قد يكون النبات الصغير، الذي تم بناؤه على شكل "دمية روسية" ويستخدم كغذاء للبط، هو الشيء التالي في صناعة التكنولوجيا الحيوية. وتمكن مجموعة من الباحثين الإسرائيليين من تحويلها إلى آلة موثوقة ورخيصة لإنتاج البروتينات المعدلة وراثيا
مجلة "المعهد".
وقد يلعب نبات مائي غير متوهج، وهو الغذاء المفضل للبط والطيور المائية الأخرى، دورًا مهمًا في صناعة الأدوية. فهو يطفو وينتشر فوق أسطح المياه العذبة والمياه الراكدة في أجزاء مختلفة من العالم، ويمكن أن يكون موطنًا مناسبًا للأدوية البروتينية مثل الأنسولين، أو مكونات اللقاحات والأجسام المضادة التي تصل إمكانات مبيعاتها إلى مليارات الدولارات سنويًا. هذا هو نبات العدس المائي، المعروف بلقب "عشب البط"، مما يدل على المودة الكبيرة للأشخاص المجنحين الذين يعتبرونه طعامًا لذيذًا ومغذيًا.
ينمو العدس المائي بمعدل سريع للغاية، ويحتوي على كمية كبيرة من البروتينات. وفي جنوب شرق آسيا يتم استخدامه كغذاء أساسي للأسماك وحيوانات المزرعة المختلفة. وقدرتها على امتصاص كميات كبيرة من المواد من الماء تستخدم في الولايات المتحدة الأمريكية لتنظيف مياه الصرف الصحي. لكن فرصة العمل الحقيقية لهذا المصنع متعدد الاستخدامات تنتظره في صناعة الأدوية.
لإنتاج البروتينات التي تستخدم كأدوية، تستخدم شركات الأدوية عادةً أنظمة بيولوجية "تعرف" كيفية إنتاج البروتينات. ولتسخيرها في هذه الحرفة، يقوم العلماء بإدخال جين يرمز للبروتين المطلوب، على سبيل المثال الأنسولين البشري، في نظام حي - بكتيريا، أو خلية ثديية، أو نبات. في هذه المرحلة، تسمح للنظام بالنمو وإنتاج البروتين، الذي يتم عزله في نهاية العملية.
لكن جميع الأنظمة الحالية لإنتاج البروتينات التي تستخدم كأدوية - مثل كل شيء آخر في الحياة - تعاني أيضًا من عيوب. لا تستطيع البكتيريا دائمًا إنتاج بروتينات ذات بنية مناسبة لجسم الإنسان. إن خلايا الثدييات قادرة بالفعل على إنتاج (في المزرعة) بروتينات مناسبة للبشر، ولكن لكي تكون قادرة على القيام بذلك فإنها "تتطلب" ظروفًا معقمة، يمكن أن تصل تكلفتها إلى مئات الملايين من الدولارات. ومن الصعب صيانة هذين النظامين وتشغيلهما بكفاءة على المستوى الصناعي.
البحث عن حلول في النباتات
وبحثاً عن نظام أرخص وأكبر، تتجه صناعة الأدوية إلى النباتات المعدلة وراثياً، مثل الذرة والتبغ، غير المصابة بالفيروسات والطفيليات المختلفة، التي يمكن أن تلحق الضرر بخلايا الثدييات. لكن هذه النباتات المعدلة وراثيا تواجه مقاومة من أولئك الذين يخشون التأثيرات غير المعروفة للنباتات المعدلة وراثيا على البيئة.
هذا هو بالضبط المكان الذي تلعب فيه فوائد نبات العدس المائي. يتفوق هذا النبات الصغير بأسرع معدل نمو في عالم النبات. يمكنها مضاعفة كتلتها الحيوية في أقل من 48 ساعة. وهي تنمو بشكل جميل في الضوء الاصطناعي، وفي الماء البسيط الذي يحتوي على بعض المعادن، ومصدر الكربون الوحيد لها هو ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء.
