ابتكار خلايا اصطناعية "حية" عن طريق حصاد البكتيريا!

اتخذ باحثون في جامعة بريستول خطوة كبيرة إلى الأمام في مجال البيولوجيا التركيبية من خلال تصميم نظام يؤدي العديد من الوظائف الرئيسية للخلية الحية، بما في ذلك توليد الطاقة.

حتى أن الخلية المصطنعة تحولت من شكل كروي إلى شكل يشبه الأميبا أكثر طبيعية خلال الـ 48 ساعة الأولى من "الحياة"، ما يشير إلى أن خيوط الهيكل الخلوي البدائية كانت تعمل (أو، كما وصفها الباحثون، كانت "ديناميكية من الناحية الهيكلية على نطاقات زمنية ممتدة").

وركز العلماء سابقا 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 نسبيا.

ولإجراء هذا العمل الفذ الأخير في الهندسة الحيوية، استخدم الباحثون مستعمرتين بكتيريتين - Escherichia coli وPseudomonas aeruginosa.

وتم خلط هاتين البكتريتين مع قطرات صغيرة فارغة في سائل لزج. 

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

وسربت 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 المعد الأول، الكيميائي 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، يمكن مزج بعض الهياكل ومطابقتها مع إعادة تصميم البعض الآخر تماما لهندسة أنظمة جديدة بالكامل.

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

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

ونشرت هذه الورقة في مجلة Nature.

 ساينس ألرت