كتب – باسل يوسف
ابتكر مهندسو البيولوجيا في جامعة رايس مجموعة بناء رائدة لتصميم دوائر استشعار واستجابة مخصصة في الخلايا البشرية. نُشر هذا البحث في مجلة ساينس، ويمثل تقدمًا كبيرًا في علم الأحياء الاصطناعي، مع إمكانية تحويل العلاجات للأمراض المعقدة مثل السرطان والاضطرابات المناعية الذاتية.
قال شياويو يانج، طالب الدراسات العليا في برنامج الدكتوراه في الأنظمة والبيولوجيا الاصطناعية والفيزيائية في رايس والمؤلف الرئيسي للدراسة: “تخيل معالجات صغيرة داخل الخلايا مصنوعة من البروتينات يمكنها “تحديد” كيفية الاستجابة لإشارات محددة مثل الالتهاب أو علامات نمو الورم أو مستويات السكر في الدم. هذا العمل يقربنا كثيرًا من القدرة على بناء “خلايا ذكية” يمكنها اكتشاف علامات المرض وإطلاق علاجات قابلة للتخصيص على الفور استجابة لذلك”.
يعتمد النهج الجديد لتصميم الدوائر الخلوية الاصطناعية على الفسفرة – وهي عملية طبيعية تستخدمها الخلايا للاستجابة لبيئتها وتتميز بإضافة مجموعة فوسفات إلى بروتين. تشارك الفسفرة في مجموعة واسعة من الوظائف الخلوية، بما في ذلك تحويل الإشارات خارج الخلية إلى استجابات داخل الخلية – على سبيل المثال، التحرك، أو إفراز مادة، أو التفاعل مع مسببات الأمراض، أو التعبير عن جين.
في الكائنات متعددة الخلايا، غالبًا ما تنطوي الإشارات القائمة على الفسفرة على تأثير متتالي متعدد المراحل مثل أحجار الدومينو المتساقطة. ركزت المحاولات السابقة لتسخير هذه الآلية لأغراض علاجية في الخلايا البشرية على إعادة هندسة مسارات الإشارات الأصلية الموجودة. ومع ذلك، فإن تعقيد المسارات يجعل من الصعب العمل بها، لذلك ظلت التطبيقات محدودة إلى حد ما.
وبفضل النتائج الجديدة التي توصل إليها باحثو رايس، فإن الابتكارات القائمة على الفسفرة في هندسة “الخلايا الذكية” قد تشهد ارتفاعًا كبيرًا في السنوات القادمة.
قال كالب باشور، الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية والعلوم البيولوجية والمؤلف المشارك في الدراسة: “هذا يفتح مساحة تصميم دائرة الإشارات بشكل كبير.. اتضح أن دورات الفسفرة ليست مترابطة فحسب بل وقابلة للترابط – وهذا شيء لم نكن متأكدين من إمكانية القيام به بهذا المستوى من التطور من قبل.. ومكنتنا استراتيجية التصميم الخاصة بنا من هندسة دوائر الفسفرة الاصطناعية التي لا يمكن ضبطها بدرجة عالية فحسب، بل يمكنها أيضًا العمل بالتوازي مع عمليات الخلايا الخاصة دون التأثير على قابليتها للبقاء أو معدل نموها.”
قال يانج: “لم نتوقع بالضرورة أن تعمل دوائر الإشارات الاصطناعية تتكون بالكامل من أجزاء بروتينية معدلة، بنفس السرعة والكفاءة مثل مسارات الإشارات الطبيعية الموجودة في الخلايا البشرية.. وفوجئنا عندما وجدنا أن هذا هو الحال. لقد استغرق الأمر الكثير من الجهد والتعاون لتحقيق ذلك”.
ومن المزايا الأخرى للنهج الجديد لتصميم الدوائر الخلوية القائمة على الاستشعار والاستجابة أن الفسفرة تحدث بسرعة في ثوانٍ أو دقائق فقط، وبالتالي يمكن برمجة دوائر إشارات الفسفرة الاصطناعية الجديدة للاستجابة للأحداث الفسيولوجية التي تحدث على نطاق زمني مماثل.
كما اختبر الباحثون الدوائر من حيث الحساسية والقدرة على الاستجابة للإشارات الخارجية مثل العوامل الالتهابية. لإثبات إمكاناتها الترجمية، استخدم الفريق الإطار لتصميم دائرة خلوية يمكنها اكتشاف هذه العوامل ويمكن استخدامها للسيطرة على النوبات المناعية الذاتية والحد من السمية المرتبطة بالعلاج المناعي.
قال أجو فرانكلين، أستاذ العلوم البيولوجية والهندسة الحيوية والهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية وباحث في معهد تكساس للوقاية من السرطان والأبحاث “إذا كان علماء الأحياء الاصطناعية قد تعلموا خلال السنوات العشرين الماضية كيفية التلاعب بالطريقة التي تستجيب بها البكتيريا تدريجيًا للإشارات البيئية، فإن عمل مختبر باشور يدفعنا إلى الأمام إلى حدود جديدة – التحكم في الاستجابة الفورية للخلايا الثديية للتغيير”.
المصدر: scitechdaily
اقرأ أيضا:
