“النقط الجميلة”: الحياة الاصطناعية تقترب خطوة واحدة حيث يقوم العلماء بإنشاء خلايا باستخدام الحمض النووي المُصنع في المختبر | علوم

يقول الباحثون إنهم أصبحوا أقرب إلى خلق الحياة من الصفر بعد بناء نقاط صغيرة تهتز تستخدم الحمض النووي المصنوع في المختبر للتغذية والنمو والتكاثر في طبق.

تُصنع الخلايا الاصطناعية من مركبات كيميائية ويُعتقد أنها أول الخلايا التي تظهر دورة الخلية الكاملة للنمو والتكاثر الجيني والانقسام لإنتاج الجيل التالي.

يثير هذا العمل إمكانية تصميم وتصنيع كائنات اصطناعية لإنتاج الأدوية والغذاء والوقود وغيرها من المواد. ولكنها قد تسلط الضوء أيضًا على السؤال العميق حول كيفية عبور تجمعات معينة من المادة غير الحية عتبة الحياة.

وقالت الدكتورة كيت أدامالا، التي قادت البحث في جامعة مينيسوتا: “إنها ليست قوية أو سريعة أو جيدة في معظم وظائفها مثل الخلية الطبيعية، ولكنها دليل على مبدأ أن الجزيئات يمكنها إعادة إنتاج الخصائص التي ربطناها حتى الآن فقط بالخلايا الحية الطبيعية”.

لقد حاول العلماء خلق حياة اصطناعية منذ عقود. في عام 2010، قام كريج فنتر، رائد علم الوراثة الراحل، ببناء كائن حي يعتمد على بكتيريا تسبب التهاب الضرع في الماعز. وقد حقق آخرون مآثر مماثلة.

وبدلاً من تعديل الخلايا الطبيعية، قام فريق Adamala ببناء SpudCells من الألف إلى الياء للتأكد من أن كل مكون معروف ومفهوم. يبدأون بكريات صغيرة مملوءة بالماء تسمى الجسيمات الشحمية ويبلغ عرضها عدة أجزاء من الألف من المليمتر، وتضيف كمية صغيرة من الحمض النووي الاصطناعي لتوفير الوظائف الأساسية. يطلق عليها Adamala اسم SpudCells لاستحضار سبوتنيك وفجر عصر الفضاء، لكن هذا ليس السبب الوحيد. قال: “أنا بولندي”. “أنا في الغالب مصنوع من البطاطس.”

تعمل SpudCells فقط مع سائل مليء بالمواد الكيميائية المهمة مثل ATP، وهو الجزيء الرئيسي الذي يحمل الطاقة والذي تنتجه الخلايا الحية من العناصر الغذائية. لكي تنمو، تقوم SpudCells بخلط الجسيمات الشحمية “المغذية” الصغيرة مع السائل. يحتوي على جزيئات وإنزيمات وهياكل مجهرية تسمى الريبوسومات التي تحتاجها SpudCells لصنع البروتينات. يحمل جينوم SpudCell تعليمات أخرى لنسخ جينومه وتقسيمه.

لتكرار المفهوم التطوري للبقاء للأصلح، أظهر الباحثون كيف انتشرت خلايا SpudCells التي تتمتع بميزة النمو الجيني بين السكان، متجاوزة خلايا SpudCells الأصلية. وقال البروفيسور توم إليس، من إمبريال كوليدج لندن، إن هذا العمل ربما كان “أكبر تطور في الزراعة في الآونة الأخيرة”.

وقال إليس: “إن إنشاء خلية اصطناعية سيساعدنا على فهم الحد الأدنى من متطلبات الحياة وكيف تنشأ الحياة من الكيمياء”. “إنه مفيد أيضًا لأنه يوفر نظامًا مفهومًا تمامًا لاختبار الدوائر البيولوجية ونماذج الكمبيوتر للحياة الخلوية.”

وقال أدامالا إن رؤية الانقسام في SpudCells كان صادمًا للمشاهدة. “إنها واحدة من أجمل الصور التي رأيتها على الإطلاق، لكن من الواضح أنني متحيز. بالنسبة لمعظم الناس، عندما تنظر إليها تحت المجهر، لا تبدو كبيرة… إنها فقاعة.” وأضاف أن SpudCells ليست حية، ولكنها يمكن أن تكون هيكلًا يمكن بناء الحياة عليه.

بالنسبة لأدامالا، يعد هذا العمل دليلا على مبدأ أن الخلايا الاصطناعية يمكن أن تتصرف مثل الخلايا الحية. لكنها ليست بنفس قدرة الخلايا الحية. تعتمد SpudCells بشكل كامل على مكونات ومكونات السائل الذي يتم غمرها فيه. لا يمكنهم إنشاء آلات صنع البروتين الخاصة بهم، أو التحكم في عملية التمثيل الغذائي، أو تنظيف النفايات. وعندما تنقسم، فإنها غالبًا ما تنقل كمية خاطئة من الحمض النووي. يغضبون بعد بضعة أجيال.

أطلق أدامالا وآخرون مؤسسة تسمى Biotic لجمع الخبرات العالمية وتحويل SpudCells إلى شيء أكثر إثارة للإعجاب. الهدف، وفقًا للمؤسس المشارك البروفيسور درو إندي، وهو مهندس حيوي في جامعة ستانفورد، هو بناء “نظام تشغيل للحياة” مصنوع من الجينات والكيمياء الحيوية. تم إصدار الدراسة كنسخة أولية، قبل مراجعة النظراء، حتى تتمكن المعامل الأخرى من التحقق من العمل دون تأخير.

وتساءل البروفيسور جون دوبري، الفيلسوف ومؤسس مركز دراسة علوم الحياة بجامعة إكستر، عن جدوى هذه الخلايا الاصطناعية وما إذا كانت أكثر فعالية في إنتاج الأدوية والغذاء والوقود والمواد من الخلايا البكتيرية المعدلة. وأضاف أنهم ربما لا يخبروننا حتى عن الحياة. وقال: “ربما يوفر هذا حجة مقنعة ضد أولئك الذين يعتقدون أن هناك بعض المواد غير المادية بالإضافة إلى المواد الكيميائية التي تبث الحياة في الأشياء المادية. ولكن لا يوجد عالم تقريبا اليوم يؤمن بهذا”.

وأضاف: “أعتقد أن ما نفتقده هو الجانب العلائقي للحياة الذي أصبح واضحًا مع الإدراك المتزايد بأن الحياة تكافلية عالميًا تقريبًا”. “إذا تم استخدام الخلايا الاصطناعية فقط لإنتاج مواد كيميائية قيمة، فإن هذا الجانب العلائقي سيكون غائبا، ولكنه أيضا أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام في الكائنات الحية الفعلية.”