تُعد عملية الإصلاح الجيني بسرعة وإتقان مسألة حياة أو موت لمعظم الكائنات الحية، لأن التغيرات الجينية -حتى البسيطة منها- تحدث نتائج كارثية، خاصةً إذا كان الجين المتغير ضروريًا للوظائف الأساسية في الجسم.
درس الباحثون على مدار نصف قرن من الزمن الآليات المستخدمة لإصلاح «الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين» (DNA) المتأذي، وفهموا معظم خطواتها، باستثناء جزء واحد منها بقي غير واضح.
اكتشف باحثون من جامعة «أوبسالا» في أثناء مراقبتهم لعملية الإصلاح الجيني في الوقت الفعلي، عند بكتيريا الإشريكيا القولونية، بدراسة الإنزيمات المفتاحية والحمض النووي الموسوم بالفلور المشع، التفاصيل المفقودة المتعلقة بكيفية إيجاد تلك البكتيريا الحمض النووي المرصاف الذي جعل عملية الإصلاح الجيني خاليةً من الأخطاء.
تلجأ معظم الكائنات الحية إلى حيلة للحفاظ على نظام جيناتها، تُسمى هذه العملية «التهجين المتماثل»، وهي المكافئ البيولوجي لمقارنة نسختين واضحتين من نص ما، للتحقق من خلو عملية النسخ من أي أخطاء.
تتحقق الخلية من عدم وجود تغيرات في النسخ بعد إصلاحها بواسطة نظام الإصلاح، ثم تربط النهايات المقطوعة معًا.
عرف علماء البيولوجيا الجزيئية «بروتينات التهجين» المعروفة باسم (RecA)، التي تؤدي الدور المفتاحي في إدارة هذه العملية، وهي إنزيم مهم للحفاظ على سلامة الحمض النووي، وقد عُثر على نسخة منه عند كل الأنواع المدروسة.
عندما ينكسر جزيء الحمض النووي تمامًا، ترتبط بروتينات معقدة بالنهايات المقطوعة وتجذبها بعناية، لتمكن بروتينات التهجين من الارتباط بمواقعها وبدء العمل، فيمتد على طول كتلة كبيرة من الحمض النووي مشكلًا خيطًا من البروتين والأحماض النووية، يرتبط بالجزء المكسور والآخر السليم.
هذه العملية معروفة من قبل، لكن التفصيل الذي بقي مجهولًا هو كيف يجد الخيط التسلسلات الصحيحة من ملايين أزواج الأسس النيكليوتيدية، مع وجود الانحناءات والتراكيب المعقدة للصبغي، في وقت قصير لبدء المقارنة.
لفهم أفضل لعمل ذلك الإنزيم، والزمن اللازم لإنجازه، نمّى العلماء ألوف من بكتيريا الإشريكية القولونية داخل سلسلة من أقنية صغيرة سمحت لهم بمراقبة البكتيريا الفردية في أثناء إجراء الاختبارات عليها.
آذى العلماء بدقة جزيئات الحمض النووي الخاصة بالبكتيريا مستخدمين محرر الجينات «كريسبر»، ووسم النهايات المقطوعة بالفلورسينت لرؤية مواقع الأذى تحت المجهر.
صرح عالم البيولوجيا الجزيئية في جامعة أوبسالا جاكوب ويكتور: «تسمح لنا شريحة استنبات الموائع الدقيقة بتتبع مصير آلاف البكتيريا الفردية في وقت واحد، إضافةً إلى التحكم الجيد في الحمض النووي المكسور بواسطة كريسبر».
استخدمت الأجسام المضادة للتعرف على موقع خيوط بروتينات التهجين الموضوعة في أماكنها.
تشير المنبهات الكيميائية إلى اكتمال عملية الإصلاح الجيني، وتأخذ تلك العملية قرابة 15 دقيقة عند بكتيريا الإشريكيا القولونية، في حين يستغرق تعرف البروتين على الحمض النووي المرصاف قرابة تسع دقائق من مدة عملية الإصلاح، ويكمن ذلك السر المدهش في بنية خط بروتينات التهجين النووية، وامتداده عبر الخلية ممسكًا بالصبغي، باحثًا عن التسلسل المماثل.
قد تبدو هذه الطريقة غير فعالة كفاية، إذ تشبه صعود الدرجات ونزولها بحثًا عن كتاب مطابق للرقم الموجود في الدليل.
يوضح عالم الأحياء الجزيئية «آرفيد غينا» أن اندماج نهايات الحمض النووي مع هذه الألياف يمكّن أي جزء من الخيط من التعرف على الشريط المرصاف الصحيح، وهكذا يصبح البحث نظريًا في بُعدين بدلًا من ثلاثة، ويضيف أن النموذج يقترح أن تلك العملية هي مفتاح سرعة الإصلاح المتماثل ونجاحه.
مع أن البحث أجري على بروتينات التهجين الخاصة بالبكتيريا، فإن هذه البروتينات متشابهة جدًا بين الإنسان وكل الكائنات الحية في المحيط الحيوي.
سيمكّن فهم عملية الإصلاح تلك الباحثين من معرفة مواضع الخطأ في إصلاح حمضنا النووي، ما سيفتح الآفاق لمعرفة أصل أمراض مثل السرطان.
اقرأ أيضًا:
علماء يقومون للمرة الأولى بتصوير بكتيريا وهي تقوم بالتقاط DNA من بكتيريا ميتة
اكتشاف العملية المعقدة لإصلاح الحمض النووي
ترجمة: هادي سلمان قاجو
تدقيق: وسام عمارة
