מדענים מסטנפורד הצליחו להעביר מסרים מורכבים בין תאים רחוקים, טכנולוגיה המכונה "אינטרנט ביולוגי". כמו שאי אפשר היה לדעת לאן יוביל האינטרנט של המידע, כשהוצג לראשונה בשנות השבעים, קשה להעריך מה יהיו היישומים של האינטרנט הביולוגי – חידוש איברים היא רק דוגמה אחת
| אינטרנט ביולוגי |
אם הייתם חיידקים, הווירוס M13 היה נראה לכם בלתי מזיק. הוא אורח שלא הוזמן יותר מאשר הוא פולש ואוכל חינם. הוא אינו ממית. ברגע שהוא מגיע לתוך התא של החיידק הוא מרגיש בבית, אוכל את האוכל שלו, והוא לא בררן. ואולם לאחרונה, מהנדסים באוניברסיטת סטנפורד ערכו שינויים קלים ל-M13.
החוקרים, מוניקה אורטיז – דוקטורנטית לביו-הנדסה (הנדסה ביולוגית) וד"ר דרו אנדי – פרופסור להנדסה ביולוגית הצליחו למצות את המרכיבים המרכזיים של M13 – העובדה שהוא אינו ממית, ויכולתו לארוז ולהעביר סלילי DNA – כדי ליצור מה שניתן לכנות בשם האינטרנט הביולוגי או Bi-Fi. ממצאיהם פורסמו בגרסה המקוונת של כתב העת .Journal of Biological Engineering.
באמצעות הווירוס הצליחו אורטיז ואנדי ליצור מנגנון ביולוגי ששולח מסרים גנטיים מתא לתא. המערכת שלהם הגדילה באופן ניכר את המורכבות ואת כמות הנתונים שיכולים להיות משודרים בין תאים ויכולה להביא לבקרה גדולה יותר של תכונות ביולוגיות בתוך קבוצות תאים.
החידוש יכול להפוך לברכה למהנדסים ביולוגים המחפשים ליצור קהילות רב תאיות מורכבות שיעבדו במתואם כדי להשיג תכונות ביולוגיות חשובות.
מדיום ומסר
M13 הוא מכונת אריזה של מסרים גנטיים. הוא משתכפל בתוך המארח שלו, לוקח גדילים של DNA שהמהנדס יכול לשלוט עליהם, מוציא אותם אחד אחרי השני ושולח אותם ארוזים בתוך חלבונים המיוצרים בידי M13 שיכולים להשפיע על תאים אחרים. ברגע שהווירוסים נמצאים בתוך התאים המארחים החדשים, הם משחררים את מסר ה-DNA הארוז.
מערכות המבוססות על וירוס M13 יוכלו לשמש כערוצי תקשורת. הם פועלים כמו קישור אינטרנט אלחוטי המאפשר לתאים לשלוח או לקבל מסרים, אך אינם מודאגים מהשאלה: אילו סודות מועברים במסרים?
"בפועל, אנו מפיצים את המסר מהערוץ. אנו יכולים לשלוח כעת כל מסר DNA שאנו רוצים לתאים ספציפיים במושבה החיידקית המורכבת" אומרת אורטיז, החוקרת הראשית במאמר.
"ידוע היטב כי התאים משתמשים באופן טבעי במספר מנגנונים, לרבות כימיים, כדי לתקשר, אך מסרים אלה מוגבלים מאוד הן במורכבותם והן ב"רוחב הפס". אותות כימיים פשוטים הם בדרך כלל גם המסר וגם השליח – שתי תכונות שאי אפשר להפריד ביניהן. "אם רשת התקשורת שלכם מבוססת על סוכר, המסרים שלכם מוגבלים ל'יותר סוכר', 'פחות סוכר' או 'ללא סוכר'." מסביר אנדי.
תאים המהונדסים בעזרת M13 יכולים להיות מתוכנתים להעביר מסרים הרבה יותר מורכבים בדרכים רבות עוצמה. המסרים האפשריים מוגבלים רק בידי מה שניתן לקודד ב-DNA, ויכולים לכלול כל סוג של הוראה גנטית: "התחל לגדול, הפסק לגדול, התקרב, שחה החוצה, יצר אינסולין ועוד.
קצבים וטווחים
באמצעות ניצול ה-DNA למסרים בין תא לתא, החוקרים גם הגדילו את כמות הנתונים המועברים בכל זמן נתון. במונחים דיגיטליים, הם הצליחו להגדיל את קצב העברת נתוני המערכת שלהם. גדיל ה-DNA הגדול ביותר שהם הצליחו לארוז כלל למעלה מ-40 אלף זוגות בסיסים.
זוג בסיסים, כמו אפסים ואחדים בקידוד הדיגיטלי, הם אבני הבניין הבסיסיות של המידע הגנטי. מרבית המסרים הגנטיים המעניינים את המהנדסים הביולוגים משתרעים החל מכמה מאות לכמה אלפי זוגות בסיסים.
אורטיז אפילו הצליחה לשדר את המסר הגנטי שלה בין תאים המופרדים בתווך ג'לטיני למרחק שגדול מ-7 סנטימטר. "זו תקשורת ארוכת טווח בכל הנוגע לתאים" אמרה.
בהמשך, עשוי האינטרנט הביולוגי להוביל לפיתוח מפעלים ביו-סינתטיים שבהם מסות עצומות של חיידקים משתפים פעולה כדי ליצור דלקים מורכבים, תרופות וחומרים כימיים שימושיים אחרים. לאחר שיפור התהליך, אומרים המהנדסים, פלטפורמת התקשורת הבין תאית עשויה יום אחד לאפשר תכנות תלת ממדי מורכב של מערכות תאיות, לרבות התחדשות רקמות או איברים.
"היכולת להעביר מסרים 'שרירותיים' מהווה זינוק בסיסי מאפשרות יחידה של אות ותגובה, לשפה אמיתית של התקשרות" אומרת רדיקה נאגפאל, פרופ' למדעי המחשב במכון ויס למערכות הנדסיות המקבלות השראה מהביולוגיה באוניברסיטת הארווארד, שאינה מעורבת במחקר. תזמון שיתוף הפעולה של תאים ליצירת רקמות מלאכותיות או אפילו איברים מלאכותיים, היא רק אפשרות אחת. הדבר פותח דלתות למערכות ביולוגיות חדשות ולפתרון בעיות שאין להן מקבילה בטבע".
אורטיז הוסיפה: "האינטרנט הביולוגי נמצא בשלבים הראשונים שלו. כאשר אינטרנט המידע הוצג לראשונה בשנות השבעים היה קשה מאוד לדמיין את עושר היישומים שלו כיום, כך שאיננו יכולים להעריך לאילו מחוזות העבודה הזו עשויה להוליך".
למאמר המקור
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/09/120928103802.htm
| {loadposition content-related} |
