البيولوجيا الاصطناعية: فنتر والجينوم الاصطناعي 2007 – 2010

على مدار 15 عامًا، كان كريج فينتر يحلم ببناء الجينوم من لا شيء، من الصفر واستخدامه في خلق الحياة، إن خلق حياة مثل فرانكشتاين هو حلم قديم.

طوال 15 عامًا، كان كريج فينتر يحلم ببناء الجينوم من لا شيء، من الصفر واستخدامه لخلق الحياة، إن خلق حياة مثل فرانكشتاين هو حلم قديم. في بداية عام 2008، أعلن فنتر ومجموعته أنهم قاموا بإنشاء جينوم بكتيري من الصفر، وبذلك خطوا خطوة واحدة إلى الأمام نحو إنشاء أشكال الحياة الاصطناعية - الخلايا الحية التي صممها البشر وبنوها لأداء مهام واسعة النطاق تتراوح بين إنتاج الوقود الحيوي إلى عزل ثاني أكسيد الكربون.

إن شراء لوازم الحمض النووي يشبه طلب بيتزا من مطعم بيتزا

ذكرت مجلة ساينتفيك أمريكان في أوائل عام 2008 أن مجموعة من معهد فنتر ذكرت في النسخة الإلكترونية من مجلة ساينس أنهم تمكنوا من تجميع جينات البكتيريا مع أقل عدد من الجينات، الميكوبلازما التناسلية. إنها أصغر بكتيريا حرة المعيشة يمكن زراعتها في المختبر وهي عدوى شائعة في المسالك البولية. تعد 582,970 زوجًا أساسيًا من الجينوم البكتيري أكبر بنية كيميائية تم تصنيعها وتحديدها في المختبر. وكانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تصنيع جينوم بحجم البكتيريا كيميائيا، بحيث كان أطول 20 مرة من أي جزيء DNA تم تصنيعه سابقا.

كيف تم تصنيع الجينوم في ذلك الوقت؟ وفي صيف عام 2007، طلبت المجموعة سلاسل قصيرة من الشفرة الوراثية من شركات تجارية أمريكية وألمانية متخصصة في تركيب الحمض النووي. وحتى في ذلك الوقت، أصبح طلب الحمض النووي من الموردين التجاريين سهلاً مثل طلب البيتزا من مطعم البيتزا المجاور. قيل في الأوراق العلمية أنه في المستقبل سيكون من الممكن طلب قطع أكبر من الحمض النووي للخمائر والحيوانات وربما تلك الخاصة بالبشر...

ثم قام الباحثون بربطها معًا إلى خيوط أطول وأطول باستخدام تقنيات مستعارة من البيولوجيا الجزيئية القياسية. ولتجميع أكبر قطع الحمض النووي، أدخلتها مجموعة فنتر في خلايا الخميرة واستخدمت عملية تسمى "إعادة التركيب المتماثل"، والتي تستخدمها الخميرة لإصلاح تلف الحمض النووي.

أولاً، في صيف عام 2007، قام فينتر ومجموعته بتحويل نوع من البكتيريا إلى نوع آخر من خلال زرع الحمض النووي. وبذلك قاموا بتغيير هوية البكتيريا عن طريق تشريبها بالشفرة الوراثية لبكتيريا أخرى. ومن ثم كان المنتج النهائي للتجربة معادلاً للشفرة الوراثية الطبيعية التي تظهر في بكتيريا الأعضاء التناسلية. ومع ذلك، مع تغييرين طفيفين: قام العلماء بإسكات الجين الذي سمح للبكتيريا بإصابة الخلايا البشرية، وأضافوا بعض العلامات المميزة حتى يتمكنوا من التمييز بين الجينوم الاصطناعي والطبيعي: خطوط قصيرة من توقيع الرمز الجيني الذي يحدد المنتج باعتبارها "من صنع الإنسان" وليست من صنع الله... هذا كل ما في الأمر هو بناء الجينوم الاصطناعي البكتيري.

بعد هذه الخطوة، قام فنتر ومجموعته بتحويل نوع من البكتيريا إلى نوع آخر في صيف عام 2007 من خلال زرع الحمض النووي. وبذلك قاموا بتغيير هوية البكتيريا عن طريق تشريبها بالشفرة الوراثية لبكتيريا أخرى. هذا يكمل بناء الجينوم الاصطناعي البكتيري.