وخلاصة هذه الميزات تعني أنه يمكن زراعتها داخل المبنى، بمساعدة معدات رخيصة وبسيطة نسبيا، ودون خوف من التأثير على البيئة. إن حقيقة استخدامه كغذاء لحيوانات المزرعة تثير احتمالية استخدام عدسة مائية معدلة وراثيا، والتي ستحتوي على بروتينات مناعية، في المستقبل لصنع لقاح سيتم تقديمه كغذاء للقطعان والدواجن والأسماك والحيوانات. ربما حتى البشر. هذه الطريقة في إعطاء الأدوية واللقاحات عن طريق الفم قد توفر عملية إنتاج البروتينات المكلفة، وتجعل الأدوية أرخص.
ولكن إذا كان هذا هو الحال بالفعل، فلماذا لا تستفيد صناعة الأدوية بشكل كامل من عدسة الماء؟ المشكلة تكمن في بنية النبتة الصغيرة التي تشبه الدمية الروسية، وفيها دمية ثانية، وفيها دمية ثالثة، وهكذا. وعلى غرار هذا الهيكل، يحتوي جيب نمو العدس المائي على أوراق الأجيال القادمة من النبات، والتي يحمل كل منها عدة أجيال قادمة. هذا الهيكل غير العادي يجعل من الصعب هندسة العدس المائي بشكل مباشر: فالجينات التي يتم إدخالها في أوراق النبات لا تنتقل إلى أوراق الأجيال التالية، لذلك في غضون جيل أو جيلين، تنسى الخضروات المهندسة "التلمود" يعود إلى نسخته الطبيعية الأصلية، ويتوقف عن إنتاج البروتين المطلوب.
تفكيك الدمية الروسية
هذا هو بالضبط المكان الذي دخل فيه الصورة البروفيسور مئير إيدلمان وأعضاء مجموعته البحثية في قسم علوم النبات في معهد وايزمان للعلوم. وفي جهد دام نحو عشر سنوات، تمكنوا من تفكيك "الدمية الروسية" للعدس المائي، وتحويل النبات إلى آلة لإنتاج البروتين موثوقة ومتوفرة بسهولة. في البداية، استخدم البروفيسور إيدلمان عدسة الماء في بحثه في مجال التمثيل الضوئي، وهي العملية التي تنتج بها النباتات مواد غنية بالطاقة بمساعدة الإشعاع الشمسي. في وقت لاحق فقط اتضح له أنه عثر على منجم ذهب لصناعة التكنولوجيا الحيوية.
ومن أجل "ترويض" العدس المائي الجامح، يستخدم البروفيسور إيدلمان وأعضاء مجموعته البحثية مزيجًا من الهرمونات والمواد الأخرى، التي تعيد خلايا منطقة نمو النبات إلى مرحلتها الجنينية، قبل أن تتمايز و"تتخصص" في أداء أدوار محددة في النبات البالغ. وفي هذه الحالة الجنينية تشكل كتلة خضراء عديمة الشكل يمكن هندستها بشكل موثوق. وبعد إدخال الجينات المرغوبة فيها، يطلق العلماء الخلايا المجمعة مرة أخرى إلى المستقبل: حيث يعيدون برمجتها لاستعادة قدرتها على التمايز وتصبح نباتًا ناضجًا.
تشتمل جميع خلايا هذا النبات الجديد على الجين الذي يشفر البروتين المطلوب، بحيث تستمر جميع الأجيال القادمة من النبات في إنتاجه. وبالتعاون مع شركاء من الصناعة، طور البروفيسور إيدلمان صنفًا جديدًا من العدس المائي يسمى "العملاق" ". يبلغ حجم هذا الصنف ضعف حجم نبات العدس المائي العادي، ويحتوي على ضعف كمية الحمض النووي، وينتج في المقابل المزيد من البروتينات. ويأمل الباحثون أن يساعد "العملاق" في تحويل العدسات المائية الدقيقة إلى صناعة ضخمة.
