مبادرة الحزام والطريق: التعاون والوئام والربح المتبادل
أخبار

أخبار

ما هو علم الأحياء التركيبي؟ وماذا يمكن أن يقدم؟

قال عالم الأحياء التركيبية توم نايت: "سيكون القرن الحادي والعشرون قرن الهندسة البيولوجية". وهو أحد مؤسسي علم الأحياء التركيبية، وأحد المؤسسين الخمسة لشركة جينكو بيووركس، وهي شركة رائدة في هذا المجال. أُدرجت الشركة في بورصة نيويورك في 18 سبتمبر، وبلغت قيمتها السوقية 15 مليار دولار أمريكي.

شهدت اهتمامات توم نايت البحثية تحولاً من مجال الحاسوب إلى علم الأحياء. فمنذ أيام دراسته الثانوية، كان يستغل العطلة الصيفية لدراسة الحاسوب والبرمجة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ثم أمضى أيضاً سنوات دراسته الجامعية والدراسات العليا في المعهد نفسه.

أدرك توم نايت أن قانون مور تنبأ بحدود قدرة الإنسان على التحكم بذرات السيليكون، فوجه اهتمامه إلى الكائنات الحية. "نحن بحاجة إلى طريقة مختلفة لوضع الذرات في المكان الصحيح... ما هو أكثر فروع الكيمياء تعقيدًا؟ إنها الكيمياء الحيوية. أتخيل أنه يمكن استخدام الجزيئات الحيوية، مثل البروتينات، التي يمكنها التجميع الذاتي والتجمع ضمن النطاق المطلوب، أي التبلور."

أصبح استخدام التفكير الهندسي الكمي والنوعي لتصميم نماذج بيولوجية أصلية منهجًا بحثيًا جديدًا. وتُعدّ البيولوجيا التركيبية بمثابة قفزة نوعية في المعرفة البشرية. وباعتبارها مجالًا متعدد التخصصات يجمع بين الهندسة وعلوم الحاسوب وعلم الأحياء وغيرها، فقد حُدِّد عام 2000 كبداية لظهور البيولوجيا التركيبية.

في دراستين نُشرتا هذا العام، حققت فكرة تصميم الدوائر الإلكترونية لعلماء الأحياء التحكم في التعبير الجيني.

قام علماء في جامعة بوسطن بتصميم مفتاح جيني في بكتيريا الإشريكية القولونية. يستخدم هذا النموذج وحدتين جينيتين فقط. ومن خلال تنظيم المحفزات الخارجية، يمكن تشغيل أو إيقاف التعبير الجيني.

ما هو علم الأحياء التركيبي؟

وفي نفس العام، استخدم العلماء في جامعة برينستون ثلاثة وحدات جينية لتحقيق نمط "التذبذب" الناتج في إشارة الدائرة باستخدام التثبيط المتبادل وإطلاق التثبيط بينهما.

مخطط مفتاح تبديل الجينات

ورشة عمل الخلايا

سمعت في الاجتماع أشخاصاً يتحدثون عن "اللحوم الاصطناعية".

على غرار نموذج مؤتمرات الحاسوب، "المؤتمر غير الرسمي المنظم ذاتيًا" للتواصل الحر، يشرب بعض الأشخاص البيرة ويتجاذبون أطراف الحديث: ما هي المنتجات الناجحة في "علم الأحياء التركيبي"؟ ذكر أحدهم "اللحوم الاصطناعية" ضمن الأطعمة المستحيلة.

لم تُطلق شركة إمبوسيبل فود على نفسها قط اسم شركة "البيولوجيا التركيبية"، لكن نقطة البيع الأساسية التي تميزها عن منتجات اللحوم الاصطناعية الأخرى - وهي الهيموجلوبين الذي يمنح اللحوم النباتية رائحة "اللحوم" المميزة - تعود إلى هذه الشركة منذ حوالي 20 عامًا. في مجال التخصصات الناشئة.

تعتمد التقنية المستخدمة على استخدام تعديل جيني بسيط للسماح للخميرة بإنتاج "الهيموجلوبين". وباستخدام مصطلحات البيولوجيا التركيبية، تصبح الخميرة "مصنعًا خلويًا" ينتج موادًا وفقًا لرغبات الناس.

ما الذي يجعل اللحم أحمر اللون زاهياً وله رائحة مميزة عند تذوقه؟ يُعتقد أن سرّ هذا الطعام المستحيل يكمن في غناه بالهيموجلوبين. يوجد الهيموجلوبين في العديد من الأطعمة، لكن نسبته عالية بشكل خاص في عضلات الحيوانات.

لذلك، اختار مؤسس الشركة وعالم الكيمياء الحيوية باتريك أو. براون الهيموجلوبين باعتباره "المكون الأساسي" لمحاكاة طعم اللحوم الحيوانية. واستخلص براون هذا "المُنكّه" من النباتات، فاختار فول الصويا الغني بالهيموجلوبين في جذوره.

تتطلب طريقة الإنتاج التقليدية استخلاص الهيموجلوبين مباشرةً من جذور فول الصويا. ويتطلب إنتاج كيلوغرام واحد من الهيموجلوبين ستة أفدنة من فول الصويا. ونظرًا لتكلفة استخلاصه من النباتات، طورت شركة إمبوسيبل فود طريقة جديدة: زرع الجين المسؤول عن إنتاج الهيموجلوبين في الخميرة، ومع نمو الخميرة وتكاثرها، يزداد إنتاج الهيموجلوبين. ويمكن تشبيه ذلك بترك الإوزة تضع بيضها على نطاق الكائنات الدقيقة.

