تنبأ لها جنسن هوانغ بـ«الثورة العظيمة التالية».. ما البيولوجيا الرقمية؟

«أتساءل عن مكان ظهور الثورة العظيمة التالية؟ أنا مقتنع بأنها ستكون في البيولوجيا الرقمية، وهي واحدة من أعظم الثورات التي سنشهدها»، تعود هذه الكلمات إلى جنسن هوانغ، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة إنفيديا، عملاق الرقائق، الذي يظهر حماسة كبيرة لما وصفه بالموجة الهائلة للابتكار القادمة، فما هي البيولوجيا الرقمية؟ وكيف ستؤثر على مستقبل البشرية؟ ولماذا تعد أكبر التحولات التكنولوجية التي نشهدها على الإطلاق؟ وما تجلياتها؟

ما البيولوجيا الرقمية؟ 

تمثل البيولوجيا الرقمية أو علم الأحياء الرقمي، نتاج لتقارب علم الأحياء مع مجالات مثل: علوم الكمبيوتر، والهندسة، والتعلم الآلي، والحوسبة السحابية، والذكاء الاصطناعي على مدى العقد الماضي، الأمر الذي سمح بنمو البيانات البيولوجية بشكل كبير، ما عزز من تسارع قدراتنا على قراءة وكتابة وتحرير الحمض النووي، في ثورة من الابتكار.

وفقًا لتقرير «ميديوم» تشمل الثورة الجديدة، مجموعة من المجالات الديناميكية، مثل: علم الجينوم، وعلم البروتينات، وهندسة الخلايا، وأخيرًا البيولوجيا الرقمية. وكما لاحظ هوانغ، فمن المؤكد أن هذا سيكون أحد أكبر التحولات التكنولوجية التي شهدناها على الإطلاق. ووفقاً للخبراء، فإن التأثير الاقتصادي سيكون مساوياً أو حتى أكبر من التقدم مثل الكهرباء وأجهزة الكمبيوتر والإنترنت والذكاء الاصطناعي.

اقرأ أيضًا.. اختراق 23andMe: بيانات الحمض النووي لماسك وزوكربيرغ للبيع!

ما أبرز تجليات البيولوجيا الرقمية؟ 

تتجلى البيولوجيا الرقمية في الجهود المبذولة لرسم خريطة الجينوم البشري. مع بداية التسعينات، انطلق مشروع الجينوم البشري، مستهدفًا رسم خريطة القواعد النووية الثلاثة مليارات في DNA الإنسان. استغرق الأمر 13 سنة وتكلفة بلغت 3 مليارات دولار لإنجاز النسخة الأولية. الآن، أصبح بالإمكان إجراء تسلسل جينوم بشري كامل خلال يوم واحد بتكلفة تقريبية 600 دولار فقط. ومع هذا التقدم وتراجع الأسعار، يُتوقع أن يتم تسلسل أكثر من 100 مليون جينوم بشري بحلول العام 2025.

ما أهمية البيولوجيا الرقمية أو رقمنة علم الأحياء؟ 

فهم الأمراض بشكل غير مسبوق

تتيح البيولوجيا الرقمية التي تتجلى في رسم خريطة الجينوم البشري، المزيد من البيانات الجينومية التي تسهم في تحقيق تقدم مذهل في الطب الدقيق، أي الرعاية الصحية المخصصة لتناسب التركيب الجيني الفريد للأفراد. ولكنه يسمح لنا أيضًا بفهم الأمراض بشكل لم يسبق له مثيل وتطوير وسائل تشخيص وعلاجات أكثر فعالية. على سبيل المثال تستكشف الشركات الناشئة كيفية الاستفادة من الرؤى الجينية في التغذية الشخصية واللياقة البدنية والعناية بالبشرة وغير ذلك الكثير.

التواصل الفعال بين علم الأحياء والذكاء الاصطناعي يُحدث أيضًا ثورة في اكتشاف الأدوية. على سبيل المثال، تستخدم شركات مثل إنسيترو (Insitro) وإكساينتا (Exscientia) خوارزميات لتصميم جزيئات يمكن أن تؤدي إلى أدوية جديدة واعدة. في عام 2021، قامت منصة الذكاء الاصطناعي التابعة لشركة Exscientia بتجميع مرشح سريري لعلاج الأورام المناعية في 9 أشهر فقط – وهي عملية تستغرق عادةً من 4 إلى 5 سنوات!

اقرأ أيضًا.. نصائح جنسن هوانغ للشباب: «النجاح يأتي من المعاناة»

البرمجة الجينية: الكتابة على الحمض النووي كالكود

تمكنت البيولوجيا الرقمية من تحويل الحمض النووي إلى لغة قابلة للكتابة والتحرير كأكواد البرمجة. تحرير الجينات، وخاصة بواسطة تقنية كريسبر CRISPR-Cas9، يمنح العلماء القدرة على إجراء تغييرات محددة في الجينوم، مما يشبه استخدام مقص جزيئي لتعديل أو استبدال أو إضافة أجزاء من الحمض النووي. هذه التقنية فتحت آفاقًا جديدة للهندسة الوراثية بسرعة ودقة لم تكن متاحة من قبل.

تقنية كريسبر تُستخدم حاليًا لعلاج الأمراض الوراثية عبر تصحيح الطفرات المرضية. وتُستغل أيضًا في تطوير سلالات حيوانية مقاومة للأمراض، محاصيل قادرة على تحمل الظروف القاسية، وإنتاج أنواع من الوقود الحيوي أكثر استدامة. التطبيقات لا حصر لها وتتسع يومًا بعد يوم. ويؤمن فنغ تشانغ، أحد الرواد في تطوير تقنية CRISPR بمعهد برود، بأننا ما زلنا في بداية استكشاف إمكانيات هذه التقنية الواعدة.

