وقد طور باحثون من معهد وايزمان أساليب متطورة للتحليل الحاسوبي للتعرف على الآليات الجديدة
حتى ما يقرب من عقد من الزمن، لم يكن العلماء على علم بأن البكتيريا مجهزة بأجهزة مناعية متطورة لديها القدرة على حمايتها من الفيروسات التي تهاجمها. كل هذا تغير بالطبع بعد اكتشاف آلية الدفاع البكتيرية الأكثر شهرة اليوم - كريسبر. أدى إدراك إمكانية استخدام الباحثين لتقنية كريسبر في تحرير الجينات إلى إحداث ثورة في آلاف المختبرات حول العالم. من المفهوم اليوم أن معظم الكائنات الحية الدقيقة لديها أجهزة مناعية متطورة يكون فيها كريسبر مكونًا واحدًا فقط، ولكن لم يتم العثور بعد على طريقة فعالة للتعرف على هذه الأنظمة. وفي دراسة منهجية واسعة النطاق، كشف علماء معهد وايزمان لأول مرة عن عشر آليات دفاع إضافية في البكتيريا. يقول البروفيسور: "الأنظمة التي اكتشفناها لا تشبه أي شيء آخر عرفناه حتى الآن". صفارات روتيم من قسم الوراثة الجزيئية. "في رأينا، واحد أو اثنين منهم قد يوسع "صندوق الأدوات" للتحرير الجيني، والبعض الآخر قد يشير إلى أصل الجهاز المناعي لدى البشر." ونشرت نتائج الدراسة الحالية اليوم في المجلة العلمية علوم.
وفي حربها ضد الفيروسات، لا تستطيع البكتيريا الاعتماد على كريسبر وحده، إذ أن العديد من الفيروسات لديها بروتينات "مضادة لكريسبر" تلغي نشاطها. بدأ البروفيسور سوريك وأعضاء مجموعته البحثية في البحث عن آليات دفاعية أخرى باستخدام برنامج كمبيوتر قاموا بكتابته، والذي يقوم بمسح جميع الجينومات البكتيرية المعروفة تسلسلاتها - حوالي 50,000 ألف جينوم في المجموع. فبدلاً من البحث عن تسلسلات وفقاً لخصائص محددة مسبقاً، تحدد الخوارزمية موقع "التوقيعات الإحصائية" للجينات المشاركة في الدفاع - على سبيل المثال، تحديد "جزر الدفاع"، وهي مناطق الجينوم التي تحتوي على العديد من الجينات المرتبطة بالدفاع على مسافة قريبة. وبعد ذلك، وبما أن جينات الجهاز المناعي لا تعمل بمفردها عادة - ولا حتى في البكتيريا - فقد طور الباحثون أساليب متطورة للتحليل الحاسوبي لفهم الجينات التي تتحد وتعمل معًا لإنشاء آلية دفاع.
وبعد تضييق الاحتمالات من ملايين الجينات إلى بضع مئات، كان على الباحثين فحص الآليات المحتملة التي حددوها. وبدلاً من محاولة عزل التسلسل الجيني من مئات البكتيريا المختلفة، تحول فريق البحث إلى البيولوجيا التركيبية: صنع الجينات حسب النظام. لقد أرسلوا تسلسلات الشفرة الوراثية - في المجموع، حوالي 400,000 ألف قاعدة، أو "حروف" الشفرة الوراثية - إلى مختبر تجاري، حيث تم تصنيع العشرات من الأنظمة متعددة الجينات للاختبار. تم إدخال هذه الأنظمة الاصطناعية لاحقًا إلى البكتيريا المختبرية التي تم إسكات أجهزتها المناعية الطبيعية. تم تعريض البكتيريا للفيروسات والعوامل المعدية الأخرى لاختبار ما إذا كان نظام الدفاع الاصطناعي يعمل بالفعل. عشرة من الأنظمة التي تم اختبارها أعطت البكتيريا دفاعًا قويًا ضد العدوى، وبهذه الطريقة تمكن الباحثون من معرفة أن هذه أنظمة دفاعية جديدة.
"الأنظمة التي اكتشفناها لا تشبه أي شيء آخر عرفناه حتى الآن. وفي رأينا أن واحدة أو اثنتين منها قد توسع "صندوق الأدوات" للتحرير الجيني، والبعض الآخر قد يشير إلى أصل الجهاز المناعي لدى البشر".
ويقول البروفيسور سوريك إن البحث بمراحله المختلفة، التي شملت التحليل الحاسوبي والتجارب المعملية، تطلب جهدا مكثفا من ستة باحثين على مدار عامين. ترأسها الدكتور شاني دورون وسارة ميلاميد، بمشاركة مكثفة من غال أوفير، د. أزيتا ليفيت، د. آنا لوبتينا، ود. جيل أميتاي. ويتم تكليف أعضاء الفريق مرة كل أسبوعين باجتماعات "مجلس الدفاع" لمناقشة اتجاهات البحث المختلفة وآليات الدفاع التي تم الكشف عنها.
"تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن بعض المناطق المهمة في نظام المناعة لدينا لها جذور تطورية قديمة في آليات المناعة في البكتيريا، والتي تحميها من الفيروسات"
ولا يزال الباحثون لا يعرفون كيفية عمل آليات المناعة المكتشفة، وبحسب سوريك، فإن بعضها لديه "نشاط مفاجئ بدأنا للتو في التعرف عليه". توجد في إحدى الآليات جينات يتم تحديدها باستخدام مستقبل نوع Toll-Interleukin (TIR). كان تورط مناطق TIR في الجهاز المناعي معروفًا بالفعل في الماضي، ولكن ليس في البكتيريا. ومثل هذه المناطق هي جزء لا يتجزأ من جهاز المناعة الفطري لدى الإنسان، وحتى في النباتات، ولكن لم يُعرف قط أنها جزء من نظام الدفاع البكتيري ضد الفيروسات. يقول البروفيسور سوريك: "تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن بعض المناطق المهمة في نظام المناعة لدينا لها جذور تطورية قديمة في آليات المناعة في البكتيريا، والتي تحميها من الفيروسات".
أما الجينات الأخرى فيبدو أنها "مستعارة" من أنظمة بكتيرية لا علاقة لها بالدفاع؛ على سبيل المثال، العصي التي تستخدمها البكتيريا للسباحة. الجينات التي تسمح لهذه البروتونات بامتصاص البروتونات - وبالتالي تزويدها بالطاقة - تعمل كأحد أنظمة الدفاع المكتشفة. وهناك نظام آخر، يعرف باسم المكثف، يحمي الحمض النووي أثناء انقسام الخلايا، واكتشف الباحثون نظام دفاع يستخدم مكونات آلية المكثف لحماية البكتيريا من غزو البلازميدات - حلقات صغيرة من الحمض النووي يمكن إدخالها في الخلايا البكتيرية. يقول البروفيسور سوريك: "حقيقة أننا تمكنا من العثور على عشرة أنظمة دفاع بكتيرية تشير إلى أن هناك الكثير منها". "يواصل مختبري البحث عن آليات جديدة. بالإضافة إلى ذلك، بدأنا التركيز على بعض العناصر الواعدة من أجل فهم كيفية عملها بعمق."
للمزيد حول هذا الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
؟؟؟؟