الهندسة الحيوية: استخراج كنوز الطبيعة
بقلم كاثرين جيويل، شعبة المنشورات، الويبو
يرى أوديد شوسيوف، وهو مهندس مواد رائد وصاحب اختراعات متعددة ورائد أعمال، أن الطبيعة مصدر إلهام. وما انفك يعمل، على مدى السنوات الثلاثين الماضية، على اكتشاف أسرار الطبيعة للتوصل إلى مواد نباتية جديدة توفر مزايا كبيرة مقارنةً بالمواد النفطية الاصطناعية ولا سيما من حيث القدرة على الاستدامة. ويتناول البروفيسور شوسيوف بعض أهم اختراعاته مسلطاً الضوء على أهمية حقوق الملكية الفكرية في ضمان أن تعود فوائد الاختراعات على المجتمع بأكمله.
كيف دخلت عالم التكنولوجيا النانية النباتية؟
لقد نشأتُ في بيئة زراعية وكنتُ دائماً مهتماً بالزراعة. فقد كانت عائلتي تدير مزارع كروم منذ أكثر من 130 عاماً. وبدأتُ بدراسة الكيمياء ثم انتقلتُ إلى الزراعة فالهندسة الحيوية للبروتينات. وفي عام 1990، التحقتُ بكلية الزراعة في الجامعة العبرية كأستاذ للبيولوجيا الجزيئية النباتية، حيث أدير الآن مختبراً كبيراً نسبياً يعمل فيه العديد من الطلاب في مجال هندسة البروتينات والتكنولوجيا الحيوية النانية.
ولطالما كانت النباتات موضع تركيزي، ولكن أبحاثي تشمل أيضاً مجالات صناعية وطبية. فإني أعمل منذ سنوات عدة مثلاً على استحداث طرائق لاستخدام جينات مستمدة من البشر لإنتاج الكولاجين البشري في النباتات. ولا أحصر عملي في النباتات ولكنني أجد نفسي دائماً أعود إليها لإنتاج البروتينات أو صنع مركبات من المواد المشتقة من النباتات. والنباتات فعالة جداً: فهي تنتج كل ما نحتاجه، بما في ذلك الأكسجين، وتنطوي على إمكانات كثيرة جداً.
أنت صاحب اختراعات عديدة ومالك 62 براءة، فكيف بدأ مشوارك مع البراءات؟
إنها قصة طويلة ولم تحدث تلقائياً. فعندما كنت عالماً شاباً، كان تركيزي الأساسي هو نشر الأوراق العلمية وتحسين مكانتي العلمية. ولكن بعد فترة قصيرة من الانضمام إلى الجامعة العبرية في القدس، كنت أتناول الغداء مع أحد مؤسسي شركة كنت أقدِّم لها خدمات استشارية ووجدت نفسي مضطراً لتأجيل نشر بحثي العلمي حتى يُودع طلب براءة يغطي نتائج بحثي. وعُرضت علي منحة بحثية سخية لإيجاد تطبيق عملي لبحثي، ووعدني المؤسس نفسه بأنه سينشئ شركة ويعطيني 4 في المئة من أسهمها وحصة عادلة من جعائل الترخيص في حال نجاحي في العثور على تطبيق مفيد. وبالفعل، وجدت تطبيقاً مفيداً لبحثي فأنشأنا شركة Futuragene التي استحوذت بعد ذلك على شركة Suzano - وهي من أكبر شركات الورق في البرازيل - مقابل 100 مليون دولار أمريكي. وكان ذلك نجاحاً كبيراً، ولكنه جعلني أدرك إمكانات بحوثي التي لا يلزم أن تنتهي بالضرورة عند نشر ورقة علمية. وكانت هذه أول مرة أتعرف فيها على البراءات وأدرك أهميتها في دفع العجلة الاقتصادية.
المزيد عن أوديد شوسيوف
ألَّف البروفيسور شوسيوف أو شارك في تأليف أكثر من 200 منشور علمي ويمتلك 62 براءة.
