تطوير دائرة متكاملة من البكتيريا

نجح العلماء في تطوير دائرة كهربائية بيولوجية متكاملة عن طريق برمجة البكتيريا بحيث تغير تعبير جيناتها لجميع السكان، أي نوع من المعادل البيولوجي للدائرة المطبوعة في أجهزة الكمبيوتر

[ترجمة د.نحماني موشيه]
نجح العلماء في تطوير دائرة كهربائية بيولوجية متكاملة عن طريق برمجة البكتيريا بحيث تغير تعبير جيناتها لجميع السكان، أي نوع من المعادل البيولوجي للدائرة المطبوعة في أجهزة الكمبيوتر.
___________________________________________________________
نجح علماء من جامعة رايس في إنشاء دائرة كهربائية حية من أنواع مختلفة من البكتيريا التي تتعاون مع بعضها البعض وتسبب تغيرات في التعبير البروتيني. يقدم المشروع، الذي تم وصفه في المجلة العلمية المرموقة Science، لأول مرة على الإطلاق، معادلاً بيولوجيًا لدائرة محوسبة. هدف الباحثين هو تغيير النظم البيولوجية من خلال التحكم في كيفية تأثير البكتيريا على بعضها البعض.

يقول عالم الأحياء ماثيو بينيت من جامعة رايس إن معدة الإنسان تحتوي على أنواع عديدة من البكتيريا. "وبطبيعة الحال، يشكلون معًا مجموعة متنوعة. إحدى الأفكار هي هندسة البكتيريا التي يمكن إدخالها إلى المعدة، وبالتالي تشكل جزءًا من المجموعة المتنوعة هناك. إن نشاطهم معًا في التعاون سيؤدي إلى تأثير أكبر مما لو عملوا بشكل منفصل.
وتمكن الباحثون من إنشاء سلالتين من البكتيريا خضعتا لتعديل وراثي مسؤول عن تنظيم إنتاج البروتينات الأساسية في عمليات الإشارات بين الخلايا، مما يسمح للخلايا بالتعاون معًا. إن القدرة على تغيير الحمض النووي وبالتالي دفع الخلايا لإنتاج بروتينات معينة أصبحت بالفعل عملية مفيدة، على سبيل المثال، من خلال هندسة البكتيريا التي يمكنها إنتاج الوقود الحيوي والمواد الكيميائية المفيدة.
يقول الباحث الرئيسي: "إن التركيز الرئيسي في مجال البيولوجيا التركيبية هو القدرة على هندسة الخلايا المفردة". "لكننا اليوم نتجه نحو أنظمة متعددة الخلايا. نريد أن تعدل الخلايا أنشطتها من أجل إنتاج الاستجابة التي نريدها". حقق الباحثون هدفهم عن طريق التعديل الوراثي للبكتيريا الشائعة الإشريكية القولونية. ومن خلال إنتاج وخلط مجموعتين مختلفتين وراثيا، شجعوا البكتيريا على التعاون مع بعضها البعض. عملت البكتيريا معًا على الرغم من قيامها بمهام متعارضة: قامت إحدى المجموعات السكانية بزيادة التعبير عن جينات معينة، بينما قامت المجموعة الأخرى بتثبيط التعبير عن الجينات. معًا، خلقت المجموعتان تذبذبات منتظمة - قمم وقيعان إيقاعية - لنسخ الجينات في التجمعات البكتيرية الشائعة. أنتجت السلالتان الجديدتان من البكتيريا جزيئات مسؤولة عن الإشارات بين الخلايا، وبالتالي تنشيط دورات ردود الفعل الإيجابية والسلبية المرتبطة التي أثرت على إنتاج الجينات في السكان ككل. وتأكد الباحثون من أن السلالتين الجديدتين أنتجتا جينات فلورية حتى يمكن مراقبة أنشطتهما. بالإضافة إلى ذلك، تم وضع البكتيريا في أجهزة ميكروفلويديك حيث يمكن مراقبتها بسهولة أكبر خلال كل تجربة.
ويدعي الباحث الرئيسي أن بحثه يمكن أن يساعد العلماء على فهم كيفية تواصل الخلايا مع بعضها البعض، وهو عامل مهم في أي محاولة لمكافحة المرض. ويوضح قائلاً: "توجد في أجسامنا العديد من أنواع الخلايا المختلفة، من خلايا الجلد وخلايا الكبد إلى خلايا البنكرياس، وما زالت جميعها تنسق نشاطها حتى يعمل جسمنا بشكل صحيح". "ولهذا الغرض، يرسلون جزيئات إشارة صغيرة يتم إنتاجها في نوع واحد من الخلايا وتؤثر على نوع آخر من الخلايا. لقد استخدمنا هذا المبدأ وقمنا بدمجه في كائنات حية بسيطة للغاية لاختبار ما إذا كان بإمكاننا فهم وبناء أنظمة متعددة الخلايا من الصفر." وقال الباحث: "أحد التطبيقات المحتملة هو تطوير الزبادي الذي يحتوي على بكتيريا معدلة وراثيا". "يتغذى المريض على الزبادي ويمكن للطبيب السيطرة على السكان البكتيريين بمساعدة النظام الغذائي للمريض. يمكن لمجموعات معينة من الجزيئات الموجودة في طعامنا تشغيل أو إيقاف تشغيل الأنظمة الموجودة في البكتيريا المهندسة ويكون لها تأثير متحكم فيه على محتوى البكتيريا في معدتنا.

ملخص المقال

أخبار الدراسة