المفتاح الخاطئ

اكتشف علماء من معهد وايزمان كيفية عمل الكمبيوتر البيولوجي الحقيقي - ذلك الموجود داخل كل خلية في جسمنا

على اليمين: يوناتان صابر ود. تسفي تيلوستي. التدقيق اللغوي

لكي تكون قادرة على البقاء والوجود والعمل، تقوم جميع الكائنات الحية بشكل مستمر بإجراء عدد لا يحصى من الحسابات المعقدة. تُبنى أجهزة الكمبيوتر التي يصنعها الإنسان من مكونات ثابتة مرتبة بعناية على شريحة إلكترونية. لكن الجزيئات التي تشكل "الحواسيب" البيولوجية تتحرك داخل الخلية الحية، ويجب أن تلتقي بالشريك المحدد الذي يناسبها وترتبط به، في الحساء الجزيئي السميك والعشوائي الذي يشكل داخل الخلية. فرصة مثل هذا اللقاء بالصدفة تشبه فرصة لقاء زوجين بشكل عشوائي في محطة مترو الأنفاق في طوكيو، خلال ساعة الذروة. ومع ذلك، فإن الآلاف من هذه اللقاءات تحدث في الخلايا وتؤدي إلى تحفيز آليات الحياة.

يعتمد التفسير الكلاسيكي لقدرة المكونات البيولوجية على التعرف على المكونات الجزيئية على مفهوم مفاده أن الجزيئات المرتبطة تتلاءم معًا مثل القفل للمفتاح الذي يفتحه. ومع ذلك، فمن المعروف منذ حوالي خمسة عقود أنه في العديد من العمليات القائمة على هذا التحديد، تغير الجزيئات المشاركة شكلها أثناء الارتباط - أي أن الشكل الأصلي للمفتاح لا يتطابق تمامًا مع القفل الجزيئي. لماذا يحدث هذا التغيير؟ وما هو دورها في الطبيعة؟

يقدم الطالب الباحث يوناتان صابر والدكتور تسفي تيليستي من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم إجابة محتملة لهذا السؤال المثير للاهتمام. لقد أنشأوا نموذجًا فيزيائيًا حيويًا بسيطًا يُظهر أنه من أجل تحديد القفل الصحيح من بين جميع الأقفال المشابهة، فإن المفتاح في الواقع "يفضل" القفل الذي لا يتطابق معه تمامًا. لماذا تستخدم مفتاحًا لا يتطابق تمامًا مع القفل؟ لماذا تعقيد عملية تحديد الهوية الجزيئية من خلال المطالبة بتغيير هيكلي أولي للمفتاح غير الكامل ليناسب القفل؟

ويظهر النموذج الذي ابتكره علماء معهد وايزمان أن مثل هذا التغيير في الشكل يساعد في تمييز الهدف الحقيقي عن جميع الجزيئات التي تشبهه. صحيح أن "إهدار" الطاقة في تغيير بنية المفتاح الجزيئي يقلل إلى حد ما من فرص ربطه بقفل مناسب، لكنه في الوقت نفسه يقلل بشكل كبير من فرص ربطه بقفل خاطئ. وهكذا يتبين أن النتيجة النهائية لهذه الطريقة في العمل تضمن زيادة جودة التحديد، والتي تحددها النسبة بين فرص الارتباط الصحيح إلى فرص الارتباط غير الصحيح.

إن الآلية البسيطة التي حددها الباحثون، والتي أطلقوا عليها اسم "التدقيق التوافقي" قد تفسر التغيرات الهيكلية التي لوحظت في العديد من الأنظمة القائمة على التعرف البيولوجي. علاوة على ذلك، يمكن الافتراض أن التدقيق اللغوي الرسمي يؤثر على تطور النظم البيولوجية، وأنه سيكون من الممكن في المستقبل استخدامه كأداة مركزية لتصميم النظم البيولوجية الاصطناعية، على أساس التعرف الجزيئي.