طور علماء في EPFL تقنية تُدعى أوبتوفولوشن، تستخدم الضوء لتطوير بروتينات تتحول بين الحالات وتحس البيئات وتؤدي حسابات. من خلال هندسة خلايا الخميرة لتبقى على قيد الحياة فقط إذا تصرفت البروتينات ديناميكيًا، يختار الطريقة المتغيرات المثلى بسرعة. هذا النهج، المنشور في Cell، يعزز علم الأحياء الاصطناعي والأوبتوجينيتيك.
التطور في الطبيعة يشكل الأنظمة البيولوجية من خلال اختيار التنويعات الفعالة في DNA وRNA والبروتينات. يؤثر البشر في هذه العملية منذ زمن طويل، من التربية الانتقائية في الزراعة إلى التطور الموجه الحديث في المختبرات، الذي يحسن بروتينات مثل الإنزيمات والأجسام المضادة للطب والصناعة. التربية الانتقائية في الزراعة إلى التطور الموجه الحديث في المختبرات، الذي يحسن بروتينات مثل الإنزيمات والأجسام المضادة للطب والصناعة. التطور الموجه التقليدي يطبق ضغطًا مستمرًا، مفضلاً البروتينات النشطة طوال الوقت. هذا يتجاهل الاحتياجات الديناميكية للعديد من البروتينات، التي تعمل كمفاتيح أو بوابات منطقية تستجيب للظروف المتغيرة. مثل هذه الطرق غالبًا ما تضعف قدرات التبديل، مما يعقد إنشاء بروتينات متعددة الحالات. لمعالجة ذلك، قدم ساهند جمال راهي وزملاؤه في مختبر فيزياء الأنظمة البيولوجية بـEPFL أوبتوفولوشن. المنشورة في Cell في 9 مارس 2026، تفصل الدراسة كيف يوجه الضوء تطور البروتينات لوظائف ديناميكية. باستخدام خميرة البرعم Saccharomyces cerevisiae، أعاد الباحثون تصميم دورة الخلية بحيث يعتمد الانقسام على قدرة البروتين على التبديل بين الحالات النشطة وغير النشطة. منظم مرتبط بالبروتين يتحكم في الدورة: أساسي في مرحلة واحدة لكنه سام في أخرى. البروتينات التي تفشل في التبديل بشكل صحيح تتوقف أو تقتل الخلية. توفر الأوبتوجينيتيك نبضات ضوئية موعدة لتبديل الحالات، مع دورة كل 90 دقيقة تختبر الأداء. البروتينات الناجحة تمكن البقاء والتكاثر، مما يؤتمت الاختيار دون تدخل يدوي. أنتجت أوبتوفولوشن 19 متغيرًا لعامل نسخ يتحكم بالضوء، موضحة حساسية مضاعفة للضوء، نشاط أقل في الظلام، أو استجابة للضوء الأخضر—تحدٍّ للألوان الأدفأ. كما طورت نظام ضوء أحمر مستقل عن المساعدات الكيميائية، عبر طفرة تعطل بروتين نقل خميرة لاستخدام الجزيئات الداخلية. بالإضافة إلى ذلك، أنشأ الفريق عامل نسخ يعمل كبوابة منطقية، يُفعِّل الجينات فقط مع إشارات ضوئية وكيميائية متزامنة. هذا يمكِّن البروتينات من حس التغييرات، اتخاذ قرارات خلوية، والتحكم في الانقسام، مفتحًا آفاقًا في علم الأحياء الاصطناعي والتكنولوجيا الحيوية وبحوث التطور. يشمل المساهمون مختبر هندسة البروتين والخلية بـEPFL، وجامعة بايريوث، ومستشفى جامعة لوزان. مرجع المجلة هو Vojislav Gligorovski et al., 'Light-directed evolution of dynamic, multi-state, and computational protein functionalities,' Cell, 2026, DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.002.
