يقول العلماء إنهم قاموا ببناء “خلية اصطناعية” يمكنها أن تأكل وتنمو وتنقسم بطريقة تشبه الخلايا الحية.
البحث، صدر في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة com.bioRxiv 2 يوليو، لم تتم مراجعته بعد من قبل النظراء. لقد قدمت SpudCell، وهو نوع جديد من الخلايا الاصطناعية، وكانت بمثابة خطوة رائعة نحو إنشاء خلايا حية من الصفر. ولكن للدراسة مع المؤلف كيت أدامالاهو عالم أحياء اصطناعية في جامعة مينيسوتا، وهو أبعد ما يكون عن الجزء الأكثر إثارة للاهتمام في الوظيفة.
وقال أدامالا لموقع Live Science: “لا أعتقد أن (SpudCell) على قيد الحياة”. وبدلاً من ذلك، وصف النظام بأنه إطار من شأنه أن ينتج “جميع المواد الكيميائية التي نحتاجها لحضارتنا مع علم الأحياء”. والفكرة هي أن SpudCell يمكن أن تكون بمثابة مصنع صغير، يضخ الأدوية والأسمدة والبلاستيك أو أي عدد من المركبات الأخرى.
أثار الإعلان عن العمل بعض الجدل، حيث رأى بعض العلماء أنه وسيلة لجذب انتباه وسائل الإعلام من أجل الإطلاق المتزامن لمؤسسة المؤلف غير الربحية. الحيويةوالتي تهدف إلى جمع الأموال لمواصلة تطوير منصة SpudCell. لم يهتم أدامالا بهذه الانتقادات، لأنه أراد جذب المزيد من الاهتمام والتمويل إلى مجاله. ويعتقد أنه إذا أمكن تحسين الخلية الاصطناعية، فإن ذلك سيساعد البشرية على إنتاج مواد كيميائية دون الاعتماد على المنتجات البترولية.
وأضاف: “أشعر بإلحاح شديد للغاية، وهو أنه إذا لم نفعل ذلك الآن، فسوف ينفد الوقت لدينا”. أزمة المناخ. “نحن بحاجة إلى التأكيد على أن الهندسة الحيوية يمكن أن توفر الحل. ولهذا السبب قمت بذلك.”
خلية صناعية ووعد عظيم
وفقًا للطبعة الأولية، أنشأ أدامالا وفريقه نظامًا يشبه الحياة ويشبه الخلية الحية إلى حد كبير. وللقيام بذلك، قاموا بدمج 36 إنزيمًا منقىً وغشاء دهنيًا مع جينوم مقلص أصغر بحوالي 50 مرة من الخلية البكتيرية المتوسطة. ومن خلال مزج هذه العناصر التي صنعها الإنسان، أنشأ العلماء خلية يمكنها أن تتغذى وتنمو وتنقسم – وبالتالي، فقد أنشأوا دورة خلية كاملة في طبق بتري.
وقال أدامالا: “نحن نبني نظامًا شبيهًا بالخلية محددًا كيميائيًا بالكامل، لذلك لا توجد وحدات بناء معروفة له”. “يمكنها القيام بأشياء كان الناس حتى الآن يعتقدون أن الخلايا الحية الطبيعية فقط قادرة على القيام بها.” أطلقوا على النظام اسم “SpudCell” لأنه يشبه البطاطس، تقارير نيويورك تايمز. الاسم هو أيضًا إشارة إلى القمر الصناعي سبوتنيك، لكل سي إن إن.
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
مفهوم إعادة إنتاج دورة الخلية في الطبق هو ليست جديدة تماما. معهد جيه كريج فينتر 2016 ورقة “الحد الأدنى من الخلية”. لقد تعاملت مع هذا المفهوم عن طريق إزالة أكبر عدد ممكن من الجينات من البكتيريا بحيث لا تترك سوى خلية صغيرة لا يزال بإمكانها التكاثر. ومع ذلك، فإن الدراسة الجديدة هي المرة الأولى التي يحقق فيها العلماء التغذية والنمو والانقسام باستخدام نهج “من القاعدة إلى القمة”.
وقال إن العمل يمثل “تحسنا كبيرا”. ماورو رينالديهو محاضر في التكنولوجيا الحيوية والكيمياء الحيوية في جامعة هال في المملكة المتحدة، وهو غير مشارك في العمل. “هذا يحرك الإبرة لأن أحد الأشياء المهمة في الخلايا هو الانقسام.”
لكن هناك محاذير مهمة. أولاً، لا تستطيع الخلايا بعد إنتاج طاقتها الخاصة كما تفعل خلايانا مع الميتوكوندريا. كما أنهم يعتمدون على الدهون والسكريات والإنزيمات المتوفرة من الخارج. لا تستطيع الخلايا أن تصنع الريبوسومات الخاصة بها، وهي الآلية التي تنفذ تعليمات الأجزاء الوراثية للخلية. وهذا يعني أنها تعتمد على البروتينات الموردة من الخارج.
