اكتشف علماء روس آلية جزيئية فريدة تتيح لإنزيم إندونوكلياز VIII قطع الحمض النووي DNA دون أن يتأثر بتسلسل النيوكليوتيدات الذي يتعامل معه. ويُستخدم هذا الإنزيم على نطاق واسع في التكنولوجيا الحيوية، وقد تساعد النتائج الجديدة على تطوير خصائصه وتوسيع تطبيقاته في التشخيص الطبي والأبحاث الجينية.
وأفاد المكتب الصحفي لمعهد الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الأساسية والطب الأساسي التابع لفرع سيبيريا في الأكاديمية الروسية للعلوم، بأن هذه النتائج الجديدة ستتيح تحسين الإنزيم بصورة موجهة، بما يخدم تطبيقاته في التكنولوجيا الحيوية والتشخيص الطبي.
إنزيم يتعامل مع تسلسلات مختلفة من الحمض النووي
يساعد بروتين إندونوكلياز VIII، الموجود طبيعيا لدى بعض البكتيريا التي تنتجه، هذه الكائنات على حماية جينومها من التلف.
ويستخدم العلماء هذا الإنزيم في تطبيقات التكنولوجيا الحيوية، منها الكشف عن الطفرات في الأورام السرطانية، وتجميع تراكيب معقدة من الهندسة الوراثية.
وتكمن إحدى أهم ميزات هذا الإنزيم في أن نشاطه لا يعتمد على تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي الذي يُحدث فيه القطع. ومع ذلك، ظلت الآلية الجزيئية التي تمنحه هذه القدرة على التعامل مع تسلسلات مختلفة لغزا حتى الآن.
آلية فريدة لتجاوز الاختلافات في الحمض النووي
قال نيكيتا بولغاكوف، الباحث العلمي في معهد الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الأساسية والطب الأساسي التابع لفرع سيبيريا في الأكاديمية الروسية للعلوم، وهو أحد المشاركين في الدراسة، إن بناء التركيب الجزيئي للإنزيم كشف عن آلية غير متوقعة.
وأوضح الباحث أن البروتين يستخدم طريقة فريدة لتجاهل الاختلافات بين القواعد النيتروجينية في الحمض النووي؛ إذ يدير هذه القواعد حول محورها، بحيث لا تعود الاختلافات التي تميز بعضها عن بعض عائقا أمام عمله.
وأضاف أن هذه الآلية لم تُرصد في أي بروتين آخر معروف بارتباطه بالحمض النووي.
وتفسر هذه النتيجة كيف يستطيع الإنزيم التعامل مع تسلسلات مختلفة من الحمض النووي دون أن يتطلب كل تسلسل آلية تعرف مستقلة.
كيف كشف العلماء آلية عمل الإنزيم؟
لفهم طريقة عمل الإنزيم، استخدم الباحثون من معهد الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الأساسية والطب الأساسي تقنية تحليل البنية البلورية بالأشعة السينية، وهي طريقة تتيح تحديد الترتيب الثلاثي الأبعاد للذرات داخل الجزيئات، وفهم كيفية تفاعلها مع بعضها بعضا.
وفي البداية، طور الفريق طريقة موثوقة لربط الإنزيم بمقاطع مختلفة من الحمض النووي، مع تحضير كميات كافية من هذه المركبات لتكوين بلورات يمكن تحليلها.
بعد ذلك، سافر الباحثون إلى الصين، حيث حصلوا على صور تفصيلية باستخدام مصدر للإشعاع السنكروتروني في شنغهاي. وأظهرت هذه الصور كيفية تفاعل الإنزيم مع الحمض النووي، وساعدت على تحديد الآلية الجزيئية التي تفسر خصائصه الفريدة.
نتائج تفتح المجال لتطوير تقنيات جينية جديدة
قال دميتري جاركوف، الأكاديمي في الأكاديمية الروسية للعلوم ورئيس فريق البحث ورئيس مختبر هندسة الجينوم والبروتينات في المعهد، إن هذه التراكيب الجزيئية تمثل مثالا واضحا على إمكانية اكتشاف خصائص أساسية غير متوقعة في أدوات مستخدمة منذ فترة طويلة في التقنيات الجينية، رغم الاعتقاد بأن آلية عملها مفهومة جيدا.
وشارك في الدراسة أيضا باحثون من جامعة نوفوسيبيرسك الحكومية ومعهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا.
ونُشرت نتائج البحث، الذي حظي بدعم منحة من المؤسسة الروسية للعلوم، في المجلة العلمية الدولية DNA Repair المتخصصة في أبحاث إصلاح الحمض النووي.
ومن المتوقع أن تساعد هذه النتائج على تحسين إنزيم إندونوكلياز VIII بصورة أكثر دقة، وتطوير استخداماته في التكنولوجيا الحيوية، والكشف عن الطفرات الجينية، والتشخيص الطبي.
