الأمواج موجودة في كل مكان في الطبيعة والتكنولوجيا. سواء كان الأمر يتعلق بارتفاع وهبوط المد والجزر في المحيطات أو تأرجح بندول الساعة، فإن إيقاعات الأمواج التي يمكن التنبؤ بها تخلق إشارة يسهل تتبعها وتمييزها عن أنواع الإشارات الأخرى.
تستخدم الأجهزة الإلكترونية موجات الراديو لإرسال البيانات واستقبالها، مثل الكمبيوتر المحمول وجهاز توجيه Wi-Fi أو الهاتف المحمول والبرج الخلوي. وبالمثل، يمكن للعلماء استخدام نوع مختلف من الموجات لنقل نوع مختلف من البيانات: إشارات من العمليات والديناميكيات غير المرئية التي تكمن وراء كيفية اتخاذ الخلايا للقرارات.
أنا عالم أحياء اصطناعية، وقد طور فريقي البحثي تقنية ترسل موجة من البروتينات المهندسة تنتقل عبر خلية بشرية لتوفير نافذة على الأنشطة الخفية التي تزود الخلايا بالطاقة عندما تكون صحية وتضر الخلايا عندما تتعطل.
الموجات هي أداة هندسية قوية
يعد السلوك المتذبذب للموجات أحد الأسباب التي تجعلها أنماطًا قوية في الهندسة.
على سبيل المثال، يمكن استخدام التغييرات التي يمكن التحكم فيها والتي يمكن التنبؤ بها لتذبذبات الموجات لتشفير البيانات، مثل معلومات الصوت أو الفيديو. في حالة الراديو، يتم تخصيص موجة كهرومغناطيسية فريدة لكل محطة تتأرجح على ترددها الخاص. هذه هي الأرقام التي تراها على قرص الراديو.
ويمكن للعلماء توسيع هذه الاستراتيجية لتشمل الخلايا الحية. استخدم فريقي موجات من البروتينات لتحويل الخلية إلى محطة راديو مجهرية، تبث بيانات حول نشاطها في الوقت الحقيقي لدراسة سلوكها.
تحويل الخلايا إلى محطات إذاعية
تتطلب دراسة الجزء الداخلي من الخلايا نوعًا من الموجات التي يمكنها الاتصال والتفاعل بشكل خاص مع آليات ومكونات الخلية.
في حين أن الأجهزة الإلكترونية تُبنى من الأسلاك والترانزستورات، فإن الخلايا تُبنى ويتم التحكم فيها من خلال مجموعة متنوعة من وحدات البناء الكيميائية التي تسمى البروتينات. تؤدي البروتينات مجموعة من الوظائف داخل الخلية، بدءًا من استخلاص الطاقة من السكر وحتى تحديد ما إذا كان ينبغي للخلية أن تنمو أم لا.
موجات البروتين نادرة بشكل عام في الطبيعة، لكن بعض البكتيريا تولد بشكل طبيعي موجات من بروتينين يسمى MinD وMinE – يشار إليهما معًا باسم MinDE – لمساعدتها على الانقسام. اكتشف فريقي أن وضع MinDE في الخلايا البشرية يجعل البروتينات تعيد تنظيم نفسها إلى مجموعة مذهلة من الموجات والأنماط.
لا تتفاعل موجات بروتين MinDE بمفردها مع البروتينات الأخرى في الخلايا البشرية. ومع ذلك، فقد وجدنا أن MinDE يمكن هندسته بسهولة للتفاعل مع نشاط بروتينات بشرية معينة مسؤولة عن اتخاذ القرارات حول ما إذا كان ينبغي النمو، وإرسال إشارات إلى الخلايا المجاورة، والتحرك والانقسام.
عادة ما يكون من الصعب اكتشاف ودراسة ديناميكيات البروتين التي تحرك هذه الوظائف الخلوية في الخلايا الحية لأن نشاط البروتينات غير مرئي بشكل عام حتى للمجاهر عالية الطاقة. إن تعطيل أنماط البروتين هذه هو جوهر العديد من أنواع السرطان واضطرابات النمو.
قمنا بتصميم اتصالات بين موجات بروتين MinDE ونشاط البروتينات المسؤولة عن العمليات الخلوية الرئيسية. الآن، يؤدي نشاط هذه البروتينات إلى حدوث تغييرات في تردد أو سعة موجة البروتين، تمامًا مثل راديو AM/FM. باستخدام المجاهر، يمكننا اكتشاف وتسجيل الإشارات الفريدة التي تبثها الخلايا الفردية ثم فك تشفيرها لاستعادة ديناميكيات هذه العمليات الخلوية.
لقد بدأنا للتو في خدش سطح كيفية استخدام العلماء لموجات البروتين لدراسة الخلايا. إذا كان لتاريخ الموجات في التكنولوجيا أي مؤشر، فإن إمكاناتها هائلة.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: سكوت كويل، جامعة ويسكونسن ماديسون
اقرأ أكثر:
يتلقى سكوت كويل تمويلًا من المعهد الوطني للصحة، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ومؤسسة ديفيد ولوسيل باكارد