هندسة الخلايا

تتضمن إحدى الطرق الشائعة لهندسة الخلايا تعديل الإنتاج الخلوي الطبيعي لتحقيق إنتاجية أفضل أو تقليل مدة الإنتاج. ^{[ 4 ]} ومن الطرق الممكنة لتغيير الإنتاج الخلوي الطبيعي تعزيز أو تثبيط الجينات المشاركة في استقلاب المنتج. على سبيل المثال، تمكن الباحثون من زيادة التعبير عن جينات النقل في خلايا مبيض الهامستر لزيادة إنتاج الأجسام المضادة وحيدة النسيلة . ^{[ 5 ]} ويمكن اتباع نهج آخر يتمثل في دمج جينات غريبة بيولوجيًا في سلالة خلوية موجودة. على سبيل المثال، يمكن تعديل بكتيريا الإشريكية القولونية ، التي تُصنّع الإيثانول، باستخدام جينات من بكتيريا زيموموناس موبيليس لجعل تخمير الإيثانول هو ناتج التخمير الخلوي الأساسي. ^{[ 6 ]}

من التعديلات الخلوية المفيدة الأخرى تعديل متطلبات الركيزة والنمو للخلية. فبتغيير احتياجات الخلية، يمكن خفض تكلفة المواد الخام ونفقات المعدات والمهارات اللازمة لزراعة الخلايا والحفاظ عليها بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، استخدم العلماء إنزيمات خارجية لهندسة سلالة شائعة من الخميرة الصناعية ، مما يسمح للخلايا بالنمو على ركيزة أرخص من الجلوكوز التقليدي . ^{[ 7 ]} ونظرًا لتركيز الهندسة البيولوجية على تحسين تكاليف التوسع، فإن البحث في هذا المجال يركز بشكل كبير على قدرة الإنزيمات المختلفة على استقلاب الركائز منخفضة التكلفة. ^{[ 8 ]}

يرتبط مجال هندسة الخلايا ارتباطًا وثيقًا بمجال التقنية الحيوية ، حيث يستخدم تقنيات الحمض النووي المؤتلف لتحفيز الخلايا على إنتاج منتج مرغوب فيه، مثل البروتين أو الجسم المضاد أو الإنزيم . ومن أبرز الأمثلة على هذا الفرع من هندسة الخلايا تحويل بكتيريا الإشريكية القولونية ( E. coli) لنسخ وترجمة طليعة الأنسولين، مما أدى إلى خفض تكلفة الإنتاج بشكل كبير. ^{[ 9 ]} وأُجريت أبحاث مماثلة بعد ذلك بفترة وجيزة في عام 1979، حيث تم تحويل بكتيريا الإشريكية القولونية للتعبير عن هرمون النمو البشري لاستخدامه في علاج قصر القامة النخامي . ^{[ 10 ]} وأخيرًا، تم إحراز تقدم كبير في هندسة الخلايا لإنتاج المستضدات بهدف تطوير اللقاحات . ^{[ 11 ]}

في إطار الهندسة الحيوية، تُستخدم طرقٌ متنوعة لتعديل الخلايا بهدف تغيير خصائصها الذاتية، مثل كثافة النمو، ومعدل النمو، وإنتاجية النمو، ومقاومة درجات الحرارة، وتحمل التجمد، والحساسية الكيميائية، وقابلية الإصابة بمسببات الأمراض. ^{[ 4 ]} على سبيل المثال، في عام 1988، نجح فريقٌ من الباحثين في معهد إلينوي للتكنولوجيا في التعبير عن جين هيموجلوبين من بكتيريا Vitreoscilla في بكتيريا الإشريكية القولونية، مما أدى إلى إنتاج سلالةٍ أكثر تحملاً لظروف نقص الأكسجين، كتلك الموجودة في المفاعلات الحيوية الصناعية عالية الكثافة. ^{[ 12 ]}

يُعنى أحد فروع هندسة الخلايا بتعديل الخلايا الجذعية وتحسين خصائصها. ويندرج جزء كبير من الأبحاث الحديثة حول علاجات الخلايا الجذعية ضمن أساليب هندسة الخلايا المذكورة آنفًا. تتميز الخلايا الجذعية بقدرتها على التمايز إلى أنواع مختلفة من الخلايا، والتي يمكن تعديلها لاحقًا لإنتاج علاجات جديدة أو لتوفير أساس لمزيد من جهود هندسة الخلايا. ^{[ 13 ]} ومن الأمثلة على هندسة الخلايا الجذعية الموجهة، التمايز الجزئي للخلايا الجذعية إلى خلايا عضلية لتمكين إنتاج عوامل محفزة لتكوين العضلات، وذلك لعلاج ضمور العضلات الناتج عن قلة الاستخدام. ^{[ 14 ]}