وهو المؤسس العلمي لأربع عشرة شركة منها الشركات التالية
- Futuragene Limited، التي تطوِّر أشجار الكافور المعدَّلة وراثياً لصناعة اللب والورق.
- Collplant Limited، التي تنتج الكولاجين المؤتلف البشري من النوع الأول في النباتات المعدلة وراثياً لأغراض الطعوم الطبية المستخدمة في هندسة الأنسجة وطب التجديد.
- Biobetter Limited، التي تنتج أجساماً علاجية مضادة في نبات التبغ.
- GemmaCert Limited، التي تقدم حلاً ذكياً لضمان توحيد منتجات القنب الطبية.
- SP Nano Limited، التي تصنع بروتيناً قائماً على حلول طلاء ناني لصالح صناعة المواد المركبة.
- Melodea Limited، التي تطور وتصنع بلورات السليلوز النانية من حمأة الورق لأغراض صناعة الرغوات الهيكلية والمواد المركبة والمواد اللاصقة.
- Valentis Nanotech Limited، التي تطور وتصنع فيلماً شفافاً قائماً على البيولوجيا النانية لأغراض تعبئة الأغذية والزراعة.
- Paulee CleanTec Limited، التي تهدف إلى أن تصبح الرائد العالمي في مجال جمع فضلات الحيوانات الأليفة والتخلص منها بجهاز AshPoopie، وتحويل الفضلات البشرية إلى سماد عضوي عديم الرائحة ومعقَّم عن طريق شركتها الفرعية Epic-Cleantech.
- Smart Resilin Limited، التي تعمل على تطوير أساليب لعزل مادة الريزيلين بغية تمكين المصنعين من إدماجها في منتجاتهم لزيادة مقاومة الاهتلاك وتعزيز خصائص المرونة.
- Sensogenic Limited, ، التي تطور جهازاً لتشخيص حساسية الطعام.
- Karme Yosef Winery، الذي أنشأه في عام 1999 البروفيسور أمي برافدو، عالم رائد في زراعة الكروم، وأوديد شوسيوف، طالبه السابق.
ما هو التطبيق الذي وجدته؟
أتاح هذا التطبيق تسريع نمو نبات الكافور لأغراض صناعة اللب والورق. وكانت هذه أول نباتات حرجية معدَّلة وراثياً ومتاحة تجارياً تحصل على موافقة تنظيمية في البرازيل. ومنذ ذلك الحين، أنشأت عدداً من الشركات منها Melodea وCollplant (انظر الإطار). وعلى الرغم من أني لا أشارك في إدارتهما اليومية، فإني أؤدي دوراً كخبير استشاري أو عضو مجلس إدارة أو كبير العلماء.
هل يوجد قاسم مشترك بين اختراعاتك؟
شهدت الطبيعة مليارات السنين من التطور واستحداث مواد وظيفية مستدامة
البروفيسور شوسيوف
نعم. فكل اختراعاتي تتعلق بعلوم المواد والمواد الحيوية تحديداً. والمواد الحيوية تتفوق بكثير على المواد الاصطناعية. وكما قال وزير النفط السعودي السابق ذات مرة، فإن العصر الحجري لم ينتهِ بسبب نقص الحجر؛ وبالمثل فإن عصر النفط سينتهي قبل نفاد النفط بكثير. وأود أن أضيف أنه يوجد سبب وجيه لذلك وهو أن المواد الحيوية أفضل بكثير. فإننا نحتاج بكل بساطة للنظر إلى طريقة عمل الأنظمة الطبيعية ثم الابتكار!
وشهدت الطبيعة مليارات السنين من التطور واستحداث مواد وظيفية مستدامة. ولم يتمكن العلماء من القيام بالمثل على مدى 200 عاماً من الكيمياء الحديثة. ولذلك نرى جزراً جديدة من البلاستيك في المحيطات. فعلينا القيام بشيء مختلف، ولا أقصد بذلك إعادة اختراع العجلة. وأقول دائماً إن الأفكار الجديدة وليدة الكتب القديمة! وقد كُتب هذا الكتاب على مدى أكثر من 3 مليارات سنة من التطور، وهو الحمض النووي لكل الكائنات الحية. فكل ما نحتاجه هو قراءة شفرة الحمض النووي والانطلاق منها.
