لقد بدأت البيولوجيا التركيبية بالفعل في إعادة كتابة الحياة.
في أواخر عام 2023، العلماء كشفت خلايا الخميرة مع استبدال نصف مخططهم الجيني بالحمض النووي الاصطناعي. لقد كانت لحظة "فاصلة" في مشروع مدته 18 عامًا لتصميم نسخ بديلة لكل كروموسوم الخميرة. وعلى الرغم من وجود سبعة ونصف كروموسومات اصطناعية، إلا أن الخلايا تتكاثر وتزدهر.
كشفت دراسة جديدة ينقلنا إلى أعلى السلم التطوري إلى النباتات المصممة.
بالنسبة لمشروع يسمى SynMoss، أعاد فريق في الصين تصميم جزء من كروموسوم واحد في نوع من الطحالب. وقد نما النبات الناتج جزئيًا بشكل طبيعي وأنتج أبواغًا، مما يجعله أحد الكائنات الحية الأولى التي تحتوي على خلايا متعددة لحمل كروموسوم صناعي جزئيًا.
التغيرات المخصصة في كروموسومات النبات تكون صغيرة نسبياً مقارنة بالخميرة الصناعية. لكنها خطوة نحو إعادة تصميم الجينومات بشكل كامل في الكائنات ذات المستوى الأعلى.
في مقابلة مع علوموقال عالم الأحياء الاصطناعية الدكتور توم إليس من جامعة إمبريال كوليدج في لندن إنها "دعوة للاستيقاظ للأشخاص الذين يعتقدون أن الجينومات الاصطناعية مخصصة للميكروبات فقط".
ترقية الحياة
إن الجهود المبذولة لإعادة كتابة الحياة لا تهدف فقط إلى إرضاء الفضول العلمي.
يمكن أن يساعدنا تعديل الحمض النووي في فك رموز التاريخ التطوري وتحديد الأجزاء الحرجة من الحمض النووي التي تحافظ على استقرار الكروموسومات أو تسبب المرض. يمكن أن تساعدنا التجارب أيضًا على فهم "المادة المظلمة" للحمض النووي بشكل أفضل. إن التسلسلات الغامضة التي لا تشفر البروتينات، المنتشرة عبر الجينوم، حيرت العلماء لفترة طويلة: هل هي مفيدة أم مجرد بقايا من التطور؟
تسهل الكائنات الاصطناعية أيضًا هندسة الكائنات الحية. على سبيل المثال، تُستخدم البكتيريا والخميرة بالفعل في تحضير البيرة وضخ الأدوية المنقذة للحياة مثل الأنسولين. ومن خلال إضافة أو تبديل أو حذف أجزاء من الجينوم، من الممكن منح هذه الخلايا قدرات جديدة.
في دراسة حديثةعلى سبيل المثال، أعاد الباحثون برمجة البكتيريا لتصنيع البروتينات باستخدام كتل بناء من الأحماض الأمينية غير موجودة في الطبيعة. في آخر وفي الدراسة، قام فريق من الباحثين بتحويل البكتيريا إلى أجهزة إبادة قضمة للبلاستيك تعمل على إعادة تدوير النفايات البلاستيكية إلى مواد مفيدة.
على الرغم من أنها مثيرة للإعجاب، إلا أن البكتيريا مصنوعة من خلايا مختلفة عن خلايانا، حيث تطفو مادتها الوراثية، مما يجعلها أسهل في إعادة توصيل الأسلاك.
• مشروع الخميرة الاصطناعية كان طفرة. على عكس البكتيريا، الخميرة هي خلية حقيقية النواة. وتقع النباتات والحيوانات والبشر جميعًا ضمن هذه الفئة. الحمض النووي الخاص بنا محمي داخل فقاعة تشبه الجوز تسمى النواة، مما يجعل تعديله أكثر صعوبة على علماء الأحياء الاصطناعية.
وبقدر ما تذهب حقيقيات النوى، فإن النباتات أصعب في التعامل معها من الخميرة - كائن حي ذو خلية واحدة - لأنها تحتوي على أنواع متعددة من الخلايا التي تنسق النمو والتكاثر. يمكن أن تحدث تغيرات الكروموسومات بشكل مختلف اعتمادًا على كيفية عمل كل خلية، وبالتالي تؤثر على صحة النبات.
