يقدم باحثون من معهد ماكس بلانك “Max Planck”، لديناميات الأنظمة التقنية المعقدة في ماغدبورغ “Magdeburg”، ومركز باول باسكال للأبحاث في المركز الوطني للبحوث العلمية بجامعة بوردو”Bordeaux “، تجربة علم الأحياء التخليقي، حيث نجحوا في دمج الشكل البسيط لوظيفة التمثيل الغذائي في قُطيرات صغيرة مجهرية يتم الحفاظ عليه من خلال إمدادات طاقة متكاملة، وتأكيدًا لذلك يُوجد هناك خلايا يتم صنعها من الماء في الزيت باستخدام تكنولوجيا الموائع الدقيقة، حيث يُولِّد الفريق البحثي قُطيرات صغيرة يتم فيها حقن مكونات التمثيل الغذائي البسيط، وأضاف الباحثون مكونات جزيئية مختلفة إلى داخل هذة القُطيرات، والتي بدورها تحاكي التفاعل الأيضي، ومن المعروف أن هذة الخلية الاصطناعية المبسطة تبدو للوهلة الأولى مختلفة تمامًا عن نظيرتها الطبيعية، ولكن هناك شيء واحد مؤكد يشرحه كاي سوندماشر”Kai Sundmacher” -مدير معهد ماكس بلانك في ماغدبورغ – “من المنظور التكنولوجي هذة الأنظمة البسيطة هي نماذج ملائمة يمكن من خلالها تطوير أنظمة أكثر تعقيدًا أقرب إلى الطبيعة”.
ومن المؤمل أن الخلايا التي تم إنشاؤها في أنبوب اختبار، تُمكِّننا من الإجابة على بعض الأسئلة الرئيسية في علم الأحياء، مثل ما هو الحد الأدنى الذي تحتاجه الخلية من أجل العيش؟ وكيف بدأت الحياة على الأرض؟
يسأل إروين شرودنغر”Erwin Schrödinger” في كتابه “ما هي الحياة؟” كيف يُمكن للكائن الحي أن يستمر في العيّش؟
يعتقد البعض إن الجواب بسيطٌ فيُمكن للكائن الحي أن يستمر في البقاء من خلال الأكل، والشرب، والتنفس، ولكن المصطلح العلمي الحقيقي هو “الأيض” والمعروف باسم “وظيفة التمثيل الغذائي”.
إن العمليات البيوكيميائية التي تحدُث، تُمكِّن الكائنات الحية من الحصول على الطاقة وبناء أو تكسير المواد، فالوظيفة الأيضية ضرورية للقدرة على العيش والبقاء على قيد الحياة.
رغب إيفان إيفانوف “Ivan Ivanov” -المهندس والباحث في معهد ماكس بلانك لديناميات الأنظمة التقنية المعقدة- هو وزملاؤه في تصميم نظام بسيط يحتوي على الخصائص الأساسية للخلية، لمعرفة المكونات التي هي في نهاية المطاف ذات أهمية حاسمة للحياة.
تقنية ميكروفلويديك التي تُنتِج قطرات كما هو المطلوب، بالإضافة إلى وظيفة التمثيل الغذائي، هناك حاجة إلى الانفصال من البيئة؛ حيث كل خلية لديها جدار إلى حد معين، والذي يفصلها عن بيئتها، ويمكن إنشاء هذة الأجزاء المنفصلة إما من خلال الأغشية، أو من خلال القطيرات.
يستخدم الباحثون ما يعرف باسم “تقنية ميكروفلويديك” مما يجعل من الممكن إنتاج أجزاء دقيقة بأعداد كبيرة وتحليلها بسرعة؛ حيث تمكن العلماء من ضبط الحجم والتركيب باستخدام وحدات ميكروفلويديك؛ ثم ملأوا المقصورات بفوسفات الجلوكوز والعامل المشارك “+NAD”، يُوفِّر الأول المغذيات للخلايا الاصطناعية التي تتحول في وجود العامل المشارك “+NAD” إلى منتج نهائي كيميائي مع إطلاق الطاقة الكيميائية، كما يلعب “+NAD” دورًا في أيض الخلايا الحية، حيث يمتص الهيدروجين أثناء تفاعل التمثيل الغذائي بحيث يتم تحويله إلى “NADH” من أجل الحفاظ على رد الفعل في الواقع، أضاف العلماء وحدة تعيد توليد “+NAD” عن طريق أكسدة “NADH” مرة أخرى إلى “+NAD” ليكون العامل المشترك متاحًا دائمًا.
وإذا تم استخدام فوسفات الجلوكوز بالكامل، فإن الخلايا تدخل في وضع السكون إلى درجة معينة، والتي يُمكن وضع حدّ لها من خلال التغذية المتجددة بمغذياتها، وذلك باستخدام نظام “microinjection” مرة أخرى.
كتابة: منار إبراهيم
مراجعة: مريم محمد
تصميم: عبدو سعد
تحرير: سارة أبو زيادة
