«ԽԵԼԱՑԻ ԲՋԻՋՆԵՐԸ ԴԱՐՁՆԵԼՈՎ ԱՎԵԼԻ ԽԵԼԱՑԻ». ՆՈՐ ՀԵՏԱԶՈՏՈՒԹՅՈՒՆ ԳԻՏՆԱԿԱՆՆԵՐԻ ԿՈՂՄԻՑ

Տարիների ընթացքում գիտնականները բացահայտել են ուղիներ՝ փոփոխելու միկրոօրգանիզմների բջիջները, որոնք թույլ կտան բարելավել մի շարք նյութերի արտադրությունը, այդ թվում՝ դեղամիջոցների, վառելիքի և նույնիսկ գարեջրի:

Գիտնականները մշակել են նաև տեխնիկաներ՝ ստեղծելու «խելացի» բջիջ, որն ունակ է մի շարք գործառույթներ կատարելու, որոնք ազդում են դեղերի ստեղծման, օրգանիզմում վերջիններիս մարսողության և նույնիսկ ջրի վարակազերծման հետ կապված գործընթացների վրա: Սակայն բջիջների ներսում հարուցվող գենետիկ և կարգավորիչ գործընթացների փոփոխումն առաջացնում է մի շարք խնդիրներ:

Սկզբի համար բջիջներն արդեն ծրագրավորված են առավելագույն արդյունավետությամբ իրականացնելու իրենց սովորական, ամենօրյա գործընթացները: Որևէ փոփոխություն, որ ճարտարագետները կատարում են որոշակի նյութ արտադրող բջջի արդյունավետությունը մեծացնելու համար, իր հերթին կարող է խափանել այդ գործընթացները և ծանրաբեռնել բջջին:

Այդ խնդիրը լուծելու համար Ջեյմս Քլարկի անվան ինժեներիայի դպրոցի (A. James Clark School of Engineering) պրոֆեսոր Ուիլյամ Բենթլին (William E. Bentley) հետազոտողների խմբի հետ աշխատում է կենտրոնանալ մանրէաբանական կոնսորցիայի (բջջային մեծ խմբավորումներ) նախագծման վրա, որտեղ տարբեր բջջային գաղութները (բջջային միավորումներ) մշակված են այնպես, որ աշխատեն միասին՝ կատարելու ցանկալի գործառույթը: Այս ռազմավարությունը թույլ է տալիս ճարտարագետներին նախագծել հատուկ բջիջներ և բաժանել թիրախային ծանրաբեռնվածությունը բջիջների խմբերի միջև:

Որպեսզի բջջի կոնսորցիումը կոնկրետ առաջադրանքներ տա, ճարտարագետներից պահանջվում է ինչ-որ կերպ կարգավորել բջջային գաղութների քանակը: Մինչ այժմ առկա փոքր հետազոտությունը նպատակաուղղված է եղել ստեղծելու սարքավորումներ կամ համակարգեր, որոնք ինքնաբերաբար կկարգավորեն կոնսորցիումի ներսում բջջային գաղութների կազմությունը:

Ընդհանուր առմամբ, բջջի կոնսորցիայի ուսումնասիրությունները ճարտարագետներից պահանջում են կիրառել մեխանիկական և թանկարժեք արտաքին կարգավորիչ համակարգեր: Բենթլին և նրա թիմը ցանկանում են վերանախագծել բջիջները, որպեսզի վերջիններս կարողանան ինքնաբերաբար համակարգել իրենց գաղութների խտությունները:

«Հիմնական հղացքն այն է, որ բջիջների խմբերը կարող են նախագծվել այնպես, որ ինքնուրույն կարգավորեն իրենց կազմությունը, և արտաքին միջամտության կարիք չլինի: Օրինակ՝ ոչ մի երաշխիք չկա, որ բակտերիաները, որոնք մշակված են աղեստամոքսային տրակտի դիսֆունկցիայի դեպքում կիրառելու համար, իսկապես կպահպանվեն կամ կդրսևորեն իրենց այնպես, ինչպես մենք ակնկալում ենք: Եվ դուք չեք կարող կիրառել հարմարավետ միջոցներ, ինչպիսիք են, օրինակ, մագնիսական կամ էլեկտրական դաշտերը՝ կարգավորելու բակտերիան աղիներում, ուստի ինչու չներառել ինքնակարգավորման հատկությունը բակտերիայի մեջ»,- ասում է Բենթլին:

Ինչպես ոլորտի այլ ներկայացուցիչներ, Բենթլին և նրա խմբի մյուս անդամները նախկինում բացահայտել են «Quorum sensing»-ը (QS), որը միջբջջային հաղորդակցման բակտերիալ ձև է և թույլ է տալիս մշակել հաղորդակցման շղթաներ բակտերիալ շտամերի միջև՝ համակարգելու դրանց վարքագիծը: Ավտոնոմ համակարգեր ստեղծելու նպատակով Բենթլին և նրա թիմի անդամները վերափոխեցին QS համակարգերը երկու E. coli շտամերի, որով բջջի ենթապոպուլյացիաների հաղորդակցման աճի արագությունը կոնսորցիայում կախված կլինի բջիջների միջև ազդանշանների փոխանցումից:

Դա յուրատեսակ հետադարձ հաղորդակցման մի օղակ է, որտեղ բջիջները կարող են զգալ և արձագանքել «Autoinducers» կոչվող միջբջջային ազդանշանային մոլեկուլներին, որոնք հնարավորություն են տալիս բակտերիաներին աշխատելու միասին իրենց սեփական ցանկությամբ: Բեկումը կարող է դառնալ գենային ինժեներիայի միջոցով մշակված «խելացի բակտերիաների» համար մի շարք նոր գործառույթների բանալի՝ սկսած դեղերի ստացումից մինչև ջրի ախտահանում և ավարտած նոր խմիչքների խմորման նոր գործընթացներով:

«Աստիճանաբար, բակտերիաների կոնսորցիային կառաջադրվի հում նյութը վերածել արժեքավոր արտադրանքի: Հում նյութերը կարող են լինել թափոնները կամ արդյունաբերական գործընթացների արգասիքները: Կոնսորցիայի սինթետիկ կարողությունները կարող են գերազանցել մաքուր մոնոկուլտուրաների հնարավորությունները, դրա համար այնպիսի մեթոդների անհրաժեշտություն կառաջանա, որոնք կօգնեն հավասարակշռել կոնսորցիան»,- ասում է Բենթլին:

«Աստիճանաբար, բակտերիաների կոնսորցիային կառաջադրվի հում նյութը վերածել արժեքավոր արտադրանքի: Հում նյութերը կարող են լինել թափոնները կամ արդյունաբերական գործընթացների ենթամթերքները: Կոնսորցիայի սինթետիկ կարողությունները կարող են գերազանցել մաքուր մոնոկուլտուրաների հնարավորությունները, դրա համար այնպիսի մեթոդների անհրաժեշտություն կառաջանա, որոնք կօգնեն հավասարեցնել կոնսորցիան»,- ասում է Բենթլին:

Քնար Միսակյան