بين الدفاع والهجوم

ويبحث علماء المعهد عن مضادات حيوية طبيعية تعتمد على استراتيجيات مكافحة البكتيريا التي يستخدمها الدكتور روتم سوريك. أبطال البقاء

البكتيريا هي أنواع حربية. على الرغم من أنها تسبب أمراضًا للإنسان، إلا أنها في معظم الأحيان تشارك في حروب وصراعات مع الكائنات الحية الدقيقة الأخرى. وفي المعارك التي تخوضها فيما بينها من أجل الغذاء وأماكن المعيشة، تستخدم البكتيريا أسلحة ودفاعات متطورة. تقع استراتيجيات الهجوم والدفاع البكتيري في قلب أبحاث الدكتور روتم شورك، الذي انضم مؤخرًا إلى قسم علم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم. ويقول: "لدينا الكثير لنتعلمه من البكتيريا، التي تعتبر بطلة البقاء على قيد الحياة". "هذه الكائنات المجهرية موجودة على الأرض لفترة أطول بكثير من الكائنات الأكثر تطورا، مثل الفطريات والنباتات والحيوانات والبشر، وهي تعرف كيف تتكيف وتتكيف مع البيئة المتغيرة بشكل مثير للإعجاب".

ويرى الدكتور شورك أنه من خلال الدراسة المتعمقة لأسرار الحرب البكتيرية، سيتمكن العلماء من إيجاد استراتيجيات بيولوجية جديدة وتطوير طرق متقدمة للتعامل مع البكتيريا التي طورت مقاومة للمضادات الحيوية. وهذه واحدة من المشاكل الصحية الرئيسية في القرن الحادي والعشرين: على سبيل المثال، زادت كمية سلالات البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية في المستشفيات الأمريكية عشرة أضعاف في العقدين الماضيين، من 21٪ في عام 2 إلى ما يقرب من 1990٪ اليوم.

قد تعتمد إحدى طرق التعامل مع البكتيريا المقاومة للأدوية على "المضادات الحيوية الطبيعية" - البروتينات التي تنتجها بعض البكتيريا لقتل البكتيريا الأخرى. الدكتور سوريك: "إذا تمكنا من تحديد موقع هذه البروتينات وفهم آليات عملها، فقد نتمكن من إعادة هذه الأسلحة ضد البكتيريا نفسها." وفي بحث ما بعد الدكتوراه، الذي أجراه في مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا، اكتشف الدكتور سوريك طريقة أصلية للكشف السريع عن بروتينات الأسلحة هذه، تعتمد على عملية فك رموز جينوم البكتيريا.

ومن أجل فك شفرة المادة الوراثية للبكتيريا، يقوم العلماء بتقسيم الجينوم الخاص بها إلى أجزاء قصيرة، يجمعونها، باستخدام أساليب الهندسة الوراثية، مع الحمل الجيني لبكتيريا الإشريكية القولونية، التي يستخدمونها "كأداة" لتكاثر البكتيريا. تكرار الحمض النووي. بعد ذلك، يتم ربط الأجزاء ببعضها البعض ويتم "قراءة" الجينوم الكامل. قدمت هذه العملية للباحثين مشكلة دائمة، حيث تم إنشاء فجوات في الجينوم لا تسمح بالقراءة المستمرة. يعتقد الدكتور سوريك أن هذه المشكلة هي في الواقع ميزة، وأن الفجوات تنشأ لأن أجزاء معينة من الحمض النووي تحتوي على جينات تنتج بروتينات تقتل البكتيريا E. كان من المفترض أن تتكاثر القولونية بداخلها. لقد طور طريقة حسابية تجعل من الممكن قراءة أجزاء الحمض النووي المفقودة، وبالتالي تحديد موقع تسلسل الجينات القاتلة.

