والآن: مشروع البروتين

مشروع الجينوم البشري يقترب من الاكتمال. ولكن ماذا تفعل عشرات الآلاف من البروتينات المكتشفة في كل خلية؟ يشد العلماء أحزمتهم ويبدأون العملية الكبيرة التالية

بواسطة ياناي اوفران

لقد تم طرح الفكرة التي كانت أساس مشروع الجينوم البشري بشكل شبه تلقائي: فوق الحمض النووي توجد الجينات - تعليمات إنتاج جميع المواد التي تعرف الخلية كيف تنتجها. ووفقا لهذه التعليمات، تنتج الخلية أنواعا مختلفة من البروتينات. يمكنك أن تأخذ جزءًا من الحمض النووي وتستخدم طرقًا كيميائية بسيطة نسبيًا لفك تعليماته. وبهذه الطريقة يمكن تحديد البروتينات التي تنتجها الخلية حسب التعليمات الموجودة في القسم وما هو التركيب الكيميائي لكل منها.

قام المبادرون بمشروع الجينوم البشري بالترويج لتعاون دولي يهدف إلى فك رموز تسلسل الحمض النووي الموجود في الخلايا البشرية بالكامل. وبهذه الطريقة سيكون من الممكن تحديد البروتينات التي يمكن أن تنتجها الخلية البشرية وما هو تركيبها الكيميائي.

سارع الفلاسفة في غراش، مع بداية المشروع، إلى مناقشة ما بدا لهم وقتها نهاية علم الأحياء؛ عندما يتم فك رموز الجينوم، ابتهجوا، سنعرف بالفعل كيف يعمل كل شيء. ومن المتوقع صدور المسودة الأولى للجينوم البشري في الأشهر المقبلة، ولكن، كما هو متوقع، فإن النتائج التي توصل إليها المشروع الضخم تقدم أسئلة أكثر من الإجابات.

تعمل آلاف أنواع البروتينات، وأحيانًا عشرات الآلاف، كآلات داخل الخلية، بتنسيق كامل. تم العثور على تعليمات التصنيع لجميع هذه الآلات في NA. تعمل الخلية بنظام نقل المواد بين أجزائها المختلفة، تحافظ على الاتصال مع البيئة الخارجية، تمتص المواد من الخارج وتطرد المواد، تحافظ على الاتصال مع الخلايا الأخرى، تنظم تركيز المواد داخلها، تسحب الماء من الخارج حسب الحاجة يجلب الطعام لكنه يمنع دخول السموم، وينتج لنفسه طاقة، ويتكاثر، وينشط أنظمة التحكم الحساسة التي تنسق دورة حياته، بل وينتحر على مذبح خير الجسم إذا لزم الأمر. وتتطلب إدارة هذا النظام نظامًا معقدًا لتمرير الرسائل بين أجزاء الخلية. ويتم كل ذلك من خلال البروتينات التي يتم إنتاجها بموجب تعليمات الجينات. وكان الأمل هو أن يؤدي فك رموز الجينوم البشري الكامل إلى توضيح عمل هذا النظام المعقد.

لن يكون الجينوم البشري هو الجينوم الأول الذي يتم فك شفرته بالكامل. وقد سبقه جينومات العديد من البكتيريا والخميرة وأيضًا نوع واحد من الذباب. وتكررت المشكلة نفسها في جميعها: تم اكتشاف جين جديد يحتوي على تعليمات لإنتاج بروتين معين، ومن الممكن تحديد التركيب الكيميائي لهذا البروتين، وما طوله، وما هو وزنه، وما هو طوله وما هو وزنه؟ ونادرا ما يبدو. ولكن ماذا يفعل هذا البروتين؟ مشروع الجينوم غير قادر على الإجابة على ذلك. إن البحث الذي يحاول معرفة دور وأهمية البروتينات الجديدة طويل ومعقد، وبالتالي تتراكم قواعد البيانات المزيد والمزيد من التفاصيل حول البروتينات الجديدة التي لا أحد يعرف ما هو دورها وما هي أهميتها البيولوجية.

وتقدم دراسة نشرت مطلع الشهر الجاري في مجلة "نيتشر" حلا للمشكلة، وهي طريقة جديدة تسمح برسم خرائط لجميع البروتينات التي تعمل داخل خلية واحدة.

كيف يعمل وقد عمل الباحثون، بقيادة بيتر أتز من شركة كورا جان للتكنولوجيا الحيوية، مع الخميرة. لقد تم بالفعل فك رموز جينوم خميرة الخباز منذ ثلاث سنوات. يحتوي على 6,000 بروتين. والتركيب الكيميائي لجميع هذه الكائنات معروف، لكن القليل منها فقط هو الذي تمكن من معرفة ما تفعله في الخلية.

واستخدمت الدراسة الجديدة طريقة تسمى "الطريقة الهجينة". افترض الباحثون أنه إذا شارك بروتينان في عملية واحدة، فيجب أن يرتبطا ببعضهما البعض في مرحلة ما من نشاطهما أو على الأقل يقتربان جدًا. إذا كان من الممكن معرفة البروتينات التي تحافظ على الاتصال فيما بينها، فسيكون من الممكن معرفة أنها تعمل في نفس العملية. وبهذه الطريقة، سيتمكن الباحثون من تقسيم البروتينات إلى مجموعات، تشارك كل منها في نفس العملية. إن فك رموز دور بروتين واحد في كل مجموعة سيسمح بالاستفادة من دور البروتينات الأخرى في مجموعتها.

قام الباحثون بتطوير سلالة من الخميرة يوجد فيها جين يصبغ الخميرة بلون خاص (الجين المبلغ عنه). وقاموا بتقسيم آلية البروتين التي تقرأ تعليمات إنتاج الصبغة وتنتجها إلى نصفين. كان النصف مرتبطًا ببروتين واحد والنصف الآخر مرتبط ببروتين آخر. وكان الافتراض أنه إذا تعاون هذان البروتينان، فستكون هناك مرحلة يتم فيها إعادة ربط جزأين الآلية، ويمكن للآلية إنتاج اللون.

قام الباحثون بنشر عشرات الآلاف من مستعمرات الخميرة على طبق خاص. في كل مستعمرة، تم ربط جزأين الجهاز ببروتينين مختلفين. تم تلوين المستعمرات التي تتعاون فيها البروتينات فقط. وهكذا تمكنوا من اكتشاف دور مئات البروتينات الجديدة.

في الواقع، تقدم الدراسة الجديدة بداية المشروع التالي الذي من المحتمل أن يواجهه علم الأحياء - محاولة فهم الكم الهائل من المعلومات التي أنتجها مشروع الجينوم. وحتى هناك كان لديهم بالفعل ما يكفي لتقديم هذا المشروع - إذا كان النظام الجيني لكائن حي يسمى الجينوم، فإن النظام البروتيني للكائن الحي يسمى بروتيوم.
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 27/2/2000{

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~291805937~~~28&SiteName=hayadan