مكتبة صورك بالكامل في أنبوب اختبار؟

إليكم شيئًا سيجعلكم تشعرون أنكم تعيشون في فيلم خيال علمي. علماء توصلوا لتصنيع شريحة سيليكون صغيرة — بحجم ظفر الإصبع — يمكنها إنتاج الـ DNA باستخدام الكهرباء والماء فقط. لا مواد كيميائية سامة. لا بدلات واقية مطلوبة. مجرد صدمات كهربائية مضبوطة تقوم بالعمل.

وبصراحة؟ قد يكون هذا من أكثر الأشياء إمتاعًا التي قرأتها هذا العام.

ليش الـ DNA مهم بالنسبة لك؟

قبل ما ندخل في موضوع الشريحة، خلّونا نتكلم عن ليش الـ DNA مهم لك شخصيًا. بعد الفكرة الواضحة "هو اللي يخليك أنت"، الـ DNA هو نظام التخزين النهائي عند الطبيعة. فكّروا فيها: كل كائن حي على الأرض يخزّن التعليمات الجينية فيه، وهذه الجزيئات صغيرة جدًا وكثيفة بشكل لا يصدق. نتكلم عن إمكانية تخزين إكسابايت من البيانات في حجم أصغر من مكعب سكر.

تخيّلوا إنكم ما تواجهون مشكلة امتلاء مساحة الهاتف. أبدًا.

الـ DNA أيضًا هو أساس اللقاحات (تذكرون لقاحات mRNA ضد كوفيد؟)، والعلاجات الجينية للأمراض الوراثية، وعلاجات السرطان. فلو العلماء لقوا طرق أفضل لإنتاج الـ DNA الصناعي، هذا يصنع فرق كبير في الطب.

الطريقة القديمة ما كانت رائعة

الحاليًا، إنتاج الـ DNA الصناعي يعتمد على ما يسمّى كيمياء الفوسفوراميدايت. она работает, أي تعمل, بس تحتاج مذيبات خطرة, ومرافق متخصصة, وبصراحة تبدو كأنك تحتاج شهادة دكتوراه في الكيمياء عشان تتعامل معها بأمان. كثير من المختبرات الصغيرة ببساطة ما عندها الموارد لهذا.

كأنك تحتاج مطبخ تجاري عشان تخبز بسكوتة.

الشريحة السيليكونية تدخل الصورة

إليكم اللي سوّاه فريق في هارفارد (بمساعدة من جامعة بوهانغ) — شيء رائع فعلاً. أخذوا شريحة صُمّمت أصلاً لتسجيل النشاط الكهربائي في الخلايا العصبية، أعطوها تعديل بسيط، وحوّولوها لمصنع DNA.

الإبداع هنا؟ يستخدمون تخليق الـ DNA الإنزيمي — يعني يقلّدون الطريقة اللي الخلايا الحية تبني فيها الـ DNA طبيعيًا، بدل الطريقة الكيميائية الصناعية. وبدل أطنان من المذيبات الخطرة، يستخدمون أساسًا الماء.

الشحنة تستخدم أقطاب كهربائية مضبوطة جدًا للتحكم في الظروف الكيميائية المطلوبة لبناء سلاسل الـ DNA. في تجربتهم الأخيرة، صنعوا 64 تسلسل DNA مختلف في وقت واحد، كل واحد بـ 39 نوكليوتيد. هذا قفزة كبيرة مقارنة بالمحاولات السابقة اللي كانت تنتج فقط دزينة أو شي من التسلسلات.

الباحث الرئيسي دونهي هام يصفها بأنها "تحويل" التحكم الدقيق بالتيار من الخلايا العصبية إلى الجزيئات. نفس الأداة، وظيفة مختلفة. بصراحة، هذا النوع من التفكير الإبداعي هو اللي يخلي العلم ممتع بالنسبة لي.

إيش اللي لا يزال يعيقنا؟

الحين، ما أبي أبالغ في الموضوع. التكنولوجيا تحتاج وقت.

الباحثين اكتشفوا إنهم لما حاولوا تصغير مواقع التخليق وحشر أكثر من إنتاج الـ DNA على الشريحة، الأمور تعقّدت. خلال خطوة تسمى إزالة الحماية (حيث تُزال المجموعات الواقية من النيوكليوتيدات)، الجزيئات انجرفت للمواقع المجاورة وسببت تداخل.

كما قال أحد الباحثين: "المحدودية جاءت من كيمياء إزالة الحماية، مو من السليكون."

فالشريحة نفسها تشتغل ممتازًا. المشكلة في الكيمياء اللي تحتاج تطوير أكثر. بس الخبر الحلو؟ هذي مشكلة قابلة للحل. الباحثين يعرفون بالضبط إيش يحتاجون يركزون عليه بعدها.

ليش هذا يثير حماسي

اسمعوا، أنا هاوي تقنية، مو عالم أحياء. بس حتى أنا أقدّر ما يعنيه هذا.

نتكلم عن مستقبل حيث:

• البيانات يمكن تخزينها في الـ DNA لمئات السنين (وربما آلاف) بدون تدهور
• العلاجات الطبية ممكن تصير أكثر تخصيصًا وأسهل وصول
• البصمة البيئية لأبحاث التقنية الحيوية ممكن تنقص بشكل كبير

وفيه شيء جميل في فكرة استخدام نظام تخزين المعلومات الطبيعي للطبيعة لحل مشاكلنا الحديثة في البيانات. كأنه دورة كاملة — البشر يتعلمون من البيولوجيا، بعدين يطبّقون المعرفة هذي لخدمة الاحتياجات البشرية.

الباحثون أنفسهم يعترفون إن الوصول للحجم المطلوب لتخزين البيانات الفعلي في الـ DNA يحتاج تخليق عدد أكبر بكثير من 64 تسلسل بالتوازي. بس هم يقولون الشريحة هذي تقدّم "مسار صديق للبيئة" نحو هذا الهدف.

الخلاصة

لا زلنا أمامنا سنوات من العمل. بس كل اختراق يبدأ بإثبات المفهوم، وهذه الشريحة هي بالضبط هذا. إنها لمحة عن كيف ممكن يكون شكل التقنية الحيوية لو توقفنا عن محاولة إجبار الطبيعة على العمليات الصناعية وبدلًا من ذلك نعمل مع الآليات البيولوجية.

سأظل أتابع هذا الموضوع. لو حَلّوا مشكلة كيمياء إزالة الحماية، ممكن نكون أمام ثورة حقيقية في الطب وتخزين البيانات.

والآن، إذا عذروني، لازم أذهب وأقدّر حقيقة إنه في مكان ما في مختبر هارفارد، توجد شريحة صغيرة جدًا متقنة جدًا في بناء جزيئات الحياة.