إن الأفكار الجديدة وليدة الكتب القديمة! وقد كُتب هذا الكتاب على مدى أكثر من 3 مليارات سنة من التطور، وهو الحمض النووي لكل الكائنات الحية. فكل ما نحتاجه هو قراءة شفرة الحمض النووي والانطلاق منها.
ما الجذاب في العمل على المواد الحيوية؟
المواد الحيوية تستمد قوتها ووظائفها من أنها مجمعة تجميعاً ذاتياً؛ أي أنها مبنية من الصفر. وإن الطعوم الاصطناعية التي يزرعها جراحو العظام في أجسامنا تفشل غالباً لأن خصائصها الميكانيكية لا تتناسب والأنسجة المحيطة بها. والسبب؟ إن هذه الطعوم ليست ذاتية التجميع. فلا أحد يأخذ رأسي ثم يركبها على رقبتي أو يأخذ بشرتي ويلصقها على جسدي. وفي الطبيعة، يتكون كل كائن حي من خلايا تتجمع ذاتياً لإنشاء الأنسجة والأعضاء. وهذه هي الحياة. وهذه هي الطريقة الصحيحة لبناء الأشياء.
أخبرنا المزيد عن بلورات السليلوز النانية (CNC) وتطبيقاتها.
بلورات السليلوز النانية رائعة. فهي مشتقة من ألياف السليلوز التي تعدّ أكثر المواد الطبيعية وفرة. وهي متجددة ومصنوعة من السكر، ولكنها أقوى 10 مرات من الصلب، مما يفتح المجال للعديد من التطبيقات المذهلة. وعندما نخلط تلك البلورات بالماء بتركيز 3 في المئة، فإنها تتحول إلى بلورات سائلة؛ وعندما نضعها على أي سطح - مثل الورق أو البلاستيك أو الخرسانة - تتبخر المياه وتتجمع البلورات ذاتياً لتشكل فيلماً متيناً للغاية وشفافاً. وتنشئ أيضاً حاجزاً ضد الزيت والأكسجين. فتكون حلاً رائعاً للتعبئة والتغليف. وفي الماضي، كانت علب العصير العادية مصنوعة من صفيحة بوليمر (مثل البولي إيثيلين أو البولي إيثيلين تيريفثالات) وألمونيوم وورق مقوى. وعلى الرغم من أنه حل جيد جداً للتعبئة والتغليف، فهو غير قابل لإعادة التدوير.
ووجدت إحدى شركاتي، وهي شركة Melodea، بديلاً أفضل وأرخص يستخدم السليلوز القابل لإعادة التدوير بنسبة 100 في المئة. وأُنشئت شركة Melodea على أساس تقنية محمية بموجب براءة استحدثها مختبري البحثي. وهي تطور وتصنع بلورات السليلوز النانية (CNC) وتتعاون مع الزبائن لوضع تطبيقات متنوعة. وهو أمر مهم لأنهم (أي العملاء) يمتلكون فهماً أفضل لاحتياجاتهم ولديهم قنوات إلى السوق. فعلى سبيل المثال، تعمل الشركة مع شركتَي Holmen AB السويدية وKlabin SA البرازيلية لإنتاج أغلفة حيوية قائمة على بلورات السليلوز النانية على مستوى صناعي.
وتسعى شركة Melodea وشركاؤها أيضاً إلى معالجة معضلة بيئية كبيرة وهي ملايين الأطنان من الحمأة التي تنتجها صناعة الورق سنوياً. وتنتج أوروبا وحدها 11 مليون طن منها سنوياً. وفيما يخص شركة Melodea وشركاءها، تعدّ الحمأة مادة خام قيمة تحوَّل إلى عبوات صديقة للبيئة للمنتجات غير الاستهلاكية. وأما فيما يخص تعبئة المواد الغذائية، فإننا نستخدم اللب الخام لأسباب تتعلق بالسلامة.
