الاحتمالات الجذرية لتحقق الحمض النووي المصنوع من قبل البشر

كل خليّة عاشت قط، كانت نتيجة أبجديّة مؤلفة من 4 أحرف وراثيّة وهي A وT وC وG وهي الوحدات الأساسيّة المشكلة للحمض النووي DNA. ولكن ذلك تغيّر الآن. في هذه المحاضرة التصورية للمستقبل، يقدّم لنا عالم البيولوجيا الاصطناعيّة فلويد روميسبرغ العضيات الحيّة الأولى من نوعها والتي صُنعت بواسطة حمض نووي مؤلف من 6 أحرف، وهي الأحرف الأربعة الطبيعيّة بالإضافة إلى حرفين جديدين صنعهما البشر هما X وY، كما يكشف كيف لهذا التقدّم العلمي أن يغيّر من فهمنا الأساسي للطبيعة وتصميمها.

كلّ ما في الحياة،

كل شيءٍ حيٍّ وُجد فيها،

قد تشكّل بناءً على معلومات
موجودة في الحمض النووي "دي أن أي".

ماذا يعني ذلك؟

حسناً، إن ذلك يعني
أنّه وكما تتكوّن اللغة الإنجليزيّة

من أحرف تشكّل عند جمعها كلماتٍ،

مما يسمح لي بإخباركم القصّة
التي أنوي إخباركم بها اليوم،

فإن الحمض النووي يتألف من أحرف وراثيّة
تشكّل عند جمعها المورثات،

مما يسمح للخلايا بإنتاج البروتينات،

وهي سلاسل من الحموض الأمينيّة
تُطوى لتغدو بنىً معقّدة

لتنفّذ الوظائف التي تسمح للخلية
بالقيام بالعمل المنوط بها،

لتستطيع سرد قصتها الشخصيّة.

تتوفر الأبجديّة الإنجليزيّة على 26 حرفاً،
بينما تتوفر الأبجدية الوراثية على 4 أحرف.

وهم مشهورون بحق، وربما قد سمعت بهم.

ويُشار لهم عادة بالأحرف G وC وA وT.

ومن الملفت للنظر أن كل التنوع في الحياة

ناتجٌ عن هذه الأحرف الوراثيّة الأربعة.

تخيّل لو أن الأبجديّة الإنجليزيّة
تتألف من 4 أحرف فقط.

ما هي القصص التي ستكون قادراً على روايتها؟

ماذا لو كانت الأبجدية الوراثية
تحوي أحرفاً أكثر؟

هل ستستطيع الحياة التي تحوي أحرفاً أكثر
إخبارنا بقصص مختلفة،

ربما قصصاً أكثر إمتاعاً؟

في عام 1999، وفي مختبري في معهد الأبحاث
سكريبس المتواجد في لاجولا في كاليفورنيا

بدأت بالعمل على إجابة لهذا السؤال
بهدف تشكيل عضويات حيّة

بواسطة حمض نووي "دي أن أي"
يتألف من 6 أحرف وراثيّة،

وهم الأربعة الطبيعيين بالإضافة إلى حرفين
إضافيين مصنوعين من قبل البشر.

هذه العضويّة الحيّة

ستكون أول شكلٍ محوّر جذريّاً في الحياة
شكَّلَه البشر.

وسيكون شكلاً حيّاً شبه اصطناعي

والذي سيحوي معلوماتٍ أكثر
من أي حياةٍ وُجدت قبل ذلك.

وسيكون قادراً على تصنيع بروتينات جديدة،

وهذه البروتينات ستتألف من أكثر
من 20 حمض أميني طبيعي

والتي تستخدم غالباً لبناء البروتينات.

أي قصص ستستطيع الحياة إخبارنا حينها؟

بقدرات الكيمياء الصناعيّة
والبيولوجيا الجزيئيّة

وخلال أقل من 20 سنة من العمل،

استطعنا تشكيل جراثيم تملك
حمضاً نووياً بـ6 أحرف.

دعوني أخبركم كيف قمنا بذلك.

كل ما عليك تذكره من دروس
البيولوجيا في الثانويّة

هو أن الأحرف الأربعة الطبيعيّة
تجتمع بثنائيات فتكوّن ثنائيين.

فالـG يرتبط مع الـC، والـA مع الـT،

لذلك ولتشكيل أحرفنا الجديدة،

صنعنا مئات المرشحين الجدد،
أي أحرفاً جديدة مُرشّحة،

وفحصنا قدرتها على الارتباط بشكل انتقائي
ونوعي مع بعضها البعض.

