يقوم باحثون من جامعة رايس والمركز الطبي بجامعة كانساس بتطوير دوائر وراثية ستكون قادرة على أداء مهام أكثر تعقيدًا من خلال استبدال وحدات بناء البروتين.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
يقوم الباحثون في جامعة رايس والمركز الطبي بجامعة كانساس بتطوير دوائر وراثية يمكنها أداء مهام أكثر تعقيدًا عن طريق تبديل وحدات بناء البروتين.
يمكن استخدام الدوائر الجينية المعيارية التي تم تطويرها من الجينومات البكتيرية غير ذات الصلة للتعامل مع إشارات المدخلات الكيميائية المتعددة في وقت واحد مع الحد الأدنى من الإزعاج لبيئتها. وتوفر نتائج البحث، المنشورة في المجلة العلمية ACS Artificial Biology، للعلماء المزيد من الخيارات عندما يتعلق الأمر بتصميم خلايا اصطناعية مصممة لمهام محددة، على سبيل المثال، إنتاج الوقود الحيوي، وعلاج الأضرار البيئية، وعلاج الأمراض التي تصيب الإنسان.
وقام الباحثون ببناء دوائر منطقية وراثية معقدة مماثلة لتلك المستخدمة في بناء أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية التقليدية. في الدائرة البسيطة، إذا تم استقبال إشارتي دخل، تقوم الدائرة بتنفيذ التعليمات المرتبطة بهما. في دائرة وراثية تعتمد على هذا النوع من الدوائر المنطقية (ويكيبيديا)، يمكن لدائرة المنطق الجيني أن تعزز إنشاء بروتين محدد عندما تستشعر مادتين كيميائيتين - أو يمكن أن تشجع الحمض النووي للخلية على تثبيط تكوين هذا البروتين.
أصبح إنتاج الدوائر البسيطة أسهل فأسهل مع قيام علماء الأحياء الاصطناعية بتطوير المزيد والمزيد من الأدوات العلمية للقيام بذلك، لكنهم ما زالوا بحاجة إلى أدوات أكثر تطوراً للمشكلات المعقدة. يقول الباحث الرئيسي: "أحد الأهداف الرئيسية لهذه التكنولوجيا هو القدرة على السماح للخلايا بالإحساس والاستجابة لبيئتها بطريقة مبرمجة". "نحن نهتم ببرمجة الخلايا حتى تصل إلى البيئة وتقوم بالمهام المطلوبة منها هناك." ويوضح الباحث: "في الوقت الحالي، إحدى الطرق الرئيسية للقيام بذلك هي من خلال البوابات المنطقية من نوع التشفير. تشبه هذه الدوائر الدوائر الإلكترونية، وهي نفس البوابات المنطقية الموجودة في أجهزة الكمبيوتر لدينا. وفي الخلايا، تعمل هذه البوابات بشكل مختلف قليلاً، لكن أوجه التشابه بينها كثيرة."
تتفاعل البوابات المنطقية التي يتم تطويرها اليوم بطريقة مبرمجة عندما تستشعر المواد الكيميائية في بيئتها المباشرة. في حالة وجود مجموعات معينة من المواد الكيميائية في البيئة، ستقوم البوابة بتنشيط الجين الذي قد يمنع أو يشجع التعبير عن البروتين المرتبط به. يوضح الباحث: "يتم إجراء الكثير من الأبحاث في مجال البيولوجيا التركيبية على برمجة الخلايا حتى تتمكن من اتخاذ القرارات بطريقة أفضل وأكثر كفاءة". "لقد وجدنا طريقة جديدة لإنشاء أنظمة وراثية معيارية وسهلة الإنتاج مصممة لتطوير بوابات النسخ بمستوى استجابة عالٍ."
يعتمد البحث نفسه على مجموعة أدوات وراثية لعوامل النسخ الخيميري. تجمع هذه البروتينات المعيارية بين قدرة التنظيم الجيني لأحد عوامل النسخ وقدرة الاستشعار البيئي لعامل آخر. أثبت الباحثون أن ما يصل إلى 4 كائنات كيميرا ذات أشكال ربط متطابقة للحمض النووي يمكن أن تعمل معًا وتعمل كبوابات تستقبل إشارات إدخال متعددة - مسؤولة عن تثبيط أو تجاوز التثبيط - لجينات محددة. نجح الباحثون في اختبار قدرة مجموعات الكيميرا في بكتيريا الإشريكية القولونية على زيادة أو تقليل تنظيم التعبير للجين الذي يشفر البروتين الفلوري الأخضر. يوضح الباحث: "عادة، عند تطوير البوابة المنطقية الجينية، من الضروري مراعاة العديد من الجينات في الخلفية التي تسمح للبوابة بالعمل".
"لقد تمكنا من إلغاء الحاجة إلى جينات الخلفية هذه عن طريق برمجة عوامل النسخ - وهي بروتينات محددة تعمل على تشغيل الجينات أو إيقافها استجابة للظروف البيئية. يقول الباحث الرئيسي: "الآن، نحن قادرون على برمجة كل من الاستشعار البيئي والتنظيم الجيني في نفس النظام".
ويقول الباحث إنه يتوقع أن تكون البيولوجيا التركيبية قادرة على معالجة العديد من القضايا. "قد نكون قادرين على استخدام الخلايا حتى تتمكن من الإبلاغ عن العدوى البيئية أو حتى علاجها؛ أو يمكننا برمجتها لاكتشاف النمو في الجسم والاستجابة له. ولهذا، يجب علينا أن نوجه الخلايا إلى استشعار بيئة الورم، والاعتماد على المواد الكيميائية التي تكتشفها الخلايا، والتفاعل وفقًا لذلك. ويضيف الباحث: "في مجال التخمير، على سبيل المثال، سيرغب مهندسو التكنولوجيا الحيوية في تنظيم الجينات في الخلايا من أجل تغيير مراحل العملية المرغوبة. وستكون هذه الدوائر الجديدة قادرة على استشعار أنواع مختلفة من السكريات الموجودة في المزرعة وتوجيه تنظيم الجينات من أجل الحصول على أقصى استفادة من الإنتاج."
أخبار الدراسة
