ما وراء البيولوجيا: إنشاء خلايا اصطناعية ديناميكية باستخدام الحمض النووي القابل للبرمجة

ما وراء البيولوجيا: إنشاء خلايا اصطناعية ديناميكية باستخدام الحمض النووي القابل للبرمجة

وفي دراسة جديدة نشرت فيالكيمياء الطبيعية، تصف رونيت فريمان، الباحثة في UNC-Chapel Hill وزملاؤها الخطوات التي اتخذوها لمعالجة الحمض النووي والبروتينات -؛ اللبنات الأساسية للحياة -؛ لتكوين خلايا تبدو وتتصرف مثل خلايا الجسم. يعد هذا الإنجاز هو الأول من نوعه في هذا المجال وله آثار على الجهود المبذولة في مجال الطب التجديدي، وأنظمة توصيل الأدوية، وأدوات التشخيص.

يقول فريمان، الذي يقع مختبره في قسم العلوم الفيزيائية التطبيقية في كلية الآداب والعلوم بجامعة نورث كارولينا: "مع هذا الاكتشاف، يمكننا تصور بناء مواد أو أنسجة حساسة للتغيرات في بيئتها ويمكن أن تتصرف بشكل ديناميكي".

تتكون الخلايا والأنسجة من بروتينات تتجمع معًا لأداء المهام وتكوين الهياكل. البروتينات ضرورية لتشكيل إطار الخلية، الذي يسمى الهيكل الخلوي. وبدونها، لا يمكن للخلايا أن تعمل. يسمح الهيكل الخلوي للخلايا بأن تكون مرنة، سواء في شكلها أو في استجابتها لبيئتها.

وبدون استخدام البروتينات الطبيعية، قام مختبر فريمان ببناء خلايا ذات هياكل خلوية وظيفية يمكنها تغيير شكلها والاستجابة لبيئتها. وللقيام بذلك، استخدموا تقنية الحمض النووي الببتيدية الجديدة القابلة للبرمجة والتي تسبب الببتيدات، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات، والمواد الجينية المعاد توظيفها للعمل معًا لتشكيل الهيكل الخلوي.

لا يتم العثور على الحمض النووي عادة في الهيكل الخلوي. قمنا بإعادة برمجة تسلسل الحمض النووي ليكون بمثابة مادة معمارية، حيث يربط الببتيدات معًا. وبمجرد وضع هذه المادة المبرمجة في قطرة ماء، بدأت الهياكل في التبلور.

رونيت فريمان، باحثة، UNC-تشابل هيل

إن القدرة على برمجة الحمض النووي بهذه الطريقة تعني أن العلماء يمكنهم إنشاء خلايا تؤدي وظائف محددة وحتى ضبط استجابة الخلية للضغوطات الخارجية. في حين أن الخلايا الحية أكثر تعقيدًا من الخلايا الاصطناعية التي أنشأها مختبر فريمان، إلا أنها أيضًا غير قابلة للتنبؤ بها وأكثر عرضة للبيئات القاسية مثل درجات الحرارة القصوى.

يقول فريمان: "كانت الخلايا الاصطناعية مستقرة حتى عند درجة حرارة 122 درجة فهرنهايت، مما يفتح إمكانية إنتاج خلايا ذات قدرات استثنائية في بيئات غير مناسبة عادة لحياة الإنسان".

بدلاً من إنشاء مواد مصممة لتدوم طويلاً، تقول فريمان إن موادها مصممة خصيصًا لهذا الغرض -؛ قم بأداء وظيفة معينة ثم قم بتغيير نفسك لأداء وظيفة جديدة. يمكن تخصيص تطبيقاتها عن طريق إضافة تصميمات مختلفة من الببتيد أو الحمض النووي لبرمجة الخلايا في مواد مثل الأقمشة أو الأنسجة. ويمكن دمج هذه المواد الجديدة في تقنيات الخلايا الاصطناعية الأخرى، مع كل التطبيقات المحتملة التي يمكن أن تحدث ثورة في مجالات مثل التكنولوجيا الحيوية والطب.

يقول فريمان: "يساعدنا هذا البحث على فهم ما يشكل الحياة". "إن تكنولوجيا الخلايا الاصطناعية هذه لن تسمح لنا بإعادة إنتاج ما تفعله الطبيعة فحسب، بل ستسمح لنا أيضًا بإنشاء مواد تتفوق على علم الأحياء."

مصادر: