اعداد : أ.د. يونس عبد الرضا الخفاجي <br /> في العام الماضي، تمكن العلماء في جامعة روكفلر من تحديد ثلاث آليات دفاعية جديدة في أنظمة CRISPR <br />كل كائن حي على سطح الأرض يحتاج إلى حماية نفسه من الأشياء التي قد تسبب له الضرر. البكتيريا ليست استثناءً من ذلك. وبالرغم من بساطتها النسبية، فإنها تعتمد استراتيجيات دفاعية مدهشة ضد المعتدين الفيروسيين. أكثر هذه الاستراتيجيات شهرة هي تقنية CRISPR-Cas9 ، والتي تم تعديلها للاستخدام البشري لتُصبح أول تقنية لتحرير الجينات تتم الموافقة عليها من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA).<br />خلال العام الماضي، كان باحثون في مختبر علم البكتيريا التابع لجامعة روكفلر، برئاسة لوكا مارافيني ، ومعهد ميموريال سلون كيتيرينغ للسرطان (MSKCC) في مختبر البيولوجيا الهيكلية برئاسة دينشو باتيل ، يدرسون مكونات مناعية رئيسية في بعض أنظمة CRISPR تُعرف باسم بروتينات CARF المؤثرة (CARF effectors) .<br />تُعد هذه الآليات الدفاعية الجديدة أسلحة تستخدم طرقًا مختلفة لتحقيق هدف واحد مشترك: إيقاف النشاط الخلوي، وهو ما يمنع الفيروس من الانتشار داخل بقية المجتمع البكتيري.<br />في مقال حديث نُشر في مجلة Science ، أعلن العلماء عن أحدث بروتين من فئة CARF المؤثر اكتشفوه، والذى أطلقوا عليه اسم Cat1 . ونظرًا لتركيبته الجزيئية المعقدة بشكل غير عادي، يمكن لهذا البروتين أن يستهلك مادة كيميائية ضرورية لوظائف الخلية. وبغياب هذه المادة الأساسية، تتعطل خطط الفيروس المعتدي لشن هجوم إضافي تمامًا.<br />قال مارافيني : "إن العمل المشترك بين مختبراتنا يكشف مدى فعالية هذه البروتينات المسماة CARF المؤثرة — ومدى اختلافها أيضًا. إن تنوع الأنشطة الجزيئية التي تقوم بها مثير للدهشة حقًّا."<br />أنظمة دفاعية متعددة<br />تُعتبر تقنية CRISPR جزءًا من الجهاز المناعي المتكيّف لدى البكتيريا وبعض الكائنات الحية وحيدة الخلية الأخرى، وتوفّر حماية ضد الفيروسات المعروفة باسم البكتريوفاجات . تعمل الأنواع الستة من أنظمة CRISPRتقريبًا بنفس الطريقة: تقوم RNA-CRISPR بتحديد الشفرة الوراثية الغريبة، مما يؤدي إلى تفعيل إنزيم Cas يقوم بتنفيذ رد فعل مناعي، غالبًا ما يتمثل في قص أو إزالة المادة الغريبة.<br />لكن هناك عددًا متزايدًا من الأدلة تشير إلى أن أنظمة CRISPR تعتمد على مجموعة واسعة من الاستراتيجيات الدفاعية تتجاوز مجرد "المقصات الجينية". وقد قاد مختبر مارافيني معظم هذا البحث. وعلى وجه الخصوص، كانوا يدرسون فئة من الجزيئات في أنظمة CRISPR-Cas10 تُعرف باسم بروتينات CARF المؤثرة ، وهي بروتينات يتم تفعيلها عند إصابة البكتيريا بفيروس.<br />يعتقد أن مناعة بروتينات CARF المؤثرة تعمل عن طريق خلق بيئة غير مواتية لتكاثر الفيروس. فعلى سبيل المثال، يقوم البروتين المؤثر Cam1 بتسبب اضطرابًا في الشحنة الكهربائية للغشاء الخلوي للخلية المصابة، بينما يطلق البروتين المؤثر Cad1 نوعًا من "التلويث الجزيئي"، حيث يملأ الخلية المصابة جزيئات سامة.<br />تجميد الاستقلاب<br />في الدراسة الحالية، أراد الباحثون محاولة تحديد المزيد من البروتينات المؤثرة من نوعCARF . ولذلك، استخدموا أداة قوية لفحص التشابه الهيكلي تُسمى Foldseek ، وقد ساعدتهم هذه الأداة في اكتشاف Cat1 . ووجدوا أن Cat1 يتم تنشيطه عند ارتباط جزيئات رسول ثانوية تُعرف باسم السيكلوكليديك تيترا-أدينيليت (cA4) ، والتي بدورها تحفّز الإنزيم الموجود على قطع مادة استقلابية ضرورية داخل الخلية تُسمى NAD+ .<br />يقول كريسبيان بيكا ، الباحث المشترك الأول والطالب في برنامج TPCBفي مختبر مارافيني:<br />"بمجرد أن يتم تكسير كمية كافية من NAD+ ، تدخل الخلية حالة من توقّف النمو . وبما أن وظائف الخلية أصبحت متوقفة، لم يعد بمقدور الفيروس (البكتريوفاج) التكاثر أو الانتشار إلى باقي المجتمع البكتيري. بهذه الطريقة، يشبه Cat1 البروتينات Cam1 وCad1 من حيث أنه يسهم جميعًا في توفير مناعة بكتيرية على مستوى السكان."<br />تعقيد فريد<br />لكن وعلى الرغم من تشابه استراتيجيته المناعية مع بروتينات CARF المؤثرة الأخرى، فإن هيكله مختلف تمامًا، كما أوضحت بوجا مايومدر ، الباحثة المشاركة الأولى وزميلة ما بعد الدكتوراه في مختبر باتيل، من خلال تحليل هيكلي مفصل باستخدام تقنية التصوير بالتبريد الإلكتروني (cryo-EM) .<br />وجدت أن لبروتين Cat1 تركيبًا معقدًا بشكل مفاجئ، حيث ترتبط جزيئات Cat1 الثنائية معًا بواسطة جزيء الإشارة cA4 ، مما يؤدي إلى تشكيل خيوط طويلة أثناء العدوى الفيروسية، وتحتجز هذه الخيوط جزيئات NAD+ داخل "جيوب جزيئية لزجة". وتوضح مايومدر قائلة:<br />"بمجرد أن تقوم خيوط Cat1 بتكسير جزيء NAD+ الاستقلابي، لم يعد هذا الجزيء متاحًا للخلية لاستخدامه".<br />وأضافت أن التعقيد الهيكلي الفريد لهذا البروتين لا يتوقف عند هذا الحد.<br />"إن هذه الخيوط تتفاعل مع بعضها البعض لتشكّل حزمًا حلزونية مثلثة الشكل ، ويمكن لهذه الحزم بدورها أن تتسع لتشكّل حزمًا حلزونية خماسية الشكل "، وتقول ذلك. ويبقى الغرض من هذه التركيبات الهيكلية有待investigations مستقبلية.<br /> <br />من الجدير بالذكر أيضًا أن Cat1 غالبًا يبدو أنه يعمل بمفرده. يقول بيكا :<br />"عادةً في أنظمة CRISPR من النوع الثالث ، تكون هناك عمليتان تساهمان في التأثير المناعي. لكن معظم البكتيريا التي تحتوي على Cat1تعتمد في مناعتها بشكل رئيسي على Cat1 نفسه."<br />ويقول مارافيني إن هذه الاكتشافات تطرح أسئلة جديدة ومثيرة للاهتمام:<br />"بينما أعتقد أننا قدمنا دليلًا قويًا على الصورة الكبيرة — وهي أن بروتينات CARF المؤثرة فعالة للغاية في منع تكاثر البكتريوفاجات — إلا أن هناك الكثير مما لم نعرفه بعد حول التفاصيل الدقيقة لكيفية أدائها لذلك. سيكون من الرائع أن نرى إلى أين سيقودنا هذا البحث في المستقبل."<br /> <br /><br />جامعة المستقبل الجامعة الاولى في العراق .