البروفيسور يونات هي رابع امرأة تفوز بجائزة نوبل في الكيمياء، وأول امرأة تفوز بها خلال الـ 45 عامًا الماضية. تم نشر هذا المقال في مجلة معهد وايزمان. قريباً: مقتطفات من مقابلة أجراها البروفيسور يونات الأسبوع الماضي بشكل مشترك مع موقع هيدان وجاليليو
منحت جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2009 في 10 كانون الأول/ديسمبر إلى البروفيسورة آدا يونات من معهد وايزمان للعلوم. البروفيسور يونات هي رابع امرأة تفوز بجائزة نوبل في الكيمياء، وأول امرأة تفوز بها خلال الـ 45 عامًا الماضية. ومنحت لهم الجائزة، التي ستتقاسمها مع العالمين توماس ستيتز من جامعة ييل بالولايات المتحدة الأمريكية، وفينكترامان راماكريشنان من المعاهد الوطنية للصحة في كامبريدج بالمملكة المتحدة، لفك رموز البنية المكانية وفهم مبادئ عمل الريبوسوم. ، مصنع بروتين الخلية. وهذا الإنجاز، الذي أصبح ممكنا بفضل تطوير أساليب البحث الأصلية، قد يساعد، من بين أمور أخرى، في تحسين فعالية أدوية المضادات الحيوية.
ولد البروفيسور يونات في القدس عام 1939، وأكمل دراساته العليا والمعتمدة في الجامعة العبرية. قامت بعمل الدكتوراه في معهد وايزمان للعلوم، وبعد أبحاث ما بعد الدكتوراه في الولايات المتحدة الأمريكية، عادت إلى معهد وايزمان في أوائل السبعينيات، وانضمت إلى هيئة التدريس في كلية الكيمياء - حيث أسست أول (و منذ حوالي عقد من الزمان، كان المختبر الوحيد في إسرائيل لفك رموز هياكل البروتين باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية ("الأشعة السينية"). حصل البروفيسور يونات على العديد من الجوائز والأوسمة، بما في ذلك جائزة إسرائيل لعام 70 وجائزة وولف لعام 2002.
مصانع البروتين
في نهاية السبعينيات، قررت البروفيسور عادا يونات، التي كانت آنذاك عالمة شابة في معهد وايزمان للعلوم، أن تتحدى أحد الأسئلة الرئيسية المتعلقة بالطرق التي تعمل بها الخلايا الحية: فك رموز البنية ومبادئ العمل الريبوسوم، وهو المصنع الذي تتم فيه ترجمة التعليمات المشفرة في الشفرة الوراثية، DNA، لتكوين بروتينات الخلية. وكانت تلك بداية رحلة طويلة استمرت عقودًا، وواجهت -طوالها- ردود فعل عدم تصديق، بل وسخرية من المجتمع العلمي. عملها الذي بدأ في مختبر متواضع بميزانية متواضعة، توسع على مر السنين ليشمل باحثين من جميع أنحاء العالم تحت قيادة البروفيسور يونات. هذا البحث الأساسي، الذي بدأ بمحاولة فهم أحد مبادئ الطبيعة، أدى إلى فهم الطريقة التي تعمل بها العديد من أدوية المضادات الحيوية، والتي قد تساعد في تطوير أدوية مضادات حيوية أكثر تقدمًا وفعالية، كما تساعد في في مكافحة البكتيريا التي طورت مقاومة للمضادات الحيوية - وهي مشكلة تم تعريفها على أنها واحدة من التحديات الطبية المركزية في القرن الحادي والعشرين.
البروتينات هي المواد الرئيسية التي تقوم بعمليات الحياة. أصبح نشاطها ممكنًا بفضل بنيتها المكانية، والتي يتم تحديدها من خلال تسلسل الوحدات البنائية التي تتكون منها (تسمى الأحماض الأمينية) التي تمليها الشفرة الوراثية. يتكون الريبوسوم، الذي ينتج البروتينات وفقًا للمعلومات الموجودة في الجينات، من عدد كبير من البروتينات والأحماض النووية المنظمة في وحدتين فرعيتين: كبيرة وصغيرة. توجد هذه الوحدات بشكل منفصل ولكنها تعمل معًا، في وئام، بأقصى قدر من الكفاءة والدقة في تنفيذ العملية المعقدة لتكوين البروتينات.
