باحثون يكشفون عن تمكنهم من تخزين الأحداث البيولوجية داخل خلية

يمكن للخلايا الخاصة بك أن تحتفظ بسجل دقيق لتاريخ البيولوجي بأكمله بما في ذلك هجمات الميكروبات أو التعرض لمواد كيميائية ضارة، ومن خلال تعديلات طفيفة في الحمض النووي استطاع باحثون في الولايات المتحدة تخزين علامات الأحداث البيولوجية داخل الخلايا واسترجاعها في وقت لاحق مع تحويل الخلايات إلى سجلات تناظرية، ويعتقد الباحثون أن معرفة ذكريات الأحداث البيولوجية تساعد في تسليط الضوء على المرض مع الكشف عن أسرار كيفية تطور الخلايا من الجنين إلى مليارات الخلايا البالغة التي تشكل جسم الإنسان، وصنع علماء الأحياء الاصطناعية في معهد ماساتشوستش للتكنولوجيا  (MIT) سجلات خلوية من خلال تعديل المواد الوراثية، وأظهرت جهود سابقة إمكانية ترميز المعلومات الرقمية داخل الخلايا، ويكشف الحمض النووي الأحداث التي وقعت مثل التعرض للمواد الكيميائية، إلا أن النهج الجديد تناظري ويكشف معلومات أكثر، وأوضحت مجموعة البيولوجيا التركيبية في معهد ماساتشوستش للتكنولوجيا أن نهجها يمكن الحمض النووي في الخلية من التقاط مدى استمرار الأحداث وشدتها.

وبين الدكتور تيموثي لو المهندس البيولوجي في معهد ماساتشوستش والذي قاد فريق البحث "  لتمكين فهم أعمق لعلم الأحياء يمكن لمهندسي الخلايا البشرية تقديم تقرير عن تاريخهم من خلال السجلات المشفرة وراثيا"، واستخدم فريق الدكتور لو تقنية تعديل الجينات "Crispr-Cas" لتعديل الحمض النووي لخلايا الإنسان، واقتُرضت هذه الطريقة عالية الدقة من البكتيريا ويمكن استخدامها من قبل العلماء لإجراء تعديلات دقيقة في أي نقطة يختارونها في الحمض النووي، وفي البكتيريا يساعد Crispr الميكروبات في تعقب الغزاة الفيروسية الماضية عن طريق إدراج قصاصات قصيرة من شفرة الفيروس إلى منطقة محددة من الحمض النووي الخاص بهم، ويعد ذلك بمثابة شجل دائم يساعد البكتيريا في التعرف على الغزاه في المستقبل بحيث يمكنها الاستجابة بشكل أسرع، وأوضح صموئيل بيرلي أحد الباحثين في الفريق " أردنا تكييف نظام كريسبر لتخزين معلومات في الجين البشري"، وعند استخدام هذه الأداة الجزئية لتعديل الحمض النووي أنتاج الباحثون قطعة إرشادية من RNA والتي تلتصق بالموقع المستهدف من الحمض النووي وترشد انزيم القطع.

ويؤدي تعديل الحمض النووي إلى انتاج RNA الاسترشادي والذي يساعد على قص جزء معين من الحمض النووي ما يؤدي إلي طفرة أخرى، ويمكن ربط نشاط انزيم القطع بظروف معين مثل التعرض لمواد كيميائية أو التهاب، ما يتيح لفريق البحث إنشاء ذاكرة دائمة لهذا الحدث في خلية الحمض النووي، ويعني ذلك أنه طالما الأنزيم نشط سيستمر في قطع الحمض النووي وإنتاج طفرات جديدة والتي تبقي في الحمض النووي كسجل دائم للحدث وتستمر المزيد من الطفرات، وتمكن فريق البحث في التجارب من إنشاء سجل للحمض النووي للالتهاب في الفئران، واستطاعوا هندسة دائرة يصبح فيها انزيم Cas9 نشط في الجزئ المستهدف TNF-alpha، ويحضر هذا الجزئ عند الالتهاب، ويمكن استخدامه كسجل لمعرفة مدى استمرار الالتهاب.

وتابع الدكتور بيرلي : "هذا هو السلوك التناظري الغني الذي نبحث عنه فكلما زايدت كمية أو مدتة  TNF-alpha فتحصل على زيادة في كمية الطفرات"، وأوضح الباحثون أنه يمكن استخدام هذا النهج مع البشر لتسجيل عدد أكبر من الأحداث من الالتهاب أو وجود جزيئات أخرى مثل المواد المسببة للسرطان، وذكر الدكتور بيرلي " مع هذه التكنولوجيا يمكنك الحصول على سجلات ذاكرة مختلفة والتي تسجل التعرض لإشارات مختلفة وتستطيع رؤية هذه الإشارات التي تستقبلها الخلايا لهذه الفترة من الزمن أو في تلك الشدة، وبذلك يمكن الحصول على فهم أقرب لما يحدث عند التطور"، ونشرت هذه النتائج في مجلة Science.