وكتب الفريق في ورقتهم البحثية: "إن تركيب الجينوم في الكائنات متعددة الخلايا لا يزال منطقة مجهولة".
بطيء وثابت
وبدلاً من بناء جينوم جديد بالكامل من الصفر، قام الفريق بالتعديل على جينوم الطحالب الموجود.
تمت دراسة هذا الزغب الأخضر على نطاق واسع في المختبر. تحليل مبكر وجد من جينوم الطحالب أنه يحتوي على 35,000 جين محتمل، وهو أمر معقد بشكل لافت للنظر بالنسبة للنبات. تم تسلسل جميع كروموسوماته الـ 26 بالكامل.
ولهذا السبب، يعتبر النبات "نموذجًا يستخدم على نطاق واسع في الدراسات التنموية التطورية والدراسات البيولوجية الخلوية"، كما كتب الفريق.
تتكيف جينات الطحالب بسهولة مع التغيرات البيئية، خاصة تلك التي تعمل على إصلاح تلف الحمض النووي الناتج عن أشعة الشمس. بالمقارنة مع النباتات الأخرى - مثل نبات الرشاد، وهو نموذج آخر يفضله علماء الأحياء - يتمتع الطحلب بقدرة مدمجة على تحمل التغيرات الكبيرة في الحمض النووي والتجدد بشكل أسرع. وأوضح الفريق أن كلا الجانبين "ضروريان" عند إعادة كتابة الجينوم.
فائدة أخرى؟ يمكن أن ينمو الطحلب إلى نبات كامل من خلية واحدة. تعتبر هذه القدرة بمثابة سيناريو يحلم به علماء الأحياء الاصطناعية، لأن تغيير الجينات أو الكروموسومات في خلية واحدة فقط يمكن أن يغير الكائن الحي بأكمله.
تشبه الكروموسومات النباتية، مثل كروموسوماتنا، شكل "X" بذراعين متقاطعين. في هذه الدراسة، قرر الفريق إعادة كتابة أقصر ذراع كروموسوم في النبات – الكروموسوم 18. وكان لا يزال مشروعًا ضخمًا. في السابق، كان الاستبدال الأكبر عبارة عن حوالي 5,000 حرف من الحمض النووي فقط؛ احتاجت الدراسة الجديدة إلى استبدال أكثر من 68,000 حرف.
وكتب الفريق أن استبدال تسلسلات الحمض النووي الطبيعية بـ "الشظايا الاصطناعية الكبيرة المعاد تصميمها يمثل تحديًا تقنيًا هائلاً".
لقد اتخذوا استراتيجية فرق تسد. لقد صمموا أولاً قطعًا متوسطة الحجم من الحمض النووي الاصطناعي قبل دمجها في "قطعة ضخمة" واحدة من الحمض النووي لذراع الكروموسوم.
كان للكروموسوم المصمم حديثًا العديد من التغييرات الملحوظة. لقد تم تجريده من الترانسبوزونات، أو "الجينات القافزة". تتحرك كتل الحمض النووي هذه حول الجينوم، ولا يزال العلماء يتناقشون حول ما إذا كانت ضرورية للوظائف البيولوجية الطبيعية أو إذا كانت تساهم في المرض. أضاف الفريق أيضًا "علامات" الحمض النووي إلى الكروموسوم لتمييزه على أنه اصطناعي، وأجرى تغييرات على كيفية تنظيمه لتصنيع بروتينات معينة.
بشكل عام، أدت التغييرات إلى تقليل حجم الكروموسوم بنسبة 56 بالمائة تقريبًا. وبعد إدخال الكروموسوم المصمم في الخلايا الطحلبية، قام الفريق برعايتها لتصبح نباتات بالغة.
زهر نصف اصطناعي
حتى مع وجود جينوم معدل بشكل كبير، كان الطحلب الاصطناعي طبيعيًا بشكل مدهش. نمت النباتات بسهولة إلى شجيرات مورقة ذات فروع متعددة وأنتجت في النهاية جراثيم. وكانت جميع الهياكل الإنجابية مماثلة لتلك الموجودة في البرية، مما يشير إلى أن النباتات نصف الاصطناعية كانت لها دورة حياة طبيعية ويمكن أن تتكاثر.
كما حافظت النباتات أيضًا على مرونتها في مواجهة البيئات شديدة الملوحة، وهو تكيف مفيد شوهد أيضًا في نظيراتها الطبيعية.
