ابتكر علماء الهندسة البيولوجية في معهد( ماساتشوستس للتكنولوجيا-MIT) لغة برمجة تمكنهم من تصميم دوائر معقدة ومشفرة من الحمض النووي، والتي ستمنح الخلايا الحية وظائف جديدة.
سيتمكن أي شخص من كتابة برنامج للوظيفة المنشودة، مثل: التنبؤ و الإستجابة لظروف البيئة المحيطة، و بعدها إنتاج تسلسل الحمض النووي الذي سيؤديها.
« حرفيًا..إنها لغه برمجة للبكتيريا. الأمر مشابه لبرمجة كمبيوتر، إنك تستخدم لغة معتمدة علي النص ثم تأخذ هذا النص و تترجمه إلي تسلسل من الحمض النووي الذي يوضع بدوره في الخلية وبعدها تبدأ الدائرة بالعمل داخل الخلية . »
(كريستوفر فويت- Christopher Voigt) أستاذ الهندسة البيولوجية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
لقد استخدم فويت و زملائه من ( جامعة بوسطن-Boston University) و (المعهد الوطني للمعايير و التكنولوجيا-National Institute of Standards and Technology) هذه اللغة – والتي وصفت في عدد الأول من أبريل من مجلة ( العلوم- Science) – في بناء دوائر تستطيع التنبؤ بثلاث مدخلات و الإستجابة بطرق مختلفة . تتضمن التطبيقات المستقبلية لهذا النوع من البرمجة تصميم خلايا بكتيرية تنتج دواء للسرطان بمجرد التنبؤ بوجود الورم ، أو تخليق (خلايا خميره-yeast cells) لديها القدرة علي إيقاف التخمر الخاص بها في حال وجود الكثير من النواتج السامة.
يخطط الباحثون لجعل واجهة التصميم للمستخدمين متاحة علي الموقع ، بدون الحاجة لخبرة سابقة ,تحتاج فقط للغه البرمجه المستخدمه لإنتاج DNA من تصميمك.
اللغه المستخدمه هى (فيريلوج-Verilog) و التي تستخدم عادة لبرمجة (رقاقات حاسوبيه-computer chips).و لقد قام الباحثون بتصميم عناصر حسابية مثل: بوابات منطقية و أجهزة استشعار يمكن تشفيرها في الحمض النووي لخلية بكتيرية؛ و ذلك من أجل تخليق نسخة من هذه اللغة بإمكانها العمل في الخلايا الحية. أجهزة الإستشعار تلك لديها القدرة علي التنبؤ بوجود الأكسجين و الجلوكوز و الضوء و الحرارة و الحامضية و أي ظروف بيئية أخري، و يمكن للمستخدمين إضافة أجهزة الإستشعار التي يريدونها .
كان تصميم كل من هذه الدوائر يعد عملية شاقة تتطلب خبرة كبيرة و الكثير من التجربة و الخطأ . «يجب عليك أن تمتلك معرفة وطيدة حول كيفية عمل هذه الأجزاء علي حدة، و كيفية عملها بشكل متكامل. » قالها فويت.
علي الجانب الآخر مستخدمي لغة البرمجه ليسوا في حاجة إلي أي معرفة متخصصة في مجال الهندسة الوراثية. «بإمكانك أن تكون جاهل تمامًا بكيفية عمل أي منها، و هذا هو موطن الإختلاف في هذه اللغة، بإمكانك أن تكون طالبًا في الثانوية و تدخل إلي الموقع و تقوم بكتابة البرنامج الذي تريد، فيقوم بإخراج تسلسل الأحماض النووية إليك . » قالها فويت.
علي مدار الخمسة عشر سنة الفائتة قام البيولوجيون و المهندسون بتصميم العديد من الأجزاء الوراثية مثل: (أجهزة الإستشعار-sensors)، (مفاتيح الذاكرة-memory switches)، ( الساعات البيولوجية-biological clocks) و التي يمكن دمجها لتعديل وظائف الخلية الحالية و إضافة وظائف جديدة.
تم تحسين الأجزاء الوراثية -في النسخة الحالية من اللغة – لبكتيريا (إي كولاي-Escherichia coli)، لكن الباحثون يعملون علي توسيع اللغة لتشمل سلالات مختلفة مثل: باكتيريا(باكتيرويديز-Bacteroides ) التي يشيع تواجدها في القناة الهضمية، والبكتيريا (الزائفة- Pseudomonas) والتي تعيش غالبًا في جذور النباتات، و(فطريات الخميرة-Saccharomyces cerevisiae). وهذا سيمكن المستخدمين من كتابة برنامج واحد و ترجمته لأعضاء مختلفة للحصول علي التسلسل الصحيح من الحمض النووي لكل منهم.
تمكن العلماء باستخدام هذه اللغة من برمجة ستين دائرة مختلفة الوظائف. خمسة و أربعون منهم عملوا بشكل صحيح من التجربة الأولي. بعض هذه الدوائر صممت لقياس واحد أو أكثر من الظروف البيئية مثل: مستوى الأكسجين، و تركيز الجلوكوز و الإستجابة وفقًا لذلك . هناك دائرة أخري صممت لترتيب ثلاثة مدخلات مختلفة ، و الإستجابة علي أساس أولوية كل منهم.
تعد واحدة من هذه الدوائر الجديدة أكبر دائرة بيولوجية أمكن بناؤها, وتحتوي علي 7 بوابات منطقية و 1200(زوج قاعدي من الحمض النووي-base pairs of DNA).تعتبر السرعة واحدة من فوائد هذه التقنية، «من الممكن استهلاك سنوات لبناء هذه الدوائر ، لكن الآن أصبح بإمكانك الضغط علي زر و الحصول علي تسلسل من الحمض النووي لإختباره .» قالها فويت.
-تصميم أربعة عشر بوابة منطقية المستخدمة في الدائرة بحيث لا تتداخل مع بعضها حالما توضع في بيئة الخلية المعقدة كان التحدي الأكبر.
-المؤلف الرئيسي لهذه الورقة البحثية هو (أليك نيلسن-Alec Nielsen) طالب في البكالريوس في MIT، و مؤلفين آخرين: (براين دير-Bryan Der) دكتور سابق في MIT، (جونهاين شن-Jonghyeon Shin) دكتور في MIT ، (براشانت فيدياناثان-Prashant Vaidyanathan) خريج جامعه (بوسطن-Boston)، (دوجلاس دنزمور-Douglas Densmore) أستاذ مساعد بجامعه بوسطن، (فانيا بارلانوف-Vanya Paralanov) و(إليزابيث -Elizabeth Strychalski) و(ديفيد روس-David Ross) باحثين في المعهد الوطني للمعايير و التكنولوجيا.
ترجمة: Randa Adel
مراجعة علميه: Ahmed Fawzy
المصدر: http://sc.egyres.com/RDULs
فيديو: http://sc.egyres.com/rRpIE
