يقول العلماء إنهم قاموا ببناء “خلية اصطناعية” يمكنها أن تأكل وتنمو وتنقسم بطريقة تشبه إلى حد كبير الخلايا الحية.
تم نشر البحث في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة com.bioRxiv 2 يوليو، لم تتم مراجعة النظراء بعد. إنه يقدم SpudCell، وهو نوع جديد من الخلايا الاصطناعية، ويمثل خطوة مذهلة نحو إنشاء خلايا حية من الصفر. ولكن للدراسة المؤلف المشارك كيت أدامالا، عالم الأحياء الاصطناعية في جامعة مينيسوتا، وهذا ليس الجزء الأكثر إثارة للاهتمام في العمل.
“لا أعتقد [SpudCell] قالت أدامالا لموقع Live Science: “إنها حية”. وبدلاً من ذلك، تصف النظام بأنه إطار يمكنه توليد “جميع المواد الكيميائية التي نحتاجها لحضارتنا من خلال علم الأحياء”. والفكرة هي أن SpudCell يمكن أن يكون بمثابة مصنع صغير، يضخ الأدوية والأسمدة والبلاستيك أو أي عدد من المركبات الأخرى.
أثار الإعلان عن العمل بعض الجدل، حيث رأى بعض العلماء أنه مجرد خدعة لجذب انتباه وسائل الإعلام من أجل الإطلاق المتزامن لمؤسسة المؤلف غير الربحية. الحيوية، والتي تهدف إلى جمع الأموال لمواصلة تطوير منصة SpudCell. لا تشعر أدامالا بالاستياء من تلك الانتقادات، فهي حريصة على جذب المزيد من الاهتمام والتمويل إلى مجالها. وتعتقد أنه إذا أمكن تحسين الخلية الاصطناعية، فقد يساعد ذلك البشرية على إنتاج مواد كيميائية دون الاعتماد بشكل كبير على المنتجات البترولية.
وأضافت: “أشعر بإلحاح شديد ومجهد للغاية، وهو أنه إذا لم نتمكن من العمل على هذا الأمر الآن، فسوف ينفد الوقت لدينا”، في إشارة إلى ما حدث. أزمة المناخ. “نحن بحاجة إلى تسليط الضوء على أن الهندسة الحيوية يمكن أن تقدم حلاً. ولهذا السبب أفعل ذلك.”
خلية اصطناعية ووعد كبير
وفقًا للطبعة الأولية، أنتجت أدامالا وفريقها نظامًا نابضًا بالحياة يشبه إلى حد كبير الخلية الحية. وللقيام بذلك، قاموا بدمج 36 إنزيمًا منقىً وغشاء دهنيًا مع جينوم مقلص أصغر بنحو 50 مرة من جينوم الخلية البكتيرية المتوسطة. ومن خلال مزج هذه العناصر التي صنعها الإنسان معًا، أنتج العلماء خلية يمكنها أن تتغذى وتنمو وتنقسم، لذا، في جوهر الأمر، أنشأوا دورة خلية كاملة في طبق بتري.
وقال أدامالا: “لقد بنينا نظامًا شبيهًا بالخلية محددًا كيميائيًا بالكامل، لذلك لا توجد وحدات بناء غير معروفة فيه”. “إنها قادرة على القيام بأشياء كان الناس حتى الآن يعتقدون أن الخلايا الحية الطبيعية فقط هي التي يمكنها القيام بها.” يسمون النظام “SpudCell” لأنه يشبه البطاطس، وذكرت صحيفة نيويورك تايمز. الاسم هو أيضًا إشارة إلى القمر الصناعي سبوتنيك، لكل سي إن إن.
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
مفهوم إعادة دورة الخلية في الطبق هو ليست جديدة تماما. معهد جيه كريج فينتر 2016 ورقة “الحد الأدنى من الخلية”. غازل هذا المفهوم عن طريق تجريد أكبر عدد ممكن من الجينات من البكتيريا بحيث لا يترك سوى الحد الأدنى من الخلايا التي لا يزال بإمكانها التكاثر. ومع ذلك، فإن الدراسة الجديدة هي المرة الأولى التي يحقق فيها العلماء التغذية والنمو والتقسيم باستخدام نهج “من القاعدة إلى القمة”.
وقال إن العمل يمثل “تقدما كبيرا”. ماورو رينالدي، محاضر في التكنولوجيا الحيوية والكيمياء الحيوية في جامعة هال بالمملكة المتحدة ولم يشارك في العمل. “إنها تحرك الإبرة لأن أحد الأشياء الأساسية في الخلايا هو الانقسام.”
لكن هناك محاذير مهمة. أولاً، لا تستطيع الخلايا بعد إنتاج طاقتها الخاصة كما تفعل خلايانا مع الميتوكوندريا. كما أنهم يعتمدون أيضًا على الدهون والسكريات والإنزيمات المتوفرة من الخارج. لا تستطيع الخلايا أن تصنع الريبوسومات الخاصة بها، وهي الآلية التي تحول التعليمات الجينية إلى أجزاء عاملة في الخلية. وهذا يعني أنها تعتمد على البروتينات التي يتم تسليمها من الخارج.
