واكتشف علماء المعهد مشاركة مفاجئة للمخاط المعوي في عملية امتصاص النحاس، وهو معدن ضروري لأجسامنا، مثل الحديد والزنك، ولكنه قد يكون خطيرا.
إن المخاط الذي يغطي الجدران الداخلية لبعض أعضائنا ليس مجرد طبقة لزجة تفتقر إلى الخصائص، بل هو مادة ذكية تعرف كيف تحمي الأنسجة وتغذيها. على سبيل المثال، يقوم مخاط الرئة بتصفية الكائنات الحية الدقيقة الضارة مع السماح بمرور الغازات الأساسية للتنفس. في الأمعاء، هناك نوع آخر من المخاط يغطي مساحات كبيرة، مما يمنع مسار المواد غير المرغوب فيها بينما يسمح بالمرور السلس للمواد الغذائية والسوائل. لقد اكتشفوا ذلك مؤخرًا وجد العلماء في معهد وايزمان للعلوم أن المخاط الموجود في الأمعاء مسؤول عن إجراء مهم آخر وغير متوقع: فهو يساعد في الامتصاص الآمن للنحاس - وهو معدن ضروري لأداء الجسم الطبيعي، ولكنه قد يكون سامًا.
تم الكشف عن هذا الاكتشاف عندما قام فريق بحثي في مختبر البروفيسور. ديبورا باس ومن قسم البيولوجيا الإنشائية والكيميائية، عمل على فك رموز بنية المكون الرئيسي في المخاط - بروتين الميوسين. كان تحدي فك التشفير صعبًا بشكل خاص نظرًا للحجم الكبير لجزيئات الميوسين - وهي واحدة من أكبر الجزيئات في جسم الإنسان - والتي تتحد معًا لتشكل هياكل أكبر يبلغ طولها 2.5 سم، والتي تمنح المخاط قدراته المتنوعة والزلقة. وفي عملية فك رموز البنية، فوجئ الباحثون باكتشاف مجموعة من الأحماض الأمينية، التي تبدو وكأنها موقع ربط معدني - وهو دليل محتمل على المشاركة غير المعروفة للمخاط في عملية التمثيل الغذائي في الجسم. قام الباحثون بتعريض بروتين الميوسين لمجموعة متنوعة من المعادن، ولم يمض وقت طويل حتى توصلوا إلى الاستنتاج: إنه موقع ربط للنحاس.
إن أهمية النحاس - الموجود في المأكولات البحرية والأسماك والمكسرات والشوكولاتة الداكنة - أقل شهرة لدى الجمهور من المعادن الأخرى، مثل الحديد والزنك، ولكن هذا المعدن ضروري أيضًا لحسن سير عمل أجسامنا. بالاشتراك مع الإنزيمات المختلفة، يسمح النحاس للخلايا بإنتاج الطاقة، ويساهم في تكوين الأنسجة الضامة، ويمهد الطريق لنمو أوعية دموية جديدة، وله العديد من الوظائف الأخرى. لكن النحاس يمكن أن يضر الجسم أيضًا. نفس الخاصية التي تسمح لأيونات النحاس بنقل الإلكترونات الضرورية للتفاعلات الكيميائية الحيوية بسهولة، تحمل أيضًا خطرًا: نقل الإلكترونات إلى جزيئات الأكسجين وإنشاء جذور حرة ضارة بالخلايا.
يقول البروفيسور فاس: "تتمثل مهمة الجسم في نقل الكمية المطلوبة من النحاس من الطعام الذي نتناوله إلى الأماكن التي تحتاج إليها في الجسم - دون السماح لأيونات النحاس بإحداث الفوضى على طول الطريق". فهل يمكن أن يساعد المخاط الجسم في هذه المهمة؟
قادت نافا ريزنيك، طالبة البحث في مختبر البروفيسور فاس، التجارب المصممة لاختبار الفرضية. باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية، اكتشف ريسنيك أن بروتين المخاط الموجود في الأمعاء لا يحتوي في الواقع على موقع ربط واحد للنحاس، بل موقعين: أحدهما لأيونات النحاس ذات الشحنة الموجبة المزدوجة - Cu2+ - تكوين النحاس الذي يتم الحصول عليه من الطعام الذي نتناوله، بينما الآخر هو لأيونات النحاس ذات الشحنة الموجبة الواحدة - Cu+ – التكوين الذي يدخل إلى خلايا الجسم .
