إصدار الألفية للتصميم الذكي: سنكون قادرين قريبًا على تصميم كائنات حية بخصائص محددة مسبقًا

تقوم شركة Gnom Compiler من تل أبيب برسم الطريق إلى هناك. نشرت في قسم الأضواء - / دوريت فارنيس 

وفي عام 2003، استضافت شركة مونسانتو، عملاق التكنولوجيا الحيوية الزراعية في الولايات المتحدة، جيمس واتسون، الحائز على جائزة نوبل والذي اكتشف بنية الحمض النووي مع فرانسيس كريك. ويخشى كثيرون من شركة مونسانتو ومنتجاتها، لأن الشركة تقوم بتطوير نباتات معدلة وراثيا لمنحها سمات جديدة مثل مقاومة المبيدات الحشرية، ومقاومة بعض الآفات وزيادة الإنتاج. ومع ذلك، قال واتسون، وهو مؤيد متحمس لاستخدام الحمض النووي المؤتلف، أي الحمض النووي الذي تم تصميمه وإنتاجه في المختبر ومن ثم إدخاله في أي كائن حي من اختيارنا، في خطاب ألقاه للعمال: "يزعم البعض أننا أداء دور الله. إجابتي واضحة: من غيرنا يمكنه القيام بهذا الدور؟

أول بكتيريا اصطناعية

بعد سبع سنوات، في عام 2010، أصبح السؤال أكثر إلحاحًا عندما قام ج. كريج فينتر وفريقه من الباحثين من معهد ج. كريج فينتر (JCVI) بإنشاء بكتيريا اصطناعية لأول مرة، مختبر الميكوبلازما (حرفيًا: الميكوبلازما). "المختبر") [انظر "أدوات من أجل الحياة""، مجلة ساينتفيك أمريكان، إسرائيل، أكتوبر-نوفمبر 2010]. عملية بسيطة؟ بالتأكيد لا، وليست رخيصة أيضًا. وتشير التقديرات إلى أن تكلفة المشروع تبلغ حوالي 40 مليون دولار. علاوة على ذلك، فشلت النسخة الأولى من M. Labortorium في البقاء لأنها كانت تفتقر إلى نيوكليوتيد واحد في الجين الأساسي للبكتيريا. تم تصحيح الخطأ وكانت التجربة ناجحة في النهاية. وبالتالي فإن هذه العملية المعقدة تعد علامة فارقة أخرى في رحلتنا إلى الحياة الاصطناعية، إلى القدرة على تصميم وإنتاج أي تسلسل للحمض النووي نريده، ومن ثم بث الحياة فيه. فالاحتمالات كثيرة، وكذلك المخاطر، والأسئلة الأخلاقية.

خطط الجينوم بالنسبة لي

انضمت مؤخرًا الشركة الإسرائيلية الناشئة، Genome Compiler Company (GCC)، إلى هذه الرحلة، والتي تهدف إلى تصميم واجهة سهلة الاستخدام تجعل من الممكن تصميم أي جينوم نريده بسهولة وكفاءة، مهما كان كبيرًا ومعقدًا. من الممكن ان تكون. تم تأسيس مجلس التعاون الخليجي على يد عمري عميراف دروري، الحاصل على درجة الدكتوراه في الكيمياء الحيوية من جامعة تل أبيب، وشركائه. بعد حصوله على درجة الدكتوراه، ذهب أميراف دروري إلى تدريب ما بعد الدكتوراه في جامعة ستانفورد، حيث اكتشف شغفه بريادة الأعمال وقرر إنشاء شركة تسمح له بتحقيق رؤيته البيولوجية. وبمساعدة تمويل من جامعة سينجولاريتي وشركة أوتوديسك، أسس أميراف دروري وثلاثة شركاء آخرين: يوغيف ديبي، وروي نيبو، ونير بن موشيه (جميعهم في الأصل من شركة إنتل) الشركة الخليجية. الدافع، كما يقول أميراف دروري، هو "زيادة الإنتاج من الموارد المتاحة. نحن نعيش في عالم تستنفد مصادر الطاقة فيه، لكن الكائنات الحية تعرف كيفية استخدام المصادر المتجددة، مثل الشمس وثاني أكسيد الكربون". إذا تمكنا من تسخير هذه المخلوقات لصالحنا، من خلال تصميمها كما نرغب، يمكننا حل جزء كبير من مشاكل العالم. علاوة على ذلك، فإن الكائنات الحية تعرف كيف تتكاثر بنفسها، لذا فهي تحتاج إلى الاستعداد مرة واحدة فقط.

