الكمبيوتر الموجود في كل خلية

مقابلة مع البروفيسور أوري ألون بمناسبة فوزه بجائزة برونو

البروفيسور أوري ألون من معهد وايزمان يبحث في العلاقة بين الفيزياء وعلم الأحياء. في كل خلية من خلايا جسم الإنسان، وفي الواقع في كل خلية حية، هناك نوع من "الحواسيب البيوكيميائية"، التي تتكون من آلاف أنواع البروتينات. تُستخدم بعض هذه البروتينات كأجهزة استشعار تدرك ما يحدث في البيئة وتنقل المعلومات إلى بروتينات أخرى من خلال التفاعلات الكيميائية. ونتيجة لذلك تقوم الخلية بأفعال مثل الانقسام والانتحار وتغيير المكان أو التركيب وغير ذلك.

وبحسب البروفيسور ألون، فإن الأعطال في هذا الكمبيوتر هي أساس العديد من الأمراض، عندما تقوم الخلايا بأفعال ليس من المفترض أن تقوم بها. في العقود الأخيرة، تراكم الكثير من المعرفة حول البروتينات والتفاعلات التي تحدث بينها، ولكن لا تزال هناك فجوة بين هذه المعلومات وفهم العمل البيولوجي للخلايا، وهو العمل المشترك للعديد من البروتينات وغيرها. المكونات التي تعمل كنظام. "في المختبر في معهد وايزمان نحاول فهم مبادئ تصميم الدوائر البيولوجية. ويعتمد البحث على نماذج رياضية وتجارب عالية الدقة، نقوم من خلالها بفك وظيفة البروتينات داخل الخلايا الحية".

"إن الاكتشاف الأكثر شهرة للمختبر كان في عام 2002. لقد توصلنا إلى استنتاج مفاده أن شبكة التفاعلات بين البروتينات المختلفة في الخلية، والتي كان من الممكن أن تكون معقدة بشكل لا نهائي والتي تتضمن آلاف التفاعلات، تتكون في الواقع من عدد صغير من الأنماط التي تكرر نفسها مرارا وتكرارا. يمكن مقارنة كل من هذه الأنماط بدائرة أساسية من البروتينات التي تؤدي إجراءً محددًا، مثل تصفية الضوضاء أو تحديد الترتيب الزمني الدقيق للإجراءات أو محاولة جمع أو تنفيذ تكامل ومشتق (تمامًا كما يجعل الإجراء المشتق من الممكن لاكتشاف التغيرات بحساسية عالية، وكذلك بعض البروتينات داخل الخلية). نحن نسمي هذه الأنماط بالزخارف، وهي تعادل الزخارف المتكررة في الرسم أو الموسيقى. هذه الزخارف، التي تبين أنها موجودة في جميع أنواع الخلايا، تزود العلماء بلغة يتحدثون بها عن الدوائر الأساسية للكمبيوتر الخلوي. ومنذ ذلك الحين تمت دراستها هنا وفي العديد من المختبرات حول العالم. تعتبر الزخارف أحد الركائز الأساسية لمجال جديد - بيولوجيا الأنظمة."

يوضح ألون، الذي كتب الكتاب الرئيسي في هذا المجال، أنه من أجل التحقيق في هذه الدوائر، طور فريق المختبر طرقًا تجريبية لمراقبة عمل البروتينات داخل الخلايا الحية، مع أخذ البكتيريا والخلايا السرطانية البشرية كنماذج أولية. ووفقا له، تتطلب كل دائرة من هذا القبيل برنامج بحث كامل، كما هو الحال مع قضايا مثل بناء أنظمة معقدة من خلال الجمع بين العديد من هذه الدوائر الأساسية.

وفي مختبر ألون، فحص الباحثون أيضًا كيفية تطور هذه الآليات. إنهم مفتونون بشكل خاص بسؤال لماذا تتكون الخلية بشكل عام من هذا العدد الصغير من الدوائر الأساسية. من وجهة نظر الباحثين، هذه بالفعل ميزة مفيدة، تسمح لهم بفهم عملها، ولكن لماذا طورت الطبيعة هذه الآلية؟ ويوضح قائلاً: "إن مبدأ تجميع الأنظمة المعقدة من مكونات بسيطة يستخدمه المهندسون جيدًا". "من الممكن أن تكون للأنظمة البيولوجية مبادئ تصميمية مشابهة لمبادئ التصميم الهندسية، لأن هذه المبادئ هي الطريقة الوحيدة للحفاظ على الأنظمة المعقدة التي تعمل في العالم. يعد البحث الأساسي حول هذه المبادئ نقطة انطلاق جيدة لفهم كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر في الخلية، وفي المستقبل أيضًا للوصول إلى جذور الأمراض الناجمة عن الاضطرابات في الكمبيوتر الخلوي.

