أول ملاحظة على الإطلاق لتفكيك حلزون DNA المزدوج

يحدث تفكك الحمض النووي ضمن عدد من العمليات الطبيعية الضرورية للحياة: الطفرات (التغيير في تسلسل الحمض النووي)، والتوليف، وإعادة التركيب والإصلاح

[ترجمة د.نحماني موشيه]
طور العلماء طريقة لإنتاج بلورات بيولوجية تسمح للباحثين بمراقبة - للمرة الأولى على الإطلاق - تفكك حلزونات الحمض النووي المزدوجة. كما طور الباحثون محاكاة حاسوبية تسمح لنا برؤية هذه العملية بأعيننا.

طور علماء من المركز الوطني الإسباني لأبحاث السرطان (CNIO) طريقة لإنتاج بلورات بيولوجية تسمح للباحثين بمراقبة - لأول مرة على الإطلاق - تفكك حلزونات الحمض النووي المزدوجة. كما طور الباحثون محاكاة حاسوبية تسمح بتصور هذه العملية. نُشرت نتائج البحث منذ فترة طويلة في المجلة العلمية Nature Structural & Molecular Biology.

وقال الباحث الرئيسي: "كنا نعلم أن الإنزيمات، أو البروتينات، هي المسؤولة عن تفكيك هذه الحلزونات المزدوجة، لكننا لم نعرف بالضبط كيف تعمل هذه الآلية". "في دراستنا، نصف بتفصيل كبير ديناميكيات هذا التفاعل البيولوجي الأساسي الذي يتوسطه إنزيم محدد (I-Dmol). يمكن استقراء ملاحظاتنا للعديد من عائلات الإنزيمات الأخرى التي لها نفس الوظيفة أو وظيفة مشابهة."

يحدث تفكك الحمض النووي ضمن عدد من العمليات الطبيعية الضرورية للحياة: الطفرات (التغيير في تسلسل الحمض النووي)، والتوليف، وإعادة التركيب والإصلاح. في مجال البيولوجيا الجزيئية، يمكن أيضًا تحضير الحمض النووي صناعيًا. وبمجرد الكشف عن الآلية الدقيقة المسؤولة عن هذا الانهيار، سيكون من الممكن استخدام هذه المعرفة في عدد من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية، بدءا من تصحيح الطفرات من أجل علاج الأمراض الوراثية وانتهاء بتطوير الكائنات المعدلة وراثيا.

تعمل الإنزيمات كأنظمة ديناميكية ذات مستوى عالٍ من التخصص. ويوضح الباحث الرئيسي أن وظيفة التفريغ الخاصة بها يمكن مقارنتها بآلة قطع القماش التي تم تصميمها خصيصًا بحيث "تقطع فقط عندما تمر مجموعة محددة من الألوان تحت شفرتها". في هذه الحالة، ركز الباحثون على مراقبة التغيرات المكانية التي حدثت في الموقع النشط للإنزيم I-Dmol - ذلك الجزء من الإنزيم الذي يتضمن الأحماض الأمينية التي تعمل كالشفرة التي تقطع الحلزون المزدوج للحمض النووي. ومن خلال تغيير توازن درجة الحرارة ومستوى الحموضة (pH)، تمكن الباحثون من تأخير التفاعل الكيميائي الذي يستمر عادة ميكروثانية بحيث يستمر لمدة تصل إلى عشرة أيام. وفي ظل هذه الظروف، تمكن الباحثون من إنشاء فيديو بالحركة البطيئة للعملية بأكملها.

وقال الباحث: "من خلال إدخال كاتيون من معدن المغنيسيوم، تمكنا من بدء تفاعل الإنزيم ومن ثم إنتاج بلورات بيولوجية وتجميدها إلى درجة حرارة تقل عن 200 درجة مئوية". "وبهذه الطريقة، تمكنا من جمع 185 بنية بلورية تمثل جميع التغييرات المكانية التي حدثت في كل خطوة من خطوات التفاعل." وفي الخطوة الأخيرة وبمساعدة التحليل الحاسوبي، تمكن الباحثون من توضيح المراحل السبع الوسيطة لعملية انقسام الحلزون المزدوج للحمض النووي. "النتائج التي توصلنا إليها رائعة للغاية لأن فهم هذه الآلية سيزودنا بالمعلومات التي نحتاجها لتصميم وتصميم إنزيمات مماثلة ستعمل كمقص جزيئي دقيق، وهي إنزيمات تعتبر أدوات أساسية لتعديل الجينوم"، كما يخلص الباحث الرئيسي.

ملخص المقال

أخبار الدراسة

محاكاة الكمبيوتر