وافترض الباحثون أن بروتين الميوسين الموجود في الغشاء المخاطي للأمعاء يربط أيونات النحاس القادمة من الطعام ويساعد على تحويلها إلى التكوين اللازم للجسم، وهو النحاس بشحنة موجبة واحدة، أي عن طريق امتصاص إلكترون واحد. كما أنه يحتفظ بالأيونات المحولة معه وبالتالي يمنعها من إطلاق الإلكترون الذي تلقته للتو في المكان الخطأ. يقول ريزنيك: "يمنع الميوسين النحاس من العمل بحرية في الجسم وإتلاف الأنسجة".
وفي تجارب تهدف إلى تأكيد هذه الفرضية، أظهر الفريق أن البروتين يمنع الضرر الذي يمكن أن يحدث للخلايا نتيجة التعرض للنحاس، بينما يسمح في الوقت نفسه للخلايا التي تحتاج إليه بامتصاصه بأمان. وعلى الرغم من أن التجارب أجريت في معدات المختبرات، إلا أن الباحثين يعتقدون أن العمليات المكتشفة تعكس بأمانة ما يحدث داخل الجسم.
مثل شخص بالغ مسؤول يرافق سائقًا جديدًا، يرافق بروتين الميوسين الموجود في الأمعاء أيونات النحاس المعرضة للكوارث بمجرد دخولها الجسم ويضمن سلوكها بشكل صحيح في طريقها إلى الأماكن التي تحتاج إليها - وربما يكون الأمر كذلك ليس فقط أنسجة الجسم، ولكن أيضًا البكتيريا الموجودة في الأمعاء والتي تحتاج أيضًا إلى النحاس من أجل البقاء. يقول البروفيسور فاس: "من المعروف منذ عقود عديدة أن النحاس داخل الخلايا يكون مصحوبًا بشكل وثيق بالبروتينات، ولكن حتى الآن لم يفكر أحد في التساؤل عما يحدث لهذا المعدن عندما يدخل الجسم لأول مرة".
الأطعمة الغنية بمضادات الأكسدة، مثل الشاي الأخضر أو التوت، هي الكلمة الأخيرة في مجال التغذية، ويبدو أن مخاطنا يتجه نحونا على هذه الجبهة أيضًا. يعتقد الباحثون أنه من خلال ربط أيونات النحاس، يمنع المخاط في الواقع دورة تدفق ضارة للإلكترونات من مضادات الأكسدة إلى أيونات النحاس ومن هناك إلى جزيئات الأكسجين وإنشاء الجذور الحرة التي تلحق الضرر بالأنسجة.
لا يحظى مخاطنا دائمًا بالتقدير والاهتمام البحثي الذي يستحقه، لكن النتائج الجديدة تمهد الطريق لمزيد من الدراسات حول خصائص المخاط ومشاركته في الحالات الطبية المختلفة التي تتميز بنقص المعادن الخطير والمهدد للحياة. على سبيل المثال، شارك البروفيسور فاس وريسنيك مؤخرًا في مؤتمر علمي حول دور النحاس في عملية التمثيل الغذائي لدى الإنسان. وكان من بين المشاركين أيضًا طفل يعاني من إعاقة شديدة بسبب نقص النحاس وعالم يدرس الآليات الجزيئية المرتبطة بحالته. يقول البروفيسور فاس: "لقد أوضح لنا المؤتمر كيف يمكن أن تكون المشاكل الأيضية الملموسة المتعلقة بالنحاس، ليس فقط كمشكلة في علم وظائف الأعضاء البشرية ولكن في الواقع كحالة صحية". "عندما نفهم بشكل أفضل كيف يعبر النحاس الطبقة المخاطية ويتم امتصاصه في الخلايا، قد نكون قادرين على تطوير طرق أفضل لتوجيه النحاس إلى الأنسجة التي تحتاج إليه ومساعدة المرضى."
كما شارك في الدراسة غابرييل شافيت، والدكتور طال إيلاني، ونوا آنا نايرنر من قسم الأحياء الهيكلية والكيميائية؛ والدكتور سيمون بيشيليفيتش والدكتور ديفيد جوتشمان من قسم الوراثة الجزيئية؛ يائيل فريدمان سركيس من قسم البنى التحتية لأبحاث علوم الحياة؛ والدكتورة أناستاسيا جالو والبروفيسور كاثرين جي فرانتز من جامعة ديوك في ولاية كارولينا الشمالية بالولايات المتحدة الأمريكية؛ البروفيسور كيلي إن تشاكون من كلية ريد في ولاية أوريغون بالولايات المتحدة الأمريكية والدكتورة كاثرين في. راش من كلية ريد وجامعة أوريغون للصحة والعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
