تمكن باحثون من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (KAUST) من التقاط أول صورة على الإطلاق لللحظات الأولى لتفكك الحمض النووي DNA، وهي العملية الأساسية التي تمكن الخلايا من التكاثر والنمو، نُشرت هذه الدراسة الرائدة في مجلة Nature العلمية المرموقة.  

آلية التصوير المتطورة  

استخدم الفريق البحثي بقيادة الأستاذ المساعد ألفريدو دي بياسيو والأستاذ سمير حمدان تقنية متقدمة تجمع بين:  

- المجهر الإلكتروني فائق البرودة (cryo-EM) 

- تقنيات التعلم العميق

تمكن العلماء من خلال هذه التقنيات من رصد 15 حالة جزيئية مختلفة على المستوى الذري، توضح بالتفصيل كيف يقوم إنزيم الهليكاز ببدء وتنظيم عملية تفكيك اللولب المزدوج للحمض النووي.  

دور إنزيم الهليكاز المحوري

يعد إنزيم الهليكاز (المعروف علمياً باسم Simian Virus 40 Large Tumor Antigen) المحرك الأساسي لعملية تضاعف DNA، كشفت الدراسة أن هذا الإنزيم:  

 يقوم بتفكيك الروابط الكيميائية بين شريطي DNA  

 يفصل الشريطين عن بعضهما البعض  

يمهد الطريق أمام الإنزيمات الأخرى لإتمام عملية التضاعف  

ATP: وقود عملية التفكيك

اكتشف الباحثون أن جزيئات أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) - العملة الطاقة في الخلية - تعمل كوقود لهذه العملية، حيث:  

- يتم استهلاك جزيئات ATP لتوفير الطاقة اللازمة  

- تقوم بتقليل القيود الفيزيائية التي تمنع حركة الهليكاز  

- تزيد من الإنتروبيا (الفوضى الجزيئية) مما يسمح بتقدم عملية التفكيك  

كفاءة طبيعية مذهلة

من أهم الاكتشافات التي توصل إليها الباحثون:  

- يعمل إنزيمان هليكاز معاً في موقعين مختلفين بشكل متزامن  

- تسمح هذه الآلية بالتفكيك في اتجاهين متعاكسين في نفس الوقت  

- تتم العملية بكفاءة طاقة عالية تفوق أي آلة نانوية صناعية  

تطبيقات مستقبلية واعدة  

يرى الباحثون أن فهم هذه الآليات الدقيقة يمكن أن:  

- يساعد في تطوير تطبيقات نانوية تكنولوجية مستوحاة من الطبيعة  

- يؤدي إلى تصميم أنظمة ميكانيكية نانوية فائقة الكفاءة  

- يفتح آفاقاً جديدة في علاج الأمراض الوراثية

تصريحات علمية هامة 

صرح البروفيسور دي بياسيو:  

"لا يستخدم الهليكاز طاقة ATP لتفكيك DNA في حركة واحدة، بل يمر بسلسلة من التغيرات البنيوية التي تقوم تدريجياً بفصل الشريطين. يعمل هيدروليز ATP مثل زنبرك مصيدة الفئران، حيث يدفع الهليكاز للأمام ويفصل شريطي DNA."

 يمثل هذا الاكتشاف نقلة نوعية في فهمنا للآليات الجزيئية الأساسية للحياة، كما يفتح الباب أمام تطبيقات تكنولوجية وطبية ثورية في المستقبل القريب.