يمكن للتكنولوجيا الحيوية الخالية من الخلايا من FabricNano أن تجعل المواد البلاستيكية الدقيقة شيئًا من الماضي

كما أنها باهظة الثمن، ويمكن أن تتنافس إنزيمات الخلية المختلفة مع بعضها البعض للحصول على الطاقة. ولكن عند أخذ البريدعندما تخرج الإنزيمات من الخلايا، لا يزال من الممكن استمرار التفاعلات والإنتاج، مما يعني أن المصانع الميكروبية الحية ليست ضرورية دائمًا.

““في الواقع، يمكن للإنزيمات التي يتم إخراجها من الخلية القيام بهذه المهمة في الظروف التي تتوقف فيها أي خلية عن القيام بأي شيء، مثل درجات الحرارة المرتفعة، أو في وجود مركبات سامة، أو تحت درجة الحموضة الشديدة.” يشرح الدكتور فولكر سيبر، أستاذ كيمياء الموارد الحيوية في الجامعة التقنية في ميونيخ، عبر البريد الإلكتروني.

ويضيف الدكتور سيبر أنه من الأسهل أيضًا هندسة إنزيم لجعله مناسبًا للمهمة المطروحة بدلاً من هندسة كائن حي دقيق بأكمله.

آلات إنزيم أنيقة ولكنها سريعة الزوال

إن استخراج الإنزيمات من الخلايا للقيام بالكيمياء يعني أنك تقوم بذلك خالية من الخلايا التصنيع الحيوي، حيث أنك لم تعد تستخدم الخلايا، بل البروتين فقط.

يقول آرونز: “إن جمال الطبيعة هو أن لدينا تريليونات من البروتينات”. يمكن لكل من هذه البروتينات أن يأخذ جزيء بداية فريدًا جدًا ويحوله إلى جزيء نتائج مختلف. ويصفها آرونز بأنها “آلات أنيقة للغاية ومتطورة يمكنها إجراء أي تحول يمكن أن تتخيله، باستخدام مدخلات حيوية”.

ومع ذلك، البروتينات قابلة للتلف بشكل لا يصدق. بمجرد ضخه خارج الخلية، فإنه يظل قابلاً للحياة لمدة ساعة واحدة تقريبًا. ثم ينحل ويفقد شكله الثلاثي الأبعاد ووظيفته.

وبالنظر إلى أن تكلفة استخراج كيلوغرام واحد من البروتين لمثل هذه الفترة المحدودة من الاستخدام تبلغ نحو 100 دولار، فإن هذه التكنولوجيا لم تكن قابلة للتطبيق على نطاق صناعي. هذا هو المكان الذي يأتي فيه FabricNano.

تجميد البروتين

تأخذ تقنية الشركة بروتينًا موجودًا خارج الخلية، وبدلاً من مجرد ساعة، تجعله يستمر لمدة نصف عام، باستخدام عملية تسمى تثبيت البروتين.

“نحن نأخذ بروتينات مثل المعالجات أو الترانزستورات – تخيل كما هو الحال في عالم أشباه الموصلات – ونضعها فوق السطح. يقول آرونز: “إذا ربطناها بالطريقة الصحيحة، فإنها ستبقى على السطح وتستمر في أداء وظيفتها، وتستمر لمدة ستة أشهر قبل أن تنهار فعليًا”.

ويضيف آرونز أن الأمر الصعب هو العثور على السطح المناسب الذي يتطابق مع البروتين المناسب لإنشاء هذه “المحفزات الحيوية”. وللقيام بذلك، تقوم شركة FabricNano بدراسة نقاط البيانات من “مئات الآلاف من البروتينات الموجودة على مواد فيزيائية مختلفة – أشياء تشبه الخرز، والزجاج، وحبوب القهوة، وأي شيء يمكنك تخيله كبير ودائري”.

تقوم الشركة بعد ذلك بتشغيل نقاط البيانات من خلال نموذج الذكاء الاصطناعي الذي يخبرها بكيفية توصيل القطع.

رحلة إلى السوق

هناك بعض التطبيقات التجارية المبكرة الواضحة. على سبيل المثال، البلاستيك الحيوي من لحاء الأشجار، والسليلوز، واللجنين، والديزل الحيوي من الزيوت النباتية. ومع ذلك، وفقا لآرونز، “كل شيء تقريبا مطروح على الطاولة”.

