توليد الطاقة الكهربائية من الفيروسات

تمكن الباحثون من تحويل فيروس من نوع M13 إلى مصدر صغير للطاقة من خلال تعديل جيناته واستخدام خواصه الكهروضغطية.

قام الباجثون بإدخال سلسلة من حمض الجلوتاميك المشحون سالبا إلى بروتينات غلاف الفيروس مما زاد من قدرته على إنتاج التيار الكهربائي عند تسخينه.

تمكن فريق الباحثين بقيادة البروفيسور سيونج-ووك لي من مختبر لورانس ببركلي (Lawrence Berkeley) بجامعة كاليفورنيا من اكتشاف خاصية كهروضغطية جديدة لفيروس M13 حيث قاموا بتعديل تركيبه الجيني لزيادة الشحنات غير المتوازنة في بروتينات غلافه عند تسخينه.

قام الباحثون بتحويل الفيروس إلى مصدر صغير للكهرباء عن طريق تعديل بروتينات غلافه المكون من 3000 نسخة بروتينية مما زاد الشحنات غير المتوازنة في الغلاف، واكتشفوا أن الفيروسات المعدلة وراثيًا يمكن أن تولد الكهرباء عند تعرضها للحرارة.

الباحثون في المختبر الوطني ببيركلي قاموا بتعديل الجينات والبروتينات لفيروس البكتيريا M13 لتعزيز خصائصه الكهروحرارية، التي تمكنه من إنتاج الجهد الكهربائي عند التسخين.

أظهرت النتائج أن هذا التعديل زاد من إنتاج الجهد الكهربائي بشكل ملحوظ عند تسخين الفيروسات المهندسة ووضعها على لوح نيكل.

قام العلماء بتطوير طريقة لتوليد الطاقة باستخدام فيروسات غير ضارة تحول الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، واختبر العلماء نهجهم عن طريق إنشاء مولد ينتج تيارًا كافيًا لتشغيل شاشة عرض بلورية سائلة صغيرة.

يعمل المولد عن طريق النقر بالإصبع على قطعة بريدية مغلفة بفيروسات مصممة خصيصًا، وتحول الفيروسات قوة النقر إلى شحنة كهربائية.

والمولد الذي أنشأه العلماء هو الأول الذي ينتج الكهرباء عن طريق استغلال الخصائص الكهروميكانيكية (مثل تراكم شحنة في مادة صلبة ردًا على الإجهاد الميكانيكي) للمادة الحيوية، كما يشير أيضًا إلى طريقة أبسط لصنع الأجهزة الميكروإلكترونية.

والتقنية التي تستخدم الفيروسات لتوليد الكهرباء هي مجال بحث متقدم وقد تتطلب معرفة خاصة للتعامل معها.

يمكن أن يؤدي هذا الإنجاز إلى تطوير أجهزة يمكن استخدامها في الأنشطة اليومية، وصنع أجهزة صغيرة تجمع الطاقة الكهربائية من الاهتزازات الناجمة عن المهام اليومية مثل إغلاق الباب أو صعود الدرج. لذا، يمكن أن يكون الهدف النهائي هو تطوير أجهزة يمكن لأي شخص استخدامها، حتى دون خبرة خاصة.

الهندسة البروتينية

الهندسة البروتينية هي عملية تطوير البروتينات المفيدة أو القيمة من خلال تصميم وإنتاج البولي بيبتيدات غير الطبيعية، وغالبًا ما يتم ذلك عن طريق تغيير تسلسلات الأحماض الأمينية الموجودة في الطبيعة. هذا التخصص الشاب يتضمن الكثير من الأبحاث التي تجري لفهم طي البروتين والتعرف على مبادئ تصميم البروتين.

هناك نهجين عامين للهندسة البروتينية: التصميم العقلاني للبروتين والتطور الموجه. هذه الطرق ليست متبادلة الاستبعاد؛ الباحثون غالبًا ما يطبقون كلاهما.

في التصميم العقلاني للبروتين، يستخدم العالم معرفة مفصلة بالهيكل والوظيفة للبروتين لإجراء التغييرات المطلوبة. وبشكل عام، لهذا النهج ميزة كونه غير مكلف وسهل تقنيًا، حيث أن طرق التحور الموجه للموقع متقدمة.

مع ذلك، فإن العيب الرئيسي له هو أن المعرفة الهيكلية المفصلة للبروتين غالبًا ما تكون غير متوفرة، وحتى عند توفرها، يمكن أن يكون من الصعب جدًا التنبؤ بتأثيرات مختلف التحورات. ولكن

بدون معلومات هيكلية حول البروتين، غالبًا ما يكون تحليل التسلسل مفيدًا في توضيح المعلومات حول البروتين.

