خطوة هامة لإنتاج أول خميرة اصطناعية.. علماء يبنون كروموسوماً كاملاً من الصفر

نجح باحثون من "معهد مانشستر للتكنولوجيا الحيوية"، في هندسة كروموسوم بالكامل من الصفر، لم تعرفه الطبيعة من قبل، بحسب ما نشرته دورية "سيل".

والكروموسوم هو الهيكل الذي يحتوي على الحمض النووي والبروتينات المرتبطة به، ومن ضمن أهم وظائفه نقل المعلومات الجينية وتنظيمها خلال عملية التكاثر الخلوي.

ويساهم هذا الإنجاز في إنتاج أول خميرة اصطناعية في العالم، حيث أن هذه العملية هي جزء من مشروع علمي أوسع يُسمى "مشروع جينوم الخميرة الاصطناعية Sc2.0".

ويعد هذا الكروموسوم الاصطناعي لبنة أساسية في تطوير جينوم الخميرة الاصطناعي بالكامل.

لماذا اختار العلماء الخميرة؟

لدى البشر تاريخ طويل مع الخميرة، حيث استخدموها لأغراض الخبز والتخمير على مدى آلاف السنين، ومؤخراً، استخدمها الإنسان في الإنتاج الكيميائي، فضلاً عن أنها كائن حي نموذجي لملاحظة واستكشاف الطريقة التي تعمل بها خلايانا.

ولن يساعد الجينوم الاصطناعي العلماء على فهم كيفية عمل الجينوم فحسب، بل سيكون له العديد من التطبيقات، إذ تعتبر الخميرة العمود الفقري المشترك لعمليات التكنولوجيا الحيوية الصناعية؛ لأنها تسمح بإنتاج مواد كيميائية قيمة بشكل أكثر كفاءة واقتصادية واستدامة.

وغالباً ما تستخدم في إنتاج الوقود الحيوي، والمستحضرات الصيدلانية، والنكهات والعطور، وكذلك في عمليات التخمير الأكثر شهرة لصنع الخبز وتخمير البيرة.

ويُمكن أن تخلق القدرة على إعادة كتابة جينوم الخميرة سلالة أقوى من الخميرة تعمل بشكل أسرع، وأكثر تحملاً للظروف القاسية، ولها إنتاجية أعلى.

وتسلط هذه العملية الضوء أيضاً على أساسيات الجينوم التي تنطوي على إشكاليات تقليدية، مثل كيفية تنظيم الجينوم وتطوره.

ما صفات الكروموسوم الجديد؟

على عكس الكروموسومات الاصطناعية الأخرى في مشروع Sc2.0، فإن كروموسوم الحمض الريبي النووي النقال الجديد ليس له نظير أصلي في جينوم الخميرة، حيث إنه "اصطناعي بالكامل"، وتم إنشاؤه من خلال مزيج من تقنيات الهندسة الوراثية والتصميم بمساعدة الحاسب الآلي، وغير ذلك من التقنيات المتقدمة.

والكروموسوم الاصطناعي الجديد تم تصميمه لإيواء وتنظيم جميع جينات الحمض النووي الناقلة المعروفة باسم tRNA والبالغ عددها 275 جيناً من كائن حي معين.

وحلّ الكروموسوم الاصطناعي محل أحد الكروموسومات الطبيعية لخلية الخميرة، وبعد عملية تصحيح مضنية، نمت الخلية بنفس مستوى اللياقة التي تنمو بها الخلية الطبيعية.

وسيعمل الباحثون معاً لجمع كل الكروموسومات الاصطناعية الفردية معاً في جينوم اصطناعي بالكامل.

سلالة جديدة

ونجح العلماء حتى الآن في تصنيع جميع الكروموسومات الأصلية الـ 16 في خميرة الخباز الشائعة، بهدف دمجها لتكوين خلية اصطناعية بالكامل.

كما أن سلالة مشروع جينوم الخميرة الاصطناعية Sc2.0 النهائية لن تكون أول كائن حقيقي النواة في العالم فحسب، بل ستكون أيضاً أول سلالة يبنيها المجتمع العلمي في التاريخ.

وعلى صعيد آخر، وبحسب دراسة أخرى نُشرت في دورية "سيل"، الأربعاء، دمج الباحثون أكثر من 7 كروموسومات اصطناعية تم تصنيعها في المختبر في خلية خميرة واحدة، مما أدى إلى ظهور سلالة تحتوي على أكثر من 50% من الحمض النووي الاصطناعي الذي يبقى على قيد الحياة، ويتكاثر بشكل مشابه لسلالات الخميرة البرية.

ولتحقيق هذه الغاية، أزال الباحثون قطعاً من الحمض النووي غير المشفر، والعناصر المتكررة التي يمكن اعتبارها "غير مرغوب فيها"، وأضافوا مقتطفات جديدة من الحمض النووي لمساعدتهم على التمييز بسهولة أكبر بين الجينات المصنعة والأصلية.

واستخدم الباحثون أداة تعديل وراثي لترتيب الجينات داخل الكروموسومات وفيما بينها.

ولزيادة استقرار الجينوم، أزال الفريق أيضاً العديد من الجينات التي تشفر الحمض النووي الريبوزي الناقل tRNA، ونقلوها إلى "الكروموسوم الجديد" الذي صممه فريق معهد "مانشستر" للتكنولوجيا الحيوية، ويتكون فقط من جينات الحمض الريبي النووي النقال tRNA.

"ستفتح قدرات جديدة"

وقال أحد العلماء الرئيسين في المشروع الدكتور بن بلونت، وهو أستاذ مساعد في كلية علوم الحياة بجامعة نوتنجهام، إن الكروموسومات الاصطناعية "إنجازات تقنية هائلة في حد ذاتها، ولكنها ستفتح أيضاً مجموعة كبيرة من القدرات الجديدة لكيفية دراسة وتطبيق علم الأحياء. ويمكن أن يتراوح هذا من إنشاء سلالات ميكروبية جديدة لإنتاج حيوي أكثر مراعاة للبيئة، إلى مساعدتنا على فهم الأمراض ومكافحتها".

وقال البروفيسور توم إليس، من مركز البيولوجيا الاصطناعية وقسم الهندسة الحيوية في إمبريال كوليدج لندن، إن التأكد من كفاءة الكروموسوم الاصطناعي "يضع أسس تصميم وصنع كروموسومات اصطناعية وحتى جينومات للكائنات المعقدة مثل النباتات والحيوانات".