الخطوة الأخيرة التي يهدف إليها شونتر هي إدخال هذا الجينوم الاصطناعي إلى الخلية وبالتالي إحيائها. بدأ فنتر العمل على هذا من خلال التجارب منذ عام 2008. وفي العام الماضي، حدث الاختراق عندما قام فريق فنتر بتحويل البكتيريا إلى M. mycoides سريعة النمو. أخيرًا نشر هذا الأسبوع مقالًا في النسخة الإلكترونية من مجلة Science كتب فيه أنه ومجموعته تمكنوا من نقل الجينوم البكتيري الاصطناعي إلى بكتيريا أثناء إحيائه هناك. هناك في البكتيريا، حلت تحفة فنتر الاصطناعية محل الحمض النووي الطبيعي. بدأت الخلية الميكروبية التي كانت مدعومة بالجينوم الاصطناعي لفنتر في التكاثر وإنتاج مجموعة جديدة من البروتينات.

البيولوجيا التركيبية: إيجابيات وسلبيات

ينتمي فنتر إلى مجموعة صغيرة من العلماء الذين يعملون في مجال البيولوجيا التركيبية. مجال غرضه كله تخطيط وبناء الكائنات الحية من المواد الخام للحياة والمواد الكيميائية العضوية والشفرات الوراثية. يقوم علماء الأحياء الاصطناعية بتصميم التسلسلات الجينية، التي لم يحلم بها الله، أو الطبيعة إذا صح التعبير. فكرة إنشاء وإنشاء وظائف جديدة لمخلوقات جديدة، ميكروبات، ثمرة خلق الإنسان تحمل مستقبلًا ورديًا وأسودًا على طراز مختبر باركنشتاين. تنتج هذه المخلوقات وقودًا حيويًا رخيصًا، وتزيل الملوثات والوقود المسكوب لعدة أيام. ربما بما في ذلك البكتيريا التي يمكنها إنتاج الأدوية أو تلك التي تغزو الخلايا السرطانية وتدمرها - يمكن أن تساعد البشرية حقًا. فكر في حقيقة أنه قد تكون هناك مكتبات من البكتيريا - وهو نوع من مرآب بدائل الحمض النووي. ويمكن زرعها في البكتيريا لإنشاء آلات حية مبرمجة. هناك أشياء حتى مليارات السنين من التطور وحتى داروين نفسه لم يستطع التخطيط لها والتفكير فيها. في حين أن بضع سنوات من الأبحاث المعملية يمكن أن تنقذ الكثير من الناس على الأرض. هناك دائما مجال للتحسين والتجديد. أخذ البكتيريا وسوف تهضم ما نريد، وإنتاج دواء ضد الأمراض المظلمة المنهكة بالكميات المرغوبة والاحتمالات لا حصر لها، وكذلك التطورات التي ربما تكون بعيدة عن التطور الاصطناعي لفينتر.

تكنولوجيا البيولوجيا التركيبية لديها أيضًا إمكانات مدمرة. وقد تقع في أيدي الإرهابيين: ففي المستقبل سيكون من الممكن هندسة البكتيريا بحيث تنبعث منها سم قاتل أو فيروس أنفلونزا مقاوم للقاحات والأدوية المضادة للفيروسات. لذلك، في أكتوبر 2008، كتب معهد فينتر ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقريرًا خاصًا ونشر الباحثون في مجال البيولوجيا التركيبية مقالات في المجلات العلمية حول مسألة الاستخدامات السلبية للاكتشافات والنتائج في البيولوجيا التركيبية.

يمكن للشركات التي تنتج البكتيريا المعدلة وراثيا أن تقوم بإنشاء نوع معين من طبع علامة الحمض النووي على البكتيريا "جميع الحقوق محفوظة هنا للدكتور غالي وينشتاين" ومن ثم لن يكون هناك سرقة لحقوق الطبع والنشر أو حتى سرقة المنتجات المصابة بما سبق ذكره بكتيريا...

انظر: SCIENCE VOL 328 21 مايو 2010