علماء يبتكرون خلايا بالذكاء الاصطناعي تنبض بالساعة البيولوجية طوال 24 ساعة (فيديو)

في اختراق علمي يجمع بين علم الأحياء والهندسة، نجح العلماء في بناء خلايا اصطناعية تحاكي آلية عمل الطبيعة الداخلية.

علماء يبتكرون خلايا بالذكاء الاصطناعي تنبض بالساعة البيولوجية طوال 24 ساعة
 

نجح باحثون في جامعة كاليفورنيا ميرسيد، في تصميم حويصلات اصطناعية صغيرة تنبض بإيقاع ثابت على مدار 24 ساعة، في إنجاز يعكس الإيقاعات اليومية التي تحكم النوم، والتمثيل الغذائي، وغيرها من العمليات الأساسية في الكائنات الحية.

وتكشف النتائج التي توصل إليها الفريق كيف يمكن للساعات البيولوجية أن تظل مستقرة بشكل ملحوظ حتى في البيئة الصاخبة والمتقلبة داخل الخلايا.

أجرى الدراسة أستاذ الهندسة الحيوية أناند بالا سوبرامانيام وأستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية آندي لي وانج، مع طالب الدكتوراه ألكسندر تشانج تو لي كمؤلف أول.

خلايا صغيرة وإيقاع عملاق

لفهم سر دقة الساعات البيولوجية، أعاد الفريق بناء آلية الساعة في البكتيريا الزرقاء داخل حويصلات مبسطة تشبه الخلايا، ووُضعت علامة فلورية على أحد البروتينات الأساسية، مما جعل الخلايا الاصطناعية تتوهج تزامنًا مع إيقاع يومي.

ووجد الفريق أن هذا التوهج استمر لمدة أربعة أيام على الأقل، ولكن فقط في ظل ظروف محددة، وعندما صُغِّر حجم الحويصلات أو قلَّ عدد بروتينات الساعة البيولوجية بداخلها، انهار الإيقاع، والأهم من ذلك، أن هذا الانهيار اتبع نمطًا قابلًا للتكرار، مما يُتيح فهمًا أعمق لما يُحافظ على سلاسة عمل أنظمة التوقيت اليومي.

وللبحث بشكل أعمق، قام الباحثون ببناء نموذج حسابي يحاكي كيفية تصرف الساعات الاصطناعية في ظل ظروف مختلفة.

كشف النموذج أن استقرار الساعة يتحسن مع وجود تركيز أعلى من البروتينات، مما يشير إلى سبب قيام الكائنات الحية بتخزين كميات كبيرة من هذه الجزيئات للحفاظ على الوقت بشكل موثوق.

وقال سوبرامانيام: "تظهر هذه الدراسة أننا نستطيع تشريح وفهم المبادئ الأساسية لقياس الوقت البيولوجي باستخدام أنظمة مبسطة وصناعية".

مسجلة ومخترقة ومشفرة

سلّط النموذج الضوء أيضًا على المزامنة، فقد وجد أنه على الرغم من أن بعض المكونات الجينية، وتحديدًا تلك المسؤولة عن تشغيل الجينات وإيقافها، ليست ضرورية للحفاظ على الوقت في خلية واحدة، إلا أنها تلعب دورًا حاسمًا في مزامنة الساعات عبر مجموعة أكبر من الخلايا.

تُقدّم هذه الدراسة الجديدة، طريقةً لمراقبة تفاعلات الساعة المُعاد تكوينها داخل حويصلات قابلة للتعديل في الحجم، تُحاكي الأبعاد الخلوية، وبالإضافة إلى تقديم نافذة على كيفية إدارة الخلايا للوقت، فإن البحث يفتح أبوابًا جديدة في علم الأحياء الاصطناعي.

إن القدرة على هندسة أنظمة اصطناعية ذات ساعات داخلية قوية يمكن أن يكون لها تطبيقات بعيدة المدى تتراوح من تصميم علاجات ذاتية التنظيم تطلق الأدوية وفق جدول زمني محدد إلى بناء آلات بيولوجية تعمل بشكل متزامن أو تستجيب لإشارات خارجية مثل الضوء أو درجة الحرارة.

اقرأ أيضًا:

أبل تستعد لطرح هاتفها iPhone 17 pro max، نحيف وبطارية 5000 أمبير

الإعجاز العلمي، سماع القرآن الكريم يقوي جهاز المناعة للإنسان

حظي البحث بدعم من جائزة CAREER من المؤسسة الوطنية للعلوم التي حصل عليها سوبرامانيام، ومن المنح المقدمة من المعاهد الوطنية للصحة ومكتب أبحاث الجيش للي وانج. كما جاء دعم إضافي من مركز CREST التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم للآلات الخلوية والجزيئية الحيوية في جامعة كاليفورنيا ميرسيد.