تمكن العلماء في معهد سكريبس الأميركي للأبحاث بقيادة الباحث المصري أحمد بدران من إعادة كتابة الأبجدية الجينية، حيث أجروا دراسة حديثة نُشرت في مجلة نيتشر بايوتكنولوجي في 11 سبتمبر/أيلول، تستهدف تخليق بروتينات جديدة غير موجودة في الطبيعة باستخدام تقنيات مبتكرة.

ووفقاً لماثيو هارتمان، أستاذ الكيمياء العضوية في جامعة فيرجينيا كومنولث، فإن “جمال الفكرة المطروحة في هذه الدراسة يعود إلى سهولة إدماجها في مختلف العمليات لأنها تتطلب فقط تصميمًا مدروسًا للجينات”.

آلية عمل الخلايا

تعمل الخلية الحية من خلال طريقة تبين إنتاج بروتينات معينة تمكنها من القيام بوظائفها والتفاعل مع محيطها. على سبيل المثال، يُنتج الأنسولين، وهو بروتين يفرزه البنكرياس، للحفاظ على مستويات السكر في الدم. يتم بناء البروتين في خلايا بيتا في البنكرياس باستخدام آلية قياسية تطبقها معظم خلايا الجسم.

كما يشكل البروتين مكونات أساسية في أجسامنا، بدءًا من العضلات ووصولاً إلى الوحدات الدقيقة في الخلايا. يتم ترجمة أجزاء من الشفرة الوراثية (DNA) إلى أحماض أمينية، التي تمثل البنية الأساسية للبروتينات، حيث تتحد هذه الأحماض لتشكيل بروتينات معروفة.

إعادة كتابة الأبجدية الجينية

نجح بدران وفريقه في تحويل الأبجدية الجينية الثلاثية المستخدمة لاستحضار 20 نوعًا من الأحماض الأمينية إلى رباعية، مما سمح لهم بزيادة التنوع الحيوي من خلال خلق بروتينات جديدة غير موجودة سابقًا.

يفسر بدران: “لقد اكتشفنا مبادئ يمكن هندستها بسهولة لتطبيقها على “رنا المرسال”، مما يحسن كيفية قراءة الريبوسوم لتسلسلات القواعد الرباعية”. ويضيف أنهم أصبحوا قادرين على دمج أحماض أمينية غير تقليدية للحصول على بروتينات ذات خصائص كيميائية فريدة.

استفاد الفريق من عملية تعرف باسم “ضغط الكودون”، حيث تركزت الكودونات الثلاثية عالية الاستخدام حول الكودونات الرباعية، مما أدى إلى تحسين كفاءة فك الشيفرة بشكل كبير.

عالم جديد من البروتينات المستحدثة

نعمت بروتينات جديدة إمكانيات واعدة، حيث عبر بدران عن حماسه لتلك الإمكانيات، مشيرًا إلى أن العمل على تطوير جيل جديد من العلاجات سيكون ممكنًا بفضل هذه الدراسات التي يمكن أن تُعتبر بداية لرؤى مستقبلية واعدة.

نجح الفريق في تخليق “الببتيدات الحلقية الكبيرة القابلة للبرمجة”، وهي خاصية تعزز من استقرار المركبات الكيميائية. وفي نتائجهم، تمكنوا من دمج 3 أحماض أمينية غير تقليدية في بروتينات حلقية، مما أثرى خصائص البروتينات الكيميائية.

يعتبر بدران أن البساطة العالية لتقنيتهم تجعلها خيارًا مثيرًا بالمقارنة مع النماذج السابقة، مشيراً إلى جهود البروفيسور تشين وبيتر شولتز كمرجع في هذا المجال.

تنشأ قصة بدران من مدينة طنطا في مصر، حيث انتقل إلى الولايات المتحدة خلال سنوات دراسته الثانوية. درس بعدها في عدة جامعات مرموقة، بما في ذلك أريزونا وهارفارد ومؤسسة ماساتشوستس للتكنولوجيا، واكتسب تجارب ضافية في مجال الكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الجزيئي.

يؤكد بدران على أهمية التقدم العلمي لصالح البشرية، وكيف أثر ذلك على عمله، مشيراً إلى رغبته في استخدام تقدم علم البيولوجيا في مواجهة قضايا مثل تغير المناخ.