لدغة الحلزون

اكتشف علماء في معهد وايزمان للعلوم أن سم حلزون البحر المسمى بالمخروط السام يعمل بآلية لم تكن معروفة حتى الآن. قد تساعد النتائج في تطوير أدوية جديدة لارتفاع ضغط الدم واضطرابات ضربات القلب

داخل الصدفة الملونة لحلزون البحر، المعروف باسم المخروط السام، يوجد حيوان مفترس قاتل يدمر بسرعة وكفاءة الأسماك والديدان والمارة الآخرين الذين ينقرون في طريقه. وفي دراسة نشرت مؤخرا في المجلة العلمية Proceedings of the American Academy of Sciences (PNAS)، كشف علماء معهد وايزمان للعلوم أن السم الذي يقتل به المخروط السام ضحاياه يعمل بآلية لم تكن معروفة من قبل. قد تفسر هذه النتائج بعض الآثار الجانبية للأدوية التي تسد قنوات البوتاسيوم، مثل أدوية ارتفاع ضغط الدم واضطرابات ضربات القلب، وتؤدي إلى تطوير أدوية تعمل بطرق جديدة.

يقول الدكتور يزهار كارفات، عالم هيئة التدريس في مختبر البروفيسور إيتان ريوفاني في قسم العلوم الجزيئية الحيوية: "إن مكونات معينة في سم المخروط السام تقتل الحشرات ولكن ليس الثدييات". "لقد انطلقنا بفكرة استخدام هذه المكونات لتصنيع مبيدات حشرية طبيعية لا تضر الإنسان، لكن البحث أخذ منعطفا مفاجئا".

العديد من الحيوانات السامة تشل ضحاياها بالسموم التي تمنع فتح القنوات التي تحمل أيونات البوتاسيوم داخل وخارج الخلية. تعتبر قنوات البوتاسيوم هذه آليات خلوية أساسية لتنظيم نقل الإشارات الكهربائية في الجسم والعديد من العمليات الأخرى. وتعمل بعض أدوية ارتفاع ضغط الدم واضطرابات ضربات القلب بآلية مشابهة لهذه السموم، تسمى "الفلين في الزجاجة" بسبب سد فتحة القناة. عندما بدأ الدكتور كيربيت وزملاؤه في دراسة المخاريط السامة، قاموا أولاً بالتحقق مما إذا كان سمهم يعمل أيضًا بطريقة "الفلين". لكن التجارب المعملية أظهرت أنها ليست نفس الآلية.

تقتل مكونات معينة في سم المخروط السام الحشرات، ولكن ليس الثدييات. انطلقنا بفكرة استخدام هذه المكونات لتصنيع مبيدات حشرية طبيعية لا تضر الإنسان، إلا أن البحث أخذ منعطفاً مفاجئاً"

لفهم كيفية عمل سم الحلزون القاتل، قام الدكتور كيربيت وأعضاء آخرون في الفريق، بالتعاون مع علماء من جامعة تل أبيب وجامعة ديبريسين في المجر، بإنشاء بلورات سامة مركزية لسمها، وفكوا رموز البنية ثلاثية الأبعاد لهذه البلورات. وبعد ذلك قاموا بتسجيل كهروفيزيولوجي لنشاط قنوات البوتاسيوم وإحداث طفرات جينية لفحص طريقة الارتباط وآلية تأثير السموم على القناة. وكشفت النتائج أنه على عكس حاصرات قنوات البوتاسيوم المعروفة، فإن السموم الموجودة في السم المخروطي تعمل على محيط القناة وليس على فتحتها. وفي وقت لاحق، أجرى العلماء عمليات محاكاة حاسوبية باستخدام إصدارات متقدمة من الديناميكيات الجزيئية، وهي تقنية أتاحت لهم فحص التفاعلات بين السم وبروتينات القناة على مستوى الذرات الفردية. يوضح الدكتور كيربيت: "إن إحدى مزايا هذه التقنية هي أنها لا تكشف موقع مكونات جزيء البروتين فحسب، بل أيضًا موقع جزيئات الماء والأيونات الفردية".

كشفت عمليات المحاكاة أن التفاعلات بين الأحماض الأمينية للسم وتلك الموجودة في بروتينات القناة عطلت الروابط الهيدروجينية داخل القناة بطريقة زادت من تدفق الماء في المساحات البروتينية حول فتحة القناة. ويتسبب التيار المتزايد بدوره في انهيار الفتحة بأكملها، وبالتالي منعها من مرور أيونات البوتاسيوم عبر جدار الخلية. بمعنى آخر، توقفت القناة عن العمل، وتوقف تدفق أيونات البوتاسيوم، ولكن ليس بآلية «فلين في الزجاجة»، بل بآلية جديدة تعمل على محيط القناة.

ويلقي هذا الاكتشاف ضوءا جديدا على التحكم في قنوات البوتاسيوم في الخلية الحية. ومن المعروف أن هذه القنوات قد تنهار بسبب فتحها لفترات طويلة وزيادة تدفق الأيونات - وهي عملية تسمى "التعطيل البطيء" - لكن الآلية الجزيئية وراء هذه العملية لم تكن معروفة. تشير نتائج الدراسة إلى أن الإسكات البطيء ربما يكون ناتجًا عن زيادة حركة المياه والتغيرات الهيكلية التي تحدث نتيجة لنطاق فتحة القناة.

تقدم النتائج أيضًا رؤى مهمة لتطوير الأدوية المستقبلية. على سبيل المثال، سيكون من الممكن التحقق مما إذا كانت بعض الآثار الجانبية للأدوية التي تسد قنوات البوتاسيوم ناجمة عن اضطرابات هيكلية مماثلة لتلك التي يسببها سم مخروط البحر؛ وإذا كان الأمر كذلك، لتطوير أدوية لا تسبب هذه الأعراض. لقد تم الحفاظ على فتحات قنوات البوتاسيوم أثناء التطور - أي أن لها نفس البنية ونفس التركيب الجزيئي في الخلايا وأنواع الخلايا المختلفة. وهذا يعني أن الدواء الذي يسد الفتحة يمكن أن يؤثر على جميع أنواع الخلايا في الجسم. في المقابل، تختلف المكونات البروتينية لمحيط القناة بشكل كبير بين الأنواع المختلفة من الخلايا والأنسجة، لذلك يمكن أن تكون أهدافًا أكثر استهدافًا للأدوية. يقول البروفيسور روفاني: "إن تطوير الأدوية التي ستؤثر على نطاق القناة وتتسبب في انهيارها، يمكن توجيهه ضد مجموعة محددة من القنوات التي يتم التعبير عنها فقط في خلايا معينة". "وهذا قد يقلل من الآثار الجانبية للأدوية."

وشارك في الدراسة شاهار باين والدكتورة داليا جوردون من قسم العلوم الجزيئية الحيوية بالمعهد؛ وشيلي هامر روجوتنر والدكتور أورلي ديم من قسم البنى التحتية لأبحاث علوم الحياة بالمعهد؛ هاجيت التمان-جوتا، د. فيليكس فرولوف، ود. ميخائيل جورفيتز من جامعة تل أبيب؛ وتيفور سانتو والدكتور جيورجي بيني من جامعة ديبريسين.

للمادة العلمية