إن الطفيلي المسبب للملاريا يتسبب في خسائر فادحة للبشرية، لأسباب ليس أقلها قدرته على إنتاج بلورات داكنة وفريدة من نوعها داخل خلايا الدم لدينا. بحث جديد يفك تماما بنية هذه البلورات ويمهد الطريق لأدوية جديدة
أ. ليزلي ليزارويتز لقد علم بمرض الملاريا لأول مرة عندما كان طفلاً صغيراً في جنوب إفريقيا. عاد والده، الذي كان يحرث القارة بحثاً عن الأخشاب من أجل مشروع العائلة، إلى منزله ليس بقصص عن الأفيال والغوريلا فحسب، بل أيضاً مع طنين في الأذنين وطفح جلدي - وهي آثار جانبية لعقار الكينين، وهو دواء قديم للملاريا. وبعد بضعة عقود، اكتشف البروفيسور ليزارويتز، الخبير العالمي الشهير في أبحاث البلورات، أن الملاريا وثيقة الصلة بمجال بحثه: فالطفيل المسبب للمرض يتمتع بقدرات مذهلة في مجال بناء البلورات التي تساعده في قتله. مهمة. بدأ البروفيسور ليزارويتز في البحث عن البلورات التي ينتجها الطفيلي، وشكل لاحقًا تعاونًا مع زميله في كلية الكيمياء في معهد وايزمان للعلوم، البروفيسور. مايكل ألبوم، المتخصصة في تقنيات التصوير المتقدمة.
ورغم انخفاض معدلات الإصابة بالملاريا بشكل كبير في العقدين الأولين من القرن الحادي والعشرين، إلا أن المرض لا يزال يؤدي إلى وفاة أكثر من نصف مليون شخص سنويا، معظمهم من الأطفال الصغار، ويشكل تحديا صحيا عالميا هائلا. في دراسة نشرت مؤخرا من قبل البروفيسورين ليزارويتز وألباوموكشف بتفاصيل غير مسبوقة عن بنية البلورات التي يبنيها الطفيلي. قد يساعد هذا البحث، الذي تم إجراؤه بالتعاون مع مجموعات بحثية رائدة حول العالم وبمساعدة بعض تقنيات التصوير الأكثر ابتكارًا، في خداع الطفيلي الذي يفرض ثمنًا باهظًا على البشرية ويؤدي إلى تطوير كائنات جديدة ومبتكرة. تحسين الأدوية ضد المرض.
نحن والهيم
وكما يعلم كل من علم بجفاف المستنقعات في أرض إسرائيل، فإن بعوض الأنوفيلة، أو بالأحرى البعوض، هو الذي ينقل طفيل الملاريا - وهو مخلوق وحيد الخلية من عائلة البلازموديوم. بعد لدغة البعوضة المصابة ودخول الطفيل إلى جسم الإنسان، يهاجر أولا إلى الكبد حيث يقضي نحو أسبوعين وينتظر ساعة من اللياقة. ومن هناك، يقتحم الطفيل مجرى الدم ويغزو خلايا الدم الحمراء، التي يتغذى بداخلها على الهيموجلوبين - البروتين الذي يحمل الأكسجين في الدم. لكن الطبق المفضل للطفيلي يحمل خطرًا كبيرًا: هضم البروتين يطلق "الهيم" - وهو مجموع جزيئي ضروري بالفعل لربط الأكسجين، ولكن عندما لا يكون جزءًا من البروتين الكامل فإنه يكون سامًا ويمكن أن يؤدي إلى تدمير الخلية. طفيلي. لتحييد الخطر، يستخدم الطفيلي قدراته البناءة المثيرة للإعجاب: فهو يحول جزيئات الهيم الخطيرة إلى بلورات فريدة لم تعد تشكل خطراً عليه. تم اكتشاف هذه البلورات الداكنة في وقت مبكر من القرن التاسع عشر، ولكن في البداية اعتقد الأطباء أنها تنتج كاستجابة الجسم للملاريا.