ومع ذلك، كما يوضح أميراف دروري، في مجال علم الجينوم هناك حلقة مفقودة في سلسلة معالجة المعلومات. تتم "كتابة" المعلومات الوراثية بمساعدة أحرف الحمض النووي الأربعة، A وG وC وT، والتي يمكن مقارنتها بالشفرة الثنائية للكمبيوتر. نحن نعرف كيفية فك شفرة هذا الرمز والنظر إلى منتجه النهائي، أي البروتينات التي تشفرها الجينات المختلفة. ولكن عندما نستخدم الكمبيوتر، فإننا لا نستخدم لغة الآلة، أي سلاسل من 0 و1، والتي سيكون من الصعب جدًا فهمها. وبدلاً من ذلك، يستخدم المبرمجون لغات برمجة عالية المستوى، ويقوم برنامج يسمى "المترجم" بترجمتها إلى تعليمات برمجية يمكن للكمبيوتر فهمها. من ناحية أخرى، لا يزال علماء الوراثة مجبرين في كثير من الحالات على استخدام "شفرة المصدر" الجينية، أي تسلسلات A وC وG وT، كما أن عدم وجود مترجم جيني، كما يقول أميراف دروري، يجعل الأمر كذلك. من الصعب جدًا تصميم جينومات جديدة أو أجزاء من الجينومات.

وهنا تظهر شركة Gnome Compiler في الصورة، واسمها يتحدث عن نفسه. بمساعدة برمجيات الشركة، يمكنك بسهولة تصميم جينوم جديد وتغييره ونقل الجينات من مكان إلى آخر، وفي النهاية، عند الانتهاء من تخطيط المشروع، إرسال طلب إلى إحدى الشركات العاملة حاليًا في السوق لتخليق الحمض النووي واستلام الجينوم الذي صممته جاهزًا وجاهزًا للاستخدام.

لبدء مشروع جديد باستخدام منصة Genome Compiler، يجب أولاً استيراد التسلسلات الجينية للجينومات الموجودة. تتضمن المنصة بالفعل مكتبة بيانات تحتوي على تسلسلات عدة جينومات كاملة، وتتيح أيضًا اتصالاً سهلاً وسريعًا بجميع قواعد البيانات الكبيرة المتاحة اليوم، حيث يمكنك تنزيل تسلسل الحمض النووي واستخدامه. يمكن تحرير الجينوم الذي تريد تغييره على عدة مستويات. يمكنك بالطبع النظر إلى تسلسل الحمض النووي الأساسي، ولكن يمكنك أيضًا النظر إلى مجموعة الجينات المختلفة، وتسلسل البروتين، ووظيفة البروتينات وما إلى ذلك. على سبيل المثال، إذا كنت تريد إدخال جين جديد، والذي يحتوي على رمز لإنزيم لم يكن موجودًا من قبل، فكل ما عليك فعله هو سحب رمز الجين إلى المكان المطلوب في مخطط الجينوم، وإدراجه هناك بنقرة واحدة على الفأرة. سوف يعتني المترجم بالفعل بتوليد التعليمات لإدراج تسلسل النيوكليوتيدات للجين الجديد في المكان الصحيح في تسلسل الحمض النووي الأصلي. الواجهة التي طورتها الشركة الخليجية متاحة حاليًا مجانًا لجميع المستخدمين، وتم نشر النسخة التجريبية في مارس 2013.

هناك حاجة إلى مختبرات لعامة الناس

بالطبع، لا تزال هناك حاجة إلى معرفة كبيرة بعلم الأحياء لاستخدام البرنامج، كما يقول أميراف دروري، ولكن الهدف النهائي هو تحقيق "إضفاء الطابع الديمقراطي على عملية الخلق البيولوجي"، لذلك سيتم أيضًا إضافة وظائف مختلفة في المستقبل. إلى البرنامج، مثل التحذير من أخطاء التخطيط، إذا حاولت، على سبيل المثال، تصميم كائن يفتقر إلى الجين الأساسي. كما سيوفر البرنامج قاعدة بيانات أكبر وأكثر تنظيمًا وشرحًا للبيانات الوراثية، بالإضافة إلى بيانات حول الهياكل ثلاثية الأبعاد للبروتينات. يخطط أميراف دروري وشركاؤه للبرمجة في وظيفة مشاركة تسمح لعامة الناس بمراجعة المعلومات وإجراء التصحيحات والتحسينات على المنتج.