وبعد 15 سنة من العمل،

وجدنا اثنين منها ارتبطا بشكل جيّد،

على الأقل حدث ذلك في أنبوب اختبار.

لهما أسماء معقّدة،

ولكن دعونا ندعوهما X وY.

الخطوة التالية كانت إيحاد طريقةً
لإدخالهما إلى داخل الخليّة،

وأخيراً وجدنا أن بروتيناً يقوم
بشيءٍ مشابه لذلك في الطحالب

الأمر الذي نجح في جرثومتنا.

لذا فإن الخطوة الأخيرة التي وجب علينا
القيام بها هي إثبات أنه بواسطة الـX والـY،

فإن الخلايا تستطيع النمو والانقسام
والحفاظ على الـX والY في حمضها النووي.

كلُّ ما قمنا به قبل هذه الخطوة
استغرق وقتاً أطول مما تمنيت

وأنا في الحقيقة شخصٌ غير صبورٍ

ولكن هذه الخطوة، وهي الأهم،
نجحت أسرع مما تصوّرت،

فقد نجحت فوراً.

في عطلة نهاية أحد الأسابيع في عام 2014،

أنتج أحد الخريجين في مخبري
جراثيم بـ6 أحرف في حمضها النووي.

دعوني أستغل هذه الفرصة لأعرفكم عليها الآن.

هذه صورة حقيقيّة لها.

هذه هي أولى العضيات المصطنعة جزئياً.

إذاً هذه الجراثيم تحوي 6 أحرف،
هذا شيّق بحق، أليس كذلك؟

حسناً، ربما لا يزال بعضكم
يتساءل عن السبب وراء ذلك.

لذا دعوني أخبركم عن بعض دوافعنا،

دوافعنا النظريّة والتطبيقيّة.

أما مفاهيميّاً، فإن الناس قد تساءلوا
عن الحياة وماهيّتها،

ما الذي يجعلها مختلفة
عن الأشياء غير الحيّة،

بما أن الناس قد امتلكوا تصورات عنها.

نظر العديد من الأشخاص
إلى الحياة على أنها مثالية،

واعتبر ذلك دليلاً على وجود الخالق.

فالأشياء الحيّة مميزة
لأن الإله نفث فيها الحياة.

أمّا آخرون فقد بحثوا
عن تفسير يعتمد على العلم،

لكن أعتقد أنه من العدل القول

أنهم لا يزالون يعتبرون
جزيئات الحياة شيئاً مميزاً.

أعني أن التطوّر قد جعلها مثاليةً خلال
مليارات السنوات، أليس كذلك؟

أياً كان المنظور الذي تؤمن به،
إلا أنّه يبدو من المستحيل

للكيميائيين أن يبنوا أجزاء جديدة

تعمل داخل وإلى جانب الجزيئات
الطبيعيّة الموجودة في الحياة

بدون أن يؤدي ذلك إلى تخريب كل شيء.

ولكن كيف لنا أن نكون
قد خُلقنا أو تطوّرنا بهذه المثاليّة؟

كيف لهذه الجزيئات في الحياة أن تكون مميزة؟

كان هذان السؤالان من المستحيل طرحهما،

لأنّنا لم نكن نملك شيئاً لنقارن به الحياة.

والآن ولأوّل مرّة، فإن عملنا يقترح

أنّه وربما فإن جزيئات الحياة
ليست مميزة لهذه الدرجة.

فربما الحياة كما نعرفها
ليست الشكل الوحيد لها.

ربما لسنا نحن الحل الوحيد،
وربما لسنا حتّى أفضل الحلول فيها،

ولكننا مجرد حل.

وهذه الأسئلة تناقش مجموعة
قضايا أساسيّة عن الحياة،

ولكن يبدو أن ذلك مفهوم لفئة قليلة فقط.

إذاً ماذا عن دوافعنا التطبيقيّة؟

حسناً، أردنا أن نكتشف نوع القصص

التي ستخبرنا بها الحياة
التي تحوي مفردات أكثر

وتذكّروا أن القصص هنا تعني البروتينات
التي تنتجها الخليّة

والوظائف التي تملكها.

لذا ما هي أنواع
البروتينات الجديدة ووظائفها

التي قد تنتجها وتستخدمها
هذه العضيات شبه الاصطناعية؟

لدينا بعض الفرضيات حول هذا.

أوّلها هو أن نجعل هذه الخلايا
تصنع بروتيناتٍ لنا ولاستخدامنا.

