خب بچهها بذارید یه خبر خیلی خفن علمی رو تعریف کنم! یه تیم از دانشمندا تو انستیتوی بیوانجینیرینگ کاتالونیا (اسم رسمی: Institute for Bioengineering of Catalonia یا همون IBEC)، تونستن یه سلول مصنوعی باحال بسازن که خودش بدون مغز و بدون هیچی، فقط با ریاکشن شیمیایی حرکت میکنه! یعنی دقیقا مثل یه روبوته کوچولو، اما همهاش از چیزای نرم و بیجون ساخته شده.
کل قضیه از اینجا شروع شد که دانشمندا گفتن بیاید ببینیم میشه یه سلول خیلی مینیمال بسازیم که مثل باکتری یا سلولهای ایمنی بتونه جهتشو بر اساس مواد شیمیایی پیدا کنه؟ یعنی همون چیزی که تو طبیعت اسمش رو گذاشتن “شیمیگرایی” یا “Chemotaxis” (یه جور توانایی حرکت سلولها به سمت یا دور شدن از غلظت مواد خاص تو محیط). مثلاً اسپرمها که دنبال تخمک حرکت میکنن یا گلبولهای سفید که سمت محل عفونت میرن، همهاش به خاطر همین شیمیگراییه.
حالا دانشمندا اومدن کل ماجرا رو فقط به سه قطعه ساده محدود کردن:
- یه پوسته لیپیدی: این واسه ساختارشه و مثل همون غشای چرب دور سلولهاست. به اینا میگن “لیپوزوم”، همون بابلهای کوچیک چربی که تو آزمایشگاه میسازن.
- یه آنزیم: آنزیم یعنی یه مولکول پروتئینی که میتونه واکنش شیمیایی رو سرعت بده یا انجام بده. اینجا قرار بود آنزیم با موادی مثل گلوکز یا اوره واکنش بده.
- یه پور (Pore): پور همون در یا سوراخیه که تو غشا تعبیه کردن، باعث میشه بعضی مواد کنترلشده رد بشن یا خارج بشن.
حالا چطوری حرکت میکنه؟ بسیار ساده و خلاقانه! وقتی این لیپوزومهای کوچولو رو تو یه محیط بذارن که یه طرفش گلوکز یا اوره بیشتره، آنزیم داخلش با این مادهها واکنش میده و توی لیپوزوم یه جور عدم تعادل غلظتی ایجاد میشه. این باعث میشه مایع دورش یه جوری جاری بشه که جعبه کوچیک لیپیدی (سلول مصنوعی) به سمت جاییکه غلظت اون ماده بیشتره هدایت شه، مثل قایق کوچولو که باد ببرتش سمت بادبان!
این قضیه رو اسمش رو گذاشتن “مینیموم شیمیگرایی” که یعنی با کمترین امکانات، تا حد ممکن رفتار زندهها رو شبیهسازی کردن. یادآور میشه که این سلول مصنوعی هیچ قطعه دیجیتالی، جاندار یا مغزی نداره! فقط شیمی و فیزیک.
جالبی کار وقتی بیشتر میشه که بدونید حتی تو تجهیزاتی به اسم “میکروفلوئید” (Microfluidic channel یعنی یه کانال ریز که برای مطالعه حرکت سلول و مواد استفاده میشه) بیش از ده هزار لیپوزوم رو تست کردن! نتیجه این شد که هرچی تعداد پورها بیشتر باشه، حرکت سلول قویتر و دقیقتر به سمت غلظت بیشتر صورت میگیره. ولی اگه پور نباشه، دیگه فقط به خاطر پدیده ساده “انتشار” یا Diffusion، ذره به سمت جایی میره که غلظت کمتره و حرکتی کنترلشده در کار نیست.
یه جمله خیلی قشنگ نویسنده اصلی مقاله، پروفسور جوزپه باتالیا (Giuseppe Battaglia) زده: «ما کل ماجرا رو با سه تا چیز ساختیم: یه پوسته چرب، یه آنزیم و یه سوراخ! دیگه هیچ زرق و برقی لازمه؟» میگه قدرت سینتتیک بیولوژی (Synthetic Biology یعنی ساخت سیستمهای زیستی جدید از صفر به روشی کنترلشده) همینه: وقتی فقط اصل مطلب رو نگه میداری، پیچیدگیها رو کنار میذاری، تازه میفهمی سازوکار اصلی چیه.
حالا چرا این کشف مهمه؟ چون تو زیستشناسی واقعی، همین رفتار شیمیگرایی یه عامل کلیدی برای بقای سلولها و تکامله؛ هم برای پیدا کردن غذا، هم فرار از خطر یا همکاری با سایر سلولها. این مدل ساده حالا به دانشمندا کمک میکنه حدس بزنن زندگی اولیه روی زمین احتمالاً چطور تونسته شروع کنه حرکت کنه. اما این فقط شروعه! این سلولها میتونن پایهای باشن برای ساخت “میکرو ربات”هایی که از مواد نرم زیستی ساخته میشن و میشه ازشون برای رسوندن دارو دقیق به بافت خاص، سنسورهای زیستی فوق هوشمند یا حتی سیستمی که خودش خودش رو سرهم میکنه (Programmable self-assembling systems یعنی سیستمهایی که خودشون پیچیده و هوشمندانه ساخته میشن) استفاده کرد.
پروفسور باتالیا معتقده اگه همین حبابهای کوچولو رو با دقت تماشا کنید، کلی راز توش هست: اینکه سلولها چطور با هم حرف میزنن یا مواد حیاتی رو جابهجا میکنن. ولی ماشینآلات زیستشناسی واقعی خیلی شلوغ و پر قطعهست، اما تو این طراحی فیک و ساده همهچی شفاف و قابل کنترله!
این پژوهش با همکاری IBEC، دانشگاه بارسلونا، University College London، دانشگاه لیورپول، مؤسسه Biofisika و بنیاد علمی Ikerbasque انجام شده و یه تیم تخصصی هم از دانشگاه بارسلونا (به رهبری José Miguel Rubí) حالت تئوریک و مدلسازی ریاضی رفتار این لیپوزومها رو پیشبینی کرده بوده.
حالا اگه دوست داری اصل انگلیسی مقاله رو بخونی، تو مجله Science (از معتبرترین ژورنالهای علمی جهان) منتشر شده.
خلاصه، سلول مصنوعی دیگه داره قدم به قدم پیشرفت میکنه و این مدل سازههای کوچیک و مینیمال میتونن راه رو برای مراقبت بهتر پزشکی، ساخت رباتهای فوقنازک و حتی جواب دادن سوال «زندگی از کجا حرکت رو یاد گرفت؟» باز کنن. عجیب باحاله، نه؟
منبع: +
