"المسجل الجزيئي" سيكشف أسرار نمو الدماغ
ولأول مرة تم تشفير فيلم بدائي في خلايا الحمض النووي الحية ومن ثم عرضه منها. يقول العلماء الذين تمولهم المعاهد الوطنية للصحة (NIH) إنها خطوة مهمة نحو "المسجل الجزيئي" الذي قد يجعل من الممكن يومًا ما الحصول على قراءات، على سبيل المثال، من الحالات الداخلية المتغيرة للخلايا العصبية أثناء تطورها.
"نريد تحويل الخلايا إلى مؤرخين"، أوضح عالم الفيزياء العصبية سيث شيبمان، دكتوراه، وزميل ما بعد الدكتوراه في كلية الطب بجامعة هارفارد في بوسطن. "نحن نتصور نظام ذاكرة بيولوجية أصغر بكثير وأكثر تنوعا من تقنيات اليوم، والتي سوف تتبع العديد من الأحداث بشكل غير جراحي مع مرور الوقت."
قدم كل من شيبمان ودكتوراه جامعة هارفارد، جورج تشيرش، وجيفري ماكليز، وجيف نيفالا، إثباتًا لمفهوم "فيلم المُبرِقة الكاتبة الجزيئية" المستقبلي على الإنترنت في 12 يوليو في مجلة Nature. تم تمويل هذا العمل من قبل المعهد الوطني للصحة العقلية التابع للمعاهد الوطنية للصحة، والمعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية، والمعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري.
يقول الباحثون إن القدرة على تسجيل مثل هذه الأحداث المستمرة مثل فيلم على المستوى الجزيئي هي المفتاح لفكرة إعادة اختراع مفهوم التسجيل باستخدام الهندسة الجزيئية. باستخدام هذه الطريقة، سيكون من الممكن جعل الخلايا نفسها تسجل الأحداث الجزيئية - مثل التغيرات في التعبير الجيني مع مرور الوقت - في جينوماتها. وبعد ذلك، سيكون من الممكن استرجاع المعلومات ببساطة عن طريق تسلسل جينومات الخلايا المخزنة فيها.
وأضاف شيبمان: "إذا كانت لدينا خطوات النسخ هذه، فمن المحتمل أن نستخدمها كوصفة لهندسة خلايا مماثلة". "سيكون من الممكن استخدامها لإنشاء نماذج مرضية - أو حتى علاجات."
أولا وقبل كل شيء، كان على الباحثين أن يوضحوا أنه يمكن استخدام الحمض النووي لتشفير المعلومات الجينية في الجينوم، ولكن أيضا أي معلومات تسلسلية عشوائية. وللقيام بذلك، لجأوا إلى تقنية كريسبر، وهي تقنية تحرير الجينات المتقدمة التي تمولها المعاهد الوطنية للصحة. أولاً، أظهروا أنهم يستطيعون تشفير واسترجاع صورة يد الإنسان في الحمض النووي المُدخل في البكتيريا. ثم قاموا بالمثل بترميز الصور (الإطارات) وإعادة بنائها من تسلسل صور كلاسيكي يعود إلى سبعينيات القرن التاسع عشر يظهر حصانًا متسابقًا وهو يتحرك، وهي نسخة مبكرة من الصورة المتحركة.
وكان الباحثون قد أظهروا سابقًا أنه بإمكانهم استخدام تقنية كريسبر لتخزين تسلسل الحمض النووي في البكتيريا. كريسبر عبارة عن مجموعة من البروتينات والحمض النووي التي تعمل كجهاز مناعي في بعض البكتيريا، حيث تقوم بتطعيمها بذكريات وراثية للعدوى الفيروسية. عندما يصيب فيروس بكتيريا، تقوم تقنية كريسبر بقطع جزء من الحمض النووي الغريب وتخزينه في جينوم البكتيريا. ثم تستخدم البكتيريا الحمض النووي المخزن للتعرف على الفيروس والدفاع عن نفسها ضد الهجمات المستقبلية.
وأوضح شيبمان: "بسبب طبيعة كريسبر المستمرة، فهو نظام جذاب لتسجيل الأحداث مع مرور الوقت".
