علماء يطورون كيوبتات بيولوجية تعمل كمستشعرات كمية داخل الخلايا
ثورة في تقاطع الفيزياء والبيولوجيا: كيوبتات داخل الخلايا
رغم أن الحالات الكمية هشة بطبيعتها ويصعب دمجها مع عالم الأحياء الفوضوي، نجح فريق من جامعة شيكاغو في ابتكار طريقة جديدة تعتمد على تحويل البروتينات الفلورية إلى مستشعرات كمية تعمل داخل الخلايا الحية.
هذه البروتينات، المعروفة بالفعل باستخدامها في التصوير البيولوجي، يمكن ترميزها في الحمض النووي (DNA)، بحيث تبدأ الخلايا بإنتاج المستشعرات بنفسها واستهداف البنى تحت الخلوية.
كيف تعمل الفكرة؟
-
البروتينات الفلورية تمتلك حالة كمية تُعرف باسم الحالة الثلاثية (Triplet State).
-
الباحثون استغلوا هذه الحالة كـ كيوبت قادر على تخزين المعلومات الكمية.
-
الأهم أنهم تمكنوا من قراءة هذه الحالة بصريًا عبر مجهر متخصص.
-
هذه الكيوبتات قد تُستخدم لقياس الحقول المغناطيسية والكهربائية داخل الخلايا.
قال بيتر ماورر، المشارك في قيادة البحث:
“اكتشافنا لا يفتح فقط طرقًا جديدة للاستشعار الكمي داخل الأنظمة الحية، بل يقدم أيضًا نهجًا مختلفًا جذريًا لتصميم المواد الكمية عبر أدوات الطبيعة نفسها.”
التجارب والنتائج
-
ركز الفريق على بروتين فلوري أصفر محدد.
-
أظهروا إمكانية قراءة حالته الكمية في درجات حرارة منخفضة للغاية.
-
لاحقًا، نجحوا في إجراء قراءات حين تم التعبير عن البروتين داخل خلايا ثديية.
-
عند اختباره في خلايا بكتيرية، استطاع البروتين كشف وجود أو غياب مجال مغناطيسي.
تطبيقات مستقبلية
-
قد يمهد هذا التطور الطريق لإجراء تصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) على مستوى الخلية الواحدة.
-
يمكن أن يكشف عن البنية الذرية للآلات الخلوية أو آلية ارتباط الأدوية بالبروتينات داخل الخلايا.
-
الباحثون يؤكدون أن تطوير منصة استشعار عملية يتطلب تحسينات في:
-
الاستقرار.
-
الحساسية.
-
تقنيات الاستشعار الكمي.
-
آفاق جديدة للعلم
قال بنيامين سولوواي، أحد مؤلفي البحث:
“من خلال المجهر الفلوري يمكن للعلماء رؤية العمليات الحيوية، لكنهم يضطرون إلى استنتاج ما يحدث على النطاق النانوي. أما الآن، فلأول مرة يمكننا قياس الخصائص الكمية مباشرةً داخل الأنظمة الحية.”
هذا الإنجاز يمثل اندماجًا بين الفيزياء الكمية والبيولوجيا، ويفتح نافذة جديدة لفهم الحياة على أعمق مستوياتها.
