الآن في الضوضاء

ويخطط علماء المعهد لالتقاط خلايا الجهاز المناعي، و"الاستماع" إلى محادثات السيتوكينات التي تجري بينهم. في المرحلة الأولى سوف يركزون على الخلايا التائية المساعدة

عند تعلم لغة جديدة، يصعب متابعة المحادثة بين المتحدثين باللغة. يمكن أن يكون الوضع صعبًا بشكل مضاعف عند محاولة متابعة ما يقال في غرفة تدور فيها محادثة بين العديد من الأشخاص، الذين يتحدثون جميعًا نفس لغة لغتهم الأم. يعرف الدكتور نير فريدمان، من قسم علم المناعة في معهد وايزمان للعلوم، هذه الصعوبة عن كثب لأنه يحاول فهم "اللغة" الجزيئية لخلايا الجهاز المناعي.

عندما يواجه الجسم تحديًا مناعيًا مثل العدوى أو السرطان، يتم تعبئة جيش خلايا الجهاز المناعي، وتعمل جميع الخلايا معًا للرد بطريقة منسقة. وتنتقل "التعليمات" من "مستوى" من الخلايا إلى "مستوى" آخر، ويقوم كل نوع من الخلايا بتنفيذ "أوامر" معينة تؤدي إلى استجابة مناعية منسقة ومناسبة للموقف. تنتقل تعليمات العمل هذه بين الخلايا باستخدام جزيئات مختلفة، بما في ذلك بروتينات صغيرة تسمى السيتوكينات، والتي تحمل معلومات ذات صلة ومحددة، تمامًا مثل الكلمات في اللغة البشرية.

بسبب الضجيج في الخلفية (العديد من الجزيئات "تتحرك في المجال")، من الصعب جدًا فهم ما يحدث بالضبط - أي ما هي الخلية التي "تتحدث" مع أي خلية أخرى، وكيف تتم ترجمة التعليمات الجزيئية إلى الخلية الأخرى. ردود فعل الخلايا. ولذلك، من أجل فهم هذه العملية الأساسية التي تحدث أثناء الاستجابة المناعية، فمن المستحسن دراسة النظام على مستوى الخلايا الفردية وعدم الاكتفاء بمراجعة مجموعات كاملة من الخلايا. وبعبارة أخرى، فإنه من المستحسن "الاستماع" إلى خلية واحدة فقط في كل مرة.

الأدوات العلمية الحالية محدودة للغاية من حيث حساسيتها وقدرتها على مراقبة نشاط الخلايا الفردية. على سبيل المثال، غالبًا ما يستخدم العلماء الجينات "المراسلة"، مثل بروتين الفلورسنت الأخضر (GFP)، لأنه "يبث" تقاريره من خلال الضوء عندما يتم التعبير عنه مع البروتين قيد الدراسة. ولكن إذا تم إنتاج البروتين في الخلية بكميات صغيرة نسبيًا، فسيكون توهج البروتين المذكور ضعيفًا جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه تحت المجهر العادي.

قرر الدكتور فريدمان، وهو فيزيائي بالتدريب، استخدام الأدوات التي تستخدم عادة للبحث في الفيزياء لدراسة النظم البيولوجية. أثناء قيامه بأبحاث ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، طور مع باحثين آخرين طريقة جديدة تجعل من الممكن اكتشاف البروتينات المنتجة في الخلية (في بكتيريا E.Coli) حتى عندما تكون جزيءًا واحدًا.

وللكشف عن مثل هذه الكميات الصغيرة من البروتين، استخدم العلماء إنزيم بيتا جالاكتوزيداز في إعداد التقارير. في هذه الحالة، مصدر الإشارة المقاسة ليس في الإنزيم نفسه، ولكن في مادة مستهدفة أخرى، والتي يتم تقسيمها بواسطته. وبمجرد تكسير المادة المستهدفة، فإنها تتوهج، وبالتالي تعلن عن وجود الإنزيم الذي يكسرها. نظرًا لأن جزيء إنزيم واحد يمكنه تحطيم العديد من الجزيئات المستهدفة في ثانية، يتم إنشاء تضخيم قوي للإشارة، مما يجعل من الممكن اكتشاف كميات صغيرة من البروتين المُراسل (الإنزيم) باستخدام أنظمة الفحص المجهري القياسية. تلك، على الأقل، كانت النظرية. ومن الناحية العملية، لم يتمكن العلماء من استقبال الإشارات، لأن منتجات تحلل المادة المستهدفة تمت إزالتها من الخلية بسرعة، مباشرة بعد تكوينها - مما أدى إلى انخفاض كبير في قوة الإشارات. وللتغلب على هذه المشكلة، استخدم العلماء أجهزة صغيرة ومتطورة مقسمة إلى مساحات مغلقة (باستخدام تقنية تسمى الموائع الدقيقة)، يمكن من خلالها التقاط الخلايا الفردية، وبالتالي منع الإشارات الساطعة من الهروب من المساحات.

