حسناً، دعوني أخبركم حول بناء الخلايا الاصطناعية
وطباعة الحياة.
ولكن أولاً، دعوني أخبركم قصة سريعة.
في 31 مارس عام 2013،
تلقيت أنا وفريقي رسالة إلكترونية من منظمة صحية دولية،
تخبرنا بأن هناك رجلين قد توفوا في الصين
بعد فترة وجيزة من إلتقاطهم فيروس إنفلونزا الطيور H7N9.
حيث كان هناك مخاوف من وباء عالمي
حيث بدأ الفيروس بالأنتشار بسرعة عبر الصين.
على الرغم من وجود طرق لإنتاج لقاح الأنفلونزا
وإيقاف المرض من الأنتشار.
على أفضل تقدير، لن يكون هذا اللقاح متوفراً قبل ستة أشهر على الأقل.
وهذا بسبب بطء وقدم عملية إنتاج وتصنيع لقاح الأنفلونزا ذاك
التي تطورت على طول السبعون سنة الماضية والتي كانت الخيار الوحيد.
نحتاج أن يتم عزل الفيروس من الجسم المصاب،
ثم يتم حفظه وإرساله إلى منشأة
حيث يحقن العلماء الفيروس في بيض الدجاج،
ويقومون بوضع بيض الدجاج ذاك في حاضنات للعديد من الأسابيع
لإعداد الفيروس للبدء بخطوات عديدة،
في عملية تستمر للعديد من الأشهر لتصنيع لقاح الإنفلونزا.
فريقي وأنا تلقينا هذه الرسالة الإلكترونية
لأننا سبق وأن إخترعنا طابعة بيولوجية.
مما قد يمكننا من خلال تعليمات إنتاج لقاح الأنفلونزا
أن نقوم بتنزيله من الإنترنت وطباعته.
مما يسرع الطريقة التي يُنتج فيها لقاح الإنفلونزا.
مما سيحفظ الآف الأرواح.
لقد رفعت الطابعة البيولوجية من قدرتنا على قراءة وكتابة الحمض النووي
وبدأت تجعلنا نركز
على ما نحب أن ندعوه النقل البيولوجي.
أنا عالم أحياء ومهندس يصنع أشياء من الحمض النووي.
صدق أو لا، أحد الأشياء التي أُفضّل القيام بها
هو أن آخذ الحمض النووي مجزأ ثم أقوم بجمعه
وهكذا أستطيع أن أفهم بشكل أفضل كيفية عمله.
يمكنني أن أحرر وأبرمج الحمض النووي لعمل أشياء مختلفة مثلي مثل المبرمج للحواسيب.
لكن تطبيقاتي مختلفة.
إنها تخلق حياة.
الخلايا الحية ذاتية النسخ هي أشياء مثل اللقاحات والعلاجات
تعمل بطريقة كانت مستحيلة من قبل.
نرى هنا الفائز بالميدالية الوطنية للعلوم كريغ فينتر
والفائز بجائزة نوبل هام سميث.
يتشاركان معاً رؤية متشابهه.
تلك الرؤية كانت لأن الوظائف والخواص
لكل الكائنات البيولوجية والتي تتضمن الفيروسات والخلايا الحية،
مكتوبةٌ في شيفرة الحمض النووي،
إن إستطاع أحدهم أن يقرأ ويكتب شيفرة الحمض النووي تلك،
فبإمكانه أن يعيد إنشائه في مكان آخر.
هذا ما نقصد بكلامنا عن النقل البيولوجي.
لإثبات هذه الرؤية،
كريغ وهام وضعوا هدفاً لإنشاء ولأول مرة
خلية صناعية بداية من شيفرة الحمض النووي على الحاسوب.
اقصد بحقكم كعالم يبحث عن عمل،
فالقيام ببحث عصري، لا يمكنك القيام بأفضل من ذلك.
(ضحك)
حسناً، الجينوم هو عبارة عن تشكيل من الشيفرة الوراثية داخل الكائن الحي.
من خلال تتبع مشروع الجينوم البشري في عام 2003،
والتي كانت جهد دولي لمعرفة وتحديد
البصمة الوراثية الكاملة للجنس البشري،
مما تسبب بثورة جينية.
بدأ العلماء بتطوير تكنولوجيا لقراءة الحمض النووي.
لتحديد ترتيب القواعد النيتروجينية A و C و T و G
ضمن الكائن الحيوي.
لكن عملي مختلف جداً عن ذلك.
أحتاج أن أطور تكنولوجيا لكتابة الحمض النووي.
مثل المؤلف للكتاب،
إنها تبدأ ككتابة جمل قصيرة،
أو سلسلة من شيفرة الحمض النووي،
ولكنها لاحقاً تتحول لكتابة الفقرات
ومن ثم إلى رواية كاملة من شيفرة الحمض النووي،
لصنع تعليمات حيوية مهمة للبروتينات والخلايا الحية.