لكن الطحلب الاصطناعي كان لديه بعض المراوغات اللاجينية غير المتوقعة. علم الوراثة اللاجينية هو العلم الذي يدرس كيفية تشغيل الخلايا للجينات أو إيقافها. كان للجزء الاصطناعي من الكروموسوم شكل جيني مختلف مقارنة بالطحالب الطبيعية، مع جينات أكثر تنشيطًا من المعتاد. ومن المحتمل أن يكون هذا ضارًا، وفقًا للفريق.
كما قدم الطحلب رؤى محتملة حول "المادة المظلمة" للحمض النووي، بما في ذلك الينقولات. ولا يبدو أن حذف هذه الجينات القافزة يضر بالنباتات الاصطناعية جزئيا، مما يشير إلى أنها قد لا تكون ضرورية لصحتها.
وبشكل عملي أكثر، يمكن أن تكون النتائج كذلك تعزيز جهود التكنولوجيا الحيوية استخدام الطحلب لإنتاج مجموعة واسعة من البروتينات العلاجية، بما في ذلك تلك التي تقاوم أمراض القلب، أو تشفي الجروح، أو تعالج السكتة الدماغية. ويستخدم الطحلب بالفعل في تصنيع الأدوية الطبية. يمكن للجينوم المصمم جزئيًا أن يغير عملية التمثيل الغذائي، ويعزز مرونته ضد العدوى، ويزيد من إنتاجيته.
والخطوة التالية هي استبدال كامل الذراع القصير للكروموسوم 18 بتسلسلات اصطناعية. إنهم يهدفون إلى توليد جينوم الطحالب الاصطناعية بالكامل في غضون 10 سنوات.
إنه هدف طموح. بالمقارنة مع جينوم الخميرة، الذي استغرق 18 عامًا وتعاونًا عالميًا لإعادة كتابة نصفه، فإن جينوم الطحالب أكبر بـ 40 مرة. ولكن مع وجود تقنيات قراءة وتركيب الحمض النووي ذات الكفاءة المتزايدة والتكلفة المنخفضة، فإن الهدف ليس بعيد المنال.
ويمكن لتقنيات مماثلة أيضًا أن تلهم مشاريع أخرى لإعادة تصميم الكروموسومات في الكائنات الحية، بما في ذلك البكتيريا والخميرة، من النباتات إلى الحيوانات.
الصورة الائتمان: بيركس / ويكيميديا كومنز
- 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 كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://singularityhub.com/2024/02/08/partially-synthetic-moss-paves-the-way-for-plants-with-designer-genomes/
- :لديها
- :يكون
- :ليس
- $ UP
- 000
- 10
- 2023
- 26%
- 35%
- 40
- a
- القدرة
- من نحن
- وفقا
- في
- تكيف
- تكيف
- وأضاف
- مضيفا
- بالغ
- تؤثر
- بعد
- ضد
- تهدف
- الكل
- سابقا
- أيضا
- طموح
- an
- و
- الحيوانات
- آخر
- هي
- ARM
- أسلحة
- حول
- مصطنع
- AS
- الجوانب
- بكتيريا
- BE
- لان
- كان
- بيرة
- قبل
- أفضل
- Beyond
- أكبر
- علم الاحياء
- التكنولوجيا الحيوية
- Blocks
- مخطط
- زيادة
- على حد سواء
- الفروع
- اختراق
- فقاعة
- ابني
- مدمج
- لكن
- by
- دعوة
- تسمى
- CAN
- قدرات
- حمل
- الفئة
- سبب
- الخلية
- خلايا
- معين
- تحدى
- تحدي
- تغيير
- التغييرات
- أرخص
- الصين
- الكروموسومات
- للاتعاون
- كلية
- مكافحة
- الجمع بين
- مقارنة
- تماما
- مجمع
- تحتوي على
- المساهمة
- رابطة
- استطاع
- النظراء
- ائتمان
- حرج
- عبرت
- فضول
- على
- دورة
- تلف
- مناقشة
- قررت
- حل الشفرة
- اعتمادا
- تصميم
