اكتشف الباحثون في كلية الأحياء في التخنيون بنية هندسية جديدة: الحلزون المائل
قامت مجموعة بحث من كلية الأحياء في التخنيون بفك رموز عمل بروتين الدينامينات في العملية التي تسمح للخلية بتناول الطعام. تم نشر المقال في مجلة الأكاديمية الأمريكية للعلوم – PNAS.
الخلايا البيولوجية، مثلها مثل الكائن الحي بأكمله، لا يمكنها أن تعيش بدون تناول الطعام. نظرًا لعدم وجود عضو أكل، طورت الخلايا أثناء التطور تقنية فريدة وذكية لتناول الطعام: الالتقام الخلوي. في عملية الالتقام الخلوي، يظهر انخفاض في غشاء الخلية يتطور ويبرز إلى الداخل. وفي نهاية العملية، تتشكل فقاعة داخلية من الغشاء، حيث يتم احتجاز العناصر الغذائية بداخلها. لإكمال عملية البلع، من الضروري قطع عنق الفقاعة وإطلاق العناصر الغذائية في عضيات معينة في الخلية. العامل الرئيسي في عملية القص المذكورة أعلاه هو بروتين يسمى الدينامين. تنقبض جزيئات الدينامينات حول عنق الحويصلة وتقطعها. وهذه هي الطريقة التي يتم بها إطلاق الطعام داخل الخلية.
المشكلة هي أن هذه العملية الداخلية من الصعب جدًا التحقيق فيها، وعلى الرغم من أن العديد من المجموعات البحثية قد تعاملت معها، إلا أن آليات العملية لم تكن واضحة حتى الآن. ومن هنا تأتي أهمية الإنجاز الذي حققه باحثو كلية الأحياء في التخنيون، البروفيسور المشارك توم شيمش وطلبة ما بعد الدكتوراه الدكتور أفيحاي كادوش والدكتور بن يلين. تم التحقق من النموذج الذي صاغه الثلاثة باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM) من قبل باحثين في جامعة جنيف.
البروفيسور المشارك توم شيمش هو فيزيائي بالتدريب، لذا فهو يتعامل مع عالم الأحياء من زاوية غير تقليدية، مع التركيز على فيزياء وميكانيكا العمليات البيولوجية. طالب ما بعد الدكتوراه الدكتور أفيحاي كادوش، الذي حصل على درجة الماجستير في كلية الفيزياء في التخنيون، سلك أيضًا مسارًا مشابهًا من الفيزياء إلى علم الأحياء. "في ديناميكيات الخلية، هناك جوانب عديدة لمعالجة المعلومات، وهي بالطبع مهمة وحاسمة"، يوضح البروفيسور ميشنا شيمش، "لكننا نركز بشكل خاص على الجوانب الاسمية والشكلية. في الواقع نحن ننظر إلى "عمل ذوي الياقات الزرقاء" - دفع وسحب وتحديد موضع البروتينات والجزيئات الأخرى. وهذا ما فعلناه فيما يتعلق بالتركيب الحلزوني لسلاسل الدينامينات في العملية المذكورة".
الحلزون هو شكل متكرر في بنية الخلايا الحية، بدءًا من الحلزون المزدوج لجزيء الحمض النووي - الاكتشاف المثير لكريك وواتسون وموريس ويلكنز في عام 1953 - وانتهاءً بالعديد من البروتينات والهيكل العظمي للخلية. ولذلك، يقول الباحثون، من الممكن أن نستنتج أن هذا هيكل ناشئ عن مبادئ أساسية مشتركة بين العديد من الأنظمة.
إن سلاسل الدينامينات المشاركة في عملية الالتقام هي أيضًا حلزونية، ويرتبط اكتشاف مجموعة أبحاث التخنيون بميل الحلزون عند نقطة اتصاله بغشاء الخلية. "في الواقع، قمنا بتطوير نموذج فيزيائي يربط شكل سلسلة البروتين بالقوى الميكانيكية التي تتطور في البنية. أظهر هذا النموذج أن شكل سلسلة الداينامين وثباتها يتحددان إلى حد كبير من خلال زاوية ارتباط نهايات بروتين الداينامين في غشاء الخلية. علاوة على ذلك، باستخدام النموذج تمكنا من التنبؤ بنجاح بترتيب بنية البروتين في الخلايا."
بعد النتائج، قدم الباحثون جسمًا هندسيًا جديدًا: الحلزون المائل. وفقا للبروفيسور ميشنا شيمش، "إذا كانت نماذج الهياكل داخل الخلايا قد تم صياغتها في الماضي على أساس الأشكال الهندسية الكلاسيكية، فهنا حدثت العملية المعاكسة - لقد أعطانا علم الأحياء الإلهام للهندسة، وهذه الهندسة ليست كلاسيكية ولا يمكن التنبؤ بها".
واكتشف الباحثون أن الزاوية التي يندمج بها بروتين الداينامين في الغشاء أمر بالغ الأهمية لنجاح المهمة، وهي مهمة قطع عنق الغشاء وتفكيك سلسلة الداينامين لإطلاق الطعام داخل الخلية. وكما ذكرنا، فقد تم التحقق من الاستنتاج الرياضي تجريبيا باستخدام مجهر القوة الذرية. ورغم أن البحث ركز على جزيئات الدينامينات، إلا أن الباحثين يقدرون أن الاعتبارات التي أدت إلى نموذج الحلزون المائل هي اعتبارات عالمية، وسيؤدي فهمها إلى تفسير العديد من الظواهر في الخلية.