الخلايا الحية هي الآلات الطبيعية الأكثر فاعلية في إنتاج منتجات جديدة،
بالنسبة للإنتاج
فهي تساوي خمس وعشرون بالمئة من سوق الأدوية،
ما يساوي مليارات الدولارات.
نحن نعلم أن كتابة الحمض النووي سيقود هذا الأقتصاد الحيوي للأمام،
خلية واحدة يمكن أن يتم برمجتها تماماً مثل الحواسيب.
نحن نعلم أن كتابة الحمض النووي سيجعلنا نقوم بالنقل الحيوي...
طباعة مادة بيولوجية معرفة،
بداية من شيفرة الحمض النووي.
كخطوة بأتجاه إنتاج فاكهة هذه الوعود،
فريقنا أعد للمره الأولى،
خلية بكتيرية مصنعة،
بداية من شيفرة الحمض النووي الموجوده على الكمبيوتر،
الحمض النووي المصنع هو سلعة تجارية.
يمكن أن تطلب قطعة صغيرة جداً من الحمض النووي من مجموعة من الشركات
وسيبدأون الآن بتصنيع الحمض النووي من هذه الأوعية الكيميائية الأربعة،
G و A و T و C
وسيبدأون ببناء هذه القطع القصيرة من الحمض النووي لك.
طوال الخمسة عشر الماضية وحتى الآن،
طورت وفريقي التكنولوجيا اللازمة
لربط هذه القطع الصغيرة من الحمض النووي معاً
لتكوين جينوم بكتيري كامل.
الجينوم الأكبر الذي تم إنشاءه يحتوي على أكثر من مليون حرف.
وهو أكبر من ضعفي معدل حجمه لديكم،
ويجب علينا أن نضع كل واحد من هذه الأحرف في الترتيب الصحيح،
بدون خطأ مطبعي واحد.
إستطعنا تحقيق ذلك من خلال تطوير طريقة،
والتي حاولت تسميتها "طريقة الخطوة الواحدة متزنة الحرارة في إعادة التركيب المختبرية."
(ضحك)
لكن بشكل مفاجئ لم يحب المجتمع العلمي هذا الأسم التقني الدقيق
وقرروا تسميته طريقة استنساخ جيبسون.
طريقة جيبسون هي الآن أداة ذهبية أساسية،
تستخدم في المختبرات حول العالم
لبناء قطع قصيرة وطويلة من الحمض النووي.
(تصفيق)
مباشرة بعد أن صنعنا كيميائياً جينوم بكتيري كامل،
كان تحدينا التالي هو إيجاد طريقة
لتحويل هذا الجينوم إلى خلية حية حرة ذاتية التناسخ.
إن نهجنا كان الإعتقاد بأن الجينوم هو النظام التشغيلي للخلية،
بخلية تحتوي الجهاز الضروري لتشغيل الجينوم.
على الرغم من الكثير من المحاولة والخطأ،
طورنا عملية حيث يمكننا أن نعيد برمجة الخلايا
وحتى أن نحول البكتيريا من صنف لآخر،
بتبديل الجينوم لأحدى الخلايا بأخرى.
إن عملية زراعة الجينوم هذه مهدت الطريق
لتشغيل جينومات كتبت من قبل العلماء
وليس من قبل الطبيعة الأم.
في عام 2010، كل التكنولوجيا
التي تم تطويرها لقراءة وكتابة الحمض النووي
والتي عملت معاً عندما تم تصنيع
الخلية الصناعية الأولى،
والتي دعوناها بالطبع سينثيا.
(ضحك)
منذ الجينوم البكتيري الأول التي تم إعداده سابقاً في عام 1995،
تم كتابة تسلسل وتخزين الآف أخرى من الجينومات البكتيرية
على قواعد بيانات الحواسيب.
فإن عمل الخلية الصناعية كان بمثابة إثبات على المبدأ
بأننا قادرون على عكس هذه العملية:
حيث نستخرج سلسلة جينوم بكتيرية كاملة من الكمبيوتر
ونحول تلك المعلومات إلى خلية حية ذاتية التناسخ،
بكل المواصفات المتوقعة للصنف الحيوي الذي نود إنشاءه.
والآن أستطيع أن أفهم لماذا هناك قلق
حول الأمن لهذا المستوى للتلاعب الجيني.
كما أن لهذه التكنولوجيا القدرة على تحقيق فوائد إجتماعية عظيمة،
فهي أيضاً لديها القدرة على عمل السوء.
بوضع ذلك بعين الإعتبار، حتى قبل بدء أول تجربة،
بدأ فريقنا بالعمل مع المجتمع والحكومة
لإيجاد حلول سوياً
لتطوير وتنظيم هذه التكنولوجيا الحديثة بمسؤولية.
