الدموع لا تتدفق من تلقاء نفسها - علماء معهد وايزمان يكشفون الآلية المدهشة التي يفرز بها اللعاب والدموع والعصارات الهضمية
عندما نرى حلوى شهية، أو نقضم تفاحة، أو ننفجر بالبكاء، تفرز الخلايا في الجسم سوائل خاصة: اللعاب، أو العصارات الهضمية، أو الدموع. لقد تمت دراسة الطرق التي يتم بها إفراز هذه السوائل والمواد الأخرى من خلايا الجسم لمدة قرن تقريبًا، كما تم وصفها بالتفصيل في الكتب المدرسية. وما زال د أوري أفينعام والبروفيسور بن صهيون شيلوه يعتقد معهد وايزمان للعلوم أن الأوصاف الكلاسيكية كانت غير موجودة.
عندما تفرز الخلية مواد، سواء كانت فضلات أو هرمونات أو ناقلات عصبية، فإنها تفعل ذلك باستخدام فقاعات صغيرة تسمى الحويصلات. تندمج هذه الحويصلات مع غشاء الخلية بالطريقة التالية: يصبح غلافها الغشائي جزءًا من غشاء الخلية، بينما تتسرب محتوياتها إلى خارج الخلية. يصف هذا الوصف الكلاسيكي بأمانة آلية الإفراز التي تتضمن فقاعات صغيرة يبلغ قطرها أقل من 100 نانومتر (جزء من المليار من المتر)، ولكن الخلايا التي تسمى "الإفرازات المهنية" - على سبيل المثال تلك التي تفرز الإنزيمات الهاضمة أو المرطبات أو مواد التشحيم - يحزمون حمولتهم في فقاعات أكبر 100 مرة يصل قطرها إلى 10 ميكرون (جزء من المليون من المتر). يكون إفراز هذه الفقاعات أبطأ بكثير ويستمر لمدة دقائق، على عكس أجزاء من الألف من الثانية في حالة الفقاعات الصغيرة. هذه الفقاعات "العملاقة" هي في الواقع أكثر اقتصادا وكفاءة من أخواتها الصغيرة عندما يتعلق الأمر بإفراز مادة بكميات كبيرة، ولكن هل تفرز محتوياتها باستخدام نفس الآلية المألوفة؟
يقوم مختبر البروفيسور شيلوه في قسم الوراثة الجزيئية بدراسة الغدد اللعابية ليرقات ذبابة الفاكهة كنموذج لإفراز المواد الكروية الكبيرة. يقوم مختبر الدكتور أفينعام من قسم العلوم الجزيئية الحيوية بدراسة آليات إعادة تشكيل غشاء الخلية باستخدام تقنيات التصوير المتقدمة. وفي محادثات مشتركة، افترض العالمان أن آلية الإفراز المعروفة والمعروفة ربما لا تناسب وصف الإفراز من الحويصلات الكبيرة، إذ أنه إذا اندمج غلاف هذه الحويصلات مع غشاء الخلية، فإن الخلية سوف تنتفخ وتنتفخ. تشوه، وفي مرحلة ما حتى تتوقف عن العمل.
ولحل اللغز، تعاونت البروفيسور شيلا والدكتور أفينعام مع الدكتور كماليش كوماري، باحث ما بعد الدكتوراه في كلا المختبرين، والذي قاد البحث. استخدم العلماء التصوير بالمجهر الإلكتروني ثلاثي الأبعاد مع طرق تصوير أخرى لفحص الخلايا الإفرازية في كل من الغدد اللعابية ليرقات ذبابة الفاكهة وبنكرياس الفأر. وشارك في الدراسة نداف شير، وتوم بيتون، والدكتور إيل شيشتر.