ما هو علم الأحياء التركيبي؟

يُستخدم الهيم، الذي يُستخرج من النباتات، في برغر "اللحوم الاصطناعية".

تساهم التقنيات الحديثة في رفع كفاءة الإنتاج مع تقليل استهلاك الموارد الطبيعية في الزراعة. وبما أن المواد الخام الرئيسية للإنتاج هي الخميرة والسكر والمعادن، فإن النفايات الكيميائية قليلة. وبالنظر إلى ذلك، فإن هذه التقنية تُسهم حقاً في بناء مستقبل أفضل.

عندما يتحدث الناس عن هذه التقنية، أشعر أنها مجرد تقنية بسيطة. في نظرهم، هناك العديد من المواد التي يمكن تصميمها على المستوى الجيني بهذه الطريقة. البلاستيك القابل للتحلل، والتوابل، والأدوية واللقاحات الجديدة، والمبيدات الحشرية لأمراض محددة، وحتى استخدام ثاني أكسيد الكربون لتصنيع النشا... بدأت تتشكل لديّ تصورات ملموسة حول الإمكانيات التي توفرها التقنية الحيوية.

قراءة الجينات وكتابتها وتعديلها
يحمل الحمض النووي جميع معلومات الحياة من المصدر، وهو أيضاً مصدر آلاف السمات الحيوية.

في الوقت الحاضر، يستطيع الإنسان بسهولة قراءة تسلسل الحمض النووي وتخليقه وفقًا لتصميم محدد. خلال المؤتمر، سمعتُ مرارًا وتكرارًا الحديث عن تقنية كريسبر، الحائزة على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020. هذه التقنية، التي تُعرف باسم "المقص السحري الجيني"، قادرة على تحديد موقع الحمض النووي وقطعه بدقة، مما يُتيح تعديل الجينات.

بفضل تقنية تعديل الجينات هذه، ظهرت العديد من الشركات الناشئة. يستخدم بعضها هذه التقنية لإيجاد حلول للعلاج الجيني لأمراض مستعصية كالسرطان والأمراض الوراثية، بينما يستخدمها البعض الآخر لزراعة الأعضاء البشرية والكشف عن الأمراض.

دخلت تقنية تعديل الجينات التطبيقات التجارية بسرعة كبيرة، ما يُظهر الآفاق الواعدة للتكنولوجيا الحيوية. ومن منظور منطق تطور التكنولوجيا الحيوية نفسها، فبعد نضوج قراءة وتركيب وتعديل التسلسلات الجينية، تأتي المرحلة التالية بطبيعة الحال، وهي تصميم مواد تلبي احتياجات الإنسان انطلاقًا من المستوى الجيني. ويمكن اعتبار تقنية البيولوجيا التركيبية المرحلة التالية في تطور تقنية الجينات.
فازت العالمتان إيمانويل شاربنتييه وجينيفر أ. دودنا بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020 عن تقنية كريسبر.

قال توم نايت: "لقد انشغل الكثيرون بتعريف البيولوجيا التركيبية... لقد حدث هذا النوع من التداخل بين الهندسة وعلم الأحياء. أعتقد أن أي شيء ينتج عن ذلك بدأ يُطلق عليه اسم البيولوجيا التركيبية".
على المدى الزمني الأوسع، ومنذ فجر الحضارة الزراعية، دأب الإنسان على انتقاء الصفات المرغوبة في الحيوانات والنباتات والحفاظ عليها عبر التهجين والاختيار على مدى فترات طويلة. أما علم الأحياء التركيبي، فيبدأ مباشرةً من المستوى الجيني لتوليد الصفات التي يرغب بها الإنسان. وقد استخدم العلماء مؤخرًا تقنية كريسبر لزراعة الأرز في المختبر.

قال لو تشي، مؤسس شركة Qiji وأحد منظمي المؤتمر، في الفيديو الافتتاحي، إن التكنولوجيا الحيوية قد تُحدث تغييرات جذرية في العالم، تمامًا كما فعلت تقنية الإنترنت السابقة. ويبدو أن هذا يؤكد ما أبداه جميع الرؤساء التنفيذيين لشركات الإنترنت من اهتمام بعلوم الحياة عند استقالتهم.

جميع رواد الإنترنت يتابعون باهتمام. هل بدأ التوجه التجاري لعلوم الحياة بالظهور أخيراً؟

توم نايت (الأول من اليسار) وأربعة مؤسسين آخرين لشركة جينكو بيووركس | جينكو بيووركس

أثناء الغداء، سمعت خبراً: قالت شركة يونيليفر في الثاني من سبتمبر إنها ستستثمر مليار يورو للتخلص التدريجي من الوقود الأحفوري في المواد الخام للمنتجات النظيفة بحلول عام 2030.

في غضون عشر سنوات، ستعتمد منتجات بروكتر آند غامبل من منظفات الغسيل ومساحيق الغسيل والصابون تدريجياً على المواد الخام النباتية أو تقنية احتجاز الكربون. كما خصصت الشركة مليار يورو إضافية لإنشاء صندوق لتمويل الأبحاث في مجال التكنولوجيا الحيوية، وثاني أكسيد الكربون، وغيرها من التقنيات الرامية إلى خفض انبعاثات الكربون.

الأشخاص الذين أخبروني بهذا الخبر، مثلي تمامًا، فوجئوا قليلاً بالمدة الزمنية التي تقل عن 10 سنوات: هل سيتحقق البحث والتطوير التكنولوجي للإنتاج الضخم بشكل كامل في وقت قريب جدًا؟
لكنني آمل أن يتحقق ذلك.


تاريخ النشر: 31 ديسمبر 2021