وفي مختبره الجديد في معهد وايزمان للعلوم، يواصل الدكتور سوريك تطوير طريقته وتطبيقها. ويتناول بحث آخر له نظامًا طبيعيًا يسمى كريسبر، والذي يسمح للبكتيريا التي تحمله بالدفاع عن نفسها ضد هجوم الفيروسات. اكتشف علماء فرنسيون هذا النظام في عام 2007. وقد يساعد الفهم الأفضل للنظام على تطوير طرق فعالة لحماية البكتيريا "المرغوبة"، التي تلعب أدوارًا مختلفة في الصناعة (مثل تلك التي تنتج منتجات ألبان مختلفة، أو تستخدم لتنظيف المناطق الملوثة بالنفط) من الفيروسات. وكما هو الحال في العديد من الحالات في تاريخ البشرية، يبحث الدكتور سوريك أيضًا عن طرق لتحويل هذا السلاح الدفاعي إلى سلاح هجومي، مما يؤدي إلى تدمير البكتيريا الضارة لنفسها.

تعتمد العديد من دراسات الدكتور سوريك على تقنيات مبتكرة لفك تشفير الحمض النووي، والتي أحدثت ثورة في أبحاث علوم الحياة.

أنظمة Solexa العاملة حاليًا في معهد وايزمان للعلوم قادرة على فك رموز 600 مليون حرف جيني يوميًا. وعلى سبيل المقارنة، فإن الأنظمة المستخدمة لفك رموز الجينوم البشري تعمل بمعدل حوالي نصف مليون حرف من الحمض النووي يوميًا. وتبلغ تكلفة فك التشفير الجيني في الأنظمة الجديدة نحو 4 دولارات لكل مليون حرف، مقارنة بـ 2,000 دولار في الأنظمة القديمة. وإلى جانب أنظمة فك التشفير، يضم مختبر الدكتور سوريك أيضًا حوالي 40 جهاز كمبيوتر، بما في ذلك حوالي 300 معالج، مما يجعل من الممكن تحليل تدفق المعلومات المنبعثة من أنظمة فك التشفير باستخدام الأساليب الحسابية التي طورها أعضاء المجموعة.
تسمح هذه التدابير المتقدمة لمجموعته بفك رموز جينومات البكتيريا بأكملها والعديد من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA). قد يؤدي هذا البحث إلى تطوير بدائل أكثر دقة لرقائق الحمض النووي المستخدمة حاليًا في الأبحاث الجينية. إن مثل هذه الدراسات - التي تكشف عن العمليات التطورية التي تحدث في البكتيريا، وآليات التحكم الجيني فيها - ستسمح للعلماء بإجراء عمليات معالجة مختلفة في المادة الوراثية للبكتيريا - لصالح البشر.

السؤال: كيف تحارب البكتيريا التي طورت مقاومة لأدوية المضادات الحيوية؟

النتائج: طريقة استخدام مواد المضادات الحيوية الطبيعية - البروتينات التي تنتجها بعض البكتيريا لقتل البكتيريا الأخرى، قد تشير إلى اتجاه لتطوير الأدوية التي من شأنها التغلب على البكتيريا المقاومة.

ولد روتم شورك في تل أبيب عام 1975 ودرس في جامعة تل أبيب للحصول على الدرجة الأولى والثانية والثالثة. في نفس الوقت الذي كان يدرس فيه، عمل سوريك لمدة خمس سنوات في شركة التكنولوجيا الحيوية Compugen. بعد قيامه بأبحاث ما بعد الدكتوراه في الولايات المتحدة الأمريكية، انضم إلى قسم علم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم كباحث أول. حصل على العديد من الجوائز، بما في ذلك جائزة كلور للأبحاث لعام 2008، وسجل تسعة طلبات براءات اختراع. وهو متزوج من زهار التي أكملت دراسة الدكتوراه في المعهد بتوجيه من البروفيسور جاكوب إنجليستر. ويعيش الزوجان في رحوفوت مع ابنهما أوري البالغ من العمر أربع سنوات. في أوقات فراغه، يستمتع الدكتور سوريك بركوب الأمواج وركوب الدراجات الجبلية.