تعد عملية تكوين البروتينات في الريبوسوم واحدة من العمليات الحياتية الأساسية والأكثر إثارة للاهتمام. حاول العديد من العلماء في أنحاء مختلفة من العالم لفترة طويلة فك وفهم الطريقة التي يعمل بها الريبوسوم، لكن نجاحهم كان جزئيا لأن البنية المكانية للريبوسوم لم تكن معروفة. لاكتشاف البنية المكانية للجزيئات البيولوجية والأجسام الأخرى - التي لا يسمح صغرها حتى بمشاهدتها
في المجهر الإلكتروني - يقوم العلماء بتكوين بلورات منها. يقومون بإشعاع هذه البلورات بالأشعة السينية (الأشعة السينية). إن قياس الإشعاع المنبعث من البلورة قد يعلمنا عن البنية المكانية للجزيئات التي تتكون منها - إلى درجة القدرة على إنشاء "خريطة" تصف توزيع الإلكترونات في الجزيء قيد الدراسة. تُسمى هذه التقنية علم البلورات بالأشعة السينية، إلا أنها تمثل مشكلة صعبة بشكل خاص عند التعامل مع الريبوسوم. وهو عبارة عن تجمع (معقد) ذو بنية معقدة للغاية، ومرن بشكل لا يصدق، وغير مستقر، ويفتقر إلى التماثل الداخلي، وهي خصائص تجعل من الصعب جدًا تكوين بلورات منه، أو من وحداته الفرعية. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام الأشعة السينية غالباً ما يؤدي إلى تدمير البلورات. هناك صعوبة أخرى تتمثل في حاجز الفصل (الحل): لم يتمكن العلماء العاملون في هذا المجال مطلقًا من الحصول على معلومات حول مكونات الريبوسوم بدقة كافية تسمح لهم بتفسير نشاطه - حوالي ثلاثة أنجستروم (وهو ثلاثة أجزاء من المليون من جزء من المليون) سنتيمتر).
مُبلور
خلال التجارب التي أجريت في قسم البيولوجيا الهيكلية في معهد وايزمان للعلوم ووحدة أبحاث الريبوسوم في معهد ماكس بلانك في ألمانيا، نجح البروفيسور يونات - في أوائل الثمانينات - في إنشاء أول بلورات ريبوسوم في العالم باستخدام طريقة لتنشيط الريبوسوم تم تطويرها مسبقًا في معهد وايزمان للعلوم من قبل الأساتذة أدا زامير وروث ميسكين وديفيد إلسون. وهي أيضًا أول من حدد الدليل الفعلي على وجود "نفق" داخل الريبوسوم النشط. يُستخدم هذا النفق لحماية البروتينات التي تكونت للتو في الريبوسوم، حتى المرحلة التي تتشكل فيها في بنية تسمح لها "بحماية نفسها". ومن خلال قيامها بذلك، قامت بتطوير العديد من التقنيات الشائعة اليوم في مجال البيولوجيا البنيوية في العالم. التقنية الأكثر شهرة واستخداما على نطاق واسع تسمى تقنية التصوير البلوري بالتبريد، وتعني تعريض البلورة لدرجة حرارة منخفضة - 80 درجة مئوية تحت الصفر - مما يمنع تفككها نتيجة التشعيع بأشعة سينية قوية. بالإضافة إلى ذلك، فقد طورت أنظمة تجريبية فريدة للبحث في الريبوسوم، مثل هذا النظام الذي يعتمد على استخدام الريبوسومات المأخوذة من البكتيريا الموجودة في البحر الميت. يتم استخدام طرق البحث هذه حاليًا من قبل العديد من الباحثين في أجزاء كثيرة من العالم.