تُستخدم البروتينات اليوم

في تطبيقاتٍ مختلفة وواسعة ومتزايدة

بدءاً من المواد التي تحمي الجنود
من الإصابات

إلى الأجهزة التي تكتشف المركبات الضارة،

ولكن على الأقل بالنسبة إلي،

فإن أكثر تطبيق مشوّق
هو تصنيع الأدوية البروتينية.

ورغم كونها أمراً جديداً نسبياً

فإن الأدوية البروتينية
قد أحدثت مسبقاً ثورة في الطب

وعلى سبيل المثال، فإن الأنسولين هو بروتين.

ربما قد سمعتم به، حيث يُصنّع كدواء

والذي غيّر كلياً طريقة علاجنا للسكري.

ولكن المشكلة تكمن
في صعوبة تصنيع البروتينات

والطريقة العمليّة الوحيدة للحصول عليها
تكمن في جعل الخلايا تصنعها.

طبعاً وبواسطة الخلايا الطبيعيّة،

فإنك تستطيع صناعة البروتينات
من الأحماض الأمينية الطبيعيّة،

ومن ثمّ فإن خصائص هذه البروتينات،

والتطبيقات التي يمكن استخدامها فيها،

تكون محدودة بطبيعة هذه الحموض الأمينيّة

التي بُني منها هذا البروتين.

ها هي ذي.

الحموض الأمينية الـ20 التي تكون
سلاسل مع بعضها لتشكّل بروتيناً،

وأعتقد أنه باستطاعتكم رؤية
أنها ليس مختلفة كثيراً.

فهي لا تملك وظائف مختلفة وعديدة.

ولا تتيح العديد من المهام المختلفة.

وبالمقارنة مع الجزيئات الصغيرة التي يصنعها
الكيميائيون والتي تُدعى الأدوية.

وهي أكثر بساطةً من البروتينات،

ولكنها تُصنع عادةً
من مواد مختلفة وواسعة جداً.

لا تقلقوا بشأن التفاصيل الجزيئيّة،

ولكن أعتقد أنّه بإمكانكم
رؤية الاختلاف فيهم.

وفي الحقيقة فإن اختلافاتهم
هي ما تجعل هذه الأدوية رائعة

لمعالجة مختلف الأمراض.

والشيء المثير للتساؤل
هو نوعية الأدوية البروتينيّة الجديدة

التي يمكن تطويرها إذا استطعنا
صناعة البروتينات من أشياء أكثر تنوعاً.

لذا هل بإمكاننا أن نجعل هذه العضيات

تصنع البروتينات
التي تحوي حموضاً أمينيّة مختلفة وجديدة،

قد نستخدم بعض الحموض الأمينية
التي تمنح هذا البروتين

بعض الخواص أو المهام التي نرغب بها؟

على سبيل المثال،

بعض البروتينات لا تكون مستقرّة
عند حقنها داخل الجسم.

حيث تتحطّم أو يتم التخلّص منها بسرعة،

وهذا يمنعها من أداء وظيفتها كأدوية.

ماذا لو استطعنا صناعة بروتينات
تحوي حموضاً أمينيّة جديدة

بمركبات مرتبطة بها

بحيث تحميها من بيئتها،

بحيث تحميها من التحلل أو إنهاء عملها،

وبذلك تصبح أدويةً أفضل؟

هل نستطيع تصنيع بروتينات
ترتبط بها أصابع صغيرة

التي ترتبط بدورها بشكل نوعي بجزيئات أخرى؟

فالعديد من الجزيئات الصغيرة
فشلت أثناء تطويرها كأدوية

وذلك لأنها ليست نوعيّة
بما فيه الكفاية لتجد هدفها

في البيئة المعقدة للجسم البشري.

لذا هل بإمكاننا أن نأخذ هذه الجزيئات
ونجعلها جزءاً من الحموض الأمينية الجديدة

والتي عندما تدخل في تركيب بروتين،

يُوجهها هذا البروتين إلى هدفها؟

لقد أنشأت شركة تقانة حيويّة
تُدعى ساينثروكس.

والتي ترمز إلى العضيات الاصطناعيّة

مع إضافة حرف X إلى نهاية الكلمة
فهكذا تسمى شركات التقانات الحيويّة.

(ضحك)

تعمل ساينثروكس عن كثب مع مخبري،

وهم مهتمون ببروتين يتعرّف على مستقبل معيّن

على سطح الخلايا البشريّة.

ولكن المشكلة تكمن في أنّه أيضاً يتعرف

على مستقبل آخر على سطح نفس الخلايا.

وهذا يجعله سامّاً.

