العلماء يقومون بتعديل الخلايا الحية لتحفظ "الذكريات" في حمضها النووي الريبوزي منقوص الأكسجين

اكتشف مهندسون بيولوجيون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للمرة الأولى على الإطلاق طريقة لجعل الخلايا تتذكر الأحداث السابقة. وبالطبع فإنها لن تتمكن من حفظ أشياء مثل ثابت الدائرة (π)، ولكن باستطاعتها تذكر أشياء مثل الالتهاب من حيث مدته وشدته.

ويمكن لهذه المحفوظات المعقدة أن تخزن في دنا خلايا الإنسان، كما يمكن استعادتها عن طريق التسلسل. وبالنهاية فإن نظام تخزين الذاكرة التناظري ذلك يمهد الطريق لفهم أفضل لكيفية تحوّل الخلايا إلى أنسجة مختلفة أثناء التطور الجنيني، وكيف يؤدي المحفز إلى تغير الخلايا، وكيف تساهم العوامل الأخرى في المرض والتطور.

ويقوم تيموثي لو بشرح التطور، وهو أحد أبرز المؤلفين ورئيس مجموعة البيولوجيا الاصطناعية في مختبر أبحاث الالكترونيات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا فيقول: "حتى نتمكن من الوصول إلى فهم أعمق للبيولوجيا، قمنا بتعديل خلايا الإنسان لتصبح قادرة على الإبلاغ عن ماضيها وذلك اعتماداً على مسجلات مشفرة وراثياً."

وبالرغم من أنه قد تم إجراء تسجيل المعلومات الرقمية في الخلايا الحية من قبل، إلا أن المحاولات السابقة اقتصرت على تسجيل الحوادث، ولم تتطرق لمستوى التعرض والمدة.

الرنا الموجه ذاتي الاستهداف

تعدّ تقنية كريسبر (أي التكرارات العنقودية المتناوبة منتظمة التباعد) والتي تعرف أيضاً باسم Cas9، إحدى العمليات المعروفة والأكثر شيوعاً لتعديل الجينات. وقد اكتشف حديثاً بأنه يمكن تطويع هذه التقنية لتخزين الذاكرة. ومن الجدير بالذكر أنه يمكن استخدامها حتى يتمكن نظام البكتيريا من تسجيل الإنتانات الفيروسية السابقة، والتعرف عليها في حال تكرار الإصابة، ومكافحتها بشكل فعال.

وقد تمكن الفريق من استغلال ذلك لصالحهم عن طريق استخدام آلية ذكية جداً. حيث قاموا بتصميم "رنا موجه ذاتي الاستهداف" كأشرطة توجيه تقوم بالتعرف على نفس الدنا الموجه لها. ويتم قطع الدنا، وبالتالي تحفيز طفرة يتم تسجيلها بشكل دائم ومتسلسل مما يولد في النهاية شريط رنا موجه جديد، والذي بدوره يقوم بإعادة توجيه كريسبر إلى الدنا الأصلي الطافر مسبقاً، مما يؤدي إلى تكرار العملية مراراً وتكراراً، وتوليد المزيد من الطفرات.

ويستمر هذا الأمر طالما أن كريسبر فعالة أو أن الرنا الموجه ذاتي الاستهداف ظاهر. وإن عدد هذه الطفرات المتراكمة يعطي لاحقاً مستوى التعرض ومدته للمحفز، كما قاموا بملاحظة ذلك في تجاربهم مع بروتين يقوم بإرسال إشارات للخلايا ويدعى عامل النخر الورمي ألفا.

ويقول صموئيل بيرلي، وهو أحد المشرفين الرئيسيين على الدراسة: "هذا هو السلوك التناظري الغني الذي كنا نبحث عنه، فكلما تمت زيادة كمية أو مدة عامل النخر الورمي ألفا، كلما حدثت زيادات في كمية الطفرات."

وقد اضطر الباحثون إلى إطالة السلاسل من الطول الاعتيادي (أي 20 نيوكليوتيداً) إلى 40 نيوكليوتيداً، حيث أن كثرة الطفرات تؤدي إلى حذف جزء من تسلسل الدنا. ومع ذلك فقد أحرزت تجربتهم نتائج إيجابية في تسجيل الالتهاب عند الفئران.

كما تم تصميم سلاسل أطول تحوي 70 نيوكليوتيداً لتسجيل الإشارات البيولوجية بشكل أطول. ويقول الباحثون بأن المزيد من التطوير قد يتيح لهم تعديل الخلايا لإنتاج عدة أشرطة رنا موجهة ذاتية الاستهداف في كل خلية.

وقد تسفر هذه النتائج عن أنظمة رصد أفضل للأدوية المأخوذة والإنتانات، مثل تطور السرطان، بصرف النظر عن الرصد سابق الذكر للتطور الجنيني.