علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Beyond the Helix: DNA’s Complex Folding Unveils New Functions
(WEILL CORNELL MEDICINE – بواسطة: كلية ويل للطب بجامعة كورنيل)
ملخص المقالة:
وجد باحثو كلية طب جامعة كورنيل والمعهد الوطني للقلب والرئة والدم أن الحمض النووي يمكن أن يحاكي وظائف البروتينات من خلال تكوين هياكل معقدة ثلاثية الأبعاد. هذه النتائج تطور علم كيفية جعل الحمض النووي ينطوي إلى أشكال معقدة، وستساعد الباحثين على بناء جزيئات الحمض النووي هذه لمجموعة متنوعة من التطبيقات المختبرية والسريرية.
( المقالة )
في دراسة رائدة، وجد باحثون من كلية وايل للطب في جامعة كورنيل والمعهد الوطني للقلب والرئة والدم، وهو قسم من المعاهد الوطنية للصحة، أن الحمض النووي يمكن أن يحاكي وظائف البروتينات من خلال تكوين هياكل معقدة ثلاثية الأبعاد.
واستخدم هذا البحث، الذي نُشر مؤخرًا في مجلة “نيتشر” (Nature)، تقنيات التصوير عالية الدقة للكشف عن التكوين الفريد والمتعدد الأوجه لجزيء الحمض النووي المركب. وتم تصميم هذا الجزيء لمحاكاة سلوك البروتين المعروف باسم البروتين الفلوري الأخضر (Green Fluorescent Protein (GFP)). وتم استخراجه في الأصل من قنديل البحر، وأصبح البروتين الفلوري الأخضر أداة مهمة في المختبرات، حيث يعمل كعلامة مضيئة أو مشعل داخل الخلايا.
وقال المؤلف المشارك للدراسة الدكتور سامي جفري، أستاذ كرسي جرينبيرج-ستار البحثي في علم الأدوية وعضو في مركز ساندرا وإدوارد ماير للسرطان في كلية وايل للطب في جامعة كورنيل: “هذه النتائج تغير حقًا فهمنا لما يمكننا فعله باستخدام الحمض النووي”.
ويوجد الحمض النووي في الطبيعة في الغالب في شكل “سلم ملتوي” أو “حلزوني” مزدوج الشريطة، ويعمل كمخزن ثابت نسبيًا للمعلومات الجينية. وتتم جميع العمليات الأحيائية المعقدة الأخرى في الخلايا بواسطة أنواع أخرى من الجزيئات، وخاصة البروتينات.
وفي العام الماضي، أبلغ الدكتور جفري وزملاؤه عن اكتشاف جزيء واحد من هذا القبيل: الحمض النووي أحادي الخيط الذي يطوى بطريقة تسمح له بتقليد نشاط البروتين الفلوري الأخضر. ويعمل جزيء الحمض النووي، الذي أطلق عليه الدكتور جفري اسم “الخس” بسبب لون انبعاثاته الفلورية، عن طريق الارتباط بجزيء عضوي صغير آخر، وهو “فلوروفور”[1] (Fluorophore) مشابه للجزيء الموجود في قلب البروتين الفلوري الأخضر، ثم ضغطه في الطريقة التي تنشط قدرتها على التألق. وأظهر الباحثون تركيبة الخس والفلوروفور كعلامة فلورية للكشف السريع عن فيروس سارس-كورونا-2، المسبب لكوفيد-19.
وقد اكتشف الدكتور جفري وفريقه “الخس” عن طريق صنع العديد من الحمض النووي أحادي السلسلة وفحص أولئك الذين لديهم القدرة المطلوبة على تنشيط الفلوروفور. ولكنهم لم يعرفوا ما هي البنية التي يستخدمها الخس لاكتساب هذه القدرة. ولتحديد هذا الهيكل، توجهوا – في الدراسة الجديدة – إلى مساعدهم منذ فترة طويلة، كبير الباحثين في المعهد الوطني للقلب والرئة والدم الدكتور أدريان ر. فيري-ديماري.
وفي البحث الذي قاده الدكتور لويز باسالاكوا، زميل باحث في فريق الدكتور فيري-ديماري، تم استخدام تقنيات التصوير الهيكلي المتقدمة، بما في ذلك الفحص المجهري الإلكتروني بالتبريد، لحل بنية “الخس” بدقة على النطاق الذري. وقد وجدوا أنه يطوي في شكل يحتوي في مركزه على تقاطع رباعي من الحمض النووي، من نوع لم يسبق له مثيل من قبل، يحيط الفلوروفور بطريقة تنشطه.
كما لاحظوا أيضًا أن طيات “الخس” يتم تثبيتها معًا بواسطة روابط بين القواعد النووية – وهي اللبنات الأساسية للحمض النووي التي غالبًا ما يشار إليها باسم “الأحرف” في أبجدية الحمض النووي المكونة من أربعة أحرف.
“ما اكتشفناه ليس محاولة الحمض النووي أن يكون مثل البروتين. إنه حمض نووي يقوم بما يقوم به البروتين الفلوري الأخضر ولكن بطريقته الخاصة”، قال الدكتور فيري-ديماري.
وقال الباحثون إن النتائج يجب أن تسرع من تطوير جزيئات الحمض النووي الفلورية مثل “الخس” لاختبارات التشخيص السريع بالإضافة إلى مجموعة من التطبيقات العلمية الأخرى التي يكون فيها وسم الفلورسنت المعتمدة على الحمض النووي أمرًا مرغوبًا فيه. وقال الدكتور جفري: “ستكون مثل هذه الدراسات ضرورية لإنشاء أدوات جديدة قائمة على الحمض النووي”.
المراجع:
Intricate 3D architecture of a DNA mimic of GFP” by Luiz F. M. Passalacqua, Michael T. Banco, Jared D. Moon, Xing Li, Samie R. Jaffrey and Adrian R. Ferré-D’Amaré, 21 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06229-8
“Detection of SARS-CoV-2 RNA Using a DNA Aptamer Mimic of Green Fluorescent Protein” by Bria S. VarnBuhler, Jared Moon, Sourav Kumar Dey, Jiahui Wu and Samie R. Jaffrey, 26 March 2023, ACS Chemical Biology. DOI: 10.1021/acschembio.1c00893
المصدر:
https://scitechdaily.com/beyond-the-helix-dnas-complex-folding-unveils-new-functions/
الهوامش:
[1] الفلوروفور (أو الفلوروكروم على غرار الكروموفور) هو مركب كيميائي فلوري يمكنه إعادة إصدار الضوء عند إثارة الضوء. تحتوي الفلوروفورات عادةً على عدة مجموعات عطرية مجمعة، أو جزيئات مستوية أو حلقية مع عدة روابط. وتستخدم الفلوروفور في بعض الأحيان بمفردها، كمتتبع للسوائل، كصبغة لتلوين هياكل معينة، كركيزة من الإنزيمات، أو كمسبار أو مؤشر (عندما يتأثر تألقها بالجوانب البيئية مثل القطبية أو الأيونات). بشكل عام، يتم ربطها تساهميًا بجزيء ضخم، تعمل كعلامة (أو صبغة، أو علامة، أو مراسل) للكواشف الأفينية أو النشطة بيولوجيًا (الأجسام المضادة، الببتيدات، الأحماض النووية). تُستخدم الفلوروفور بشكل خاص لتلطيخ الأنسجة أو الخلايا أو المواد في مجموعة متنوعة من الأساليب التحليلية، مثل التصوير الفلوري والتحليل الطيفي. ويكيبيديا.