لذا هل بإمكاننا أن نصنّع
شكلاً مختلفاً من هذا البروتين

بحيث يتم إغلاق الأجزاء
التي تتفاعل مع المستقبل الثاني السيء،

كأن يحجبها شيء ما كمظلة كبيرة

وبذلك يستطيع البروتين التفاعل
فقط مع المُستقبل الأول الجيّد؟

إنّه من الصعب جداً القيام بذلك

أو من المستحيل حتى باستخدام
الحموض الأمينيّة الطبيعيّة،

ولكن ليس مستحيلاً بواسطة الحموض الأمينيّة
التي صُممت خصيصاً لهذا الغرض.

لذا فإن استخدام هذه العضيات
شبه الاصطناعيّة لكي تعمل كمصانع صغيرة

لتنتج أدوية بروتينيّة أفضل

لا يعتبر فحسب تطبيقاً مشوّقاً ومحتملاً،

لأنّه وكما تتذكرون فإن البروتينات
هي ما يسمح للخلايا بأن تنجز وظيفتها.

لذا فإذا كانت لدينا خلايا
تصنع بروتينات جديدة بوظائف جديدة،

هل بإمكاننا أن نجعلها تنفّذ مهاماً
لا تستطيع الخلايا الطبيعيّة القيام بها؟

على سبيل المثال، هل بإمكاننا
تطوير عضيّات شبه اصطناعيّة

تبحث عند حقنها في الجسم
عن الخلايا السرطانيّة

وفقط عندما تجدها،
تُفرز بروتيناً سامّاً يقوم بقتلها؟

هل نستطيع صناعة جراثيم
تبتلع أنواعا مختلفة من الزيت،

بحيث تنظّف الزيت المسكوب؟

هذه بعض أنواع القصص فحسب

التي سنراها في الحياة
التي تحوي مفردات أكثر.

يبدو ذلك رائعاً، أليس كذلك؟

بحقن العضيات شبه الاصطناعيّة في البشر،

وبإغراق الملايين والملايين
من الغالونات من هذه الجراثيم في المحيط

أو على شاطئك المُفضّل؟

أوه، انتظروا للحظة،
إن ذلك يبدو مخيفاً بحق.

هذا الديناصور مخيف حقاً.

ولكن الأمر الأهم هو:

إن عضياتنا شبه الاصطناعيّة ولكي تبقى حيّة،

يجب أن يتم إطعامها
بالطلائع الكيميائيّة X وY.

إذ أن X وY هما أمران مختلفان تماماً
عن أي شيء يوجد في الطبيعة.

فالخلايا لا تملكها ولا تستطيع صناعتها.

لذا فإننا عندما نجهزها،

عندما ننتجها في البيئة المجهزة في المخبر،

نستطيع إطعامها
الكثير من الغذاء غير الطبيعي.

وبعد ذلك، عندما ننشرها
في جسم شخص ما أو على الشاطئ

عندما لا يصبح لديها مصدر
للحصول على هذا الغذاء الخاص،

فإنها تستطيع النمو لبعض الوقت،
وتستطيع البقاء على قيد الحياة لفترة وجيزة،

ربما تبقى لفترة قصيرة تكفي
لإجراء بعض الوظائف المنوطة بها،

ولكن بعد ذلك فإن هذا الغذاء يبدأ بالنفاد.

فتبدأ بالتضوّر جوعاً.

تبدأ بالتضوّر حتى الموت
ثم تختفي ببساطة.

لذا فإن ذلك لا يقتصر على جعل الحياة
تحكي قصصاً جديدة،

بل وتحديد زمان ومكان رواية هذه القصص.

في بداية حديثي هذا أخبرتكم
أننا أعلنا في عام 2014

تشكيل عضيات شبه اصطناعيّة
تحوي معلومات أكثر،

عن طريق X وY في حمضها النووي.

ولكن كل الدوافع التي تحدثنا عنها

تتطلب أن تستهلك الخلايا
الـX والـY لتصنع البروتنيات،

لذا فقد بدأنا بالعمل على ذلك.

وخلال بضع سنوات، برهنا أن هذه الخلايا
تستطيع استخدام "دي أن أي" يحتوي على X وY

ونسخه لصناعة ال"آر أن أي"،
وهي النسخة الفعّالة من ال"دي أن أي".

وفي أواخر العام الماضي،

أثبتنا أنّه بإمكانها استخدام X وY
لصناعة البروتينات.

وها هي ذي، نجوم العرض،

أوّل عضيّات نصف اصطناعيّة فعالة كلياً.