ويمكن استخدام البلورات المذكورة أيضاً لتقوية المنسوجات. فإذا أخذنا غزل القطن وطليناه بطبقة رقيقة من البلورات، فإننا لا نضيف سوى 1 في المئة إلى الوزن ولكننا نزيد الصلابة بنسبة 500 في المئة. وبالمثل، فإن طلاء الزجاج بالبلورات يجعله أمتن فيكون خياراً مفيداً في قطاع الطيران الذي يحتاج إلى زجاج خفيف الوزن ولكن متين وطويل العمر النفعي.
الجوائز
حصل البروفيسور شوسيوف على الجوائر التالية:
- جائزة بولاك للعالم المتميز لعام 2002؛
- جائزة كاي للبحوث المبتكرة والتطبيقية في عامَي 1999 و2010؛
- شهادة رئيس وزراء إسرائيل لريادة الأعمال والابتكار في عام 2012؛
- الجائزة الرئاسية لمساهمته في الاقتصاد والمجتمع في إسرائيل في عام 2018.
ما هي الأسرار الأخرى التي كشفتها لك الطبيعة؟
لقد كنّا نعمل أيضاً على الريزيلين وهو البروتين الذي يتيح لبراغيث القطط القفز 200 مرة ارتفاعها! وهو أفضل مطاط في الوجود! ونجد تلك المادة في المفصليات أي حشرات مثل الرعاشات الكبيرة التي تطير مسافات قصيرة. وإننا نعمل مع شركاء مختلفين على تطوير حذاء رياضي مزود بطبقة متوسطة من الريزيلين ومكونات إلكترونية مرنة مثل شاشات لمس. ولهذه الأغراض، يمكننا إنتاج المادة بفعالية من حيث التكلفة عن طريق حقن جين الريزيلين في الجراثيم (الإشريكية القولونية) ثم تخميرها. وإننا نريد استخدامها في المستقبل لإنتاج إطارات صديقة للبيئة، ولكن هذا المستوى من الإنتاج يحتاج إلى مصانع وإنتاجية مرتفعة من أجل خفض التكاليف. وإننا نعمل حالياً على ذلك، وستتكلل جهودنا بالنجاح في الوقت المناسب.
كيف بدأ عملك على الكولاجين النباتي؟
ما انفكت منتجات تجديد البشرة (باستخدام المستحضرات الجلدية مثلاً) تكتسب شعبية متزايدة. وكانت شركات العناية الشخصية تبحث عن بديل أكثر أماناً وأقل تكلفة وأكثر فعالية للكولاجين الثديي وحمض الهيالورونيك، فبدأتُ أدرس إمكانية صنع الكولاجين في النباتات. وكان ذلك تحدياً معقداً لأنه ينطوي على أخذ خمسة جينات بشرية لصنع بروتين وظيفي واحد. وكتبتُ ورقة قصيرة عن كيفية القيام بذلك؛ وتمكّنتُ بدعم حاضنة تكنولوجية من إعداد إثبات المفهوم وإنشاء شركة. وهكذا بدأت شركة Collplant.
إذن، كيف تنتج الكولاجين النباتي؟
المفصليات (حشرات مثل الرعاشات الكبيرة التي تطير مسافات قصيرة)، ويسميها "أفضل مطاط في
الوجود." ويريد استخدام تلك المادة في المستقبل لصناعة إطارات صديقة للبيئة.
(الصورة: coopder1 / iStockphoto؛ enot-poloskun / iStockphoto)
نعدِّل نبات التبغ وراثياً (لأنه لا يدخل في السلسلة الغذائية) حتى يحتوي على الجينات البشرية الخمسة اللازمة لإنتاج الكولاجين. ثم ننشر بذور النباتات على 25,000 متر مربع من الصوب التابعة لنا في مختلف أنحاء إسرائيل ثم نوزع النبيتات على المزارعين لمواصلة زراعتها. وبعد الحصاد، تُنقل الأوراق في شاحنات تبريد إلى مصنع Collplant حيث تُسحق لاستخراج عصيرها ثم تركيز الكولاجين قبل القيام بتنقيته في غرف نظيفة وتصنيع الطعوم الطبية المختلفة. وأكملنا مؤخراً تجارب سريرية وحصلنا على الموافقة التنظيمية في الاتحاد الأوروبي وإسرائيل لإطلاق منتج يُحقن لمعالجة قرحة القدم السكري والتهاب الأوتار.
