اكتشف باحثون في كلية الأحياء في التخنيون آلية تحمي الضفدع الأسترالي من البكتيريا المعادية
تمكن باحثون في كلية الأحياء في التخنيون من فك شفرة التركيب ثلاثي الأبعاد، على المستوى الذري، لببتيد مضاد للبكتيريا يسمى Uferin 3.5، والذي يتم إفرازه على جلد الضفدع الأسترالي كجزء من جهازه المناعي، واكتشفوا أن فهو يخلق، عن طريق التنظيم الذاتي، بنية ليفية فريدة من نوعها. أبعد من ذلك اكتشفوا أن الألياف الميزة الخاصة هي آلية تعديل هيكلية متطورة توفر للضفدع حماية نشطة في حالة وجود البكتيريا التي تهاجمه. إن فهم بنية هذا الببتيد وآلية عمله قد يساعد في تطوير أدوية مضادة للجراثيم فعالة ومستقرة يتم تنشيطها فقط في وجود البكتيريا. البحث المنشور في مجلة PNAS كان بقيادة البروفيسور ميتال لانداو، د. نير ساليناس و د. إيناف طيب فليجلمان أثناء التعاون مع زملائهم في إسرائيل وإسبانيا.
يشبه هيكل الألياف المضادة للبكتيريا من الضفدع ألياف الأميلويد المعروفة في عالم الطب في سياق الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون. وفي هذه الأمراض تتراكم ألياف الأميلويد في الدماغ وتسبب تلف وظائف الدماغ تدريجياً. ومع ذلك، أصبح من الواضح في السنوات الأخيرة أن بعض ألياف الأميلويد يمكن أن تلعب أدوارًا مختلفة لصالح الكائن الحي الذي ينتجها، بدءًا من البشر وانتهاءً بالميكروبات. على سبيل المثال، تنتج بعض البكتيريا مثل هذه الألياف كسلاح تستخدمه لتدمير خلايا الكائن الحي المضيف.
تعتبر مجموعة أبحاث البروفيسور لانداو مسؤولة عن أحد الإنجازات في هذا الصدد - أول فك رموز البنية ثلاثية الأبعاد لألياف الأميلويد البكتيرية. نشر البروفيسور لانداو البنية الجديدة، التي تسمى cross-α، في مجلة Science في عام 2017. وفي نفس المقالة، تم تقديم ألياف الأميلويد في بكتيريا Staphylococcus aureus ووظيفتها كسلاح ("السهم السام") الذي يزيد من تم وصف عنف البكتيريا ضد جهاز المناعة.
تصف الآلية التي يقترحونها حاليًا الببتيد المضاد للبكتيريا المفرز على جلد الضفدع في تكوين "خامل" غير نشط ضد البكتيريا، حيث تنتظم جزيئات الببتيد في ألياف أميلويد من النوع المتقاطع. تتميز بالثبات العالي وبالتالي الحفاظ عليها بشكل جيد. تشكل هذه الألياف "خزانًا" من جزيئات الهجوم المحتملة التي تنشأ عند الحاجة. عند تعرضها للبكتيريا، تتلامس تلك الببتيدات مع جزيئات الدهون في أغشية خلايا البكتيريا، ونتيجة لذلك يحدث تغير هيكلي وتتحول الألياف إلى تكوين متقاطع α - وهو نفس التكوين الذي اكتشفته المجموعة البحثية في عام 2017. هذا التغيير يحول الألياف للحصول على سلاح فتاك يقضي على البكتيريا التي تهاجم جلد الضفدع. يقول البروفيسور لانداو: "هذه آلية دفاعية متطورة لدى الضفدع، والتي يتم تنشيطها بواسطة البكتيريا نفسها التي تهاجمه". "هذا مثال فريد من نوعه للتصميم التطوري للتغيير في البنية فوق الجزيئية للتحكم في النشاط."
وبما أن الببتيدات المضادة للميكروبات موجودة في جميع ممالك عالم الحيوان، فهناك أساس لافتراض أنها تم إنشاؤها في مراحل مبكرة من التطور، وأنها سلاح شائع في الطبيعة. يساهم هذا البحث بشكل كبير في فهم آليات عمل الببتيدات المضادة للميكروبات المبتكرة، والتي لا تشارك فقط في تثبيط الالتهابات البكتيرية ولكن أيضًا في قتل الخلايا السرطانية. علاوة على ذلك، يساهم هذا الاكتشاف في فهم أعمق للدور الفسيولوجي وخصائص ألياف الأميلويد المرتبطة بالأمراض التنكسية العصبية.
ويأمل الباحثون أن يؤدي هذا الاكتشاف العلمي إلى تطبيقات طبية وتكنولوجية، جزئيًا في سياق المعركة المعقدة ضد تطور مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية. في تقديرهم، من الممكن أن تكون آلية التعديل المتطورة لببتيد الضفدع مصدر إلهام للتطور الببتيدات الاصطناعية والتي ستكون أكثر فعالية واستقراراً من العلاجات الموجودة في القضاء على الالتهابات البكتيرية الضارة والخطيرة، ولتغطية مستقرة للأجهزة الطبية والمزروعات والمعدات الصناعية، والتي لن يتم تفعيلها إلا في حالة وجود البكتيريا.
البروفيسور لانداو هو عضو هيئة تدريس في كلية الأحياء والغذاء وعضو في EMBL – المختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية في هامبورغ، ألمانيا.