عندما بدأ البروفيسور ليزارويتز بدراسة بلورات الملاريا، كان مفتونًا في البداية بالجوانب المتعلقة بتماثلها الفريد - وهو موضوع بحث عمل عليه لسنوات عديدة مع زميله في معهد البروفيسور مئير لاهاف. ولكن في سياق بلورات الملاريا، تصبح هذه الجوانب مسألة حياة أو موت: فتماثل البلورات يؤثر على معدل تطورها، وبالتالي على قدرة الطفيلي على البقاء والازدهار. وعلى الرغم من الاهتمام الكبير، فإن التقنيات التي كانت موجودة في ذلك الوقت لم تسمح بالذهاب إلى أعماق العديد من التفاصيل الدقيقة الهيكلية، وظلت الأسئلة الأساسية دون إجابة.
وفي الوقت نفسه، في تلك السنوات، درس البروفيسور ألباوم الطفيلي من اتجاه مختلف تمامًا. وركز مع زملائه من الجامعة العبرية في القدس على بنية نواة الخلية الطفيلية في عملية انقسامها الفريدة. في حين أن معظم الخلايا التي نعرفها تتكاثر عن طريق الانقسام إلى قسمين، فإن طفيل الملاريا ينتج أولاً نسخًا عديدة من مكوناته المختلفة داخل خلية الدم المضيفة، وفي النهاية فقط ينقسم مرة واحدة إلى عدد كبير من النسل الذي يمكن أن يصيب خلايا الدم الجديدة. . عندما قدم البروفيسور ليزارويتز عمله حول بلورات الملاريا في ندوة القسم، جاء التعاون مع البروفيسور إلباوم بشكل طبيعي.
وشاء القدر، بعد مرور بعض الوقت، تم افتتاح مختبر البروفيسور نيتا ريجيف روتسكي، المتخصص في بيولوجيا طفيل الملاريا، في المعهد. وهذا ما مكن البروفيسور ألباوم والبروفيسور ليزارويتز من الانتقال إلى دراسة البلورات الطبيعية التي تنتجها الطفيليات داخل خلايا الدم بدلا من البلورات الاصطناعية المنتجة في المختبر، كما هو متعارف عليه في معظم الدراسات في هذا المجال.
ولتحقيق هذه الغاية، استخدم الباحثون، من بين أمور أخرى، طريقة تصوير متقدمة طورها البروفيسور ألباوم بالتعاون مع الدكتور شارون وولف والدكتور لوثر هوبن من قسم البنية التحتية للبحوث الكيميائية بالمعهد - التصوير المقطعي الإلكتروني النافذ للمسح المبرد أو CSTET للاختصار.
وعلى الرغم من الإنجازات التي تحققت، فإن البلورات لم تستسلم بسهولة للباحثين. وبعد استنفاد الأدوات المتطورة المتوفرة لدى علماء المعهد، تم إرسال البلورات إلى بريطانيا للبحث عن القطع المفقودة من اللغز. باستخدام نهج جديد في علم البلورات، يعتمد على الإلكترونات بدلاً من الأشعة السينية، أنتج العلماء في جامعة أكسفورد وDiamond Light Source، السنكروترون الوطني في المملكة المتحدة، صورًا مذهلة للبلورات، ولم يكن فك الرموز قد اكتمل بعد، واقترحوا إضافة شريك آخر للبحث، وهذه المرة من جامعة فيينا.
يتذكر البروفيسور ألباوم قائلاً: "هكذا أصبح البحث نوعًا من سباق التتابع - حيث عرض كل مختبر إضافة خبراء بارزين في مجال آخر". "أخيرًا، تم تشكيل "فريق نجمي" دولي يجمع قواه لتحقيق تحليل متطور للغاية للبلورات." تم التوقيع على المقالة العلمية في النهاية من قبل 17 مؤلفًا من إسرائيل وبريطانيا العظمى والنمسا وجمهورية التشيك والولايات المتحدة.
أنتج التعاون عبر القارات بنية نهائية ثلاثية الأبعاد للبلورة على مستوى الذرة الواحدة، والأهم من ذلك - العديد من الأفكار التي قد تقدم دراسة الملاريا وعلاجها. ومن بين أمور أخرى، تم حل اللغز الجمالي الذي شغل علماء المعهد: البلورات تشبه سكين الجزار، حيث كان جانب "الشفرة" دائمًا حادًا وناعمًا، أما جانب "المقبض" فكان يختلف من كريستال إلى كريستال وكانت عادة خشنة. يتذكر البروفيسور ليزارويتز: "لقد تساءلنا كيف خلقت الطبيعة شيئًا قبيحًا جدًا - تبدو بعض البلورات كما لو أن شخصًا ما قد قضمها".
