العلماء ينتجون خلايا اصطناعية تحصل على طاقتها عن طريق التمثيل الضوئي – خطت الخلايا الاصطناعية المصنعة في المخبر خطوة كبيرة أخرى للأمام مع تطوير العلماء لخلايا قادرة على إنتاج طاقتها الكيميائية وتصنيع أجزاء من بنيتها، ما يجعل هذه الخلايا الاصطناعية مشابهة للخلايا الطبيعية البيولوجية القادرة على بناء وتنظيم عناصر بنيتها بشكل طبيعي. هذا الأمر لا يساعدنا فقط في فهم انبثاق الخلايا الحقيقية للوجود وطريقة عملها، بل قد يكون أيضًا أمرًا حيويًا لمجموعة من مجالات البحث الأخرى كالجهود المستمرة لإنتاج الأعضاء الاصطناعية وغيرها من أنسجة الجسم لمكافحة الأمراض.

يقول رئيس الباحثين Yutetsu Kuruma من معهد طوكيو للتكنولوجيا في اليابان: «كنت أحاول لفترة طويلة بناء خلية اصطناعية حية وخاصة بالتركيز على الأغشية، في عملنا هذا، قمنا بلف الخلايا الاصطناعية بأغشية لبيدية وغلفنا بنى صغيرة غشائية داخلها، في هذه الحالة غشاء الخلية هو أهم جانب في تشكيل الخلية».

الأغشية اللبيدية تتضمن بروتينيات الأدينوزين ثلاثي الفوسفات سينثاز ATP Synthase والرودوبسين الجرثومي (bacteriorhodopsin) المعزولة من الخلايا الحية والمصممة لتعمل مع بعضها بشكل متآزر، إذ تستخدم الطاقة الضوئية ( التمثيل الضوئي ) لإحداث فرق طاقة داخل الخلية ثم تقوم باستخدام فرق الطاقة المحدث لإنتاج المزيد من الجزيئات والمزيد من البروتين.

خلال التجارب جرت عملية التركيب الضوئي كما أمل العلماء، إذ قامت الخلايا الاصطناعية بمحاكاة الخلايا الحقيقية عبر صناعة جزيئات الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA) من جزيئات الـ DNA ثم القيام بصناعة البروتين من جزيئات الرنا المرسال (mRNA).

الميزة الرئيسية هنا هي قدرة الخلية على إنتاج تلك الطاقة واستخدامها في القيام بعمليات التصنيع الخاصة بها، ما يقود إلى إنتاج خلايا اصطناعية مستقلة قادرة على الاستمرار في الاعتماد على ذاتها. على الرغم من عدم قدرة الدراسة على تكرار جميع البروتينات التي تستطيع تكرارها خلية حقيقية، يعتقد الباحثون أنه بالإمكان الوصول لهذا الأمر عبر تحسين المنظومة.

يقول العلماء إن عملهم يمكن أن يكون ذا أهمية في دراسة الخلايا الأولية التي يُعتقد بأنها قد سبقت الخلايا الحديثة. وكيف تستطيع هذه الخلايا إنتاج الطاقة لتحقيق استقلالها الذاتي؟ قد يطلعنا على ذلك هذا النوع الجديد من الخلايا الاصطناعية.

إذا استطاع بروتينا غشاء إنتاج طاقة كافية لإحداث تعبير جيني، كما تظهر الدراسة، عندها يمكن للخلايا الأولية استخدام ضوء الشمس لتتطور إلى الخلايا الحديثة التي نعرفها. مع استمرار الدراسات قد نتمكن من الوصول ومراقبة نقطة التحول في تطور الخلايا التي حدثت على الأرض في الأزمنة السابقة. ومن الفوائد الأخرى للبحث أنه يمكن أن يغطي كل شيء من التوصيل الدوائي إلى تطوير أجهزة استشعار فائقة الذكاء والكثير من الفوائد الأخرى مستقبلًا.

يذكر الباحثون: «نظام خلايانا الضوئية الاصطناعية يمهد الطريق لإنشاء خلية اصطناعية مستقلة حيويًا».

نُشر البحث في مجلة Nature Communications.

ATP synthase* – ATP سينثاز – أدينوزين ثلاثي الفوسفات سينثاز : هو إنزيم يوجد في الجدار الداخلي في المتقدرات ومن وظائفه تخزين الطاقة وإمداد الخلية الحية بالطاقة.

** الرودوبسين الجرثومي (Bacteriorhodopsin) هو بروتين يستخدم من قبل جرثومة الملحاء العصوية أحد أصناف العتائق العرضية والذي يعمل كمضخة بروتون حيث يلتقط الطاقة الضوئية ويستخدمها لنقل البروتونات خارج الخلية عبر غشائها

اقرأ أيضًا عن التمثيل الضوئي :

العلماء يصلحون خلل في التركيب الضوئي او التمثيل الضوئي يعزز نمو المحاصيل
اكتشاف نوع جديد لعملية التمثيل الضوئي
ميكانيكا الكم و التمثيل الضوئي

المصدر

ترجمة محمد باكير
تدقيق رزان حميدة