لا تزال الخلايا الاصطناعية التي تم تجريدها من جميع جيناتها تقريبًا تزدهر في ظل التطور

الحياة تجد طريقها.

هذا هو الاستنتاج الذي توصلت إليه دراسة جديدة في الطبيعة، والتي حرضت الخلايا البكتيرية الاصطناعية ضد قوة التطور. بعد أن تم تجريدها من المخطط الجيني للهيكل العظمي ، بدأت الخلايا الاصطناعية بفقدان اليد للبقاء على قيد الحياة.

ومع ذلك ، فقد ازدهروا ، وتطوروا بمعدل أسرع بنحو 40 في المائة من نظرائهم الذين لا يتمتعون بالحد الأدنى. أكثر من 2,000 جيل ، استعادت الخلايا الانسيابية لياقتها التطورية - القدرة على البقاء والنمو والتكاثر - التي فقدت في البداية بعد إزالة جزء كبير من جيناتها.

يمكن أن تبشر النتائج أ الجيل القادم من البكتيريا الاصطناعية التي تضخ الأنسولين والأدوية الأخرى المنقذة للحياة ، وتنتج أنواعًا من الوقود الحيوي ، أو مواد كيميائية خطرة تتحلل بيولوجيًا - من خلال الاستفادة من قوة التطور بدلاً من محاربتها.

كان الجوهر ينزل على مجموعة من الجينات الطافرة التي أعطت الخلية الصغرى ميزة. قد تعمل نفس التقنية على تحسين الخلايا الاصطناعية من خلال توجيه كيفية تطور الأجيال القادمة.

وبغض النظر عن الاستخدامات العملية ، يمكننا الآن إلقاء نظرة خاطفة على الانتقاء الطبيعي نفسه.

قال مؤلف الدراسة الدكتور جاي لينون من جامعة إنديانا بلومنجتون: "يبدو أن هناك شيئًا قويًا في الحياة". "يمكننا تبسيطها إلى الأساسيات فقط ، لكن هذا لا يمنع التطور من الذهاب إلى العمل."

أصفاد وراثية

التطور سيف ذو حدين.

أنت تعرف الأساسيات. تحور الجينات بشكل عشوائي. في معظم الأوقات ليس لديهم تأثير واضح. في بعض الحالات الرهيبة ، تقتل الطفرات الأبناء أو تسبب الأمراض وتطارد الخطوط الجينية اللاحقة.

ولكن نادرًا ما تزود الطفرات المضيف بقوة خارقة بفضل الانتقاء الإيجابي ، مما يعزز اللياقة التطورية ويعطي الحيوان فرصة أكبر لتمرير جيناته. تشمل الأمثلة على الحبار تطور جلد متغير اللون يخفيها عن الحيوانات المفترسة أو ، في البشر ، صبغة الجلد التي تتكيف مع أشعة الشمس بينما ننتشر في جميع أنحاء العالم.

ليست كل الجينات متساوية. بعض هذه الجينات ، التي يطلق عليها اسم "الجينات الأساسية" ، ضرورية للبقاء على قيد الحياة. تتحور هذه الجينات ولكن بمعدل بطيء للغاية. التغييرات خطيرة للغاية ، ومن المحتمل أن تدفع نوعًا ما نحو الانقراض. فكر في هذه الأنواع من الجينات كأساس للمنزل - العبث بها أثناء التجديدات قد يتسبب في انهيار الهيكل بأكمله.

الجينات الأخرى أكثر مرونة بكثير.

أخذ ميكوبلازما ميكويدات، نوع من البكتيريا التي غالبًا ما تستقر داخل أحشاء الماعز. على مدى آلاف السنين ، شكلت الحشرات علاقة تكافلية مع مضيفيها ، حيث تخلصت من العديد من الجينات بشكل طبيعي لأنها تعتمد بشكل متزايد على مضيفيها في التغذية ، مع الحفاظ على الجينات الضرورية للبقاء والتكاثر. مع 901 جينًا فقط ، م. ميكويدس هي بكتيريا صغيرة وراثيا.

مرة أخرى في عام 2016 ، قام العلماء في معهد J.Craig Venter بتحليل الجينوم الخاص به ، وخلق كائن حي يحتوي على 493 جينًا فقط. والخلية الناتجة ، التي يطلق عليها JCVI-syn3B ، هي أبسط كائن مستقل يزين كوكب الأرض على الإطلاق.

عند التعرف على JCVI-syn3B في أحد المؤتمرات ، كان لينون مدمنًا.

قال: "لقد ذهلت من… تشبيهات محاولة فهم شيء ما من أبسط قواعده". ولكن "إذا قمت بإنشاء كائن حي يمكنه التكاثر ، ولكنك سمحت له بعد ذلك بتجربة قوة التطور ... والطفرات والأضرار التي ستنشأ ، فكيف يتعامل مع ذلك؟"

الصراع صعب بشكل خاص على JCVI-syn3B. لأن الجينوم الخاص به قد تم تجريده إلى الحد الأدنى ، هناك مساحة صغيرة للمناورة للطفرات. عندما يكون كل جين مهمًا للبقاء ، فإن التطور هو لعبة الروليت الروسية - كل تغيير في الحرف الجيني يزيد من فرص الانقراض.

حتى أن الاحتمالات تصبح أكثر قتامة. يفتقر JCVI-syn3B أيضًا إلى الجينات الوقائية التي تحمي الخلايا عادةً من الطفرات والسرطان والموت.

