لغة برمجة لبناء الحمض النووي الاصطناعي

على غرار الطريقة التي يستخدم بها علماء الكمبيوتر لغات البرمجة Java وPython لكتابة كود الكمبيوتر، سيتمكن الكيميائيون قريبًا من استخدام مجموعة محددة من التعليمات "لبرمجة" سلوك جزيئات الحمض النووي داخل أنبوب اختبار أو خلية.

نجح فريق بحثي من جامعة واشنطن في تطوير لغة برمجة للكيميائيين ستسمح لهم بتسريع تطوير شبكة يمكنها توجيه سلوك التفاعلات الكيميائية بنفس الطريقة التي توجه بها وحدات التحكم الإلكترونية نشاط السيارات والروبوتات وغيرها من الأجهزة. وفي مجال الطب، يمكن استخدام هذه الشبكات كأنظمة متطورة لتوصيل الأدوية أو كأجهزة استشعار للكشف عن الأمراض على المستوى الخلوي. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Nanotechnology.

يستخدم الكيميائيون ومحاضرو الكيمياء الشبكات لتوضيح التفاعلات الكيميائية، وهي شبكات تعتمد على لغة معادلات عمرها قرن من الزمان تصف كيفية تصرف مخاليط المواد الكيميائية. يأخذ المهندسون في جامعة واشنطن هذه اللغة خطوة أخرى إلى الأمام ويستخدمونها لكتابة برامج توجه حركة الجزيئات المصممة حسب الطلب.

وقال جورج سيليج، أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر بجامعة واشنطن: "لقد بدأنا بوصف رياضي مجرد للنظام الكيميائي، ثم استخدمنا الحمض النووي لبناء جزيئات توضح الديناميكيات المرغوبة". "رؤيتنا هي أنه في نهاية المطاف سيكون من الممكن استخدام هذه التكنولوجيا لبناء أدوات للأغراض العامة."

اليوم، عندما يقوم عالم الأحياء أو الكيميائي بإنشاء نوع معين من الشبكات الجزيئية، فإن العملية الهندسية معقدة ومرهقة وفريدة من نوعها لهذا النظام فقط. أراد المهندسون من جامعة واشنطن إنشاء بنية تحتية توفر للعلماء مرونة أكبر. ويقارن الباحث الرئيسي منهجهم الجديد مع لغات البرمجة التي تعلم الكمبيوتر ما يجب القيام به. يقول الباحث الرئيسي: "أعتقد أن طريقتنا جذابة للغاية لأنها تسمح لك بحل أكثر من مشكلة واحدة فقط". "إذا كنت تريد أن يقوم الكمبيوتر بإجراء مختلف، فما عليك سوى برمجة التعليمات الخاصة به. مشروعنا مشابه جدًا لهذا، يمكننا أن نقول للكيمياء ما يجب القيام به."

لدى البشر والأنواع الأخرى بالفعل شبكات معقدة من الجزيئات بحجم النانومتر التي تساعد على تنظيم نشاط الخلايا والحفاظ على الأداء الطبيعي للجسم. يبحث العلماء اليوم عن طرق جديدة لتطوير أنظمة اصطناعية تتصرف مثل الأنظمة البيولوجية على أمل أن تساعد هذه الجزيئات الاصطناعية في أداء وظائف الجسم الطبيعية. ولتحقيق هذه الغاية، هناك حاجة لتطوير جزيئات الحمض النووي الاصطناعية التي تتغير وفقًا لوظيفتها المحددة.

وعلى الرغم من أن الطريقة الجديدة ليست جاهزة بعد للتطبيق في مجال الطب، إلا أن استخدامها في المستقبل سيكون قادرًا على الاستفادة من هذه الشبكات لإنشاء جزيئات تخضع للتجميع الذاتي داخل الخلايا ويمكن استخدامها كأجهزة استشعار "ذكية". يمكن استيعاب هذه الجزيئات في الخلايا، ومن ثم برمجتها لاكتشاف العيوب في الخلية والاستجابة لها حسب الحاجة، ربما، على سبيل المثال، عن طريق توصيل الأدوية مباشرة إلى تلك الخلايا.
أخبار الدراسة