اكتشف باحثون من جامعة تورنتو أن نظامًا دقيقًا مؤلفًا من خيوط وديناميكا قطيرات سائلة ووصلات بروتينية، يتيح إصلاح بعض من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) التالف في أنوية الخلايا. تناقض هذه النتائج الاعتقاد السائد بأن الحمض النووي المتكسر يطفو بلا هدف، وتسلّط الضوء على الأبحاث المتقاطعة بين اختصاصَي البيولوجيا والفيزياء.
يضمن إصلاح الحمض النووي ثبات الجينوم، ما يتيح للخلايا أداء وظيفتها وتعزيز صحة جميع الكائنات الحية، وتُعَد القطع المتكسرة من الحمض النووي مزدوج الشريط Double-strand شديدة السُمِّية للخلايا، وقد افترض الباحثون سابقًا أنها تطفو داخل النواة دون توجه محدد، إلى أن تحرّض تغيرات خلوية أخرى أو تخضع لآلية إصلاحية.
بدأ هذا التفكير يتغير سنة 2015، عندما أظهر فريق من الباحثين إمكانية انتقال الحمض النووي التالف بواسطة ناقلات بروتينية حركية إلى مواقع استشفاء للحمض النووي، غنية بعوامل إصلاحية محددة في النواة، بعد ذلك بينت الأبحاث المشتركة مع مهندسي طيران في جامعة تورنتو أن الحمض النووي يُنقَل للإصلاح إذا تعرض لأي تكسّر مزدوج الشريط، عبر طرق سريعة طويلة مؤلفة من نبيبات دقيقة مشابهة للخيوط المتحركة.
راقب الباحثون خلايا خمائرية تتضمن عدة تكسرات مزدوجة الشريط للحمض النووي، ووجدوا أن التنسيق بين أنواع قصيرة من الخيوط النبيبية الدقيقة وقطيرات مشابهة للسوائل مؤلفة من بروتينات إصلاحية للحمض النووي يتيح إنشاء مركز لإصلاح الحمض النووي وتفعيله.
صرح كريم ميخائيل Karim Mekhail، أستاذ الطب المخبري والبيولوجيا المرضية في جامعة تورنتو: «تتعاون القطيرات السائلة مع النبيبات الدقيقة داخل النواة لتعزيز تجمع مواقع الحمض النووي التالف. تتجمع بروتينات الإصلاح في المواقع المختلفة ضمن قطيرات، تندمج ضمن قطيرة أكبر تمثل مركز إصلاح، بمعاونة النبيبات الدقيقة النووية القصيرة».
بعد ذلك تعمل هذه القطيرة الزيتية الكبيرة مثل عنكبوت، مطلقةً شبكة من خيوط في شكل نجمة، ترتبط بالطرق السريعة الطويلة لتمكين انتقال الحمض النووي عبرها إلى المشافي.
لجأ ميخائيل إلى مساعدة ناصر أشغريز Nasser Ashgriz، أستاذ الهندسة الميكانيكية والصناعية بجامعة تورونتو، لقياس دور القطيرات في عملية الإصلاح واستعيابه. أمد ميخائيل أشغريز بمقاطع فيديو للقطيرات، وأكد الأخير مساهمة ديناميكا السوائل في تلك العملية، لكن التكامل بين قسمي البيولوجيا والفيزياء لم يكن سهلًا. يقول أشغريز: «إن استيعاب عملهم كان شديد الصعوبة في البداية، بسبب اختلاف المصطلحات».
وبعد شهور من المباحثات والتجارب، أشارت المحاكاة الحاسوبية إلى تحرك الخيوط القصيرة مثل المكابس، خافضةً الضغط في البلازما النووية، ومشكلةً تأثيرًا ماصًّا يؤدي إلى اندماج القطيرات، وأكد ميخائيل وفريقه هذه النتائج مخبريًّا.
يقول أشغريز: «عندما نتعمق عادةً في تفاصيل مجال معين، فإننا نغفل عن بعض هذه التفاصيل، لكن اجتماع عدد من الأشخاص لكل منهم منظور مختلف يعزز الاستيعاب، ويُعَد هذا العمل مثالًا جيدًا على ذلك».
كشف ميخائيل وفريقه أيضًا عن خصائص إضافية مهمة للقطيرات الإصلاحية، بالتعاون مع فريق من قسم الكيمياء الحيوية بجامعة تورونتو، إذ أخضعوا معًا القطيرات لعدة اختبارات، وبمراقبة سلوكها تبين أنه متماثل كثيرًا في طبق بتري وفي الخلايا على حد سواء.
وقد حصلوا على نتائج مفاجأة بعد عدة دورات من دمج القطيرات، وصفها ميخائيل بأنها كانت غريبةً للغاية وغير متوقَعة أبدًا، إذ لاحظوا أن القطيرات الكبيرة تبدأ تكثيفًا داخليًّا للبُنى الأولية للخيوط، محفزةً إنشاء نوع من الطرق المتشابكة، تسمح -إلى جانب الشبكات العنكبوتية- بارتباط الحمض النووي بخيوط الطرق السريعة الطويلة.
يقول ميخائيل إنه من السهل ألا نلاحظ العملية المعقدة عند النظر لمواقع تخرُّب الحمض النووي، ويرجع ذلك إلى الاعتماد على التصوير الآلي في هذا المجال، إذ تُستخدم أكثر البرمجيات لتقصي ما لوحظ بالفعل من قبل، ويشير إلى وجوب عدم الاعتماد على طرق المراقبة القديمة، وأننا في حاجة إلى تحديث برمجياتنا، إضافةً إلى النظر بالعين البشرية، مع الاسترشاد بالمحاكاة عند الضرورة.
اقرأ أيضًا:
الحمض النووي الريبوزي (الريبي) RNA
ما هو الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA ؟
ترجمة: سارة وقاف
تدقيق: أكرم محيي الدين
