الباحثون من جامعة كولونيا حقق طفرة في البيولوجيا التركيبية، وخلق أول اصطناعي زوج قاعدة الحمض النووي الذي يتم تجميعه معًا بشكل أساسي تختلف عن البيولوجية القوة الكيميائية. إذا كانت “وحدات بناء” الحياة في المادة الوراثية الطبيعية مرتبطة بروابط هيدروجينية، فإن تفاعلات الهالوجين تحل محلها في التطور الجديد. تم نشر نتائج دراسة توسع الفهم الأساسي لمرونة جزيء الحياة في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.“عقد الإرساء” المغناطيسية بدلاً من الهيدروجين

لعقود من الزمن، أنشأ العلماء أزواجًا قاعدية صناعية مختلفة تحاكي أو تكمل المبدأ الطبيعي للترابط الهيدروجيني. ومع ذلك، ذهب فريق البروفيسور ستيفاني كت شور إلى أبعد من ذلك.

“نهجنا هو قفزة نوعية. لقد طورنا بنية زوجية اصطناعية جديدة تمامًا تستخدم روابط الهالوجين كقوة جاذبة بديلة”، يوضح كوت شور.

تعمل روابط الهالوجين في هذا السياق بمثابة “وصلات” دقيقة ودقيقة بين الجزيئات. ولتحقيق هذا التأثير، قام العلماء بتصنيع كتل كيميائية خاصة تحتوي على ذرة اليود. أولاً، تم حساب الهندسة المثالية لترتيب الذرات باستخدام النمذجة الحاسوبية، ومن ثم تم الحصول على الجزيئات في المختبر.

أكدت التجارب أن الكتل الجديدة تتعرف بدقة على بعضها البعض وتشكل زوجًا مستقرًا.

التوافق البيولوجي: تم اجتياز الاختبار

كانت أهم مرحلة في العمل هي التحقق مما إذا كان سيتم قبول العناصر “الغريبة”. جزيء حي. يتم تنفيذ دور “آلات النسخ” في الخلية بواسطة إنزيمات بوليميراز الحمض النووي، التي تقوم بتركيب سلاسل جديدة من المواد الوراثية.

وفي الاختبارات المعملية، أثبت الباحثون أن بوليميراز الحمض النووي الطبيعي يتعرف بنجاح على الكتل الاصطناعية ويدمجها في شريط الحمض النووي المتنامي. وهذا يثبت أن الزوج الأساسي الجديد لا يعمل فقط في أنبوب الاختبار، ولكن أيضًا في سياق بيولوجي حقيقي.

مستقبل البيولوجيا التركيبية

يقول المؤلفون: “لا ينبغي للحمض النووي أن يعتمد فقط على المبادئ الطبيعية التي نعرفها”.

يؤدي نجاح التجربة إلى توسيع “الأبجدية الجينية” بشكل كبير ويفتح آفاقًا جديدة للبيولوجيا التركيبية.

على المدى الطويل، فإن وجود أنواع إضافية من الروابط في الحمض النووي سيسمح بإنشاء أنظمة جزيئية ذات خصائص فريدة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى ظهور طرق تشخيصية وأساليب علاجية جديدة بشكل أساسي، فضلاً عن إنشاء كائنات حية اصطناعية ذات وظائف بيولوجية محسنة غير متوفرة في البرية.

مقارنة الروابط الطبيعية والاصطناعية في الحمض النووي

مميزة	الرابطة الهيدروجينية (الطبيعة)	رابطة الهالوجين (مختبر)
عامل كيميائي	ذرة هيدروجين + نيتروجين/أكسجين	ذرة الهالوجين (اليود) + موقع السالبية الكهربية
نوع التفاعلات	مرنة، ضعيفة نسبيا	اتجاهي، جامد (“نقطة الإرساء”)
الحالة البيولوجية	المعيار لجميع الكائنات الحية	متعامد حيويًا (غير موجود في الطبيعة)
الاستدامة	يتم التعرف عليها بسهولة وتدميرها بواسطة الإنزيمات	“غير مرئي” لمعظم الدفاعات الطبيعية والمعتدين
دقة التجميع	عالية ولكنها تسمح بحدوث طفرات طبيعية	الدقة: تحديد المواقع بدقة فائقة
الهدف الرئيسي	نقل وتخزين الوراثة	إنشاء المواد النانوية والأدوية المحمية

وبالتالي، فإن رابطة الهالوجين تحول الحمض النووي من حامل الجينات البسيط إلى مادة نانوية قابلة للبرمجة. فهو يمنح العلماء “مفتاحًا” لا يناسب إلا “قفلهم” الخاص، مما يزيل الأخطاء الكيميائية العرضية داخل الكائن الحي.

اشترك واقرأ “العلم” في

برقية

إقرأ المزيد