(تصفيق)

وهذه الخلايا لونها أخضر
لأنها تنتج بروتيناً يتوهج باللون الأخضر.

وهو بروتين مشهور جداً في الحقيقة
يُستخلص من قنديل البحر

ويستخدمه الكثير من البشر في شكله الطبيعي

لأنه من السهل معرفة أنك صنعته بنفسك.

ولكن في كل جزيء من هذه البروتينات،

يوجد حمض أميني جديد لا تستطيع
الحياة الطبيعيّة صناعة البروتينات بواسطته.

كل خلية حيّة، كل خلية وُجدت في هذه الحياة،

صَنعَت كل بروتيناتها

باستخدام أبجديّة وراثيّة تتألف من 4 أحرف.

وهذه الخلايا بإمكانها العيش
والنمو وصنع البروتين

باستخدام أبجديّة تحوي 6 أحرف.

وهي شكلٌ جديدٌ للحياة.

وهذا شكلٌ نصف اصطناعي للحياة.

إذاً ماذا عن المستقبل؟

يعمل مختبري على توسيع
الأبجديّة الوراثيّة للخلايا الأخرى،

بما فيها الخلايا البشرية،

كما نتجهّز للبدء في العمل
على عضيات أكثر تعقيداً.

كالديدان شبه الاصطناعيّة.

آخر شيء أود إخباركم به،

وأهم شيء أود إخباركم به،

هو أنّه قد حلّ زمان الحياة شبه الاصطناعية.

شكراً لكم.

(تصفيق)

كريس أندرسون: يا له من أمرٍ
ملفتٍ للنظر يا فلويد.

أريد فقط أن أسألك:

ما هي آثار عملك

لكي نعرف كيف يجب علينا
أن نفكّر في احتمالات الحياة،

أقصد في الكون بعيداً عن عالمنا؟

إذ يبدو أن كثيراً من الحياة،
أو كثيراً من تصوراتنا عنها

تعتمد على حقيقة أن كل شيء
هو ناتج عن الحمض النووي،

ولكن هل إمكانيات الجزيئات
القادرة على التناسخ الذاتي

أكبر بكثير من الحمض النووي،
حتّى الحمض النووي الحاوي على 6 أحرف؟

فلويد رومسبيرغ: بالطبع، أعتقد أن ذلك صحيح،

وأعتقد أن ما أظهره عملنا،

كما ذكرت، أنّه لطالما وُجد هذا التعصّب

أننّا مخلوقات مثاليّة،

أننا الأمثل، فقد خلقنا الإله هكذا،

أو أن التطوّر جعلنا مثاليين بهذه الطريقة.

فقد صنعنا جزيئاتٍ تعمل تماماً
كما تعمل الجزيئات الطبيعيّة،

وهذا يعني باعتقادي أن أي جزيء

يخضع للقوانين الأساسيّة
في الكيمياء والفيزياء

بإمكانك تطويره

ليقوم بالأمور
التي تقوم بها الجزيئات الطبيعيّة.

لا توجد أمور سحريّة هنا.

وأعتقد أنّ هذا يعني

أن الحياة قد تتطور بطرق مختلفة،

ربما بطريقة مشابهة لنا
وبأنواع أخرى من الحمض النووي،

وربما بدون أي حمض نووي إطلاقاً.

ك.أ: باعتقادك،

ما هو مقدار كبر هذه الإمكانيات؟

هل نعلم ذلك حتّى؟ هل ستبدو كل الأشياء
كجزيء الـ"دي أن أي"،

أو شيئاً مختلفاً جذرياً بما يحافظ
على قدرتها على التكاثر الذاتي

ومن ثم من المحتمل تشكّل عضيّات حيّة؟

ف.ر: رأيي الشخصي هو أننا
إذا استطعنا إيجاد حياة جديدة

فمن الممكن أن لا نتعرف عليها فحسب.

ك.أ: هذا الهوس بالبحث
عن كواكب ذات درجة حرارة معتدلة

يكون موقعها مناسباً
مع توافر الماء وكل شيء آخر،

هذا افتراض ضئيل الاحتمال ربما.

ف.ر: حسناً إذا أردت أن تجد شخصاً
تستطيع التكلّم معه فربما لا يحدث ذلك،

ولكن أعتقد أنّك إذا أردت البحث
عن أي شكل من أشكال الحياة،

فأنا أعتقد أن ذلك ممكن، وأعتقد أنّك
تبحث عن الحياة تحت الضوء تماماً.

ك.أ: شكراً لك على عصف أذهاننا جميعاً،
شكراً جزيلاً فلويد.

(تصفيق)