وقدمت الدراسة الجديدة تفسيرا للشكل الغريب: عندما يتبلور الهيم، تنضم جزيئاته إلى أزواج، وتشكل هذه الوحدات الأساسية للبلورة. نظرًا لأن الجانبين الأمامي والخلفي لجزيء الهيم مختلفان كيميائيًا، فيمكن للجزيئات أن تقترن بأربع طرق مختلفة. بمعنى آخر، هناك أربع وحدات أساسية لبلورات الهيم؛ اثنان منهم متماثلان، في حين أن الآخران مراوان، أي أنهما صورة مرآة لبعضهما البعض، وبالتالي، على غرار أشجار النخيل لدينا، لا يمكن وضعها فوق بعضها البعض وإنشاء تداخل مثالي. مع نمو البلورة وتطورها، يمكن أن تكون النتيجة على السطح سطحًا فوضويًا على المستوى الذري وله مظهر خشن. لكن هذه ليست مجرد مسألة جمالية: فهذا الفهم الدقيق لسطح البلورة ضروري لتطوير الأدوية التي يمكن أن ترتبط بالبلورة وتمنع تطورها.
وفي الواقع، فإن معظم الأدوية المضادة للملاريا الموجودة تعمل، على حد علمنا، على تعطيل آلية تكوين وتطور البلورات، لكن الكثير منها فقدت فعاليتها، بسبب المقاومة التي يطورها الطفيل. ولذلك، فإن النتائج الجديدة قد تؤدي إلى تطوير أدوية جديدة، لأنها تسمح بحساب جيد ودقيق للتفاعلات المتوقعة بين البلورات والأدوية المحتملة. وكشفت الدراسة أيضًا عن اختلافات دقيقة ولكن جوهرية بين بلورات الهيم الاصطناعية المنتجة في المختبر والبلورات الطبيعية التي ينتجها الطفيلي داخل خلايا الدم في الجسم. يؤكد هذا الاكتشاف مدى أهمية تطوير أدوية مستقبلية تعتمد على البنية البلورية البيولوجية التي ينتجها الطفيل نفسه.
تم عرض النتائج المثيرة مؤخرًا من قبل البروفيسور ألباوم في مؤتمر علمي عقد في المعهد بمناسبة عيد ميلاد البروفيسور ليزارويتز التسعين وعقد تحت عنوان "ليزلي في التسعين: رحلة علمية".
وشارك في الدراسة أيضًا الدكتور بول بنجامين كلار من جامعة بريمن بألمانيا؛ والدكتور ديفيد جيفري ووترمان من مختبر روثرفورد أبليتون ببريطانيا العظمى؛ والدكتور تيم جرين من جامعة فيينا؛ والدكتور باكشي موليك من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية بالمعهد؛ والدكتور يون سونج، والدكتور جيمس بوريس جيلكريست، والدكتور سي. ديفيد أوين من Diamond Light Source في المملكة المتحدة، والبروفيسور Feijun Zhang من Diamond Light Source وجامعة أكسفورد؛ والدكتور Wen Wen والبروفيسور Noah Marom ومن جامعة كارنيجي ميلون، الولايات المتحدة؛ والدكتور عيدان بيران من قسم الكيمياء الجزيئية وعلوم المواد في المعهد؛ والبروفيسور رون دزيكوفسكي من الجامعة العبرية في القدس والدكتور لوكس بلاتينوس من معهد الفيزياء في الأكاديمية التشيكية للعلوم.
في دراساتهم السابقة حول بلورة الملاريا، تعاون البروفيسور إلباوم والبروفيسور ليزاروفيتز مع العديد من الباحثين الآخرين الذين قدموا مساهمات أساسية في البحث، بما في ذلك الدكتور سيرجي كابيشنيكوف، الموجود حاليًا في جامعة كلية دبلن وSiriusXT في دبلن، أيرلندا، والبروفيسور. ينس إلس نيلسن من جامعة كوبنهاغن.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