على اليسار: صورة فائقة الدقة للجسيمات الشحمية الخاصة بـ SpudCell مع جينوم مغلف وتعبير بروتيني نشط. على اليمين: تحتوي خلية SpudCell على جينوم كامل. تم تلوين الحمض النووي للجينوم وغشاء الخلية الاصطناعية بأصباغ الفلورسنت.
(رصيد الصورة: أوريون فينيرو، مختبر أدامالا)
والفرق الآخر هو أن جينوم SpudCell منتشر على أجزاء من الحمض النووي تسمى البلازميدات، بدلاً من تعبئتها بدقة في الكروموسومات. إنها لا تمتلك الهيكل العظمي الذي تستخدمه الخلايا عادةً لتقسيم الحمض النووي بدقة أثناء انقسام الخلايا، وبالتالي، يمكن أن يكون تقسيم الحمض النووي الخاص بـ SpudCell إلى الخلايا الوليدة عشوائيًا إلى حد ما.
وقال “إن وصف النتائج يتركني مع أسئلة فنية جوهرية فيما يتعلق بطبيعة النتائج ومدى قوتها”. سيس ديكر، عالم فيزياء حيوية في جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا ولم يشارك في العمل. “[Its] يستخدم هذا النهج بعض الحيل الهندسية البارعة كاختصارات لتحقيق وظائف معقدة مثل النمو، ولكن لا يزال هناك تحدي كبير يتمثل في إنشاء خلية مستقلة حقًا تنفذ كل هذه الوظائف دون مساعدة خارجية”.
يعد ديكر من بين العلماء الذين كانوا يفضلون أن يتصدر البحث الأخبار بعد نشره في مجلة علمية خاضعة لمراجعة النظراء. وقال: “إذا كانت هذه النتائج قوية، فمن المؤكد أن هذا الاهتمام الإعلامي الكبير له ما يبرره؛ ومع ذلك، إذا كشفت مراجعة النظراء عن نقاط الضعف أو المشكلات، فإن جميع التقارير الإعلامية الحالية سابقة لأوانها”.
من الخلية إلى منصة التصنيع
يرى Adamala أن SpudCell بمثابة صفحة فارغة للهندسة. وقالت: “نعتقد أنه إذا صنعنا خلية من الصفر، فسيكون ذلك قابلاً للهندسة بالكامل”.
منذ فترة طويلة تستخدم الخلايا لإنتاج المواد الكيميائية للاستخدام البشري. الملايين من الناس استخدام الأنسولين الاصطناعي المصنوع في البكتيريا وخلايا الخميرة على سبيل المثال. لكن الخلايا تقاوم إنتاج مواد كيميائية يمكن أن تكون ضارة لها، ومن خلال التطور، طورت أنظمة لمنعها من القيام بذلك. تعتقد أدامالا وزملاؤها أن النظام الشبيه بـ SpudCell يمكنه التحايل على تلك العقبات الطبيعية.
يمكن أن يكون هذا النوع من المنصات مفيدًا أيضًا في صنع أجيال جديدة من الأدوية، مثل تلك التي تعتمد على الحمض النووي الريبوزي المرسال أو الببتيدات. تستخدم هذه الأدوية وحدات بناء جزيئية، مثل الأحماض الأمينية أو النيوكليوتيدات، التي تم تعديلها كيميائيًا لجعل الجزيئات أكثر استقرارًا أو أصعب على الجسم أن يتحلل. ويمكن هندسة SpudCell لإنتاج مثل هذه المكونات المعدلة مباشرة، بدلاً من أن يضطر العلماء إلى تصنيعها في مختبرات الكيمياء التقليدية. ويعتقد الفريق أن هذا قد يؤدي إلى تقصير الجداول الزمنية للتطوير وخفض التكاليف.
وتتصور أدامالا وزملاؤها أيضًا أن الخلايا سيتم استخدامها مختبرات قابلة للشحن بسهولة. ويمكن تجفيفها وشحنها وتخزينها دون تبريد، ثم تفعيلها في الموقع لصنع مواد كيميائية أو لقاحات أو بروتينات متى وأينما تكون هناك حاجة إليها.
ولكن لا يزال هناك طريق طويل أمامنا. في الوقت الحالي، لا تعد شركة SpudCell سوى دليل على المبدأ، ويجب معالجة العديد من العقبات قبل أن تصبح منصة صناعية.
“[SpudCell] وقال أدامالا: “إنها ليست منصة هندسية يمكن أن تعطيك أي منتج مفيد، ولكنها الخطوة الأولى. ربما يستغرق الأمر عقدين من الزمن على الأقل من الآن عندما نتمكن فعليًا من توسيع نطاقها إلى النقطة التي يمكننا فيها استبدال جميع البتروكيماويات بالبيولوجيا، لكنني أعتقد أنها قابلة للتنفيذ”.
ويأمل أدامالا أن تساعد منظمة Biotic غير الربحية في توجيه التبرعات من فاعلي الخير مباشرةً إلى الأبحاث. وقالت: “Biotic هي وكالة تمويل ستقوم بتمويل هذا العمل عالميًا”.
وقال رينالدي إنه على الرغم من أن التكنولوجيا واعدة، إلا أنها “تحتاج إلى مراجعة النظراء”. “أتوقع أن تختفي الكثير من الضجيج وبعض المصطلحات التي يستخدمونها بعد مرور عامين.”
مرتبط
اكتشاف المزيد من موقع مدسن medicine
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
