تم اكتشاف مكون غامض في البكتيريا كخط دفاع أخير ضد العدوى الفيروسية

وإلى جانب حل لغز عمره 36 عاما، حدد علماء معهد وايزمان للعلوم آلاف الأنواع من هذه المكونات، والتي يمكن استخدامها في تحرير الجينات

تم اكتشاف جزيئات غامضة، هجينة نصفها RNA ونصف DNA، في البكتيريا منذ 36 عامًا بالفعل، ولكن على الرغم من الأبحاث المكثفة المخصصة لها - حتى الآن لم يتم اكتشاف دور هذه المكونات الغريبة التي تسمى الريترونات. في المقالة نشرت اليوم في المجلة العلمية الموبايل تقرير علماء معهد وايزمان للعلوم عن حل اللغز: الريترونات هي جزء من الجهاز المناعي للبكتيريا وهي خط الدفاع الأخير الذي يهدف إلى منع انتشار العدوى الفيروسية إلى المستعمرة بأكملها. إلى جانب الكشف عن آلية جديدة للبكتيريا للحماية من الالتهابات الفيروسية - وهي آلية تذكرنا باستراتيجية مشابهة جدًا في النباتات - اكتشفت الدراسة آلافًا من الريترونات الجديدة التي قد تثري أدوات التحرير الجيني.

مختبر البروفيسور صفارات روتيم وفي قسم الوراثة الجزيئية في المعهد، يتخصص في استراتيجيات الدفاع البكتيري. لم يكن الغرض من الدراسة الحالية، التي قادها طلاب البحث آدي ميلمان وأبيجيل ستوكر-أفيهيل، جنبًا إلى جنب مع باحث ما بعد الدكتوراه الدكتور أودي بيرنهايم، هو حل لغز الريتروترون - ففي مختبر البروفيسور شورك كانوا مشغولين بالبحث عن مكونات جديدة للجهاز المناعي للبكتيريا، وخاصة تلك التي تساعدها على مقاومة الفيروسات. وقد أصبح هذا البحث أسهل وأبسط في الآونة الأخيرة، حيث اكتشفوا أن جينات الجهاز المناعي تميل إلى التجمع في "جزر الدفاع" في الجينوم البكتيري. لذلك، عندما حدد الباحثون البصمة الفريدة للريتروترون في مثل هذه الجزيرة التي لا حول لها ولا قوة، قرروا الوصول إلى جذر الأمر.

كشف اختبار أولي أن الريترون الذي حددوه متورط بالفعل في حماية البكتيريا من العاثيات، وهي فيروسات متخصصة في إصابة البكتيريا. وعندما فحص الباحثون عن كثب الريترونات الإضافية التي تقع أيضًا بالقرب من الجينات المرتبطة بالجهاز المناعي للبكتيريا، اكتشفوا أن هذه المناطق من الجينوم مرتبطة دائمًا - جسديًا ووظيفيًا - بجين آخر؛ عندما تحور الجين الإضافي أو الريترون، ضعفت قدرة البكتيريا على مكافحة العدوى الفيروسية. دفعت هذه النتائج الباحثين إلى البحث عن مجمعات إضافية من الريترونات في جزر الدفاع. وفي النهاية، تمكنوا من التعرف على حوالي 5,000 ريترون في جزر دفاعية مختلفة للعديد من الأنواع البكتيرية، والتي لم يكن الكثير منها معروفًا من قبل.

ولاختبار ما إذا كان الإجراء الوقائي هو سمة عامة لهذه الهجينة، قام الباحثون بزرع العديد من الريترونات، كل منها بدوره، في بكتيريا مختبرية خالية من الريترونات. وكما هو متوقع، قامت الـ Retrotrons بحماية البكتيريا من العدوى الفيروسية.

لفهم تفاصيل آلية الدفاع، ركز الباحثون على ريترون معين وتتبعوا أفعاله - لقد فوجئوا باكتشاف أن الريترونترون يتسبب بالفعل في انتحار الخلية المصابة. كان يُعتقد في السابق أن مثل هذا الانتحار الإيثاري هو ملكية حصرية للكائنات متعددة الخلايا، ولكن من المعروف اليوم أنه يحدث في العديد من الكائنات وحيدة الخلية أيضًا. هذا الانتحار هو في الواقع نوع من "سلاح يوم القيامة" الذي يهدف إلى منع انتشار العدوى الفيروسية إلى مستعمرة البكتيريا بأكملها. إذا عملت آلية الانتحار بسرعة كافية، فإن البكتيريا تموت قبل أن يتوفر للفيروس الوقت الكافي لعمل نسخ من نفسه ونشرها إلى البكتيريا الأخرى في المستعمرة، وبالتالي يتم إنقاذ المستعمرة.

خط الدفاع الأخير

يليق بخط دفاع أخير - فالريتروترون لا يعرف كيف يميز الفيروسات نفسها، ولكنه "حارس" يحرس مكونًا آخر من الجهاز المناعي البكتيري المعروف باسم RecBCD - وهو أحد خطوط الدفاع الأولى للبكتيريا ضد الغزاة . إذا اكتشف الريترون أن الفيروس قد قام بتخريب RecBCD الخاص بالخلية، فإنه ينفذ - بمساعدة الجين المصاحب - خطة الانتحار من أجل قتل الخلية المصابة وحماية المستعمرة.

يقول البروفيسور سوريك: "إن هذه استراتيجية ذكية، تذكرنا بآلية مماثلة في النباتات". "الفيروسات التي تضر البكتيريا مجهزة بمجموعة متنوعة من المثبطات التي يمكنها منع مكونات مختلفة من الاستجابة المناعية في البكتيريا. لا يحتاج الرتروترون إلى تحديد جميع المثبطات المحتملة، ولكن فقط "لمراقبة" عنصر مناعي معين. تطبق أجهزة المناعة النباتية طريقة مماثلة من التدابير المضادة - فهي "تحمي" المكونات الرئيسية للنبات، وإذا تضررت هذه المكونات بسبب فيروس أو بكتيريا، فإن الجهاز المناعي للنبات يضحي بمساحة صغيرة من الورقة أو الجذر، من أجل لإنقاذ النبات نفسه. وبما أن معظم البكتيريا تعيش في مستعمرات، فإن مثل هذه الاستراتيجية تعزز بقاء المجموعة، حتى على حساب الأعضاء الفرديين.

يتعين على البكتيريا أن تدافع عن نفسها باستمرار ضد العاثيات. الآلية المناعية الأكثر شهرة في البكتيريا، كريسبر، والتي تعمل على تحييد العاثيات عن طريق تحرير الحمض النووي الخاص بها، تُستخدم حاليًا في المختبرات البيولوجية لتحرير الجينات. تم الإعلان مؤخرًا فقط عن منح جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020 إلى إيمانويل شاربنتييه وجنيفر دودنا لاكتشافهما هذه الأداة. ومع ذلك، تمتلك البكتيريا العشرات من آليات الدفاع الإضافية - تم اكتشاف الكثير منها في مختبر البروفيسور سوريك، ويستخدم بعضها بالفعل اليوم في التحرير الجيني. تُستخدم الريترونات أيضًا في المختبرات، حيث تعلم الباحثون كيفية استخدامها لإنشاء جزيئات الحمض النووي المفردة. يعتقد البروفيسور سوريك وفريقه أنه ضمن القائمة المتنوعة من الرجعترونات التي حددوها، قد يكون هناك العديد من الرجعترونات الخفية التي قد تلبي احتياجات مختلفة ومتنوعة للتحرير الجيني.