كيف تغلب التطور على عدم النظام في تخزين المعلومات الوراثية عند الانتقال من البكتيريا إلى كائنات أكثر تطورا؟
ونقل عن جاك مونو، عالم الأحياء الفرنسي الحائز على جائزة نوبل عام 1965، والذي اكتشف نظام التحكم الوراثي في بكتيريا الإشريكية القولونية، قوله: "إن كل اكتشاف حول الإشريكية القولونية ينطبق بالضرورة على الأفيال أيضًا". بافتراض أن مونو كان على حق، كيف يمكن أن تكون المعلومات الوراثية في البكتيريا منظمة بشكل مختلف تمامًا عنها في الفيلة أو الطاووس أو البشر؟
تُعرف طريقة تنظيم المعلومات الوراثية في البكتيريا باسم "خرز على خيط": فالجينات التي تشارك في نفس العملية البيولوجية الخلوية تنتظم الواحدة تلو الأخرى على طول شريط الحمض النووي - على غرار المسبحة - وتشكل خلية وظيفية واحدة. الوحدة التي تم تسميتها "Operon". عند الحاجة، يتم نسخ هذه الجينات معًا وتكوين جزيء RNA طويل الرسول. "إن الطريقة المستخدمة في البكتيريا لتنظيم المعلومات الوراثية هي وسيلة ممتازة لضمان التعبير عن الجينات الصحيحة في الوقت المناسب"، يوضح البروفيسور. جيفري جيرست من قسم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم ميزة التشغيل.
ومع ذلك، على عكس البكتيريا، التي هي مخلوقات بدائية النواة، أي أنها تفتقر إلى نواة الخلية والعضيات المتمايزة، فإن الكائنات حقيقية النواة - من الخميرة إلى الإنسان - تخزن معلوماتها الوراثية في نواة الخلية. على عكس العمليات البكتيرية جيدة التنظيم، تنتشر الجينات في نواة الخلية على كروموسومات مختلفة، وأحيانًا بدون ترتيب أو منطق مرئي. كيف إذن يتم التعبير عن الجينات المطلوبة لنفس العملية الخلوية، ولكنها موجودة في كروموسومات مختلفة؟ "بالمقارنة مع الترتيب البكتيري البسيط نسبيا، فإن شكل التنظيم الجيني في حقيقيات النوى فوضوي إلى حد ما. لذلك، لا بد من إيجاد تفسير آلي سمح لهذه الأشكال من الحياة بالتطور والازدهار رغم ما يسمى بالفوضى"، يضيف البروفيسور غيرست.
ومن أجل تحديد هذه الآلية، استخدم البروفيسور غيرست وفريق بحثي بقيادة باحثة ما بعد الدكتوراه الدكتورة روهيني ناير وطالب البحث في ذلك الوقت الدكتور دميتري زابرزينسكي، خميرة الخبز - وهي كائن حقيقي النواة وحيد الخلية تم استخدامه من قبل البشر لسنوات عديدة - ليس فقط في تحضير المعجنات والمشروبات المسكرة، ولكن أيضًا كنموذج لدراسة العمليات الخلوية المحفوظة تطوريًا. استخدم فريق البحث طريقة تم تطويرها مسبقًا في مختبر البروفيسور غيرست لالتقاط جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) من خلال ترسيب البروتينات التي ترتبط بهذه الجزيئات أثناء خروجها من نواة الخلية. هكذا وتمكن الباحثون من تحديد موقعه لأول مرة حزم من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA)، ينشأ كل منها من كروموسوم مختلف، ولكن كان المقصود منها ترجمتها إلى بروتينات تشارك في نفس العملية البيولوجية. يوضح البروفيسور جيرست: "أطلقنا على هذه الحزم اسم "الترانسبيرونات" - وهي جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) التي تنشأ من كروموسومات مختلفة، ولكنها تعمل كنوع من الوحدة الوظيفية الواحدة، على غرار الأوبون البكتيري".
من أجل وضع فرضية الترانسفيرون تحت الاختبار، قام الدكتور ناير بتعريض خلايا الخميرة لظروف حرارة غير طبيعية من أجل تحفيز "استجابة ضربة الشمس" فيها - وهي عملية خلوية عالمية تتضمن عدة بروتينات مختلفة. كانت النتائج متسقة مع الفرضية: جزيئات الحمض النووي الريبوزي المرسال تحمل التعليمات لتكوين بروتينات الصدمة الحرارية، مجمعة معًا لتكوين الترانسفيرون.
علاوة على ذلك، اكتشف الباحثون أنه من أجل إنتاج حزمة الحمض النووي الريبوزي (RNA) اللازمة للتعامل مع الحرارة، قامت خلايا الخميرة بتغيير بنية الحمض النووي الخاص بها بحيث تكون الجينات ذات الصلة الموجودة على الكروموسومات المختلفة قريبة ماديًا من بعضها البعض. بهذه الطريقة، يفترض الباحثون أن الخلايا حقيقية النواة تتأكد من أن الجينات المشاركة في عملية معينة سيتم إسكاتها بشكل أو بآخر في نفس الوقت وستجد نفسها في نفس حزمة الحمض النووي الريبي (RNA). ويضيف البروفيسور غيرست: "عندما عطلنا عمل البروتينات التي تساعد على تجميع جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) معًا، انفصلت عن الحزمة وتضررت العملية الخلوية التي كانت مخصصة لها".
تشير هذه النتائج إلى احتمال أن تكون الخلايا حقيقية النواة قد طورت أثناء التطور نوعًا من لعبة "السكتة الدماغية" الجينية: فهي تستخدم نفس "الحروف" - أي جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال الناشئة من الجينات الموجودة على كروموسومات مختلفة - لإنشاء "كلمات" مختلفة. "، أي تحويلات مختلفة. وبهذه الطريقة، يمكن للكائنات حقيقية النواة توسيع ذخيرتها الوظيفية والتطور إلى أشكال حياة معقدة - من الفطريات إلى البشر - وفي الوقت نفسه تحافظ على درجة معينة من السيطرة على هذه العمليات، على غرار أسلافها البكتيرية القديمة.
إذا كان الأمر كذلك، فربما كان تأكيد مونو بشأن الأفيال والبكتيريا مبالغًا فيه بعض الشيء، ولكن يبدو الآن أن الأفيال، مثل غيرها من الكائنات المتطورة، لديها نظير لآلية الأوبون البكتيرية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