ويشمل ذلك المواد الكيميائية الأساسية والوقود والبلاستيك والأدوية والسكريات الصحية المختلفة من أجل مواد غذائية أفضل. “يمكنك تسمية أي شيء تقريبًا تحت الشمس، وسأخبرك أنه ممكن مع علم الأحياء.” لكنه لا يعمل إلا إذا استمر هذا البروتين لفترة كافية. ولذا فإننا نحل مشكلة الاستقرار هذه، ومشكلة المتانة هذه.

لكن العملية ليست حلا سريعا. تصنع شركة FabricNano منتجاتها حسب الطلب ومن الصفر، مما يعني أن الشركة الناشئة تحتاج أحيانًا إلى الاستمرار في ما يصفه آرونز برحلة مدتها خمس سنوات مع شركة كيميائية.

حيث يمكن للشركة الناشئة أن يكون لها تأثير أكبر في وقت مبكر، حيث يمكنها أن تخدم سوقًا جاهزًا اليوم. أحد الأمثلة على ذلك هو الإنزيمات طويلة الأمد المستخدمة في منظفات الغسيل، مما يعني المزيد من المنتجات ذات الأساس الحيوي بدلاً من المنتجات ذات الأساس البترولي، ومسحوق أقل مطلوب لنفس الدرجة من القدرة على إزالة البقع.

وفقا لتحليلات انسايت ايسوقدرت قيمة سوق التصنيع الحيوي للجيل القادم بمبلغ 22.76 مليار دولار في العام الماضي، ومن المتوقع أن تصل إلى 48.27 مليار دولار بحلول عام 2031. وجمعت شركة FabricNano، التي تأسست في عام 2018، حتى الآن ما يقل قليلاً عن 25 مليون دولار، بأموال من، من بين أمور أخرى، شركة رأس المال الاستثماري Atomico و المستثمر الملاك الشهير إيما واتسون.

توظف الشركة حاليًا 30 شخصًا، يعمل الكثير منهم في مرافق المختبرات التابعة لها في يوستون، لندن. في حين يعتقد آرونز أن هناك الكثير من المواهب في مجال التكنولوجيا الحيوية في لندن أكثر من أي مكان آخر في العالم، إلا أنها لم تكن متخصصة كما هو الحال في معظم مراكز التكنولوجيا الحيوية الراسخة، على سبيل المثال المنطقة الغنية بالأدوية حول بوسطن في الولايات المتحدة.

أهمية رؤية التكنولوجيا العميقة المشتركة

آرونز متفائل بشأن التأثير المحتمل لتكنولوجيا شركته الناشئة. ويوافقه البروفيسور سيبر ويؤكد ذلك باستخدام الإنزيمات الخالية من الخلايا، سواء كانت حرة في المحلول أو مجمدة لتحقيق استقرار أعلى للعملية وقابلية إعادة الاستخدام مثل FabricNano، فإن التصنيع الحيوي يحمل “وعدًا كبيرًا”.

بينما تعمل شركة FabricNano على التخليق الكيميائي مع الشركات الكبرى، فإن المشاريع قصيرة المدى هي المنتجات الاستهلاكية، ووسائل أخرى للمساهمة في الحلول البيئية – مثل عزل الكربون الحيوي من خلال التجوية الصخرية المحسنة، أو ERW.

سماع الرئيس التنفيذي لشركة FabricNano إذا تحدثت، فقد تعتقد أنه كان عالم أحياء أو كيميائيًا عن طريق التجارة. لكن بدأ آرونز حياته المهنية بالعمل في بنك الاحتياطي الفيدرالي في نيويورك. عندما جاء إلى المملكة المتحدة للحصول على درجة الدكتوراه في الاقتصاد القياسي، أراد أولاً العثور على شركة للتكنولوجيا المالية. ومع ذلك، يقول إنه لم يتمكن من العثور على أي شخص يريد حقًا العمل عليه.

بعد ذلك، تعلم علم الأحياء والتكنولوجيا الحيوية الخالية من الخلايا، حيث “تمكن من رؤية أن العالم كان يضيء”، وأن الناس كانوا مهتمين بالعمل على هذه المشكلة المحددة.

“أعتقد أنه لا يمكن المبالغة في ذلك عندما تفكر في إنشاء شركة تكنولوجيا عميقة صعبة للغاية. هل الرؤية تلقى صدى فعليًا لدى جميع موظفيك وعملائك؟