الأحياء التخليقية والبحوث العلمية

 

 

 

أ.د. حيدر بن أحمد اللواتي **

 

تحدَّثنا فيما مضى عن بعض المنتجات البيولوجية القائمة على الأحياء التخليقية، وسنتحدث اليوم عن عدد من البحوث العلمية والتي مازالت داخل المختبرات العلمية ولم تطرح كمُنتجات متداولة في الأسواق أو في البيئات الخارجية، وعدد من هذه البحوث يهدف إلى الكشف عمّا يمكن لهذا العلم القيام به، وما إمكاناته.

ومن أجل ذلك، قام عدد من علماء J. Craig Venter Institute في عام 2010 بتصنيع الخارطة الوراثية بكاملها، من خلال تفاعلات كيميائية مخبرية لأحد أصناف البكتيريا البدائية والتي تعرف باسم Mycoplasma Mycoides، وبعد أن تم تصنيعها مخبريًا، قاموا وأفرغوا خلية لبكتريا أخرى تدعى Mycoplasma Capricolum من خارطتها الوراثية، ومن ثم قاموا بزرع الخارطة الوراثية المصنّعة لبكتيريا Mycoplasma Mycoides في هذه الخلية. وبالتالي فقد أجروا تغييرات فائقة في طبيعة خلية كائن حي، بحيث غيروا من طبيعته تمامًا. ولا شك أن ذلك يتجاوز تغييرًا بسيطًا في شفرة الكائن الحي. وكان الهدف من وراء هذه العملية الوصول إلى أبسط صورة ممكنة للحياة، واستمر البحث العلمي، وذلك بمحاولة تبسيط الخارطة الجينية المصنعة، بحيث تنتج كائناً غاية في البساطة، لا يقوم إلّا بالوظائف الأساسية للحياة فقط.

وفي عام 2016، تم تصنيع النسخة الثانية من هذا الكائن الذي لا وجود له في الطبيعة، وإنما صنعه الإنسان في مختبراته، وكانت النسخة الثانية أبسط من الأولى وضمت 473 جينًا فقط، إلّا أنه لوحظ أنه يقوم بإنتاج خلايا ويتكاثر بصورة غير طبيعية، وتم تعديل جيناته مرة أخرى في نسخة أخيرة تم التوصل لها عام 2021، وتعد أبسط صورة لكائن حي؛ إذ تتكون خارطته الجينية من أقل من 500 جين، ولا يتواجد هذا الكائن الحي إلّا في هذه المختبرات البحثية.

ويفتح هذا النوع من البحوث المجال أمام فكرة إعادة كائنات حية انقرضت، وكل ما نحتاج اليه هو معرفة الخارطة الجينية لتلك الحيوانات، وقد تم التعرف على الخارطة الجينية لانسان "النينترتال"، كما تم التعرف على الخارطة الجينية لحيوان "الماموث" الضخم، ولذا فمن الناحية النظرية يمكننا اعادتهما إلى الحياة، وذلك من خلال تصنيع الخارطة الجينية لهما، ولا نحتاج أن نبدأ بتصنيع الخارطة الجينية بكاملها؛ بل يمكننا أن نأخذ خارطة جينية لكائن آخر شبيه بهما وإجراء التغييرات عليها، وهذا ما يقوم به حاليا البروفيسور George Church الباحث الأكاديمي في جامعة هارفارد؛ حيث يسعى لإجراء تغييرات جينية على الخارطة الجينية للفيل الآسيوي؛ بما يوافق وإنتاج الماموث المنقرض، وقد بدأ البحث من حوالي عقد من الزمن وما زال العمل مستمرا فيه.

وقام عدد من الطلاب الذين شاركوا في المسابقة الدولية للهندسة الوراثية عام 2006، بتشكيل جيني للكشف عن الزرنيخ في مياه الشرب، بحيث يمكنه الكشف عن الزرنيخ بتركيز يصل إلى 10 أجزاء في المليار. ومن ثم قامت مجموعة أخرى من الطلبة بتغييرات جينية أخرى لمنع تسرُّب هذه الكائنات إلى البيئة المحيطة، وإن حدث وتسرَّبت، فلن تستطيع البقاء حيةً، لكن هذا الكائن الحي المُصنَّع ما زال غير مسموح به لأمور تتعلق بالمسائل التشريعية والأخلاقية، فهو تشكيل جيني مُصنَّع لا وجود له في الطبيعة!

