نجح باحثون من جامعة كاليفورنيا، ميرسيد، في ابتكار خلايا اصطناعية تحاكي الإيقاع البيولوجي اليومي للكائنات الحية، وذلك من خلال تصميم حويصلات صغيرة تنبض بإيقاع منتظم يدوم 24 ساعة، في إنجاز ثوري يمزج بين علم الأحياء والهندسة الحيوية.
ركز الفريق على إعادة بناء آلية الساعة البيولوجية للبكتيريا الزرقاء داخل هياكل بسيطة تشبه الخلايا، مستخدمين بروتينات وُسمت بعلامات فلورية، ما أدى إلى توهّج هذه الحويصلات بإيقاع يومي متزامن. وقد استمر هذا التوهج لعدة أيام، لكن فقط ضمن ظروف محددة، إذ تسبّب تقليل حجم الحويصلات أو كمية البروتينات بانهيار الإيقاع، ما كشف عن دور التركيز الجزيئي في استقرار النظام الزمني.
اعتمد الباحثون، بقيادة طالب الدكتوراه ألكسندر تشانغ تو لي، وبإشراف البروفسور أناند بالا سوبرامانيام والبروفسور آندي لي وانغ، على نماذج حاسوبية لمحاكاة سلوك هذه الساعات الاصطناعية. وأظهرت النتائج أن رفع تركيز البروتينات يحسن استقرار الإيقاع، مما يفسّر سبب احتفاظ الكائنات الحية بكميات كبيرة من بروتينات الساعة البيولوجية.
وأكّد الفريق أن هذه التجربة تثبت إمكانية دراسة مبادئ ضبط الوقت البيولوجي عبر أنظمة تركيبية مبسّطة، كما أظهرت أهمية الجينات المسؤولة عن التفعيل الجيني في مزامنة الإيقاع بين مجموعات الخلايا، رغم عدم ضرورتها داخل خلية واحدة.
وقد وصف خبراء غير مشاركين في الدراسة، مثل أستاذ علم الأحياء الدقيقة مينغكسو فانغ، هذا الابتكار بأنه يوفر أداة قوية لمراقبة الإيقاع البيولوجي في بيئات قابلة للتحكم، ويفتح آفاقًا لفهم استراتيجيات ضبط الوقت لدى الكائنات الحية المختلفة، مما يعزز إمكانات البحث في علم الأحياء التركيبي ويقربنا من إعادة تشكيل أنظمة بيولوجية دقيقة داخل بيئات اصطناعية.
