ابتكار لغة برمجة للخلايا الحية
كتبت: يارا كمال
ابتكر مجموعة من المهندسين البيولوجيين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لغة برمجة تسمح لهم بتصميم دوائر حمض نووي (DNA) مشفرة بسرعة، لمنح الخلايا الحية وظائف جديدة.
باستخدام هذه اللغة، يستطيع أي شخص أن يكتب برنامجًا للوظيفة التي يريدها، مثل الكشف عن والاستجابة لظروف بيئية معينة. بعد ذلك، يستطيع أن ينتج تسلسل الحمض النووي الذي سيؤدي هذه الوظيفة.
قال ”كريستوفر فويت“، أستاذ الهندسة البيولوجية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، إنها لغة برمجة للبكتريا بالمعنى الحرفي، فأنت تستخدم لغة تعتمد على النص، مثل برمجة الكمبيوتر، ثم تأخذ هذا النص وتجمعه وتحوّله لتسلسل حمض نووي وتضعه داخل الخلية، وستعمل الدائرة داخل الخلية.
استخدم فويت هو وزملاؤه في جامعة بوسطن والمعهد الوطني للمعايير والتقنية هذه اللغة، التي شرحوها في عدد أول إبريل من مجلة ”Science“لبناء دوائر لكشف ما يصل إلى 3 مدخلات والاستجابة لهم بطرق مختلفة.
تتضمن التطبيقات المستقبلية لهذا النوع من البرمجة تصميم خلايا بكتيرية تنتج عقار للسرطان عندما تكتشف ورم، أو ابتكار خلايا الخميرة التي تستطيع إيقاف عملية التخمير في حالة تراكم كتير من المنتجات الثانوية السامة. خطط الباحثون لتصميم واجهة للمستخدم متاحة على الانترنت.
خلال 15 سنة ماضية، صمم علماء الأحياء والمهندسون أجزاء جينية كثيرة مثل أجهزة الاستشعار ومحوّلات الذاكرة والساعات البيولوجية، والتي يمكنها أن تتحد لتعدّل وظائف الخلية وإضافة وظائف جديدة. مع ذلك، كان تصميم كل دائرة عملية شاقة تحتاج خبرة كبيرة وكثير من المحاولة والخطأ. الآن، لا يحتاج مستخدم تلك اللغة الجديدة لمعرفة متخصصة في مجال الهندسة الوراثية، فيمكنك أن تكون طالب في المدرسة، وتدخل على الانترنت وتكتب البرنامج الذي تريده، لتحصل على تتابع حمض نووي.
تعتمد هذه اللغة على فيريلوج (Verilog)، الذي يستخدم في برمجة شرائح الكمبيوتر. لابتكار نسخة من هذه اللغة لتعمل في الخلايا، صمم الباحثون عناصر حوسبة مثل البوابات المنطقية وأجهزة الاستشعار، والتي يمكن تشفيرها في الحمض النووي لخلية بكتيرية.
تكتشف أجهزة الاستشعار مركبات مختلفة مثل الأوكسجين والجلوكوز، بالإضافة إلى الضوء والحرارة والحموضة وظروف بيئية أخرى. كما يمكن للمستخدمين أن يضيفوا أجهزة استشعارهم الخاصة.
قال فويت إن أكبر تحدي كان تصميم 14 بوابة منطقية لتستخدم في الدوائر دون أن يتداخلوا معًا، فور وضعهم في بيئة الخلية الحية المعقدة.
في النسخة الحالية من لغة البرمجة، الأجزاء الجينية هي الأمثل بالنسبة للبكتريا الإشريكية القولونية (E.coli)، لكن الباحثون يعملوا لتوسيع استخدام اللغة على سلالات أخرى من البكتريا مثل العصوانية، التي توجد في قناة الإنسان الهضمية، والزائفة، والتي تعيش أحيانًا في جذور النبات، وخميرة الخبز. سيسمح ذلك للمستخدمين أن يكتبوا برنامج واحد وجمعه لكائنات مختلفة للحصول على تتابع الحمض النووي سليمًا.
باستخدام هذه اللغة، برمج الباحثون 60 دائرة بوظائف مختلفة، منها 45 دائرة عملت بشكل سليم من أول محاولة. صُممت كثير من هذه الدوائر لقياس أحد الظروف البيئية أو أكثر، مثل مستوى الأوكسجين أو تركيز الجلوكوز، والاستجابة وفقًا للقياسات. وهناك دائرة أخرى صُممت لتصنيف 3 مدخلات مختلفة، ثم الاستجابة وفقًا لأولوية كلٍ منها. أكبر دائرة بيولوجية تحتوي على 7 بوابات منطقية وحوالي 12 ألف زوج قاعدي من الحمض النووي (DNA).
إحدى مميزات هذه التقنية هي السرعة، فقبلها كان بناء هذا النوع من الدوائر يحتاج إلى سنوات، أما الآن، يمكنك أن تضغط زرًا وسوف تحصل على تتابع الحمض النووي لاختباره.
يخطط الفريق للعمل على تطبيقات عديدة لهذه التقنية مثل البكتريا التي يمكن بلعها لهضم اللاكتوز، والبكتريا التي يمكنها أن تعيش على جذور النبات والتي تنتج مضاد للحشرات إذا شعرت أن النبات في خطر.
المصدر