تتضمن هذه التقنيات محاذاة تسلسلات البروتين المستهدفة مع تسلسلات البروتين الأخرى المتعلقة. ويمكن أن تساعد هذه التحاليل في تحديد الأحماض الأمينية التي يمكن أن تكون مواقع الهدف للتحورات.

أهمية هذا الاكتشاف

الفيروسات المعدلة وراثيًا التي تولد الكهرباء قد تساعد في تطوير أجهزة استشعار حيوية جديدة وأدوات تشخيصية. وقد يفتح هذا الاكتشاف الباب لتطوير علاجات جديدة وأدوات تشخيصية. هذه الأجهزة قد تكون قادرة على الكشف عن الأمراض أو الظروف الصحية الأخرى بشكل أكثر فعالية. ويقدم هذا الاكتشاف إمكانية تصميم مواد بيولوجية لأجهزة استشعار حرارية أو مصادر طاقة مستدامة قائمة على الفيروسات.

التطبيقات المحتملة لهذا الاكتشاف في تطوير أجهزة جديدة معدلة وراثيًا، مثل أجهزة الاستشعار الحيوية.

ويمكن تطبيق هذا الاكتشاف في مجال تصميم أجهزة استشعار حرارية حيوية وأدوات التشخيص أو مصادر طاقة مستدامة جديدة. ويمكن أن يكون لهذا الاكتشاف الجديد للفيروسات التي تولد الكهرباء عند التعرض للحرارة له العديد من التطبيقات المحتملة، بما في ذلك:

أجهزة الاستشعار الحيوية:

يمكن استخدام الفيروسات المعدلة وراثيًا لتوليد إشارات كهربائية استجابة للتغيرات البيئية، مما يمكن أن يكون مفيدًا في تطوير أجهزة الاستشعار الحيوية الجديدة.

أدوات التشخيص:

يمكن أن تساعد الفيروسات المعدلة وراثيًا في توليد الكهرباء في تطوير أدوات تشخيص جديدة تعتمد على الكهرباء للكشف عن الأمراض أو الظروف الصحية الأخرى.

توليد الطاقة:

في المستقبل، قد يكون من الممكن استخدام الفيروسات المعدلة وراثيًا لتوليد الكهرباء كمصدر متجدد وصديق للبيئة للطاقة.

بالإضافة إلى ذلك، قد يكون من الممكن في المستقبل استخدام الفيروسات المعدلة وراثيًا لتوليد الكهرباء كمصدر متجدد وصديق للبيئة للطاقة. هذا قد يكون مفيدًا في العديد من التطبيقات الطبية، مثل تشغيل الأجهزة الطبية الصغيرة. ومع ذلك، يتطلب هذا المجال المزيد من البحث.

هل الفيروسات التي تولد الطاقة الكهربائية ضارة بالبشر؟

لا، الفيروس الذي يولد الكهرباء ليس ضارًا بالبشر. الفيروس المستخدم في هذا البحث هو فيروس M13 وهو من لاقمات البكتريا أو البكتيريوفاج، وهو يصيب البكتيريا فقط ولا يشكل خطرًا على البشر.

بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا الفيروس يتكاثر بنفسه بالملايين في غضون ساعات، لذا يوجد دائمًا مصدر ثابت له.

هل لهذا الاكتشاف قيمة حقيقية في مجال الطاقة؟

هناك قيمة حقيقية لهذا الاكتشاف في مجال الطاقة. فالفيروسات التي تولد الكهرباء قد تؤدي إلى تطوير أجهزة صغيرة تستخرج الطاقة الكهربائية من الاهتزازات الناجمة عن المهام اليومية مثل إغلاق الباب أو صعود الدرج. هذا يشير أيضًا إلى طريقة أبسط لصنع الأجهزة الميكروإلكترونية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يساهم هذا الاكتشاف في تطوير مصادر طاقة متجددة وصديقة للبيئة، ويمكن استخدام الفيروسات المعدلة وراثيًا لتوليد الكهرباء، مما يمكن أن يكون مفيدًا في العديد من التطبيقات الطبية، مثل تشغيل الأجهزة الطبية الصغيرة.

تطوير أجهزة الاستشعار الحيوية الجديدة باستخدام الفيروسات التي تولد الكهرباء يعتمد على العديد من العوامل، بما في ذلك التقدم في البحث، التمويل، والتجارب السريرية. ولا يمكن تحديد الجدول الزمني الدقيق بدقة، ولكن يمكن أن يستغرق الأمر سنوات عديدة. ومع ذلك، يجب أن نلاحظ أن هذه التكنولوجيا ما زالت في مراحلها الأولى وتحتاج إلى المزيد من البحث والتطوير.