تعمل المنصات الروبوتية على تسريع التطور الموجه للجزيئات

هل أنت على دراية بالتطور الموجه؟ عادةً ما يكون التطور عملية بطيئة جدًا تتطلب آلاف السنين ، وليس عقودًا ، لإظهار التغيرات الكبيرة والطفرات الجينية. هل يمكن أن يكون للروبوتات مكان في هذا النوع من العلم؟ ومع ذلك ، كانت هناك اختراقات علمية تسمح للباحثين بتسريع هذه العملية بشكل كبير ، مما يمنحهم خيار إنشاء بروتينات جديدة وجزيئات أخرى في مختبرهم بسرعة.

تُعرف هذه الممارسة الجديدة التي تم تكييفها بالفعل على نطاق واسع بالتطور الموجه أو DE باختصار. يساعد العلماء في مختلف المجالات مثل إنتاج أجسام مضادة جديدة لعلاج أمراض مثل السرطان أو غيره. يمكن أن يساعد في تكوين الإنزيمات حيث يتم استخدامها في إنتاج الوقود الحيوي أو المساعدة في عوامل التصوير التي تشكل جزءًا من التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).

أسرع من الطبيعة

طور باحثون بقيادة Kevin Esvelt منصة روبوتية جديدة تسمح لهم بمراقبة مئات التجمعات الميكروبية في وقت واحد ومراقبة كيفية تطور البروتينات والجزيئات الأخرى. يمكن أن يساعد الروبوت أيضًا في إنقاذ السكان من الانقراض إذا كافحوا من أجل البقاء.

كمعرفة أساسية لفهم هذه الدراسة ، تُستخدم المنصات الآلية في العديد من مجالات البحث ، بما في ذلك الهندسة الوراثية للخلايا. التطور الموجه هو طريقة تسرع من تراكم واختيار الطفرات الجديدة. يعد فهم التطور أمرًا حيويًا في تطوير عقاقير ولقاحات جديدة وهندسة الخلايا لأغراض أخرى.

تسمح تقنية البحث الموصوفة في هذه المقالة ، والتي أطلق عليها الباحثون اسم التطور شبه المستمر بمساعدة الروبوتات (PRANCE) ، بتزامن العديد من المسارات التطورية ، مما يزيد من فرص النجاح. تساعد المنصات الروبوتية في أتمتة التجارب التي قد تكون صعبة أو تستغرق وقتًا طويلاً أو مستحيل تحقيقها.

الجزيئات والبروتينات في المسار السريع

تحت البروفيسور مارتن أ. نوفاك ، التطور الروبوتي يقوم المختبر بتطوير تقنيات جديدة لتتبع تطور المجموعات الخلوية على مدى فترات طويلة. يتمثل أحد التحديات التي تتعامل معها هذه المجموعة في كيفية مراقبة ما يحدث أثناء عملية تطورية دون التدخل فيها. على سبيل المثال ، لقد فكروا في معالجة المشكلة من خلال إجراء التجارب في الواقع الافتراضي دون معرفة القيام بذلك.

قام مختبر التطور الروبوتي بتثبيت الدقة العالية مجهر إلى إنسان آلي يتم التحكم في حركاته بواسطة الكمبيوتر. يتيح ذلك التصوير المتزامن لمئات المستعمرات الميكروبية. من خلال السماح لهم بتتبع مئات المجموعات الميكروبية في وقت واحد أثناء تطوير بروتينات جديدة أو جزيئات أخرى ، يمكن استخدامها لتطوير الأدوية أو لفهم كيفية عمل التطور بشكل أفضل.

التعليقات والاستنتاج

"تقليديا ، كان التطور الموجه فنًا أكثر من كونه علمًا ، ناهيك عن تخصص هندسي. ويظل هذا صحيحًا حتى تتمكن من استكشاف التباديل المختلفة بشكل منهجي ومراقبة النتائج ، "كما يقول كيفن إيسفلت ، الأستاذ المساعد في مختبر الوسائط بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة.

تقول Erika A. DeBenedictis: "يمكن للروبوت أن يرعى هذه المجموعة من الفيروسات عن طريق قياس هذه القراءة ، مما يسمح له بمعرفة ما إذا كانت الفيروسات تعمل بشكل جيد ، أو ما إذا كانت تكافح حقًا ويجب فعل شيء لمساعدتها".

مثير للاهتمام أيضًا: يستخدم Gramener الذكاء الاصطناعي في عد طيور البطريق لدراستها وإنقاذها

تقول Emma J. Chory: "يمكننا ضبط هذه التطورات في الوقت الفعلي ، كاستجابة مباشرة لمدى جودة حدوث هذه التطورات". "يمكننا معرفة متى تنجح التجربة ، ويمكننا تغيير البيئة ، مما يمنحنا المزيد من اللقطات على الهدف ، وهو أمر رائع من منظور الهندسة الحيوية ومن منظور العلوم الأساسية."

ويضيف خوري: "يسمح لنا نظامنا بأداء هذه التطورات فعليًا مع فهم أكبر إلى حد كبير لما يحدث في النظام". "يمكننا التعرف على تاريخ التطور ، وليس فقط نقطة النهاية."

أصبحت المنصات الروبوتية أكثر استخدامًا من قبل الباحثين في جميع أنحاء العالم. باستخدام ظروف مختلفة ، يمكن لـ PRANCE أن يتطور 100 مرة أكثر من عدد السكان بالتوازي. يمكن أن يساعد PRANCE في إنقاذ السكان من الانقراض إذا كانوا يكافحون من أجل البقاء على قيد الحياة. تقلل المنصات الروبوتية بشكل كبير من الوقت والجهد اللازمين لمراقبة عملية تطورية دون تجربتها فعليًا.

لمزيد من المعلومات ، يمكنك أيضًا مراجعة ملف تقرير إخباري معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أو الورقة "يتيح التطور الجزيئي المنهجي اكتشاف جزيء حيوي قوي"بقلم إريكا أ.ديبنديكتيس وإيما ج.خوري ودانا دبليو جريتون وبريان وانج وستيفان جولاس وكيفين إم إسفلت ، والذي نُشر في 30 ديسمبر 2021.

YouTube: جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2018: التطور الموجه وعرض العاثيات - الحديث عن الكيمياء