- تصميم
- مصمم
- على الرغم من
- التنموية
- فعل
- مختلف
- بشكل مختلف
- مرض
- الحمض النووي
- لا
- dr
- حلم
- المخدرات
- كل
- في وقت مبكر
- أسهل
- فعال
- مهندس
- كامل
- كلية
- بيئي
- علم التخلق
- خاصة
- أساسي
- في النهاية
- كل
- تطور
- مثال
- القائمة
- تجارب
- شرح
- على نطاق واسع
- فال
- بعيدا
- أسرع
- الاسم الأول
- في حالة
- هائل
- وجدت
- تبدأ من
- بالإضافة إلى
- وظائف
- توليد
- وراثية
- منح
- العالمية
- Go
- هدف
- أخضر
- نشأ
- النمو
- التسويق
- كان
- نصفي
- أصعب
- ضرر
- الضارة
- يملك
- وجود
- صحة الإنسان
- قلب
- مرض القلب
- بشكل كبير
- مساعدة
- جدا
- تاريخ
- كيفية
- HTTPS
- البشر
- if
- إمبراطوري
- امبريال كوليدج
- امبريال كوليدج في لندن
- مثير للإعجاب
- in
- بما فيه
- القيمة الاسمية
- على نحو متزايد
- العدوى
- في الداخل
- رؤى
- إلهام
- المقابلة الشخصية
- إلى
- IT
- انها
- JPG
- م
- واحد فقط
- احتفظ
- مختبر
- سلم
- كبير
- أكبر
- متأخر
- الحياة
- مثل
- الذين يعيشون
- لندن
- طويل
- بحث
- يبدو مثل
- صنع
- حافظ
- جعل
- القيام ب
- تصنيع
- علامة
- مادة
- المواد
- أمر
- طبي
- الأدوية
- الأيض
- ربما
- نموذج
- لحظة
- الأكثر من ذلك
- طحلب
- خطوة
- التحركات
- متعدد
- غامض
- طبيعي
- الطبيعة
- تقريبا
- بحاجة
- جديد
- حديثا
- التالي
- عادي
- عادة
- جدير بالذكر
- of
- خصم
- عرضت
- on
- ONE
- منها
- فقط
- or
- أخرى
- لنا
- خارج
- على مدى
- الخاصة
- ورق
- جزء
- أجزاء
- حطام
- مجتمع
- فى المائة
- رفع معنوياته
- الشتلات
- البلاستيك
- أفلاطون
- الذكاء افلاطون البيانات
- أفلاطون داتا
- بلايستشن
- ممكن
- محتمل
- يحتمل
- عمليا
- قدم
- سابقا
- إنتاج
- أنتج
- ملفي الشخصي
- تنفيذ المشاريع
- مشروع ناجح
- محمي
- البروتينات
- مضخة
- نطاق
- الوصول
- بسهولة
- نادي القراءة
- سبب
- الأخيرة
- إعادة تصميم
- إعادة التصميم
- عقار مخفض
- نسبيا
- بقايا
- يصلح
- يحل محل
- استبدال
- إستبدال
- استنساخ
- الباحثين
- مرونة
- مما أدى
- النتائج
- جدد أسلاك
- إعادة كتابة
- قال
- تلبية
- سيناريو
- علوم
- علمي
- العلماء
- خدش
- بدا
- رأيت
- سبعة
- عدة
- قصير
- أقصر
- عزباء
- المقاس
- صغير
- بعض
- مستقر
- خطوة
- لا يزال
- الإستراتيجيات
- الهياكل
- مدروس
- دراسات
- دراسة
- هذه
- ضوء الشمس
- بشكل مفاجئ
- تركيب
- توليف
- اصطناعي
- فريق
- تقني
- تقنيات
- التكنولوجيا
- إقليم
- من
- أن
- •
- من مشاركة
- منهم
- تشبه
- هم
- الأشياء
- اعتقد
- هؤلاء
- مرات
- إلى
- توم
- استغرق
- نحو
- علاج
- منعطف أو دور
- تحول
- قرص
- اثنان
- نوع
- أنواع
- مجهول
- فهم
- غير متوقع
- مختلف
- us
- مستعمل
- مفيد
- استخدام
- معتاد
- الإصدارات
- وكان
- نفاية
- طريق..
- كان
- متى
- التي
- من الذى
- كامل
- واسع
- مدى واسع
- بري
- مع
- في غضون
- الجروح
- كتب
- سنوات
- التوزيعات للسهم الواحد
- زفيرنت