كبسولة الصحية – وكالات
اكتشف باحثون فئة من البروتينات الحساسة للضوء، توجد حصرياً في الميكروبات المتكيفة مع البيئات الباردة، ويعتقدون أنها تحمل في طياتها إمكانية إحداث ثورة في هندسة الخلايا، وتحديداً مجال هندسة الجينات البصرية.
وقد وُصفت هذه المجموعة النادرة والغامضة من البروتينات الزرقاء، التي تًسمّى كرايورودوبسين، بأنها لا تشبه أي شيء رآه باحثون في مختبر الأحياء الجزيئية الأوروبي من قبل.
ويعتقد الدكتور كيريل كوفاليف عالم الأحياء البنيوية أن الكرايورودوبسينات يمكن أن تُستخدم كنماذج أولية لمفاتيح التشغيل والإيقاف الجزيئية في الخلايا.
ووفق “إنترستينغ إنجنيرينغ”، يعمل كوفاليف منذ سنوات في دراسة الرودوبسينات – وهي أصباغ حساسة للضوء تُحوّل الضوء إلى إشارات كهربائية، لكن الاكتشاف الجديد كان مفاجأة له.
وجاء الاكتشاف أثناء تصفحه بالصدفة قواعد بيانات البروتينات على الإنترنت. حيث صُدم عندما لاحظ سمة غير مألوفة مشتركة بين الرودوبسينات الميكروبية التي لا توجد إلا في بيئات شديدة البرودة.
ونظراً لأهمية بقائها على قيد الحياة في البرد، شكك في أنها مصادفة، وأطلق عليها اسم “كريورودوبسينات”.
ولأن اللون سمة مميزة للرودوبسينات، ومعظمها وردي-برتقالي، ويُنشَّط بالضوء الأخضر والأزرق، كان كوفاليف حريصاً على دراسة المتغيرات المكتشفة حديثاً.
الأزرق والأحمر
ولدهشته، كشفت الكريورودوبسينات عن مجموعة مذهلة من الألوان، بما في ذلك اللون الأزرق المطلوب بشدة، والذي يُنشَّط بالضوء الأحمر الذي يخترق الأنسجة بعمق أكبر وبطريقة غير جراحية.
ومن خلال تطبيق تقنيات متقدمة باستخدام تقنيات علم الأحياء البنيوي، اكتشف كوفاليف أن سر لونها الأزرق يكمن في نفس السمة البنيوية النادرة التي رصدها في البداية في قواعد بيانات البروتينات.
وأوضح: “الآن وبعد أن فهمنا ما يجعلها زرقاء، يمكننا تصميم رودوبسينات زرقاء اصطناعية مصممة لتطبيقات مختلفة”.
ثم اختبر فريق البحث بروتينات كرايورودوبسين في خلايا دماغية مزروعة، ووجدوا أن التعرض للأشعة فوق البنفسجية يُحفّز تيارات كهربائية داخل الخلايا. وعند إضاءة الخلايا بالضوء الأخضر، زادت استثارتها.
في الوقت نفسه، قلّل التعرض للأشعة فوق البنفسجية أو الضوء الأحمر من استثارتها.
وقال الدكتور توبياس موسر، قائد مجموعة في المركز الطبي الجامعي في غوتنغن: “ستكون الأدوات البصرية الوراثية الجديدة التي تُفعّل وتُخفّض النشاط الكهربائي للخلية بكفاءة، مفيدة للغاية في البحث والتكنولوجيا الحيوية والطب”.
وعلى الرغم من إمكاناتها، قال كوفاليف بأن بروتينات كرايورودوبسين ليست جاهزة للاستخدام كأدوات حالياً. لكنه أكد أنها نموذج أولي ممتاز، “يمكن هندستها لتصبح أكثر فعالية في علم البصريات الوراثية”.
وقد اكتشف الفريق أن بروتينات كرايورودوبسين لا تكتشف الأشعة فوق البنفسجية فحسب، بل تستجيب أيضاً للضوء بشكل أبطأ من أي بروتين معروف آخر.
ويشير هذا إلى أنها قد تساعد الميكروبات على استشعار الأشعة فوق البنفسجية الضارة والاستجابة لها، وهي سمة نادرة بين البروتينات ذات الصلة.
وباستخدام أداة الذكاء الاصطناعي AlphaFold، توقع الفريق أن 5 نسخ من بروتين صغير تُشكل حلقة وتتفاعل مع الكريورودوبسين داخل الخلية.
ويعتقد الباحثون أنه عندما يستشعر الكريورودوبسين الأشعة فوق البنفسجية، ينفصل البروتين الصغير لنقل الإشارة إلى عمق الخلية. وهي آلية مثيرة للتواصل بين الخلايا.
ولدراسة بروتين الكريورودوبسين بهذه الدقة، استخدم الفريق نهجاً بيولوجياً هيكلياً رباعي الأبعاد، يجمع بين علم البلورات بالأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني بالتبريد، وتقنيات تنشيط الضوء.
وأوضح كوفاليف: “نعتقد أن بروتين الكريورودوبسين قد طور خصائصه الفريدة ليس بسبب البرد، بل للسماح للميكروبات باستشعار الأشعة فوق البنفسجية، التي قد تكون ضارة لها”.
وخلص كوفاليف إلى أنه “في البيئات الباردة، مثل قمم الجبال، تتعرض البكتيريا لأشعة فوق بنفسجية كثيفة”. ويعتقد أن بروتين الكريورودوبسين يُساعد في تفعيل الاستجابات الوقائية.