وبهذه الروح، يقوم أميراف دروري أيضًا بإنشاء وترويج الفرع الأول من DIYbio (علم الأحياء - افعل ذلك بنفسك)، وهي مبادرة عالمية تهدف إلى أن تفعل في علم الأحياء ما فعله صانعو الإلكترونيات والروبوتات. يبحث المشروع الإسرائيلي الآن عن مساحة وتمويل لمختبر عام يسمح للناس بتحقيق رؤيتهم البيولوجية حتى دون أن يكونوا أكاديميين.

هل تريد أمثلة للمشاريع المحتملة؟ يحكي أميراف دروري، على سبيل المثال، عن مجموعة أدوات الكشف عن الزئبق في الماء. كل ما نحتاجه هو تصميم بكتيريا تحمل جينًا لرائحة الموز، والتي يتم تنشيطها في وجود الزئبق. إذا وضعنا البكتيريا في الماء وكانت رائحتها مثل رائحة الموز، فهذا يعني أنها سامة. هناك مشروع آخر، اقترحته أندريا سترومر من DIYbio في أوروبا، وهو صنع نباتات تتوهج في الليل. بدلاً من الاتصال بالبلدية والشكوى في كل مرة ينطفئ فيها ضوء الشارع، يمكنك زراعة شجرة بجوار المنزل تشرق ليلاً، عليك فقط محاولة برمجة مفتاح إيقاف التشغيل. ولهذا المشروع، الذي تم تصميمه بمساعدة واجهة دول مجلس التعاون الخليجي، قررت الشركة جمع الأموال على موقع Kickstarter. أولئك الذين يرغبون في المشاركة، مدعوون للدخول إلى الموقع: http://glowingplant.com/kickstarter

صندوق باندورا؟

تستحوذ البيولوجيا التركيبية على خيال الكثيرين، لكن الخيال يمكن أن يصبح جامحًا. اليوم، أصبحت الكائنات الحية بسيطة في الغالب، بدءًا من البكتيريا المستخدمة في التشخيص، والتي ستختبر الأمراض في أجسامنا أو المواد السامة والملوثة في التربة والمياه، إلى البكتيريا والنباتات البسيطة التي ستحول الضوء إلى وقود حيوي. ولكن قاب قوسين أو أدنى قد تكمن مخلوقات أكثر قتامة. واليوم بالفعل، هناك من يعترض على الحيوانات المضيئة، التي، بمساعدة أساليب الهندسة الوراثية، تعبر عن بروتين الفلورسنت في قنديل البحر. وماذا عن التخطيط لسلاح بيولوجي؟ لمحاولة التعامل مع هذا الاحتمال، يخطط أميراف دروري لدمج وظيفة الأمن البيولوجي في البرنامج الذي لن يسمح بتصميم كائنات تعبر عن الجينات الضارة. ولكن من الأصعب أن نعطي إجابة فنية بسيطة للمشاكل الأخلاقية. فماذا سيحدث، على سبيل المثال، للكائنات الذكية التي قد تعاني من الألم الجسدي أو الضيق العقلي بعد سوء التخطيط؟

ومع ذلك، فإن هذا المستقبل يقترب بسرعة فائقة. يتذكر أميراف دروري كيف أنه عندما وصل إلى جامعة ستانفورد في عام 2007، كانت تكلفة تخليق الحمض النووي بضعة دولارات لكل زوج من النيوكليوتيدات. وبحلول الوقت الذي ترك فيه الجامعة، كانت التكلفة قد انخفضت إلى ربع دولار لكل زوج من القواعد، وهي اليوم أقل من ذلك. علاوة على ذلك، أعلنت شركة "Synthetic Genomics" وشركة Integrated DNA Technologies مؤخرًا عن خططهما لتمكين الإنتاج التجاري وعند الطلب لتسلسلات الحمض النووي التي يصل طولها إلى مليوني نيوكليوتيدات. وللمقارنة، يبلغ حجم جينوم Mycoplasma Labortorium حوالي 2 مليون نيوكليوتيدات، بينما يبلغ حجم جينوم E. coli 1.1 مليون نيوكليوتيد، وبالتالي فإن التقنيات التي طورتها هذه الشركات ستجعل من الممكن بسهولة إنتاج البكتيريا حسب الطلب، وفي المستقبل حتى مخلوقات أكثر تطورا.

سواء كنت مستعدًا أم لا، فالمستقبل هنا بالفعل...

والمزيد حول هذا الموضوع

موقع الشركة الخليجية : شبكة الاتصالات العالمية.مترجم الجينومكوم

موقع DIYbio في إسرائيل: https://groups.google.com/forum/#!topic/diybio-israel/KRDK2G4ESRs فيسبوك