الحرب المستمرة بين المضادات الحيوية والبكتيريا. مقابلة مع عروس جائزة إسرائيل، عادا يونات

تعمل البروفيسور عادا يونات في مختبرها على فك رموز بنية الريبوسوم - العضية داخل الخلايا المسؤولة عن إنتاج البروتين. عملها، الذي مهد الطريق لفهم كيفية عمل المضادات الحيوية، من بين أمور أخرى، أكسبها جائزة إسرائيل

أوري نيتسان

على الأقل، يعتقد بعض علماء الأحياء الدقيقة ذلك. تتمتع البكتيريا بفرصة أكبر للبقاء على قيد الحياة في الظروف القاسية الناجمة عن كارثة بيئية، لكن الأمراض التي تسببها يمكن أن تسرع من قدوم نهاية العالم.

إن الحرب ضد البكتيريا يتم خوضها أولاً وقبل كل شيء بالمضادات الحيوية. عندما تم تطوير الأنواع الأولى من المضادات الحيوية، في الأربعينيات من القرن العشرين، أحدثت ثورة في متوسط ​​العمر المتوقع ونوعية حياة الملايين. يبدو أنه تم العثور عليه

علاج الأمراض القاتلة مثل الالتهاب الرئوي والتهاب السحايا، لكن لم يتوقع الجميع "رد الفعل العكسي" للبكتيريا. تعمل المضادات الحيوية ضد الآليات الضرورية لحياة البكتيريا أو تكاثرها، وتبين أنه في عملية الانتقاء الطبيعي، تغير البكتيريا خصائصها، وتكون قادرة على تطوير مقاومة لتأثيرات المضادات الحيوية.

الاستخدام المكثف للمضادات الحيوية يسرع تطور المقاومة، واليوم هناك أنواع من البكتيريا لا يستطيع الأطباء التعامل معها. تستثمر شركات الأدوية المليارات في البحث عن آليات مقاومة البكتيريا، وهناك سباق مستمر على "المضاد الحيوي التالي"، الذي قد يمنح العلماء مساحة التنفس اللازمة لتطوير دواء خارق سيقضي على البكتيريا في النهاية.

فازت البروفيسورة عادا يونات من معهد وايزمان بجائزة إسرائيل هذا العام لمساهمتها الكبيرة في وصف بنية الريبوسوم - وهو عضوي مهم داخل الخلايا يستخدم كمصنع لإنتاج البروتين في الخلية. تحفز هذه البروتينات آلاف التفاعلات التي نسميها الحياة. وليس من قبيل الصدفة أن أكثر من 40٪ من أدوية المضادات الحيوية تهدف إلى التأثير على الريبوسومات البكتيرية. في الريبوسومات، تتم ترجمة الشفرة الوراثية في الحمض النووي إلى بروتين؛ ويعني شلل خط إنتاج البروتينات نهاية حياة كائن وحيد الخلية مثل البكتيريا.

يعلق مطورو أدوية المضادات الحيوية أهمية كبيرة على فهم طريقة عمل الريبوسوم ووصف بنيته المكانية. الطريقة المقبولة لتحديد البنية ثلاثية الأبعاد للجزيئات والهياكل البيولوجية هي تصوير البلورات بالأشعة السينية (الأشعة السينية). يوضح يونات: "في الخطوة الأولى، ينتجون بلورة من المادة التي يحاولون فك شفرتها". يعد إنتاج البلورات أمرًا ضروريًا، لأنه فقط في الحالة الصلبة يمكن تطبيق تكنولوجيا علم البلورات. "في الخطوة التالية، يتم تشعيع البلورة بالأشعة السينية. فيضرب الإشعاع البلورة، ومن قياس الإشعاع المنعكس يمكننا حساب المسافات بين الذرات التي تتكون منها وطبيعة الروابط الكيميائية بينها "، يقول يونات.

إن بنية الريبوسوم معقدة للغاية، وتتضمن العشرات من البروتينات وعدة سلاسل طويلة من الأحماض النووية من نوع الحمض النووي الريبي (RNA)، وجميع المكونات معبأة في وحدتين فرعيتين؛ أحدهما مسؤول عن قراءة المادة الوراثية وفك شفرتها، والآخر مسؤول عن إنتاج البروتين.

