دانشمندان با استفاده از نور سبز موفق به ساخت سلول‌های مصنوعی شدند که بدون زیست‌شیمی، خود را بازتولید می‌کنند
به گزارش phys.org پژوهشگران دانشگاه هاروارد موفق به طراحی ساختارهای مصنوعی شبیه به سلول شدند که می‌توانند بدون دخالت فرآیند‌های زیستی، خود را تولید مثل کرده و به شکل خودکار، ذرات پلیمری موسوم به «هاگ» را از خود رها کنند. نتایج این مطالعه در نشریه PNAS (مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده) منتشر شده است.
شبیه‌سازی فرآیند حیات بدون زیست‌شیمی
حیات بر روی زمین از توانایی بی‌نظیری برای بازتولید برخوردار است؛ ویژگی‌ای که حتی در ساده‌ترین سطح سلولی نیز متکی به واکنش‌های پیچیده زیست‌شیمیایی است. اما این پرسش مطرح بود که آیا بازتولید می‌تواند بدون زیست‌شیمی هم اتفاق بیفتد؟ پژوهش جدیدی از سوی تیمی از دانشمندان دانشگاه هاروارد، پاسخی مثبت به این پرسش داده است.
فرآیند آزمایش: از نور سبز تا تکثیر خودبه‌خودی
در این مطالعه، پژوهشگران با استفاده از یک واکنش شیمیایی در محیط آزمایشگاهی، ساختار‌هایی شبیه به سلول طراحی کردند که در یک واکنش «یک‌مرحله‌ای» (one-pot) و تحت تابش نور سبز (با طول موج ۵۳۰ نانومتر) از ترکیبی یکنواخت از مولکول‌های اولیه پدیدار شدند؛ مولکول‌هایی که به‌طور معمول قابلیت خودآرایی ندارند.
در این فرآیند، این مولکول‌ها به مرور به ساختار‌هایی وزیکول‌مانند تبدیل شدند که رشد کرده و تقسیم می‌شدند. این رفتار، بسیار مشابه با فرایند تقسیم سلولی در موجودات زنده است.
بازتولید بدون DNA و آنزیم
در سیستم‌های زیستی، حتی موجودات تک‌سلولی مانند باکتری‌ها برای تولیدمثل نیازمند زنجیره‌ای از واکنش‌های دقیق و هماهنگ زیست‌شیمیایی هستند. با این حال، در این سیستم جدید، هیچ‌گونه مولکول زیستی مانند DNA، RNA یا آنزیم‌ها دخالت نداشتند. پژوهشگران از یک محیط واکنشی متشکل از پلیمر‌های آب‌دوست، عامل انتقال زنجیره آب‌گریز (CTA)، منومر‌های پلیمریزاسیون و یک فتوکاتالیست بهره بردند که همگی در فضای بی‌اثر از نیتروژن قرار گرفتند و تحت تابش LED سبز به مدت ۹۰ دقیقه در دمای ۳۳ درجه سانتی‌گراد نگهداری شدند.
در نتیجه‌ی این واکنش، با استفاده از فرآیند فوتوشیمیایی «پلیمریزاسیون زنجیره‌ای افزایشی-تفکیکی برگشت‌پذیر» یا RAFT، بلوک‌کوپلیمر‌های آمفی‌فیلیک (دارای بخش آب‌دوست و آب‌گریز) شکل گرفتند.
رفتار شبیه به سلول‌های زنده
این بلوک‌کوپلیمر‌ها به ساختار‌هایی وزیکولی تبدیل شدند که همانند سلول‌های زنده، توانایی بازتولید داشتند. جالب آنکه، در این فرآیند، وزیکول‌ها هاگ‌های پلیمری آزاد می‌کردند که خود تبدیل به وزیکول‌های جدید می‌شدند؛ فرآیندی که موجب افزایش نمایی تعداد این ساختارهای شبه‌سلولی شد. در واقع، نسل جدید از «والدین» خود ویژگی‌هایی را به ارث می‌بردند؛ رفتاری که تداعی‌گر انتقال صفات زیستی است، ولی این بار بدون هرگونه ماده ژنتیکی.
محققان تأکید دارند که یافته‌های این مطالعه می‌تواند بینشی تازه درباره‌ی چگونگی آغاز حیات اولیه بر روی زمین فراهم کند. همچنین، این پژوهش راه را برای ساخت سیستم‌های شیمیایی غیرزنده، اما دارای ویژگی‌هایی شبیه به حیات هموار می‌سازد؛ سامانه‌هایی که بدون وابستگی به زیست‌شیمی، توانایی خودسازمان‌دهی، رشد، و تکثیر را دارند.
به گفته‌ی پژوهشگران، گام بعدی در این مسیر، توسعه‌ی سیستم‌هایی است که بتوانند تعاملاتی پیچیده‌تر با محیط داشته باشند و به‌طور خودمختار رفتار‌های تطبیقی از خود نشان دهند. چنین سامانه‌هایی نه‌تنها در درک بهتر منشأ حیات مؤثر خواهند بود، بلکه در توسعه فناوری‌های نوین مانند ربات‌های نرم، دارورسانی هوشمند و سیستم‌های نانوزیستی نیز نقشی کلیدی خواهند داشت.
انتهای پیام/