على اليسار: صورة فائقة الدقة للجسيمات الشحمية الخاصة بـ SpudCell مع الجينوم المغلف والتعبير البروتيني النشط. على اليمين: تقوم SpudCell بتغليف الجينوم بأكمله. تم تلوين الحمض النووي للجينوم وغشاء الخلية الاصطناعية بأصباغ الفلورسنت.
(رصيد الصورة: أوريون فينيرو، مختبر أدامالا)
هناك اختلاف آخر وهو أن جينوم SpudCell منتشر على قطع من الحمض النووي تسمى البلازميدات، بدلاً من وضعها بشكل أنيق في الكروموسومات. إنها لا تمتلك الهيكل العظمي الذي تستخدمه الخلايا عادةً لتقسيم الحمض النووي بسلاسة أثناء انقسام الخلايا، وبالتالي، فإن تقسيم الحمض النووي الخاص بـ SpudCell إلى الخلايا الوليدة يمكن أن يكون تافهًا نسبيًا.
قال: “لقد ترك لي وصف النتائج العديد من الأسئلة الفنية حول طبيعة النتائج ومتانتها”. سيس ديكرهو عالم فيزياء حيوية في جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا، ولم يشارك في هذا العمل. وقال “(الطريقة) تستخدم بعض الحيل الهندسية الإبداعية كاختصارات لتحقيق وظائف معقدة مثل النمو، ولكن لا يزال هناك تحدي كبير يتمثل في إنشاء خلية مستقلة حقا تنفذ كل هذه الوظائف دون مساعدة خارجية”.
ديكر هو أحد هؤلاء العلماء الذين يفضلون أن تتصدر الأبحاث الأخبار بعد نشرها في مجلة علمية خاضعة لمراجعة النظراء. وقال: “إذا كانت هذه النتائج قوية، فمن المؤكد أن هذا الاهتمام الإعلامي الكبير له ما يبرره؛ ومع ذلك، إذا كشفت مراجعة النظراء عن نقاط ضعف أو مشكلات، فإن جميع التقارير الإعلامية الحالية سابقة لأوانها”.
من الخلية إلى منصة التصنيع
يرى Adamala أن SpudCell بمثابة صفحة فارغة للهندسة. وقال: “نعتقد أنه إذا صنعنا خلية من الصفر، فسيكون ذلك قابلاً للهندسة بالكامل”.
منذ فترة طويلة تستخدم الخلايا لصنع مواد كيميائية للاستخدام البشري. الملايين من الناس استخدام الأنسولين الاصطناعي الذي تنتجه البكتيريا وخلايا الخميرة على سبيل المثال. لكن الخلايا تقاوم صنع المواد الكيميائية التي تضرها، ومن خلال التطور، طورت أنظمة تمنعها من القيام بذلك. يعتقد أدامالا وزملاؤه أن نظامًا مثل SpudCell يمكنه تجاوز الحواجز الطبيعية.
يمكن أن يكون هذا النوع من المنصات مفيدًا أيضًا لإنتاج أجيال جديدة من الأدوية، مثل تلك التي تعتمد على الحمض النووي الريبوزي المرسال أو الببتيدات. تستخدم هذه الأدوية وحدات بناء جزيئية، مثل الأحماض الأمينية أو النيوكليوتيدات، التي يتم تعديلها كيميائيًا لجعل الجزيئات أقوى أو أصعب على الجسم أن يتحلل. ويمكن هندسة SpudCell لإنتاج مثل هذه المواد المتجددة مباشرة، بدلاً من أن يضطر العلماء إلى تصنيعها في مختبرات الكيمياء التقليدية. ويعتقد الفريق أن هذا قد يؤدي إلى تقصير الجداول الزمنية للتطوير وخفض التكاليف.
ويتصور أدامالا وزملاؤه أيضًا استخدام الخلايا كخلايا مختبرات قابلة للشحن بسهولة. يمكن تجفيفها وشحنها وتخزينها دون تبريد، ثم تنشيطها في الموقع لإنتاج المواد الكيميائية أو اللقاحات أو البروتينات متى وأينما تكون هناك حاجة إليها.
ولكن لا يزال هناك طريق طويل أمامنا. في الوقت الحالي، تعد SpudCell مجرد دليل على المبدأ، ويجب التغلب على العديد من العقبات قبل أن تصبح منصة صناعية.
وقال أدامالا: “(SpudCell) ليست منصة هندسية ستمنحك أي منتج مفيد، لكنها خطوة”. “ربما يستغرق الأمر عقدين على الأقل من الآن إذا تمكنا من توسيع نطاقه إلى النقطة التي يمكننا فيها استبدال جميع البتروكيماويات بالبيولوجيا، لكنني أعتقد أنه يمكن القيام بذلك.”
ويأمل أدامالا أن تساعد منظمة Biotic غير الربحية من خلال تبرعات المحسنين مباشرة للبحث. وقال: “Biotic هي وكالة تمويل ستمول هذا العمل عالميًا”.
وقال رينالدي إنه على الرغم من أن التكنولوجيا واعدة، إلا أنها “تحتاج إلى مراجعة النظراء”. “أتوقع أن تختفي الكثير من الضجيج وبعض المصطلحات التي يستخدمونها بعد مرور بضع سنوات.”
عادل الشهراني 