مجموعة أبحاث يونات هي المجموعة الوحيدة في العالم التي فكت رموز البنية الدقيقة للوحدتين الفرعيتين. يقول يونات: "إن فك رموز بنية الريبوسوم مهمة معقدة، سواء بسبب حجمها وتعقيدها، أو أيضًا بسبب حساسية العضية للإشعاع". "من أجل إنتاج خريطة كثافة الذرات عند مستوى جيد من الانفصال، يجب استخدام مستويات عالية من الإشعاع. لكن الإشعاع بمستويات عالية يضر باستقرار الريبوسوم ويعطل بنيته. وفي الواقع فإن ظروف التجربة تشوه النتائج."

في الثمانينيات، كان يونات هو الباحث الوحيد الذي نجح في إنتاج بلورات الريبوسوم، لكن فك رموز بنيتها لم يكن ممكنا إلا جزئيا. ولم تكن نوعية البلورات جيدة بما فيه الكفاية، ولم يتم بعد اختراع الأدوات التكنولوجية التي من شأنها أن تجعل من الممكن زيادة حساسية البلورات للأشعة السينية. وعلى الرغم من تشكك أفضل العلماء في العالم، عمل يونات من الصعب تطوير الأدوات المختبرية التي مهدت الطريق في نهاية المطاف لوصف بنية الريبوسوم عند مستوى الانفصال المطلوب.

إحدى طرق التعامل مع مشكلة عدم استقرار الريبوسوم هي العمل مع ريبوسومات البكتيريا التي تعيش في ظروف مرهقة. يقول يونات: "لفت روفين فيمر، وهو مُعلن في تل أبيب وعالم هاوٍ، انتباهي إلى حقيقة أن بكتيريا Deinococcus Radiodurans هي الناجية النهائية". "لقد ظل على قيد الحياة حتى بعد عدة أيام من المجاعة، ويمكن العثور عليه في الصحراء، والقطب الشمالي، وأيضا في مجاري المنشآت النووية. وبالاعتماد على قوة البكتيريا، افترضنا أن الريبوسوم الخاص بها سيُظهر أيضًا الاستقرار، وأن البكتيريا ستعرف كيفية التعامل مع الضرر الذي قد يلحق بها بسبب التعرض لمستويات عالية من الإشعاع.

تمت زراعة هذه البكتيريا في مختبر يونيت وأنتجت في النهاية بلورات ممتازة من الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم. في مقال نشر في أكتوبر 2001 في مجلة نيتشر، قدم يونيت اختراقًا في فهم بنية الريبوسوم وكيفية تأثير أدوية المضادات الحيوية عليه. وتقول: "من خلال العمل مع مجموعة بحثية من معهد ماكس بلانك في ألمانيا، حاولنا معرفة كيف تعمل أدوية المضادات الحيوية المختلفة على شل الريبوسوم. في الخطوة الأولى، قمنا بإعداد بلورات من الريبوسومات من البكتيريا التي عولجت بمضادات معروفة". أدوية المضادات الحيوية. قمنا بعد ذلك بفك رموز البنية المكانية لوحدات الريبوسوم، وتمكنا من تحديد موقع أدوية المضادات الحيوية عندما ترتبط بمواقع نشاطها. وتبين أن بعض أدوية المضادات الحيوية تسد الموقع الذي تُترجم فيه المادة الوراثية إلى بروتين، بينما تسد أدوية المضادات الحيوية الأخرى النفق الذي تُخرج منه البروتينات المُصنعة حديثًا.

نتائج الدراسة لها آثار مهمة على تحسين أدوية المضادات الحيوية وفك رموز آليات مقاومة البكتيريا. يقول يونات: "منذ ذلك الحين، تمكنا من وصف آليات عمل أدوية المضادات الحيوية الأكثر تقدما، والتي لم يدخل بعضها السوق بعد". "وفي الوقت نفسه، بدأنا في تحديد آليات المقاومة التي طورتها البكتيريا ضد المضادات الحيوية." ستستمر البكتيريا في تطوير آليات المقاومة، ولكن من خلال تقنيات مثل علم البلورات بالأشعة السينية، سيكون من الممكن تحديد نقاط ضعف جديدة في نظام الدفاع للعدو العنيد.

كان موقع المعرفة حتى نهاية عام 2002 جزءًا من بوابة IOL التابعة لمجموعة هآرتس