وسمحت الطريقة المطورة حديثا للباحثين بملاحظة "نبضات" إنتاج البروتين لأول مرة، وهي فترات زمنية قصيرة تتشكل خلالها عدة جزيئات بروتينية، بين فترات زمنية أطول يحدث فيها انقطاع في الإنتاج. تظهر النتائج أن هذه العملية الأساسية لإنتاج البروتين عشوائية وغير منتظمة: طول الفترة الزمنية بين "نبضة" وأخرى، وكذلك عدد جزيئات البروتين المتكونة في كل "نبضة" تتغير في كل مرة. وبفضل الطريقة الجديدة أصبح من الممكن الآن وصفها تجريبيا.

وفي بحثه الحالي في معهد وايزمان للعلوم، يخطط الدكتور فريدمان لتطوير وتعديل هذه الأجهزة الدقيقة لالتقاط خلايا الجهاز المناعي، وأخيراً "الاستماع" إلى محادثات السيتوكينات التي تجريها فيما بينها. في المرحلة الأولى، ينوي التركيز على الخلايا التائية المساعدة - وهي نوع من خلايا الدم البيضاء التي تفرز السيتوكينات وتشارك في تنشيط وتوجيه الخلايا المناعية الأخرى أثناء الاستجابة المناعية. ونظرًا لأن هذه الخلايا التائية تحتوي أيضًا على مستقبلات لبعض السيتوكينات، فهي قادرة على الاستجابة للسيتوكينات التي تفرزها بنفسها. ولكن لماذا تفعل الخلايا التائية هذا؟ فكيف ستفيد مثل هذه الظاهرة النظام؟ هل يجعل الاستجابة أكثر انتقائية ودقة؟ هل يؤدي هذا إلى استجابة كل شيء أو لا شيء؟ إن فهم هذه العمليات قد يسلط الضوء على الأنشطة البيولوجية المختلفة التي تعتبر مهمة في تنشيط الخلايا التائية وتمايزها.

بالإضافة إلى ذلك، إذا كان "الاستماع" إلى الخلايا الفردية يسمح للعلماء بفهم "الكلمات" الأساسية لـ "لغة" السيتوكين، فيمكنهم أن يكونوا أكثر جرأة وفتح بعض الممرات في الأجهزة المصغرة، لخلق لقاءات خلوية أكثر تعقيدا، حيث العديد من الخلايا تتحدث مع بعضها البعض. بهذه الطريقة سيكون من الممكن فك معنى أجزاء أكثر شمولاً من المحادثة بأكملها.

إن الجمع بين هذه الأساليب الجديدة والنماذج الرياضية والتحليلات التحليلية قد يسمح للعلماء بالتنبؤ بكيفية تفاعل الخلايا في ظل ظروف مختلفة، واختبار هذه التنبؤات في التجارب لإثبات النظريات. الدكتور فريدمان: "نظرًا لتأثيرها الكبير على الجهاز المناعي، يمكن استخدام السيتوكينات كوسيلة فعالة للشفاء. إن الفهم الأفضل للتواصل بين الخلايا قد يسمح في المستقبل بإدراك أكثر شمولاً للإمكانات الطبية لهذه الجزيئات.

ولد الدكتور نير فريدمان في تل أبيب. وفي عام 1989 حصل على درجة البكالوريوس في الفيزياء والرياضيات من الجامعة العبرية ضمن برنامج "تلفيوت"، وخلال خدمته العسكرية درس للحصول على درجة الماجستير في الفيزياء في جامعة تل أبيب. حصل على الدكتوراه في معهد وايزمان للعلوم تحت إشراف البروفيسور نير دودزون في قسم فيزياء الأنظمة المعقدة. حصل على شهادته عام 2001، ومكث في معهد أبحاث ما بعد الدكتوراه لمدة عامين في مختبر البروفيسور يوئيل ستيفنز. ولذلك أصبح مهتماً بالخلايا والكائنات الحية. ثم أجرى أبحاث ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، حيث مكث وعمل لمدة أربع سنوات. وفي عام 2007 انضم إلى قسم علم المناعة في معهد وايزمان للعلوم.

حصل الدكتور فريدمان على العديد من المنح والجوائز المرموقة، بما في ذلك منحة التقدم الوظيفي من البرنامج الأوروبي لعلوم حدود الإنسان. وفي معهد وايزمان للعلوم، حصل في عام 2007 على جائزة السير تشارلز كلور للأبحاث. وهو متزوج ولديه ثلاثة أطفال. تشمل هواياته التصوير الفوتوغرافي والاستماع إلى موسيقى الجاز والعزف على الطبول في فرقة الجاز.