دفع الفضول ألون إلى الانخراط في العلوم الأساسية. "من المهم جداً التأكيد على أن أهم الاختراعات أو الاختراقات العملية التي أثرت في حياتنا جاءت نتيجة اكتشافات قام بها علماء اتبعوا فضولهم دون نية حل مشكلة عملية. ولذلك، فإن العلوم الأساسية مهمة ليس فقط باعتبارها نشاطًا ثقافيًا لاكتساب معرفة جديدة، ولكن أيضًا لإيجاد اختراقات غير متوقعة".

كيف نصل إلى مثل هذا العلم الأساسي في القرن الحادي والعشرين، هو سؤال مثير للاهتمام في حد ذاته، لأنه دائمًا عندما نعتقد أننا نفهم عمل النظام، يتبين أن هناك طبقة أخرى في الطبيعة. وفقًا لألون، فإن فهم النظام الخلوي يعتمد على الكثير من المعلومات، لدرجة أن الأمر استغرق عقودًا حتى أصبح النشاط العلمي قادرًا على توفير المعرفة المطلوبة حول البروتينات وتفاعلاتها، والتي من شأنها أن تسمح للعلماء بالمرور بمرحلة - وتطوير الوصف الرياضي لنظام البروتين الذي يعمل معًا. ويقول: "بالإضافة إلى ذلك، كانت هناك حاجة أيضًا إلى تطورات تكنولوجية تسمح لنا بمراقبة تصرفات البروتينات". "من قاعدة المعرفة هذه يمكننا الوصول إلى مستوى جديد من الفهم حول دمج الأجزاء في الأنظمة، والذي يمكن فهمه بنفس المستوى الذي يتم فيه فهم الأنظمة في الفيزياء والهندسة. تتيح هذه الدراسات فهمًا أفضل لكيفية بناء الدوائر البيولوجية التي يتكون منها الكمبيوتر الخلوي. على مر السنين كان هناك مثل هذا التيار في علم الأحياء، لكنه تحول اليوم من تيار هامشي إلى مجال رئيسي. ولحسن الحظ، تحدث اختراقات في هذا المجال في إسرائيل، على سبيل المثال عمل نعمة باركاي، التي حصلت على جائزة برونو قبل عدة سنوات.

على الرغم من إنجازاته المذهلة، فقد تبين أن علم الأحياء ليس مجال اهتمام ألون الوحيد. ويقول: "أنا مهتم بإيجاد الجسور بين العلوم السلوكية والعلوم الإنسانية والعلوم الطبيعية". "أحد الاتجاهات هو إضافة التعليم واللغة أثناء تدريب العلماء، حتى يكتسبوا المزيد من المعرفة حول العلاقات بين الأشخاص والجوانب العاطفية والذاتية للعلوم. سيؤدي هذا إلى خلق بيئة من شأنها تحسين نوعية الحياة في مجال العلوم، وفي رأيي، سوف تتيح أيضًا المزيد من العلوم الأصلية. وعلى وجه الخصوص، يشكل التعليم الذي يفتح "العيون السياسية" لطلاب الدكتوراه والعلماء الشباب أهمية كبيرة، حتى لا نصبح سلبيين. وحدهم العلماء المتحدون هم من يستطيعون حماية العلم كمهنة من التخفيضات ومحاولات النيل من مكانته العامة".

الشخص الذي أثر فيّ أكثر من غيره: دوف شوارتز وديفيد مكمل، اللذين كانا المشرفين على رسالة الدكتوراه. عندما أرشد الطلاب أسمع أصواتهم في رأسي، وأنا ممتن لهم.

رأيي في وضع التعليم في إسرائيل: تتمتع دولة إسرائيل بإمكانيات ثقافية وعلمية هائلة بفضل قدرات سكانها، لذلك من المهم أن يكون التعليم والبحث والثقافة على رأس أولويات الدولة.