البيولوجيا التركيبية : ماهذا العلم ؟ وماهي فروعه وتطبيقاته؟ - مدونة ببيوتك

Synthetic-biology:-what-is-this-science?-What-are-its-branches-and-applications?-b-biotech-blog     

1. مقدمة :

تعرفنا في سالف المقالات على الفرق  بين  البيولوجيا  ألأساسية والتطبيقية وعلى   تاريخ البيوتكنولوجيا وتعاريفها حسب الدول والمنظمات  .  وفي هذه المقالة سنتعرف على   البيولوجيا التركيبية أو علم الأحياء التركيبي  وعلى فروعه وتطبيقاته

2.البيولوجيا التركيبية أو علم الأحياء التركيبي (Synthetic Biology): 

مجال جديد وفرع متعدد التخصصات لعلم الأحياء والهندسة يهدف إلى (إعادة) تصميم وتصنيع المكونات والأنظمة البيولوجية التي لا توجد بالفعل في العالم الطبيعي .

وهو شكل من أشكال الهندسة الحيوية يتطلب تكنولوجيا تركيب الجينات المعاصرة أو تقنيات التكنولوجيا الحيوية المتقدمة لمعالجة الحياة وبرمجة الكائنات الحية لأداء أي مهمة مطلوبة.

تجمع البيولوجيا التركيبية بين التركيب الكيميائي للحمض النووي مع المعرفة المتزايدة بعلم الجينوم لتمكين الباحثين من تصنيع تسلسلات الحمض النووي المفهرسة بسرعة وتجميعها في جينومات جديدة، وتشمل الإنجازات البارزة، على سبيل المثال لا الحصر، هندسة سلالة الخميرة لإنتاج حمض الأرتيميسينيك بتكلفة فعالة، وهو من السلائف الرئيسية لعقار الأرتيميسينين المضاد للملاريا الشائع الاستخدام، وإعادة بناء الجينوم الميكروبي الكامل من قبل معهد جي كريج فينتر ، وتوليف كروموسوم الخميرة. مدفوعًا جزئيًا بهذه النجاحات المبكرة، يستمر الاهتمام والاستثمار في البيولوجيا التركيبية في النمو بسرعة في جميع أنحاء العالم. وعلى هذا النحو، فإن الآفاق المستقبلية للبيولوجيا التركيبية مثيرة للغاية . إن التحسينات في سرعة وتكلفة تخليق الحمض النووي تمكن العلماء من تصميم وتوليف الكروموسومات البكتيرية المعدلة التي يمكن استخدامها في إنتاج الوقود الحيوي المتقدم، والمنتجات الحيوية، والمواد الكيميائية المتجددة، والمواد الكيميائية المتخصصة ذات الأساس الحيوي (الوسائط الصيدلانية، والمواد الكيميائية الدقيقة، والمواد الغذائية). المكونات)، وفي قطاع الرعاية الصحية أيضًا.

يستخدم علماء علم الأحياء التركيبي في مشاريعهم أساليب من تخصصات مختلفة كالتكنولوجيا الحيوية، والهندسة الوراثية، وعلم الأحياء الجزيئي، والهندسة الجزيئية، وعلم أنظمة الأحياء، وعلوم الأغشية، وعلم الفيزياء الحيوية، والهندسة الكيميائية والحيوية، وهندسة الكهرباء والحواسيب، وهندسة التحكم، وعلم الأحياء التطوري. ويطبق علم الأحياء التركيبي هذه التخصصات لبناء نظم حيوية تركيبية لأغراض البحث والهندسة والتطبيقات الطبية

