يستكشف الباحثون الهياكل النانوية الهجينة من الببتيد والحمض النووي لتطوير أشكال الحياة الاصطناعية التي يمكن أن يكون لها تطبيقات في الآلات النانوية لإنشاء لقاحات فيروسية وعلاج الأمراض. يمكن لهذه الابتكارات أن تبشر بتغييرات رائدة في مجال الرعاية الصحية. إن خلق حياة اصطناعية هو موضوع متكرر في العلوم والأدب الشعبي، حيث يستحضر صور مخلوقات لزجة متململة ذات نوايا خبيثة أو حيوانات أليفة مصممة بشكل رائع.
في الوقت نفسه، هناك أسئلة: على الأرض، يتم إنشاء جميع أشكال الحياة بطبيعتها ولها مكانها والغرض منها.
قام البروفيسور المشارك لو تشينغوانغ من قسم الفيزياء والكيمياء والصيدلة بجامعة جنوب الدنمارك والبروفيسور ماو هانبين من جامعة ولاية كينت بتصميم مصفوفة من الجزيئات الهجينة الاصطناعية الخاصة التي قد تؤدي إلى خلق أشكال الحياة الاصطناعية.
لقد نشروا مراجعة في مجلة Cell Reports Physical Science، حيث قدموا حالة البحث الحالية في هذا المجال وراء إنشائها. يعد هذا المجال، المعروف باسم "الهياكل النانوية الهجينة للببتيد والحمض النووي"، مجالًا ناشئًا، وقد تم تأسيسه منذ أقل من عقد من الزمن.
التطبيقات المحتملة للحياة الاصطناعية
تتمثل رؤية لو في إنشاء لقاحات فيروسية (نسخ معدلة ومضعفة من الفيروسات) وأشكال حياة صناعية يمكن استخدامها لتشخيص الأمراض وعلاجها.
وقال: "في الطبيعة، معظم الكائنات الحية لها أعداء طبيعيون، لكن بعض الكائنات الحية ليس لديها أعداء طبيعيون. على سبيل المثال، بعض الفيروسات المسببة للأمراض ليس لها أعداء طبيعيون. إن خلق شكل من أشكال الحياة الاصطناعية يمكنه محاربتها سيكون خطوة منطقية". وبالمثل، من وجهة نظره، يمكن استخدام شكل الحياة الاصطناعي كلقاح للوقاية من الالتهابات الفيروسية، أو كروبوت نانوي أو آلة نانوية محملة بالأدوية أو العناصر التشخيصية ومن ثم تسليمها للمريض.
"ربما لا يزال أمامنا حوالي 10 سنوات من التوصل إلى لقاح فيروسي اصطناعي. والخلايا الاصطناعية هي قاب قوسين أو أدنى لأنها تتكون من العديد من العناصر التي تحتاج إلى السيطرة عليها قبل أن نتمكن من البدء في صنعها. ولكن، استنادا إلى المعرفة التي لدينا، من حيث المبدأ، لا توجد عقبات أمام صنع كائنات الخلايا الاصطناعية في المستقبل."
كتل البناء الجزيئية
ما هي اللبنات الأساسية التي سيستخدمها لو وزملاؤه في الميدان لإنشاء لقاحات فيروسية وحياة صناعية؟ يعد الحمض النووي والببتيدات من أهم الجزيئات الحيوية في الطبيعة، لذا فإن تكنولوجيا الحمض النووي وتكنولوجيا الببتيد هما من أقوى الأدوات الجزيئية في مجموعة أدوات تكنولوجيا النانو اليوم.
يمكن لتكنولوجيا الحمض النووي التحكم بدقة في البرمجة من المستوى الذري إلى المستوى العياني، ولكنها لا يمكنها سوى توفير وظائف كيميائية محدودة لأنها تحتوي على أربع قواعد فقط: A وC وG وT. يمكن لتقنية الببتيد توفير وظائف كيميائية كافية على نطاق واسع نظرًا لتوفر 20 حمضًا أمينيًا. تستخدم الطبيعة الحمض النووي والببتيدات لبناء مصانع البروتين المختلفة في الخلايا التي تسمح لها بالتطور إلى كائنات حية.
في الآونة الأخيرة، نجح ماو هانبين ولو تشينغوانغ في ربط بنية الحمض النووي ثلاثية الجدائل المصممة مع بنية الببتيد ثلاثية الجديلة لإنشاء جزيء هجين اصطناعي يجمع بين مزايا كليهما. سيتم نشر نتائج هذا البحث في مجلة Nature Communications في عام 2022.
التقدم العالمي في الهياكل الهجينة
وفي أماكن أخرى من العالم، يعمل باحثون آخرون أيضًا على ربط الحمض النووي والببتيدات، حيث توفر هذه الروابط أساسًا متينًا لتطوير كيانات بيولوجية وأشكال حياة أكثر تقدمًا.
نجح باحثون في جامعة أكسفورد في إنشاء آلة نانوية مصنوعة من الحمض النووي والببتيدات يمكنها الحفر عبر أغشية الخلايا، وإنشاء قناة غشائية اصطناعية يمكن للجزيئات الصغيرة أن تمر من خلالها. (سبرويجت وآخرون، نات. نانوتكنول. 2018، 13، 739-745).
وفي جامعة ولاية أريزونا، مكّن نيكولاس ستيفانوبولوس وزملاؤه الحمض النووي والببتيدات من التجمع الذاتي في هياكل ثنائية وثلاثية الأبعاد. (بوخبرجر وآخرون، J.Am.Chem.Soc.2020,142,1406-1416)
أثبت الباحثون في جامعة نورث وسترن أن الحمض النووي والببتيدات يمكن أن يشكلوا أليافًا دقيقة أثناء تجميعهم ذاتيًا. يعمل الحمض النووي والببتيدات على مستوى النانو، وبالتالي فإن الألياف الدقيقة ضخمة نظرًا لاختلاف الحجم (Freeman et al., Science, 2018, 362, 808-813).
استخدم العلماء في جامعة بن غوريون في النقب مزيجًا من الجزيئات لإنشاء هيكل كروي يشبه البصل يحتوي على أدوية مضادة للسرطان ويمكن استخدامه لاستهداف الأورام السرطانية في الجسم. (تشوتيرا وآخرون، كيم. يورو. J.، 2018، 24، 10128-10135)
"في رأيي، القيمة الإجمالية لكل هذه الجهود هي أنه يمكن استخدامها لتحسين قدرة المجتمع على تشخيص وعلاج المرضى. وبالنظر إلى المستقبل، لن أتفاجأ إذا تمكنا في يوم من الأيام من استخدام هذه اللبنات الأساسية لإنشاء آلات نانوية هجينة، ولقاحات فيروسية، وحتى أشكال الحياة الاصطناعية حسب الرغبة لمساعدة المجتمع على مكافحة تلك الأمراض التي يصعب علاجها. سيكون هذا ثورة في الرعاية الصحية."