لقد ذهبنا إلى الدراسة معتقدين أن الكائن الحي ببساطة لن يكون قادرًا على التعامل مع "الطفرات الحتمية [التي] ستضرب أحد تلك الجينات الأساسية ،" قال لينون.

فوز بسيط

باختبار النظرية ، قام الفريق بتحريض الخلية الدنيا ضد الجيل الأول من الميكوبلازما mycoides (JCV10syn1.0) الذي اشتُق منه. نمت كل سلالة في مرق مغذي لما يقرب من 2,000 جيل بكتيري على مدى 300 يوم ، أي ما يعادل 40,000 سنة من التطور البشري.

لقد كانت تجربة قاسية: بناءً على التقديرات الحالية ، يمكن أن تصيب طفرة جديدة كل حرف جيني أكثر من 250 مرة أثناء الاختبار.

جاءت النتائج الأولى بمثابة صدمة. على الرغم من تحور كلا السلالتين بسرعة ، إلا أن المعدلات لم تختلف. بعبارة أخرى ، يمكن لـ JCVI-syn3B الصغير تعديل جيناته بمرونة مثل أبناء عمومته من غير الحد الأدنى ، على الرغم من أن الأخير لديه عدد أكبر من الأحرف الجينية لتحمل الطفرات العشوائية. كلتا السلالتين البكتيريتين عاشتا أنواعًا متشابهة من التغيرات الجينية - الإدخالات والحذف وتبديل الحروف الجينية - دون عوائق.

كان من المثير للإعجاب بشكل خاص أن الخلية الصغيرة كانت عاجزة عن اللياقة التطورية عند "وزن" الأسلاف الأولي (أي قبل أن تبدأ الخلايا البكتيرية رحلاتها التطورية).

كانت التأثيرات الأولية لتقليل الجينوم كبيرة جدًا ؛ قال لينون. انخفضت لياقتهم - معدل النمو أو قدرتهم التنافسية - بنسبة 50 في المائة.

تقدم بسرعة 2,000 جيل ، وكانت صورة مختلفة. ارتدت الخلايا الصغيرة إلى الوراء ، واستعادت معدل لياقة مماثل لأبناء عمومتها الذين لا يتمتعون بالحد الأدنى. على الرغم من احتوائهم على جينوم خالي من العظم ، إلا أنهم استعادوا التكيف مع محيطهم وتغلبوا على النقص الوراثي الأولي.

يبدو أن شريان الحياة الرئيسي للخلايا الدنيا هو "الابتكار الأيضي". فبدلاً من تكيف نفسها لتكتسب المزيد من العناصر الغذائية من المرق المحيط ، زادت الخلايا بدلاً من ذلك من قدرتها على تخليق القطع الجزيئية من الدهون في طبقة واقية خارجية ، دون التضحية بجزيئات الدهون الضرورية للتجديد.

هذا لا يعني أن الخلايا الصغيرة كانت على ما يرام تمامًا. غالبًا ما يكون التوسع في الحجم علامة على اللياقة التطورية - وهذا يعني أنه من المحتمل أن تستوعب الخلية المزيد من البروتينات والجزيئات الحيوية الأخرى لمزيد من النمو والانقسام. ومع ذلك ، ظلت الخلية الدنيا JCVI-syn3B بنفس الحجم تقريبًا ، بينما ضاعف ابن عمها غير البسيط ثقلها تقريبًا.

لدى الفريق أفكار حول سبب حدوث ذلك.

تشير الاختبارات الأولية باستخدام كريسبر إلى أن جينًا واحدًا على وجه الخصوص قد يكون وراء القامة الصغيرة للخلية الصغرى. تفتقر الخلايا أيضًا إلى نصف الناقلات الجزيئية المعتادة المنقطة على أغشيتها. مثل "الأفواه" الصغيرة ، تساعد هذه البروتينات الخلية على التقاط العناصر الغذائية وامتصاصها. تحولت أفواه جزيئية أقل الخلايا إلى أكلة يصعب إرضاؤها ، مما قد يضر نموها.

تقترح نظرية أخرى أن حجم الخلية لا يهم بالنسبة للياقة التطورية. قد يكون حجم الخلية مجرد نتيجة ثانوية ملائمة لسمات وراثية أخرى مثل ، على سبيل المثال ، مدى سرعة تكاثر الحمض النووي الخاص بها.

ركزت التطورات الحديثة في البيولوجيا التركيبية على السحر التكنولوجي - مثل بناء الجينوم للكائنات الحية الصغيرة أو إدخال الدوائر الجينية في العوائل البكتيرية. لكن الإجابة على أسئلة كهذه هي السبب في أن استخدام البيولوجيا التركيبية لدراسة التطور قد يغير قواعد اللعبة.

أوضح المؤلفون أنه من خلال الجمع بين البيولوجيا التركيبية والتطور ، يمكننا أن نفهم بشكل أفضل كيفية عمل الجينات وشبكاتها. في النهاية ، قد يكون من الممكن تصميم وتحسين أنظمة المعيشة الاصطناعية المتطورة بشكل متزايد بطرق مستدامة.

الصورة الائتمان: توم ديرينك ومارك إليسمان / المركز الوطني لأبحاث التصوير والميكروسكوب بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://singularityhub.com/2023/07/07/cells-stripped-of-nearly-all-their-genes-still-thrive-under-evolution/