من جهة أخرى البيولوجيا التركيبية تُعدّ نظاما ناشئا يمكن اعتباره نقطة النهاية أو المرحلة التوجيهية والمتعمدة لعلم الأحياء، وعلى هذا النحو، فإنه يثير العديد من الأسئلة الأخلاقية نفسها التي تثيرها الهندسة الوراثية التقليدية. ونظرًا لأن البيولوجيا التخليقية جديدة جدًا، فمن الصعب إجراء تقييم دقيق للعواقب المحتملة لها، فإذا أنتجت على الأقل بعض التطبيقات التي يعتقد العلماء أنها ممكنة حاليًا، فقد تكون ذات فائدة كبيرة وتوفر حلولًا لبعض المشكلات الأكثر إلحاحًا التي تواجه البشرية. ويجدر بنا أن نفكر في المسائل الأخلاقية التي تثيرها البيولوجيا التخليقية في هذه المرحلة المبكرة من تطورها، وأن نأخذ في الاعتبار أيضًا الاستراتيجيات التي قد تمنع سوء الاستخدام، ويتعين علينا أيضًا أن نبدأ في التفكير بمزيد من التفصيل حول كيفية توزيع فوائد وأعباء البيولوجيا التخليقية بشكل عادل.

3. فروع وتطبيقات البيولوجيا التركيبية:

البيولوجيا التركيبية هي مجال ناشئ يجمع بين المبادئ الهندسية ومفاهيم علم الأحياء لتصميم وبناء أنظمة بيولوجية جديدة أو لتحسين النظم البيولوجية الحالية. فيما يلي بعض فروع وتطبيقات البيولوجيا التركيبية:

1. **علم الأحياء البناء**: يركز هذا الفرع من البيولوجيا التركيبية على تصميم وبناء كائنات حية جديدة أو وظائف بيولوجية جديدة من المكونات البيولوجية الأساسية. قد يشمل ذلك بناء مسارات استقلابية صناعية، أو إنشاء دوائر تنظيمية وراثية اصطناعية، أو تصميم بروتينات أو إنزيمات جديدة.

2. **علم الأحياء الهندسي العكسي**: يتضمن هذا النهج دراسة الأنظمة البيولوجية الحالية لفهم مبادئ تشغيلها، ثم استخدام هذه المعرفة لإعادة بناء هذه الأنظمة أو تعديلها لتحقيق ميزات أداء محسّنة أو جديدة.

3. **التطبيقات الطبية**: توفر البيولوجيا الاصطناعية فرصًا لتطوير علاجات طبية جديدة، مثل إنشاء بكتيريا بروبيوتيك مُصممة هندسيًا لعلاج الأمراض المعوية، أو تصميم فيروسات مُهندسة لاستهداف الخلايا السرطانية على وجه التحديد، أو إنشاء علاجات جينية لعلاج الأمراض الوراثية.

4. **التكنولوجيا الحيوية الصناعية**: تُستخدم البيولوجيا التركيبية لتصميم الكائنات الحية الدقيقة أو الإنزيمات المحسنة للإنتاج الصناعي للمواد الكيميائية والوقود الحيوي والمواد وغيرها من المنتجات.

5. **التطبيقات البيئية**: يمكن استخدام البيولوجيا التركيبية لتصميم كائنات دقيقة قادرة على معالجة التربة والمياه الملوثة، أو عزل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي، أو استعادة النظم البيئية المتضررة.

6. **أنظمة حية قابلة للبرمجة**: تهدف البيولوجيا التركيبية إلى إنشاء أنظمة بيولوجية قابلة للبرمجة قادرة على الاستجابة للإشارات الخارجية وتنفيذ مهام محددة. ويمكن استخدام هذه الأنظمة لتطبيقات مثل الكشف عن الملوثات البيئية، أو إنتاج الأدوية حسب الطلب، أو التخليق الحيوي لمواد معينة.

7. **بيولوجيا الحفظ**: توفر البيولوجيا التركيبية أدوات للمساعدة في الحفاظ على الأنواع المهددة بالانقراض من خلال تطوير أساليب التكاثر بمساعدة التكنولوجيا، أو استعادة الموائل، أو التعديل الوراثي لزيادة قدرة المجموعات السكانية على الصمود.

تمثل هذه التطبيقات بعض الأمثلة على الطرق العديدة التي يمكن من خلالها استخدام البيولوجيا التركيبية لحل المشكلات في مختلف المجالات، والاستفادة من قدرات التصميم والتعديل للأنظمة البيولوجية.