يقول الدكتور أفينعام: "لقد اكتشفنا أن الفقاعات الكبيرة، على عكس الفقاعات الصغيرة، تفرز مواد من خلال آلية لم تكن معروفة حتى الآن، وهي آلية مختلفة تمامًا عن تلك الموصوفة في الكتب المدرسية". في الواقع، اكتشف الباحثون أنه عندما تلتصق الفقاعات الكبيرة بغشاء الخلية، فإنها لا تندمج معه على الإطلاق، بل تطلق محتوياتها بطريقة مختلفة - تشبه الطريقة التي يتم بها تفريغ كرة البحر المتضخمة ثم ضغطها مرة أخرى إلى داخلها. حقيبة؛ في اللغة الإنجليزية، أرفق العلماء كلمة "تجعد" بالآلية - سحق أو تجعد. وكشفت تجاربهم أن شبكة من البروتينات تسمى الأكتوميوسين تغلف الفقاعة، وتسحق، وتفتت، وتضغط محتوياتها خارج الخلية من خلال فتحة ضيقة - كل ذلك مع الحفاظ على انفصال الفقاعة عن غشاء الخلية. يتم بعد ذلك إرسال الآلات الجزيئية الخلوية إلى الموقع لإنتاج آلاف الفقاعات الصغيرة من القشرة المجعدة لإعادة تدوير مكوناتها.
يقول البروفيسور شيلا: "تفتح هذه النتائج اتجاهات جديدة للبحث فيما يتعلق بالإفرازات من الخلية التي تتم باستخدام فقاعات كبيرة، مع التركيز على الآليات التي تحافظ على سلامة غشاء الخلية أثناء الإفراز". وبما أنه تم اكتشاف الآلية الجديدة في يرقات ذبابة الفاكهة وفي الثدييات، يتوقع العلماء أنها موجودة أيضًا في البشر وقد تكون متورطة في تطور أمراض مختلفة. يوضح الدكتور كماليش: "من المحتمل جداً أن تكون العيوب في آلية سحق الفقاعة مرتبطة بالأمراض التي يكون فيها نقص في الإفرازات، على سبيل المثال متلازمة جفاف العين أو عند وجود إفرازات زائدة، مثل التليف الكيسي. وقد تلعب مثل هذه العيوب أيضًا دورًا في الأمراض التي تصيب الأسطح الداخلية للجسم والتي تتطلب تزييتًا مستمرًا، مثل البطانة الداخلية للجهاز الهضمي على سبيل المثال.
بألوان زاهية
في المدرسة الثانوية في حيفا، تجاوز الدكتور أوري أفينعام الحدود وانتقل من كرسي الطالب إلى خلف مكتب المعلم. حدث ذلك عندما مرضت معلمة الأحياء أثناء الاستعدادات للتسجيل وطلب الطلاب من أوري أن تحل محلها؛ وغني عن القول أن المعلم لم يعترض. يقول: "كان من الطبيعي جدًا بالنسبة لي أن أدرس وأدرّس علم الأحياء".
أثناء دراسته للحصول على درجة البكالوريوس في علم الأحياء والكيمياء الحيوية في التخنيون، كان مفتونًا بأغشية الخلايا والأغشية البيولوجية الأخرى الضرورية لوجودنا، وكان يبحث عن تدريب صيفي يساعده على فهم العلاقات المتبادلة بين الأغشية والبروتينات جزءا لا يتجزأ منها. وفي المختبر الذي انضم إليه أخيرًا، اندهش عندما رأى لأول مرة خلايا متوهجة بألوان فسفورية باستخدام الفلورسنت، وهي طريقة جديدة نسبيًا في علم الأحياء. ويوضح قائلاً: "هذا المنظر محفور في ذاكرتي".
أثناء دراسته في مسار مباشر للدكتوراه في التخنيون، ومن ثم في دراسات ما بعد الدكتوراه في المختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية في هايدلبرغ، ألمانيا، وجد الدكتور أفينعام طريقة للجمع بين سحر المجالين: بدأ في دراسة الأغشية باستخدام طرق التصوير المتقدمة.
في مختبره في معهد وايزمان للعلوم، يدرس الدكتور أفينعام أغشية الخلايا باستخدام التألق، وكذلك المجهر الإلكتروني وغيرها من الأساليب المتقدمة. ويركز على العمليات المتعلقة باندماج الخلايا ونقل الشحنات الجزيئية عبر الأغشية، كما تتجلى، على سبيل المثال، في اندماج الخلية المنوية مع البويضة، أو في تطور العضلات الهيكلية أو في إفراز المواد من الخلية من خلال الحويصلات المغلفة بالغشاء.
يعيش الدكتور أفينعام في حرم المعهد مع شريكه يوفال، مهندس الطيران، ومع توأمهما البالغ من العمر ثلاث سنوات - صبي وفتاة.
اخرى بخصوص موضوع موقع العلوم :
