تركيب جزيئات معقدة حسب الطلب في آلة التوليف

توصل الكيميائي مارتي بيرك من جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين إلى طريقة لإنشاء آلة تقوم بتركيب الجزيئات بلمسة زر. في نظامه، يتحكم الكمبيوتر في نظام من المضخات والحقنات لدفع محاليل تحتوي على مركبات يمكن تثبيتها معًا مثل قطع البناء لإنشاء مجموعة واسعة من الجزيئات الأكبر والأكثر تعقيدًا.

تركيب الجزيئات المعقدة بواسطة الآلة

تعتبر عملية تركيب الجزيئات المعقدة فنًا صعبًا للغاية – وهي مهمة يومية للعديد من الكيميائيين. ولكن يقول مارتي بيرك، الكيميائي في جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين، إنه وجد طريقة لإنشاء آلة تقوم بتركيب الجزيئات بلمسة زر.

تركيب الجزيئات بواسطة الروبوت

تستخدم آلة مارتي بيرك الكمبيوتر والمضخات والحقنات لتجميع الجزيئات المعقدة بشكل آلي عن طريق تركيب قطع البناء الكيميائية. يعمل بيرك منذ سنوات على تطوير قطع البناء الأساسية المهمة، وهي مكتبة من جزيئات الأحماض العضوية التي تحتوي على البورون، وتسمى MIDA بورونات. تم تصميم هذه المركبات – المتاحة الآن تجاريًا – لتحتوي على مجموعات كيميائية في كل طرف يمكن أن تتفاعل مع بعضها بسهولة. من خلال تجميع قطع البناء المناسبة في الترتيب الصحيح، أبلغ بيرك بالفعل أنه من الممكن صنع مجموعة واسعة من الجزيئات الأكبر والأشكال المختلفة.

تحقيق الآلة للتركيب الآلي

عادةً ما يكون استخدام المضخات والحقنات لتحريك المركبات – وهو عملية تعرف بـ “كيمياء التدفق” – غير كافٍ للتحكم الكامل. عادةً ما يكون هناك حاجة إلى تفاعل تنقية يدوي بعد تركيب قطعتي البناء: يجب غسل المنتجات الجانبية غير المرغوب فيها والشوائب واسترداد الجزيء الجديد المركب بنجاح للتفاعل المستقبلي مع قطعة بناء أخرى. ولكن وجد فريق بيرك طريقة لتحقيق التحكم التلقائي في عملية التنقية أيضًا: تلتصق MIDA بورونات المتفاعلة حديثًا بجل السيليكا، مما يجعل من السهل غسل المواد الكيميائية الأخرى. ثم، عن طريق إضافة مذيب آخر يسمى تتراهيدروفوران (THF)، وجد بيرك أنه من الممكن غسل MIDA بورونات بشكل منفصل للتفاعلات المستقبلية. “يتم تنفيذ العملية بأكملها من البداية إلى النهاية بواسطة الآلة”، يقول بيرك.

تركيب الجزيئات بالتكرار

لقد قام الكيميائيون بتأتير عملية تصنيع الببتيدات (سلاسل قصيرة من البروتينات المكونة من قطع بناء من الأحماض الأمينية): يحتفظ الراتنج بسلسلة الببتيد المتنامية، وتُغسل قطع البناء غير المتفاعلة ببساطة. ولكن تصنيع الببتيدات مشكلة أسهل بكثير لحلها: يتم توصيل مجموعة محدودة من بقايا الأحماض الأمينية معًا في خط مستقيم. يمكن لقطع البناء المتنوعة لبيرك صنع جزيئات معقدة تحتوي على فروع وحلقات.

استخدام الآلة في اكتشاف الأدوية

يقول بارتوش جريبوفسكي، كيميائي في معهد العلوم والتكنولوجيا الوطني في أولسان بكوريا الجنوبية، إن نظام بيرك سيكون مفيدًا في اكتشاف الأدوية، حيث يتم فحص مكتبات كبيرة من الجزيئات الجديدة لمعرفة قدرتها على مكافحة الأمراض. “سيكون رائعًا للصناعة الدوائية”، يقول. على الرغم من وجود 200 MIDA بورونات متاحة تجاريًا، إلا أن جريبوفسكي يتساءل عما إذا كانت هناك دائمًا النوع المناسب من التركيب لصنع جزيء معين ذو اهتمام.

تطوير الآلة واستخدامها المستقبلي

قد لا تصل آلة بيرك إلى مختبر كيمياء قريب منك في أي وقت قريب. تم براءة اختراع التكنولوجيا الرئيسية للتشغيل التلقائي وترخيصها حصريًا لشركة Revolution Medicines في ريدوود سيتي بولاية كاليفورنيا، التي أسسها بيرك. يقول مارك جولدسميث، الرئيس التنفيذي لشركة ريفولوشن، إن الخطوة التالية ستكون استثمارًا في تطوير عدة النموذج الأولي الذي أنشأه بيرك في مختبره ورؤية كيف يمكن أن يساعدهم في اكتشاف الأدوية. في المستقبل، يقول جولدسميث، قد تبحث الشركة عن شراكات مع شركاء آخرين.

المراجع:

Li, J. et al. Science 347, 1221–1226 (2015).

Woerly, E. M., Roy, J. & Burke, M. D. Nature Chemistry 6 484-491 (2014)

Source: https://www.nature.com/articles/nature.2015.17113