ثم قام الباحثون بالمثل بترجمة خمس صور من تسلسل صور حصان السباق المتحرك إلى الحمض النووي. لمدة خمسة أيام، عالجوا البكتيريا بشكل مستمر في رقعة من الحمض النووي المترجم. وبعد ذلك، تمكنوا من إعادة إنشاء الفيلم بدقة تصل إلى 90% عن طريق تسلسل الحمض النووي للبكتيريا.
وعلى الرغم من إمكانية استخدام هذه التكنولوجيا بعدة طرق، إلا أن الباحثين يأملون في استخدامها في نهاية المطاف في أبحاث الدماغ.
وقال شيبمان: "نريد استخدام الخلايا العصبية لتسجيل التاريخ الجزيئي للدماغ أثناء النمو". "مثل هذا المسجل الجزيئي سيسمح لنا في النهاية بجمع البيانات من كل خلية في الدماغ مرة واحدة، دون الحاجة إلى الوصول إليها، أو مراقبة الخلايا مباشرة، أو التدخل في النظام لاستخراج المواد الجينية أو البروتينات."
فيديو:
تعليقات 6
من كتب أنه في أجهزة الكمبيوتر المصنوعة من السيليكون "تنتقل الإشارات الكهربائية عبر أسلاك معدنية تربط المكونات الإلكترونية"؟
وهذا ينطبق على أجهزة الكمبيوتر المحمولة منذ ثمانين عامًا. وبعد ذلك جاءت أجهزة الكمبيوتر الترانزستورية، تليها أجهزة الكمبيوتر السيليكونية. وفي شريحة السيليكون مثل "الأسلاك" و"المكونات"، ملايين منها، كما لو كانت مطبوعة على شريحة سيليكون بحجم سنتيمتر واحد. وبما أن المعلومات تتدفق بسرعة الضوء، فعندما تم تقليل الحجم الفعلي للدائرة المنطقية ملايين المرات، زادت سرعة التنفيذ أيضًا ملايين المرات. وكل هذه قصة قديمة من الثمانينات.
وكيف ستعبر البكتيريا حاجز الدم في الدماغ؟ اصدقاء ؟
"هذا غير منطقي!!! بالنسبة لدراسة الخلايا العصبية في الوقت الحقيقي، لأنه إذا قام كريسبر بتمزيق أجزاء من الحمض النووي منها، فإنه سيؤدي في الواقع إلى تدميرها أو انهيارها. لذلك ليس من الدقة الادعاء بأن لدينا جهاز تسجيل للدماغ في أيدينا، لدينا سكين جزيئي في يد طبيب علم الأمراض.
تصحيح لي الأب
وبالطبع السؤال الذي يطرح نفسه: هل يشير مثل هذا الفيلم إلى تخطيط أم إلى عملية طبيعية. فكر في الخطوة التالية: الروبوت الذي سيتكون من مادة عضوية (سيحتوي على الحمض النووي والبروتينات وآلة النسخ).
لأن ملف الحمض النووي يحتوي على الكثير من التسلسل الذي لا معنى له، مما يعني مساحة كبيرة غير مشفرة للجينات ويبدو أنه ليس له أي فائدة (أو ما زلنا لا نعرف ما هو استخدامه) سواء في الفراغات بين الجينات أو في نهاية الملف (التيلوميرات)
وهذا سيجعل من الممكن في المستقبل كتابة معلومات أو كتب أو إدخال أفلام في الحمض النووي للنباتات أو الحيوانات، وستكون الحيوانات قادرة على التكاثر والاحتفاظ بهذه المعلومات في جميع أجيالها.
على سبيل المثال، إذا تم إنتاج نبات معدل وراثيا في المستقبل، فإنه سيكون من الممكن إدراج كافة تفاصيل التطوير والمصادر، وكذلك اسم الشركة المصنعة وعنوانها، وحتى صورته في الحمض النووي لذلك. المصنع، أو تفاصيل تسجيل براءة الاختراع، والتحذيرات ضد انتهاك حقوق الطبع والنشر، والمزيد (كما هو الحال اليوم في أكواد البرمجيات).
مقال ذكر الشريط الذي تم اختراعه لإثبات أن جميع أرجل الحصان يمكن أن تكون في الهواء في نفس الوقت أثناء العدو. المقال في "هيدان":
https://www.hayadan.org.il/eadweard-muybridge-090412