تخليق أسرع للجينات: قد يكون الحمض النووي الاصطناعي هو المفتاح لتحسين الرعاية الصحية

• كاتب:
• اسم المؤلف

  البصيرة الكمومية
• ٣ فبراير ٢٠٢٤

ملخص البصيرة

أحدث التركيب الكيميائي للحمض النووي وتجميعه في الجينات والدوائر وحتى الجينوم بأكمله ثورة في البيولوجيا الجزيئية. جعلت هذه التقنيات من الممكن تصميم وبناء واختبار والتعلم من الأخطاء وتكرار الدورة حتى يتم تحقيق النتيجة المرجوة. هذا النهج هو جوهر ابتكار البيولوجيا التركيبية. 

سياق التوليف الجيني أسرع

يحول التوليف الشفرة الوراثية الرقمية إلى DNA جزيئي بحيث يمكن للباحثين إنشاء وإنتاج كميات كبيرة من المواد الجينية. توسعت بيانات الحمض النووي المتاحة بفضل تقنيات تسلسل الجيل التالي (NGS). أدى هذا التطور إلى زيادة قواعد البيانات البيولوجية التي تحتوي على تسلسل الحمض النووي من كل كائن حي وبيئة. يمكن للباحثين الآن استخراج وتحليل وتعديل هذه التسلسلات بسهولة أكبر بسبب الكفاءة الأكبر في برامج المعلوماتية الحيوية.

كلما زادت المعلومات البيولوجية التي حصل عليها العلماء من "شجرة الحياة" (شبكة الجينوم) ، فهموا بشكل أفضل كيفية ارتباط الكائنات الحية وراثيًا. ساعدنا تسلسل الجيل التالي على فهم الأمراض والميكروبيوم والتنوع الجيني للكائنات بشكل أفضل. يمكّن هذا الازدهار التسلسلي أيضًا التخصصات العلمية الجديدة ، مثل الهندسة الأيضية والبيولوجيا التركيبية ، من النمو. لا يقتصر الوصول إلى هذه المعلومات على تحسين التشخيصات والعلاجات الحالية فحسب ، بل يمهد الطريق أيضًا لاختراقات طبية جديدة سيكون لها تأثير دائم على صحة الإنسان. 

بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك البيولوجيا التركيبية القدرة على التأثير في العديد من المجالات ، مثل إنشاء أدوية ومواد وعمليات تصنيع جديدة. على وجه الخصوص ، يعد التخليق الجيني أحد التقنيات الواعدة التي تساعد في بناء وتغيير التسلسلات الجينية بسرعة كبيرة ، مما يؤدي إلى اكتشاف وظائف بيولوجية جديدة. على سبيل المثال ، غالبًا ما ينقل علماء الأحياء الجينات عبر الكائنات الحية لاختبار الفرضيات الجينية أو إعطاء عينات الكائنات الحية سمات أو قدرات فريدة.

التأثير التخريبي

تعد تسلسلات الحمض النووي القصيرة المركبة كيميائيًا ضرورية لأنها متعددة الاستخدامات. يمكن استخدامها في المعامل البحثية والمستشفيات والصناعة. على سبيل المثال ، تم استخدامها لتحديد فيروس COVID-19. الفوسفوراميدات هي لبنات بناء ضرورية في إنتاج تسلسل الحمض النووي ، لكنها غير مستقرة وتنكسر بسرعة.

في عام 2021 ، طور العالم ألكسندر ساندال طريقة جديدة حاصلة على براءة اختراع لتصنيع هذه اللبنات الأساسية لإنتاج الحمض النووي بسرعة وكفاءة ، مما أدى إلى تسريع العملية بشكل كبير قبل تفكك هذه المكونات. يُطلق على تسلسل الحمض النووي اسم oligonucleotides ، وتستخدم على نطاق واسع لتحديد الأمراض وتصنيع الأدوية والتطبيقات الطبية والتقنية الحيوية الأخرى. 

إحدى الشركات الرائدة في مجال التكنولوجيا الحيوية والمتخصصة في تصنيع الحمض النووي الاصطناعي هي شركة Twist Bioscience الأمريكية. تقوم الشركة بربط oligonucleotides معًا لإنشاء جينات. سعر القلة آخذ في الانخفاض ، كما هو الحال مع الوقت الذي يستغرقه صنعها. اعتبارًا من عام 2022 ، كانت تكلفة تطوير أزواج قواعد الحمض النووي تسعة سنتات فقط. 

يمكن طلب الحمض النووي الاصطناعي لـ Twist عبر الإنترنت وإرساله إلى المختبر في غضون أيام ، وبعد ذلك يتم استخدامه لإنشاء جزيئات مستهدفة ، وهي اللبنات الأساسية للمواد الغذائية الجديدة والأسمدة والمنتجات الصناعية والأدوية. شركة Ginkgo Bioworks ، وهي شركة للهندسة الخلوية تبلغ قيمتها 25 مليار دولار أمريكي ، هي أحد عملاء تويست الرئيسيين. وفي الوقت نفسه ، في عام 2022 ، أطلق تويست اثنين من عناصر التحكم في الحمض النووي الاصطناعي لفيروس جدري القردة البشري لمساعدة الباحثين على تطوير لقاحات وعلاجات. 

الآثار المترتبة على التوليف الجيني الأسرع

قد تشمل الآثار الأوسع لتخليق الجينات الأسرع ما يلي: 

• التعرف السريع على الفيروسات المسببة للأوبئة والأوبئة ، مما يؤدي إلى تطوير اللقاحات في الوقت المناسب.
• المزيد من شركات التكنولوجيا الحيوية والشركات الناشئة التي تركز على تقنيات التخليق الجيني بالشراكة مع شركات الأدوية الحيوية.
• تتسابق الحكومات للاستثمار في مختبرات الحمض النووي الاصطناعية الخاصة بها لتطوير الأدوية والمواد الصناعية.
• أصبحت تكلفة الحمض النووي الاصطناعي أقل ، مما أدى إلى إضفاء الطابع الديمقراطي على البحوث الجينية. يمكن أن يؤدي هذا الاتجاه أيضًا إلى المزيد من القراصنة البيولوجيين الذين يرغبون في تجربة أنفسهم.
• أدت زيادة الأبحاث الجينية إلى تطورات أسرع في تقنيات تحرير الجينات والعلاج ، مثل CRISPR / Cas9.

أسئلة للنظر فيها

• ما هي الفوائد الأخرى لإنتاج كميات كبيرة من الحمض النووي الاصطناعي؟
• كيف يجب على الحكومات تنظيم هذا القطاع بحيث يظل أخلاقيًا؟