قطرات بحجم الخلية تختبر البروتينات المصممة آليا
صنعت منصة PUREdrop بروتينات مصممة داخل آلاف القطرات بحجم الخلايا، ثم راقبت طريقة تجمعها بمرور الوقت. رصد النظام ثلاث نسخ مختلفة من بروتين يساعد البكتيريا على الانقسام، لكن القطرات ليست خلايا حية واقتصر الاختبار الأول على 24 تصميما.
تستطيع برامج تصميم البروتينات اقتراح عشرات النسخ الجديدة بسرعة، لكن معرفة ما تفعله كل نسخة داخل مساحة تشبه الخلية تظل عملا بطيئا. لهذا بنى فريق في معهد ماكس بلانك للكيمياء الحيوية منصة تصنع البروتين داخل قطرات مجهرية، ثم تصور سلوكه بدلا من الاكتفاء بقياس كمية واحدة في أنبوب.
الخلاصة في 30 ثانية
- ماذا حدث؟ عبّرت منصة PUREdrop عن بروتينات مصممة داخل قطرات صغيرة، وتابعت تجمعها بالتصوير المتتابع.
- لماذا يهم؟ تستطيع الطريقة رؤية البنى التي تتشكل وتتحرك مع الوقت، وهي تفاصيل قد تضيع في الاختبارات التقليدية.
- ما الذي لم يُثبت؟ القطرات ليست كائنات حية، ولم تقسم نفسها، كما شمل الاختبار الأول 24 نسخة مصممة فقط.
الرقم الأهم
فحص التشغيل التجريبي 48 تركيبا، بينها 24 نسخة أعاد الحاسوب تصميمها من بروتين الانقسام البكتيري FtsZ.
ما الذي تضيفه القطرة إلى الاختبار؟
تكشف الاختبارات الشائعة مقدار ارتباط بروتين بهدف معين أو سرعة إنتاج إنزيم لمادة كيميائية. لكنها تختزل العينة كلها في رقم واحد، فلا توضح متى تبدأ الخيوط البروتينية بالتجمع أو كيف يتغير شكلها بعد ساعات.
تستخدم PUREdrop قنوات دقيقة لخلط قالب DNA مع منظومة تصنع البروتين خارج الخلية. توضع المكونات في قطرات مائية يبلغ قطر الواحدة نحو 20 ميكرومترا، ثم تجمع قطرات كل تصميم في خانة معروفة داخل صفيحة تحتوي على 96 بئرا.
تحاكي المساحة الضيقة جانبا مهما من بيئة الخلية، من دون الادعاء بأنها خلية كاملة. يسجل المجهر الفلوري ظهور البنى البروتينية وحجمها ومدة بقائها.
لماذا اختار الفريق بروتين الانقسام البكتيري؟
يبني بروتين FtsZ خيوطا تتجمع في حلقة تحدد مكان انقسام البكتيريا. لذلك يعتمد عليه باحثون يحاولون تركيب خلية مبسطة تستطيع تنظيم مكوناتها وربما الانقسام في المستقبل.
حافظ التصميم الحاسوبي على الأجزاء الضرورية لارتباط الطاقة وتجميع الخيوط، ثم غيّر مواقع أخرى في 24 نسخة. وجدت المنصة ثلاث نسخ تختلف بوضوح عن البروتين الطبيعي، فبدأت إحداها التجمع مبكرا وأنتجت حزما أكثر كثافة، بينما تأخرت نسخة أخرى وكونت حزما أقل.
أضاف اختبار ثان بروتينات تتحكم عادة في FtsZ. أدى بروتين ZipA إلى تثبيت الخيوط عند حدود القطرات وظهور شكل حلقي. يكمل ذلك ما عرضته نيوتقنية عن إبرة DNA مجهرية تنقل الجزيئات عبر غشاء خلية اصطناعية، إذ يحاول المشروعان منح الحجرات المصنوعة وظائف بيولوجية محددة.
قبل أن نسمي القطرات خلايا حية
- احتوت القطرات على DNA وأدوات صنع البروتين، لكنها لا تنمو ولا تصلح نفسها ولا تنتج طاقتها.
- الشكل الحلقي لم يضغط القطرة ولم يقسمها إلى حجرتين جديدتين.
- استغرق تحضير 48 بئرا خمس ساعات، ثم ليلة من التصوير ويوما أو يومين لتحليل الصور، ولم يثبت النظام بعد قدرته على معالجة مكتبات ضخمة.
ما هو الاختبار الأصعب بعد ذلك؟
تفيد المنصة عندما تنتج النماذج الحاسوبية اقتراحات أكثر مما يستطيع الباحث فحصه يدويا. تحتفظ كل خانة بهوية تسلسلها، لذلك يمكن الرجوع من السلوك المرصود إلى تصميم DNA المسؤول عنه مباشرة.
لكن القيمة الأكبر تحتاج إلى خطوة إضافية: إثبات أن السلوك داخل القطرة يتنبأ بما سيحدث في خلية اصطناعية أكثر اكتمالا أو في خلية حية. كما يجب أن يتعلم نظام التصميم سبب نجاح تسلسل معين، لا أن يكتفي بمعرفة أنه ظهر أفضل في الصور.
كيانات وموضوعات موثّقة
المصادر والمراجع4 مصادر
المراجع الخارجية المستخدمة لدعم المعلومات الواردة في هذا المقال.
نشر بواسطة
مكتب نيو تقنية – التصنيع الحيوي
فريق تحريري مؤسسي تابع لنيو تقنية