وفي نهاية التسعينيات من القرن العشرين، تمكنت البروفيسورة عادا يونات أيضًا من كسر حد الفصل، وذلك بفضل التقنيات الجديدة في علم البلورات، نتيجة تطورها. وبهذه الطريقة تمكنت من الحصول على "خريطة كثافة الإلكترون" الأولية للوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم. هذه الوحدة الفرعية هي التي تترجم الشفرة الوراثية المشفرة في جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال إلى المعلومات اللازمة لإنتاج البروتين. ونشرت هذه النتائج في عام 90 في مجلة "سجلات الأكاديمية الأمريكية للعلوم" (PNAS). ثم، في عامي 20 و1999، نشر البروفيسور يونات أول فك تشفير للوحدتين الفرعيتين من ريبوسوم البكتيريا، وهو العمل الذي حددته مجلة ساينس بأنه أحد أهم عشرة أعمال في ذلك العام. كانت هذه النتائج بمثابة نقطة عالية في البحث الذي استمر 2000 عامًا، لكن رحلة البروفيسور يونات لفهم الريبوسوم قد بدأت للتو. متزودة بالرؤى الجديدة التي حصلت عليها حول بنية الريبوسوم، شرعت في فهم كيف يسمح لنا فهم البنية المكانية بوصف نشاطها والطريقة التي تستخدم بها أدوية المضادات الحيوية لتعطيلها.
كانت المهمة التالية للبروفيسور يونات وأعضاء مجموعة البحث التي ترأسها هي فهم المرحلة التي تم فيها الاتصال الأول بين جزيء الحمض النووي الريبي المرسال والريبوسوم. يشير هذا الاتصال إلى إمكانية البدء في عملية إنتاج البروتين حسب المعلومات الوراثية. ومن أجل القيام بذلك، قامت البروفيسور يونات وزملاؤها بحقن مكون خلوي معين في البلورة، والذي يلتصق بقوة بالريبوسوم ويبدأ عمله.
كيف يعمل الدواء
نظرًا للأهمية الهائلة للريبوسوم في مسار الحياة، فهو بمثابة هدف للعديد من أدوية المضادات الحيوية. "إن التقدم الذي أحرزناه في الرحلة الطويلة لفك بنية وطريقة عمل الريبوسوم قد يمهد في المستقبل الطريق لتحسين فعالية أدوية المضادات الحيوية المختلفة، التي تهدف إلى تثبيط نشاط الريبوسوم للبكتيريا المسببة للأمراض "قال البروفيسور يونات في ذلك الوقت، في الواقع، كان هدفها التالي هو معرفة كيفية تأثير الأدوية على المضادات الحيوية على نشاط الريبوسوم. ولهذا الغرض، أعدت - مع أعضاء مجموعتها البحثية الدكتورة عنات باشان وطالب البحث راز زريفيتز وعلماء من معهد ماكس بلانك في ألمانيا - بلورات من الوحدات البنائية للريبوسومات من البكتيريا التي يدخل إليها واحد من خمسة مضادات حيوية. يتم إرفاق المخدرات في وقت واحد. وبعد ذلك، بناءً على مقارنتهم ببنية الريبوسوم، تمكنوا من فك رموز البنية المكانية لـ "الجيوب" التي ترتبط بها الأدوية. وبهذه الطريقة، تمكن العلماء من تمييز جزيئات أدوية المضادات الحيوية عندما تكون مجاورة لمواقع نشاط الريبوسوم بطريقة تعيق عمله الطبيعي. ونتيجة الالتصاق تصاب مصانع البروتين في الخلية بالشلل، مما يعطل إنتاج البروتين في البكتيريا. تعتبر البروتينات المكونات البيوكيميائية الرئيسية التي تنشط مختلف الأنشطة الحياتية، ويؤدي خلل في عمليات إنتاجها إلى موت البكتيريا. ونشرت هذه النتائج في عام 2001 في المجلة العلمية طبيعة.