وقمنا أيضاً باستحداث حبر حيوي مشتق من الكولاجين النباتي لأغراض الطباعة المجسَّمة للأنسجة والأعضاء. ولا يزال هذا المنتج في مرحلة ما قبل التجربة السريرية ولكننا نضطلع بمشروع مثير للاهتمام مع شركتين في الولايات المتحدة هما United Therapeutics و3D Systems من أجل طباعة الرئتين البشريتين. وستشاهدون ذلك في عام 2024 تقريباً.
ما أهمية حقوق الملكية الفكرية لشركاتك؟
إن حقوق الملكية الفكرية لا تقل أهمية عن الموظفين كأصول تجارية. وبفضل حقوق الملكية الفكرية، يمكننا التعاون مع شركائنا مثل United Therapeutics و3D Systems وتحقيق أشياء مذهلة. ولولا حقوق الملكية الفكرية والحماية التي توفرها، لكانت شركاتي ضعيفة واستحال عليها عملياً جذب المستثمرين. وعلى غرار اللوائح والقوانين، تعدّ حقوق الملكية الفكرية أدوات أساسية. فإذا فقدناها، خاطرنا بفقدان قدرتنا على الحفاظ على مجتمعات صحية وسليمة على وجه هذا الكوكب.
ما الذي دفعك إلى تسويق بحثك؟
أؤمن بأن على الجامعات مسؤولية تتجاوز تعليم المهندسين والعلماء وتثقيفهم. وتتيح لنا اكتشافاتنا العلمية الفرصة للتأثير في حياة الكثير من الناس. والتسويق وحماية الملكية الفكرية هي الوسيلة الوحيدة لضمان تطبيق هذه الاكتشافات.
"إن حقوق الملكية الفكرية لا تقل أهمية عن الموظفين كأصول تجارية. وبفضل حقوق الملكية الفكرية، يمكننا التعاون مع شركائنا ... وتحقيق أشياء مذهلة. ولولا حقوق الملكية الفكرية والحماية التي توفرها [...] لاستحال عملياً جذب المستثمرين.
ما هو مشروعك القادم؟
أعمل على عدة مشروعات في مختبري بالجامعة العبرية تركز أساساً على تحسين الأنظمة النباتية لإنتاج بروتينات حيوانية لصالح قطاعَي الأغذية والمستحضرات الصيدلانية. ونعمل أيضاً على تطوير مواد حيوية مركبة جديدة تتميز بخصائص ميكانيكية متفوقة فضلاً عن تقنيات جديدة للطباعة المجسَّمة.
ما هو أكبر مصدر إلهام لك ولماذا؟
ليوناردو دا فينشي بلا تردد. فقد كان أكبر عالم ومخترع متعدد التخصصات.
ما هي نصيحتك للباحثين وأصحاب الأعمال الشباب الطموحين؟
الابتعاد عن الناس الذين يقولون لا والتطلع دائماً إلى أسمى الأهداف والتعاون مع أشخاص أذكياء.
الغرض من مجلة الويبو مساعدة عامة الجمهور على فهم الملكية الفكرية وعمل الويبو، وليست المجلة وثيقة من وثائق الويبو الرسمية. ولا يراد بالتسميات المستخدمة وبطريقة عرض المادة في هذا المنشور بأكمله أن تعبر عن أي رأي كان من جهة الويبو بشأن الوضع القانوني لأي بلد أو إقليم أو منطقة أو سلطاتها أو بشأن تعيين حدودها أو تخومها. ولا يراد بهذا المنشور أن يعبر عن آراء الدول الأعضاء أو أمانة الويبو. ولا يراد بذكر شركات أو منتجات صناعية محددة أن الويبو تؤيدها أو توصي بها على حساب شركات أو منتجات أخرى ذات طبيعة مماثلة وغير مذكورة.