علماء يبتكرون خلايا اصطناعية “حية” عن طريق حصاد البكتيريا لأجزاء

يمانيون../

اتخذ الباحثون في جامعة بريستول في المملكة المتحدة خطوة كبيرة إلى الأمام في مجال البيولوجيا التركيبية من خلال تصميم نظام يؤدي العديد من الوظائف الرئيسية للخلية الحية، بما في ذلك توليد الطاقة والتعبير عن الجينات.

وحتى أن خليتهم المصطنعة قد تحولت من شكل كروي إلى شكل يشبه الأميبا أكثر طبيعية خلال الـ 48 ساعة الأولى من “الحياة” ، مما يشير إلى أن خيوط الهيكل الخلوي البدائية كانت تعمل (أو ، كما وصفها الباحثون ، كانت “ديناميكية من الناحية الهيكلية على نطاقات زمنية ممتدة “).

وبناء شيء يقترب مما قد نعتقد أنه حي ليس بالسير في المتنزه، ليس أقله بفضل حقيقة أن أبسط الكائنات الحية تعتمد على عمليات كيميائية حيوية لا حصر لها تتضمن آليات معقدة بشكل منحني للعقل لتنمو وتتكاثر.

وركز العلماء سابقًا على جعل الخلايا الاصطناعية تؤدي وظيفة واحدة، مثل التعبير الجيني، أو تحفيز الإنزيم، أو نشاط الريبوزيم.

وإذا اكتشف العلماء سر بناء وبرمجة خلايا اصطناعية قادرة على محاكاة الحياة عن كثب، فقد يخلق ذلك ثروة من الاحتمالات في كل شيء من التصنيع إلى الطب.

وبينما تركز بعض الجهود الهندسية على إعادة تصميم المخططات نفسها، يبحث البعض الآخر عن طرق لتقليل الخلايا الموجودة إلى قصاصات يمكن إعادة بنائها بعد ذلك إلى شيء جديد نسبيًا.

ولإجراء هذا العمل الفذ الأخير في الهندسة الحيوية، استخدم الباحثون مستعمرتين بكتيريتين – Escherichia coli و Pseudomonas aeruginosa – لأجزاء بحسب مجلة الطبيعة Nature التي نشرت هذه الدراسة.

وتم خلط هاتين البكتريا مع قطرات صغيرة فارغة في سائل لزج. تم القبض على مجموعة واحدة داخل القطرات والأخرى محاصرة على سطح القطيرات.

ثم قام العلماء بفتح أغشية البكتيريا عن طريق غسل المستعمرات في الليزوزيم (إنزيم) والميليتين (عديد الببتيد الذي يأتي من سم نحل العسل).

وتسربت البكتيريا محتوياتها، والتي تم التقاطها بواسطة القطرات لإنشاء خلايا أولية مغلفة بالغشاء.

وأظهر العلماء بعد ذلك أن الخلايا كانت قادرة على معالجة معقدة، مثل إنتاج جزيء تخزين الطاقة ATP من خلال تحلل السكر ، ونسخ الجينات وترجمتها.

ويقول المؤلف الأول، الكيميائي كان شو Can Xu : “يوفر نهجنا لتجميع المواد الحية فرصة للبناء التصاعدي لتركيبات الخلايا الحية / الاصطناعية التكافلية …وعلى سبيل المثال ، باستخدام البكتيريا المهندسة ، يجب أن يكون من الممكن تصنيع وحدات معقدة للتطوير في المجالات التشخيصية والعلاجية للبيولوجيا التركيبية وكذلك في التصنيع الحيوي والتكنولوجيا الحيوية بشكل عام.”

وفي المستقبل، يمكن استخدام هذا النوع من تكنولوجيا الخلايا الاصطناعية لتحسين إنتاج الإيثانول للوقود الحيوي ومعالجة الأغذية.

وبالاقتران مع المعرفة المستندة إلى نماذج متقدمة من علم الأحياء الأساسي، يمكننا مزج بعض الهياكل ومطابقتها مع إعادة تصميم البعض الآخر تمامًا لهندسة أنظمة جديدة بالكامل.

ويمكن برمجة الخلايا الاصطناعية على التمثيل الضوئي مثل البكتيريا الأرجواني، أو توليد الطاقة من المواد الكيميائية تمامًا مثل البكتيريا التي تقلل الكبريتات.

ويقول الباحثون: “نتوقع أن تكون المنهجية مستجيبة لمستويات عالية من قابلية البرمجة”.