موضوع سيغيّر قواعد اللعبة: شريحة سيليكون تكتب الـ DNA

خلّيني أحكيلك شي إلك.

في مختبر هارفارد، العلماء اشتغلوا على شي يبدون وكأنهم أخذوه من فيلم خيال علمي، بس هو حقيقي ويصير بمختبر فعلي.

هم طوّروا شريحة سيليكون صغيرة — نفس المادة اللي بتكوّن المعالجات في جوالك وحاسوبك — قادرة على كتابة الـ DNA فعلياً. مش قراءته بس. مش دراسته بس. لا، هي تبنيه حرف حرف، مثل طابعة جزيئية ثلاثية الأبعاد.

ليش هذا مهم؟

خلّيني أرجع خطوة للوراء.

تخليق الـ DNA مو شي جديد. العلماء يسوّونه من سنين، وهو أساسي لأشياء كثيرة: فحوصات كوفيد، أبحاث السرطان، علاج الجينات. المشكلة إن الطريقة التقليدية تستخدم مواد كيميائية خطيرة. مذيبات عضوية سامة تحتاج مختبرات خاصة وإجراءات أمان معقدة.

فريق هارفارد، بقيادة البروفيسور دونهي هام، سلك مسلك مختلف تماماً.

بدل المواد الكيميائية القاسية، شريحتهم تستخدم تخليقاً إنزيمياً مائياً — يعني تحاكي الطريقة اللي الخلايا الحية تبني فيها الـ DNA طبيعياً. أخف، أنظف، وأقل ضرر على البيئة.

قصة كيفّدا فكّروا فيه أصلاً

وهنا يصير الموضوع أكثر إثارة.

هذه الشريحة ما صُمّمت أصلاً لتخليق الـ DNA.

طالب دكتوراه سابق اسمه جيفري آبوت كان يطوّر هذه الدوائر الإلكترونية لتسجيل النشاط الكهربائي من مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية — لأبحاث الدماغ. التكنولوجيا كانت تقدر تتحكم بدقة بالتيارات الكهربائية الصغيرة.

ثم جاء момنت "آها": وش لو حوّلنا نفس هذه الدقة من الخلايا العصبية إلى الجزيئات؟

أعادوا تصميم الأقطاب الكهربائية، وبدّلوا الأجزاء اللي كانت موجّهة للخلايا العصبية بأقطاب حلقية مزدوجة، وفجأة — نفس التكنولوجيا اللي تقرأ إشارات الدماغ صارت تتحكم بالظروف الكيميائية اللازمة لبناء الـ DNA.

أحب هالمسار. كيف اكتشافة وحدة تقود لشي غير متوقع تماماً.

64 تسلسلاً بنفس الوقت — إنجاز حقيقي

خلّينا نتكلم عن الإنجاز التقني اللي حمّس الباحثين:

الشريحة تقدر تخليق 64 تسلسلاً مختلفاً من الـ DNA بنفس اللحظة. كل واحد يصل طوله لـ 39 نيوكليوتيد، وكلهم ينموون بشكل مستقل، مثل 64 خط تجميع جزيئي يشتغل بنفس الوقت.

ممكن ما يبدوا رقم كبير، بس للتخليق الإنزيمي — الأسلوب الأخف والأكثر أماناً — هذا إنجاز مهم. الطرق السابقة كانت عالقة عند حوالي dozen تسلسلات فقط.

الطريقة ذكية. كل موقع من الـ 64 على الشريحة يحتوي على زوج من الأقطاب الحلقية المركزية تحيط بجزيئات الـ DNA المثبتة في الوسط. لما تُفعّل، القطب الداخلي يولّد بروتونات تخفّض الـ pH المحلي، وهذا يسمح لهذا التسلسل بالتطوّر. القطب الخارجي يشتغل مثل إسفنجة البروتونات، بيحافظ على المنطقة الحمضية محصورة بنفس الموقع. بدون تلوّث متقاطع، بدون تداخل بين التسلسلات.

ليش لازم يهتمّك؟

بعد الكلام التقني، وش يعني لك هالشي فعلياً؟

أول شي، ممكن يخلّي تخليق الـ DNA أكثر доступاً. حالياً، معظم الـ DNA التخليقي لازم يصنّع في مصانع متخصصة بسبب المذيبات السامة. الأسلوب المائي الأخف ممكن ي lead لـ أنظمة أصغر وأأمن أكثر تقدر مختبرات كثيرة — حتى الصغيرة — تستخدمها.

كمان الباحثين أثبتوا إن هذه الـ 64 تسلسلاً تقدر تشفّر رسالة نصية من 169 بايت. قبل ما تحمّس، تخزين البيانات في الـ DNA لا يزال هدف بعيد يحتاج تصنيع الـ DNA بمقاييس ضخمة جداً. بس الخلاصة: لما نحاول نوسّع تخزين البيانات بالـ DNA، التقليل من الاعتماد على المذيبات السامة يصير كل ما يطلبونه أكثر. التخليق الإنزيمي ممكن يكون جزء أساسي لجعله مستدام.

الصورة الكبيرة

أكثر شي يصدمني في هذا البحث مو بس الإنجاز التقني — هو التذكير إن بعض أكبر الاختراقات تجي من أماكن ما نتوقعها.

ما حد بدأ يقول "خلّنا نبني كاتب DNA باستخدام تقنية أبحاث الدماغ". لا، صار لأن علماء فضوليين سألوا "وش ثاني ممكن نسوي بهالشي؟"

هذا النوع من التفكير الجانبي هو اللي يحرّك العلم للأمام.

ومن يدري؟ يمكن يوم من الأيام نفس المبادئ اللي ورا شريحة جوالك تساعد في تصنيع أدوية الـ DNA أو أنظمة تخزين البيانات المستقبلية.

وش رائك — مو شيء خيالي؟