إحدى نواتج هذه المناقشات كانت القيام بفحص كل زبون
وكل طلب تصنيع للحمض النووي من قبل المستهلكين،
للتأكد بأن كل مسببات الأمراض والسموم لا يتم إنتاجها من قبل أشخاص سيئين،
أو بشكل خاطئ من قبل العلماء.
كل الطلبات المشبوهة يتم إبلاغها إلى مكتب التحقيقات الفيدرالية
وغيرها من وكالات تنفيذ القانون ذات الصلة.
إن تكنولوجيا صناعة الخلية سوف تدعم الثورة الصناعية القادمة
وتحويل الصناعات والاقتصادات
بطرق تؤدي إلى علاج تحديات الأستدامة العالمية.
إن الأحتمالات لانهائية.
أقصد فكر في الملابس على سبيل المثال
عندما يتم إنشائها من مصادر حيوية قابلة للتجديد،
سيارات تعمل على طاقة حيوية يتم تصنيعها من الميكروبات،
وبلاستيك تتم صناعته من البوليمر الحيوي القابل للتحلل
والعلاجات الحيوية المطبوعة على جانب سرير المريض.
الجهود العظيمة لإنشاء الخلايا الصناعية
جعلتنا قادة العالم في كتابة الحمض النووي.
وعلى الرغم من هذا النهج وجدنا طرق لكتابة الحمض النووي بشكل أسرع،
وكتابته بشكل أكثر دقة وأكثر فاعلية.
بسبب متانة هذه التكنولوجيا،
فقد وجدنا أننا نستطيع أن نجعل هذه العمليات تتم بشكل أوتماتيكي
وننقل بيئة العمل المختبرية من يدي العلماء
إلى الآلات.
في عام 2013، قمنا بصناعة طابعة الحمض النووي الأولى.
والتي أسميناها BioXp.
والتي أصبحت أمراً أساسياً في كتابة الحمض النووي
خلال العديد من التطبيقات
حيث أن فريقي والباحثون حول العالم يعملون عليها.
وبعد فترة قصيرة من إنتاج BioXp
تلقينا رسالة إلكترونية حول هلع في الصين ناتج من إنفلونزا الطيور H7N9.
فريق من العلماء الصينيين قاموا بعزل الفيروس مسبقاً،
تتبعوا تسلسل شيفرته الوراثية وقاموا بتحميلها على الإنترنت.
وبطلب من الحكومة الأمريكية قمنا بتنزيل سلسلة الحمض النووي
وفي أقل من إثني عشرة ساعة، قمنا بطباعتها بواسطة BioXp.
المتعاونون معنا في نوفارتس
بدأوا بسرعةٍ القيام بتحويل الحمض النووي المصنع إلى لقاح إنفلونزا.
وبهذه الأثناء كان مركز السيطرة على الأمراض يستخدم تكنولوجيا قديمة تعود إلى عام 1940،
كانوا ما زالوا ينتظرون الفيروس ليصل من الصين
حتى يبدأوا بنهجهم الذي يعتمد على البيض.
وللمرة الأولى، حصلنا على لقاح الإنفلونزا في وقت مبكر
لسلالة جديدة وخطيرة من الإنفلونزا،
وقد أمرت الحكومة الأمريكية بتخزين جزء من اللقاح.
(تصفيق)
هذا كان عندما بدأت أُقدر اكثر واكثر مما قبل،
قوة النقل البيولوجي.
(ضحك)
بشكل طبيعي، مع هذا في عقلنا،
بدأنا ببناء ناقل بيولوجي.
أسميناه DBC.
وهو إختصار للمحول التقني البيولوجي.
وليس مثل BioXp،
والتي تبدأ بالتصنيع من قطع صغيرة مسبقة الصنع من الحمض النووي،
يبدأ المحول التقني البيولوجي التصنيع من شيفرة الحمض النووي المبرمجة
حيث يحول شيفرة الحمض النووي إلى وحدات بيولوجية،
مثل الحمض النووي، الحمض النووي الرايبوزي، البروتينات وحتى الفيروسات.
فيمكننا أن نفكر أن BioXp تعمل مثل معالج DVD،
فهي تحتاج إلى قرص DVD ليتم إدخاله،
بينما المحول الحيوي التقني يشبه Netflix.
لبناء DBC،
قام فريقي من العلماء بالعمل مع مهندسي برمجيات ومهندسي أجهزة
لدمج العمليات المختبرية المتعددة،
كلها في صندوق واحد.
ويشمل هذا خوارزميات مبرمجة للتنبؤ بماهية الحمض النووي الذي نرغب ببنائه،
وكيمياء لربط القواعد النتروجينية G ،A ،T،C لتشكيل وحدات صغيرة من الحمض النووي،
وتركيبة جيبسون لربط الوحدات الصغيرة في وحدة أطول بكثير،
وبيولوجيا لتحويل الحمض النووي إلى وحدات بيولوجية مختلفة،
مثل البروتينات.