هناك ما يعرف بعملية تصنيع النظام الجيني؛ حيث يتم تصنيع نُظُم جينية جاهزة في المختبرات، وهذه النظم الجينية إنما تم تصنيعها لتؤدي وظيفة معينة، ويتم مشاركتها بين علماء الأحياء التخليقية، سعيًا منهم لإنشاء مكتبة تخليقية متكاملة لهذه النظم الجينية؛ مما يسهل بعد ذلك من تركيبها وتجميعها لإنشاء نظم بيولوجية مختلفة، كما يمكن لهذه النظم الجينية المصنعة إدراجها في خلايا حية.

ولا يقتصر الأمر على ذلك؛ بل يتعدى إلى محاولة استبدال الأحماض الأمينية التي تتواجد في الطبيعة بأخرى مصنعة لا تتواجد في الطبيعة، فهناك 21 حمضًا أمينيًا يتواجد في الطبيعة وجميع الكائنات الحية تتكون من هذه فقط ولا توجد أحماض أمينية غيرها في الطبيعة، لكن استطاع بعض العلماء استبدال أحد هذه الأحماض الأمينية وهو حمض التريبتوفان بحمض مصنّع في الكود الجيني لبكتريا تعرف باسم "Escherichia Coli".

وهناك بحوث أخرى جارية تسعى إلى إضافة قواعد مصنعة لمركب الدي أن أيه، فمن المعروف أن مركب الدي أن أي في جميع الكائنات الحية يحتوي على أربع قواعد وهذه القواعد الأربعة هي أدينين، سيتوسين، جوانين، وثيامين، لكن العلماء نجحوا في إضافة مركبين جديدين للقواعد الأربعة، بحيث تصبح عدد القواعد في مركب الدي أن أيه ستة قواعد بدلًا من أربعة!

كما إن هناك آخرين أضافوا أربعة قواعد مصنعة لمركب "دي إن إيه"، وقد لوحظ أن الـ"دي إن إيه" المُصنَّع له القدرات ذاتها والتي توجد في مركب الـ"دي إن إيه" الطبيعي؛ إذ إنه قادر على التوالد الذاتي، وعلى نقل وتبادل المعلومات، كما إنه يحتفظ بالمعلومات بالطريقة ذاتها التي يحتفظ فيها مركب الدي أن أيه الطبيعي!

إن هذه البحوث تشير إلى إمكانية خلق حياة من نمط جديد تمامًا، لم تعهده كرتنا الأرضية إطلاقا، فعلوم الحياة تنظر اليوم إلى الكائنات الحية، على أنها نظم جاهزة يمكن التحكم فيها واستخدامها لإنتاج مختلف المواد وذلك عبر إعادة برمجتها وتغيير نظام المعلومات فيها من خلال تغيير الخارطة الجينية لها.

هذه البحوث العلمية، قد توضح لنا أن أشكال الحياة لا يقتصر على ما نعرفه، بل يمكن أن تتواجد أشكال مبتكرة لم تعهدها كرتنا الأرضية بعد، فلقد توصل العلم اليوم على أن جميع الكائنات الحية الموجودة اليوم على ظهر كرتنا الأرضية تتكون من الـ"دي إن إيه" الذي يتكون من 4 قواعد، وأن هذه الكائنات الحية على الرغم من اختلافاتها الكبيرة الّا أن البروتينات المكونة لها تتكون من 21 صنفًا من الأحماض الأمينية، بينما نلاحظ اليوم أن البحوث جارية لإضافة قواعد جديدة للـ"دي إن إيه"، واضافة أحماض جديدة للبروتينات، وهذا يعني أن المركبات الحيوية الحالية لا تتميز بميزات فريد تجعلها الوحيدة القادرة على أن القيام بالوظائف البيولوجية للكائنات الحية، ولذا فاذا نجح هؤلاء العلماء وسمح لهم القانون بذلك فسيتم انتاج صور جديدة للحياة لم تعهدها كرتنا الأرضية إطلاقًا.

ويتضح من هذه الأمثلة أن علم الأحياء التخليقية هي مرحلة متطورة للغاية من علم الهندسة الجينية، وقد يتبادر إلى الذهن أننا نقترب من عصر برمجة الأحياء فكما أن برامج الحاسوب تتحكم وبدقة فائقة على الحواسيب فان برمجة الأحياء قد تصل إلى هذه المرحلة، فمفتاح برمجة الأحياء هو في القدرة على التلاعب بحمض الـ"دي إن إيه"، وذلك من خلال قص ولصق وتغيير سلاسل الحمض النووي، وهذا ما يقوم به علماء الأحياء التخليقية.

وللحديث بقية،،،

 

سلسة من المقالات عن تاريخ علوم الحياة وحاضرها وفلسفتها والتقنيات القائمة عليها.

** كلية العلوم، جامعة السلطان قابوس

رابط مختصر

المصدر: جريدة الرؤية العمانية