عصر التلاعب البيولوجي لإنتاج مواد جديدة

تمثل تقنية كريسبر حجر الزاوية في ميدان البيولوجيا الرقمية، وهي تشبه إلى حد كبير الثورة الرقمية التي تعاملت مع الإلكترونات لتداول المعلومات. الآن، نحن ندخل عهدًا جديدًا حيث نتلاعب بالعناصر البيولوجية لإنتاج مواد جديدة.

بينما تركز الهندسة الحيوية على تغيير الكائنات الحية القائمة، تسعى البيولوجيا التركيبية إلى تطبيق مبادئ الهندسة لإنشاء أنظمة بيولوجية جديدة من الصفر. أصبح بإمكاننا الآن تصميم الدوائر البيولوجية رقميًا بنفس طريقة تصميم الدوائر الإلكترونية. بفضل التطورات الثورية مثل التوليف الجيني الميسور التكلفة وتقنية كريسبر، يمكننا الآن اختبار هذه النماذج وتحسينها في الواقع العملي.

تعمل الشركات الآن كخلايا مبرمجة تعمل كمصانع مجهرية لإنتاج المواد الكيميائية والمواد والأدوية. تقوم Ginkgo Bioworks بتصميم ميكروبات مخصصة لجعل الأسمدة أكثر استدامة، واستخلاص المعادن من النفايات الإلكترونية، وتوليد الطاقة للرحلات المستقبلية إلى المريخ.

على سبيل المثال تقوم تقوم شركة Perfect Day بإنشاء بروتينات ألبان خالية من الحيوانات عن طريق التخمير لصنع الآيس كريم والجبن والحليب المستدام، تقوم شركة Impossible Foods بتصميم برغر نباتي يحاكي بشكل فريد طعم ورائحة وملمس اللحم المفروم عن طريق إنتاج الهيم، وهو الجزيء الذي يحتوي على الحديد والذي يجعل اللحم يصدر أزيزًا، وتتعاون شركة Zymergen مع بعض أكبر منتجي المواد الكيميائية في العالم لاستبدال المواد الخام البترولية ببدائل مصنعة بيولوجيًا تتميز بجودة أعلى ومتجددة وأقل سمية بكثير.

ومع استمرار التقنيات التمكينية في التقدم بمعدلات هائلة، يمكن للبيولوجيا التخليقية أن تعيد تعريف التصنيع في مختلف الصناعات. بحلول عام 2030، يمكن أن توفر الكائنات المعدلة وراثيا ما بين 10% إلى 20% من المواد الكيميائية، والطاقة، والمضافات الغذائية، والمواد في جميع أنحاء العالم. ومن المتوقع أن تبلغ قيمة الاقتصاد الحيوي الاصطناعي أكثر من تريليون دولار سنويا في العقد المقبل.

اقرأ أيضًا.. الابتكار في الجراحة: الذكاء الاصطناعي يدخل غرف العمليات

الحوسبة البيولوجية وتسريع اكتشاف أدوية الزهايمر

الحوسبة البيولوجية تشكل نقطة تحول في تصميم الأنظمة البيولوجية والهندسة، مما يدفع بالابتكار إلى حدود جديدة. القوة الحاسوبية التي أحدثت ثورات في مجالات مثل تصميم الشرائح الإلكترونية والفضاء والذكاء الاصطناعي، تُحدث الآن تغييرات جذرية في علم الأحياء.

خوارزمية ألفا فولد من ديب مايند حققت اختراقًا بتنبؤها ببنية البروتينات ثلاثية الأبعاد من تسلسل الأحماض الأمينية فقط. محاكاة الديناميكيات الجزيئية تُمكننا الآن من تصميم نماذج دقيقة لطي البروتينات وتفاعلاتها، مما قد يُسرع من تشخيص واكتشاف علاجات لأمراض مثل الزهايمر.

هذا التحول يُمهد الطريق لإمكانيات كانت محصورة في الخيال العلمي؛ مثل الميكروبات التي تُنتج الطاقة النظيفة بكفاءة، والمختبرات الآلية التي تُصمم البروتينات والخلايا والحمض النووي بسرعة، والكائنات الاصطناعية التي تُبني إلكترونيات متقدمة، والدوائر الجينية التي تكتشف وتعالج الأمراض بدقة، والمسابك الحيوية التي تُوفر المواد بشكل مستدام.

اقرأ أيضًا.. الممرضة الافتراضية.. ابتكار ذكي لتحسين الرعاية الصحية في الإمارات

جنسن هوانغ يعتقد أن وحدات معالجة الرسومات من إنفيديا ستكون حاسمة في تمكين هذه الثورة، بتوفير القدرة الحاسوبية اللازمة لعلم الأحياء. من محاكاة الديناميكيات الجزيئية إلى تشغيل خطوط أنابيب المعلوماتية الحيوية، تُسهم هذه التقنيات في معالجة الحسابات الضخمة.

مع التقدم في قراءة وكتابة وتحرير الحمض النووي، تُعد الحوسبة البيولوجية لإطلاق موجة جديدة من النمو التكنولوجي والاقتصادي. الحياة نفسها تم رقمنتها ونمذجتها وتحسينها وهندستها، مما يُعد بإمكانيات هائلة لحل التحديات العالمية في الاستدامة والصحة والطاقة.

الموجة الكبيرة القادمة من الابتكار

جنسن هوانغ يرى أن البيولوجيا الرقمية ستقود الموجة الكبيرة التالية من الابتكار، مُحدثة تأثيرًا مماثلًا لما أحدثته الإلكترونيات وتكنولوجيا المعلومات في القرن الماضي، ومُعززة للنمو التكنولوجي والاقتصادي في القرن القادم.