وكان هذا النموذج الأولي.
وعلى الرغم من أن مظهره ليس جميلاً، فقد كان فعالاً.
فقد صنعت عقاقير دوائية ولقاحات،
والعمل المختبري ذاك الذي كان يأخذ فترة تتراوح بين أسابيع أو أشهر
أصبح بأمكاننا عملها خلال يوم أو يومين وحسب.
وكل ذلك دون أي تدخل بشري
ويتم تفعيلها من خلال إستلام بريد إلكتروني
والذي يمكن إرساله من أي مكان حول العالم.
إننا نفضل أن نقارن DBC مع أجهزة الفاكس.
ولكن بينما تتلقى أجهزة الفاكس الصور والمستندات،
يتلقى DBC المواد البيولوجية.
الآن، فكر كيف تطورت أجهزة الفاكس.
النموذج الأولي للجهاز في عام 1840 لا يمكن التعرف عليه،
مقارنةً بأجهزة الفاكس الحديثة.
في الثمانينات، معظم الناس لم يكونوا يعلموا ماهية جهاز الفاكس،
وأن كانوا يعلموا ماهيته،
فقد كان من الصعب عليهم أن يلتقطوا مبدأ
إعادة إنتاج صورة بشكل مباشر في الطرف الآخر من العالم.
حالياً، كل ما كان جهاز الفاكس يستطيع فعله
أصبح مدموجاً بأجهزتنا الذكية،
وبالطبع، أخذنا التبادل السريع للمعلومات التقنية كأمر مفروغ منه.
ها هو كيف يبدو DBC اليوم.
نحن نتخيل أن DBC سيتطور بطرق مشابهه لما حصل لأجهزة الفاكس.
نحن نفكر في تصغير حجم الجهاز،
ونحن نعمل لجعل التكنولوجيا الأساسية
أكثر فاعلية، أرخص، أسرع وأكثر دقة.
الدقة هو أمر مهم جداً عندما نقوم بتصنيع الحمض النووي،
لأن تغيير واحد في حرف واحد من أحرف الحمض النووي
قد يعني الفرق بين أن يعمل الدواء أو لا
أو أن تكون الخلية الصناعية حيه أو ميته.
DBC سيكون مفيداً جداً في نشر تصنيع
أدوية من الحمض النووي.
كل مستشفى في العالم يمكن أن يستخدم DBC
لطباعة الأدوية الخاصة بكل مريض بجانب سريرة.
أستطيع أن أتخيل ذلك اليوم عندما يصبح من الروتين للأشخاص إمتلاك DBC
مربوط بحاسوب المنزل أو الهاتف الذكي
كوسيلة لتنزيل وصفاتهم،
مثل الأنسولين وعلاجات الأجسام المضادة.
سيكون DBC ذو قيمة عالية عندما يتم وضعه في أماكن إستراتيجية حول العالم،
للإستجابة السريعة لتفشي المرض.
على سبيل المثال، مركز السيطرة على الأمراض في أتلانتا، جورجيا
يمكنه أن يرسل تعليمات لقاح الأنفلونزا لجهاز DBC في الجانب الآخر من العالم،
حيث يتم تجهيز لقاح الأنفلونزا في الخطوط الأمامية.
ولقاح الأنفلونزا ذاك يمكن أن يكون مصمم خاصة لسلالة الأنفلونزا تلك
التي تنتشر في تلك المنطقة.
إن إرسال اللقاحات حول العالم كملف تقني،
بدل تخزين نفس اللقاحات ونقلها،
يعد بحفظ الآلاف من الأرواح.
بالطبع، التطبيقات تتقدم أينما تذهب المخيلة.
وليس من الصعب أن تتخيل وضع DBC على كوكب آخر.
وهكذا يستطيع العلماء على الأرض إرسال التعليمات إلى DBC
لصنع أدوية جديدة أو صنع كائنات حية
كائنات تصنع الأكسجين، الطعام، الوقود أو مواد البناء،
لجعل الكوكب أكثر ملائمة لحياة البشر.
(تصفيق)
بمعلومات تقنية تسافر بسرعة الضوء،
سيأخذ منك دقائق لأرسال هذه التعليمات التقنية
من الأرض للمريخ،
بينما سيستغرق أشهر لأيصال نفس العينات
على مركبة فضائية.
لكنني الآن راضٍ جداً في نقل الأدوية الجديدة حول العالم،
بشكل أوتماتيكي بالكامل وعند الطلب،
مما يحفظ الأرواح من الأمرض المستجدة والمعدية
وطباعة دواء خاص لمرضى السرطان اولئك الأشخاص الذين ليس لديهم وقت للأنتظار،
شكراً لكم.
(تصفيق)