اكتشف علماء معهد وايزمان للعلوم جهازًا مناعيًا بكتيريًا يعمل على "خصي" ذيول الفيروسات. يعتمد النظام الجديد على بروتين اكتشفه سابقًا الحائزان على جائزة نوبل أفراهام هيرشكو وأهارون تشاتشانوفر.
الفيروسات التي تهاجم البكتيريا - العاثيات - لها رأس وذيل. وبينما يحتوي الرأس على المادة الوراثية للفيروس، يُستخدم الذيل لتحديد مضيف محتمل، أي خلية بكتيرية، وحقنها بالمادة الوراثية. بعد الحقن، تتولى العاثيات السيطرة على آليات البكتيريا المضيفة وتجعلها تنتج نسخًا جديدة من العاثيات، والتي تؤدي في النهاية إلى تفجير الخلية، وتخرج لتصيب بكتيريا أخرى في المستعمرة. في دراسة جديدة نشرت اليوم في المجلة العلمية الطبيعة يكشف علماء معهد وايزمان للعلوم عن وجود جهاز مناعي بكتيري يعطل مخطط العاثيات عن طريق ربط جزيء بروتين صغير بنهاية ذيله. وتتشابه مكونات النظام الجديد من الناحية الهيكلية مع آلية الدفاع لدى الإنسان، وقد تفسر أصله التطوري.
منذ اكتشاف أول آليات دفاع البكتيريا ضد العاثيات في الستينيات وحتى وقت قريب، لم يُعرف سوى عدد قليل من أجهزة المناعة البكتيرية التي تضر الفيروسات - وأشهرها كريسبر-كاس60 الذي أحدث اكتشافه ثورة في مجال التحرير الجيني . ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، كانت هناك موجة من الاكتشافات الجديدة في هذا المجال، حيث تم الكشف عن أكثر من 9 نظام لقاح بكتيري جديد مع آليات عمل متنوعة. تم الكشف عن جزء كبير من الأنظمة من خلال طريقة تم تطويرها في مختبر البروفيسور. صفارات روتيم في قسم علم الوراثة الجزيئية في المعهد، ويعمل وفق مبدأ بسيط، وهو أن الجينات المرتبطة بآليات الدفاع المناعي في البكتيريا تميل إلى التجمع معًا في الجينوم البكتيري في مناطق تسمى "جزر الدفاع". ويقوم الباحثون بمسح الجينات التي وظيفتها غير معروفة وتقع بالقرب من جزر الدفاع المعروفة، وبالتالي يكشفون عن أجهزة مناعية جديدة. يوضح البروفيسور سوريك: "لقد حددنا في أجهزة المناعة البكتيرية مكونات مألوفة من آليات المناعة التي تمت دراستها جيدًا لدى البشر". "إن المعرفة التي اكتسبناها تظهر أن الأصل التطوري لجزء كبير من جهاز المناعة الفطري لدينا هو البكتيريا."
يوبيكويتين على أكتاف العمالقة
في السبعينيات، تم اكتشاف نظام التحكم الخلوي لأول مرة والذي يمكنه تغيير بنية ووظيفة البروتينات بالإضافة إلى عمرها، كل ذلك من خلال ربط بروتين صغير يسمى يوبيكويتين بالبروتين المستهدف. منذ هذا الاكتشاف الذي حصل على جائزة نوبل للأساتذة أهارون تشاشانوفر وأبراهام هيرشكو وإيروين روز عام 70، تم اكتشاف العديد من الأنظمة الشبيهة باليوبيكويتين، حيث تقوم الإنزيمات بربط بروتينات صغيرة من أنواع مختلفة بالبروتينات المستهدفة وبالتالي تغيير مصيرها. أحد البروتينات الغامضة في جهاز المناعة البشري هو بروتين يشبه اليوبيكويتين يسمى ISG2004. ولهذا البروتين دور في الحماية من الفيروسات المختلفة مثل الأنفلونزا وفيروس نقص المناعة البشرية، لكن ليس من الواضح تماما كيف يقوم بعمله.
"إن المعرفة التي اكتسبناها تظهر أن الأصل التطوري لجزء كبير من جهاز المناعة الفطري لدينا هو البكتيريا"
أثناء البحث عن أجهزة مناعة بكتيرية جديدة في مختبر البروفيسور سوريك، تم اكتشاف نظام مناعي مشفر في جينومات العديد من السلالات البكتيرية، يحتوي على بروتين يشبه اليوبيكويتين مشابه في هيكله لـ ISG15. وكجزء من البحث الجديد، الذي قاده الدكتور ينس هور، اكتشف العلماء أنه على عكس أجهزة المناعة البكتيرية الأخرى، فإن النظام الذي تم اكتشافه لا يمنع الفيروسات من السيطرة على الخلية وإنتاج نسخ جديدة من نفسها، ولكن بطريقة ما. يعرف كيفية وقف انتشارها إلى الخلايا الأخرى في المستعمرة.
ومن أجل فهم كيف فقدت الفيروسات المكررة قدرتها على العدوى وكيف ساهم الجهاز المناعي المكتشف في ذلك، تعاونت المجموعة البحثية للبروفيسور سوريك مع الدكتور شارون وولف، رئيس وحدة المجهر الإلكتروني في قسم البنية التحتية للأبحاث الكيميائية في المعهد. وقام الباحثون بوضع علامة على البروتين الشبيه باليوبيكويتين الذي يعتمد عليه النظام في جزيئات الذهب التي يمكن رؤيتها بوضوح من خلال المجهر، وقد اندهشوا عندما نظروا إلى عمليات المسح. العاثيات المكررة: البروتين المعني يقع في نهاية الذيل الفيروسي، وبالتالي يمنع العاثيات من استخدام ذيولها لتحديد موقع الخلايا البكتيرية وإصابتها. ويقدر العلماء أن نظام الدفاع الجديد الذي اكتشفوه يعرف كيفية التعرف على الثلاثة البنية ذات الأبعاد لذيل الفيروس، وبالتالي فهي قادرة على العمل بفعالية ضد العاثيات المختلفة مع قاسم مشترك رئيسي واحد: بنية ذيل مماثلة.
"إن عملنا على البكتيريا يمكن أن يلهم الباحثين في جهاز المناعة البشري للتحقق مما إذا كان مبدأ مماثل ينطبق على البروتين المناعي البشري ISG15. الفيروسات التي تهاجم البشر ليس لها ذيل، ولكن من الممكن أن يعطل النظام هناك بنية مركزية. بروتين الفيروس"، يقول البروفيسور سوريك. "إن الجهاز المناعي الذي درسناه هو مجرد واحد من سلسلة الأنظمة التي حددناها في جينوم البكتيريا التي تحتوي على بروتينات تشبه اليوبيكويتين. والآن يبقى أن نكتشف كيف تحارب بقية الأنظمة البكتيرية أعدائها القدامى: الفيروسات. "
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
