باسم ريبوسوم-تي (Ribo-T)، وقد ابتكره مايكل جويت وألكسندر مانكين. ^{[ ٤٢ ]} تعتمد تقنيات إنتاج الريبوزيمات الاصطناعية على التطور الموجه. يستفيد هذا النهج من الطبيعة المزدوجة للحمض النووي الريبوزي (RNA) كمحفز وبوليمر معلوماتي، مما يُسهّل على الباحث إنتاج أعداد هائلة من محفزات الحمض النووي الريبوزي باستخدام إنزيمات البوليميراز . تُجرى طفرات على الريبوزيمات عن طريق نسخها عكسيًا باستخدام إنزيم النسخ العكسي إلى أنواع مختلفة من الحمض النووي التكميلي (cDNA) ، ثم تُضخّم باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) المعرض للخطأ . غالبًا ما تختلف معايير الاختيار في هذه التجارب. إحدى طرق اختيار ريبوزيم الليغاز تتضمن استخدام علامات البيوتين ، المرتبطة تساهميًا بالركيزة. إذا كان الجزيء يمتلك نشاط الليغاز المطلوب ، فيمكن استخدام مصفوفة الستربتافيدين لاستعادة الجزيئات النشطة.

استخدم لينكولن وجويس التطور في المختبر لتطوير إنزيمات ربط الريبوزيم القادرة على التضاعف الذاتي في غضون ساعة تقريبًا، وذلك عن طريق ربط قليل النوكليوتيدات المتكاملة للغاية المصنعة مسبقًا. ^{[ 43 ]}

على الرغم من أنها ليست محفزات حقيقية، إلا أن ابتكار مفاتيح ريبوزية اصطناعية ذاتية الانشطار ، تُسمى الأبتازيمات ، يُعد مجالًا بحثيًا نشطًا. مفاتيح الريبوزومية هي وحدات تنظيمية من الحمض النووي الريبوزي (RNA) تُغير بنيتها استجابةً لجزيء صغير مُرتبط لتنظيم عملية الترجمة. في حين أن هناك العديد من مفاتيح الريبوزومية الطبيعية المعروفة التي ترتبط بمجموعة واسعة من المستقلبات والجزيئات العضوية الصغيرة الأخرى، لم يُوصف سوى ريبوزيم واحد قائم على مفتاح ريبوزومي: glmS . ^{[ 44 ]} ركزت الدراسات المبكرة في توصيف مفاتيح الريبوزومية ذاتية الانشطار على استخدام الثيوفيلين كربيطة. في هذه الدراسات، تتشكل حلقة شعرية من الحمض النووي الريبوزي (RNA) تحجب موقع ارتباط الريبوسوم ، مما يُثبط الترجمة. في وجود الربيطة ، الثيوفيلين في هذه الحالات، تنفصل منطقة الحمض النووي الريبوزي التنظيمية، مما يسمح للريبوسوم بالارتباط وترجمة الجين المستهدف. استند جزء كبير من هذا العمل في هندسة الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى التصميم العقلاني وبنى الحمض النووي الريبوزي المحددة مسبقًا، بدلًا من التطور الموجه كما في الأمثلة السابقة. وقد وسّعت الدراسات الحديثة نطاق الروابط المستخدمة في مفاتيح الريبوزيم الريبوزيمية لتشمل بيروفوسفات الثايمين. كما استُخدم فرز الخلايا المنشط بالفلورة في هندسة الأبتزيمات. ^{[ 45 ]}

تم اقتراح وتطوير الريبوزيمات لعلاج الأمراض من خلال العلاج الجيني . يتمثل أحد التحديات الرئيسية لاستخدام الإنزيمات القائمة على الحمض النووي الريبي (RNA) كعلاج في قصر عمر جزيئات الحمض النووي الريبي المحفزة في الجسم. وللتغلب على ذلك، يتم تعديل الموقع 2' على الريبوز لتحسين استقرار الحمض النووي الريبي. ومن مجالات العلاج الجيني بالريبوزيمات تثبيط الفيروسات القائمة على الحمض النووي الريبي.

تم تطوير نوع من الريبوزيمات الاصطناعية الموجهة ضد الحمض النووي الريبي لفيروس نقص المناعة البشرية ، يُسمى " مقصات الجينات" ، وقد دخل مرحلة التجارب السريرية لعلاج عدوى فيروس نقص المناعة البشرية. ^{[ 46 ] [ 47 ]}

وبالمثل، صُممت الريبوزيمات لاستهداف الحمض النووي الريبي لفيروس التهاب الكبد الوبائي سي ، وفيروس كورونا المسبب لمتلازمة الالتهاب الرئوي الحاد (سارس-كوف)، ^{[ 48 ]} والفيروس الغدي، [48] والحمض النووي الريبي لفيروسات الإنفلونزا أ وب ^{. [ 49} ] [ 50 ] ^{[ 51 ] [ 48 ] يستطيع الريبوزيم شطر المناطق المحفوظة من} جينوم الفيروس، مما ثبت أنه يقلل من انتشار الفيروس في مزارع الخلايا الثديية. ^{[ 52 ]} وعلى الرغم من هذه الجهود التي يبذلها الباحثون، لا تزال هذه المشاريع في المرحلة ما قبل السريرية.

فئات الريبوزيم الطبيعية التي تم التحقق من صحتها بشكل جيد:

• محاضرة توم سيك القصيرة: "اكتشاف الريبوزيمات"