ومنذ ذلك الحين، تمكنت البروفيسورة يونات من الكشف عن طرق عمل معظم المضادات الحيوية المستخدمة، ولا تزال أبحاثها في هذا المجال مستمرة حتى اليوم. البروفيسور يونات: "جميع أدوية المضادات الحيوية تلتصق بمواقع نشاط الريبوسوم. وهكذا يقومون بشلها، ومنع تكوين بروتينات جديدة ضرورية للبكتيريا. إن الفهم الذي توصلنا إليه فيما يتعلق بالطريقة التي يتم بها بناء البروتين في الريبوسوم سيسمح بتطوير أدوية المضادات الحيوية الأكثر فعالية، والتي يمكن أن تضر أيضًا البكتيريا التي طورت بالفعل مقاومة ضد أدوية المضادات الحيوية الموجودة.
وقدمت دراسة أخرى، أجريت بالتعاون مع العلماء لويس ماسا من جامعة ولاية نيويورك، وجيروم كارلا، من معهد البحوث البحرية الأمريكية، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1985، بيانات مفصلة عن كيفية عمل الأحماض الأمينية - البناء الكتل التي تصنع منها البروتينات – تتصل ببعضها البعض – في الريبوسوم. ومن خلال استخدام طريقة تسمى "علم البلورات الكمومية" تمكن العلماء من مراقبة عملية تكوين البروتين عند حدوثها. وماذا بعد؟ لا يُعرف اليوم سوى القليل جدًا عن "ولادة" البروتينات، أي كيف تتصرف أثناء نموها "حجرًا بعد حجر"، وتتنقل عبر القناة الريبوسومية حتى تخرج من الخلية، وماذا يحدث لها عند خروجها. يتم الآن دراسة هذه الأسئلة في مختبر البروفيسور يونات. بالإضافة إلى ذلك، فإن الدور الأساسي الذي تلعبه الريبوسومات، فضلاً عن حقيقة وجودها في كل خلية حية - من الخميرة والبكتيريا إلى الثدييات - وأن مواقعها النشطة محفوظة بشكل ملحوظ من وجهة نظر تطورية، أدى إلى ظهور من النظرية القائلة بأن الأشكال المبكرة من الريبوسومات هي التي شكلت بداية الحياة على الأرض. بمعنى آخر، حملت هذه المباني جوهر الحياة. كيف تشكلت هذه الريبوسومات القديمة؟ كيف اكتسبوا البنية التي تسمح لهم بإنتاج البروتينات؟ كيف تطورت المصانع المتطورة الموجودة اليوم في جميع الخلايا الحيوانية؟ هذه الأسئلة هي حاليا محور بحث البروفيسور يونات.
التجربة الأولى
أمضت آدا يونات طفولتها المبكرة في شقة من أربع غرف حيث عاشت عائلتها مع ثلاث عائلات أخرى وأطفالهم. الظروف الصعبة لم تكبح فضولها المتقد. بالفعل في سن الخامسة، أرادت استكشاف وفهم كيفية عمل العالم من حولها. حاولت التحقق من ارتفاع شرفة منزلها باستخدام الأثاث الموجود في المنزل. وضعت طاولة فوق طاولة وعليها كرسي ومقعد، وعندما وصلت إلى نهاية البرج سقطت في الحديقة وكسرت ذراعها. في صورة التخرج من روضة الأطفال، تظهر آدا ويدها في قالب (تقف في الثالثة من اليمين).
- المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
- البروفيسور يونات: الانتقاء الطبيعي لعب أيضًا دورًا في عالم البروبيوتيك (قبل تطور الحياة)
- الريبوسوم - مفتاح الحياة على المستوى الذري - ترجمة المراجعة التي توضح سبب منح جائزة نوبل لمكتشفي الريبوسوم ومنهم البروفيسور عادا يونات - الجزء الأول
- الريبوسوم – الجزء الثاني من المراجعة
- إلى الجزء ج من المراجعة، والذي يوجد فيه وصف لاكتشاف يونات حول بكتيريا البحر الميت
- إلى الجزء الرابع والأخير من المراجعة، وتفاصيل أخرى عن اكتشافات البروفيسور يونات
