تنجو الدببة المائية من الإشعاع الكوني باستخدام بروتين واحد يحمي الحمض النووي، وهي تتعلم كيف يمكن أن تعزز مرونة الإنسان أيضًا

يعد البروتين المكتشف حديثًا من أقوى حيوان على وجه الأرض مصدر إلهام لعلاجات متقدمة للسرطان وأمراض القلب والأوعية الدموية.

بطيئات المشية، والتي تسمى غالبًا الدببة المائية أو الخنازير الطحلبية، هي مخلوقات مجهرية يمكنها البقاء على قيد الحياة في أي شيء تقريبًا: الحرارة المغلية، والبرد المتجمد، والضغط الساحق. وفي الواقع، فإن دب الماء هو الحيوان الوحيد المعروف الذي بقي على قيد الحياة في الفضاء الخارجي. ويمكنها أيضًا تحمل مستويات إشعاع تصل إلى 2000 مرة أعلى مما يمكن أن تتحمله الخلايا البشرية. وبطبيعة الحال، تساءل العلماء منذ فترة طويلة: كيف يفعلون ذلك؟

في عام 2016، كشف الباحثون عن أحد أسرار بطيئات المشية: وهو جين ذو تسلسل لا يشبه أي جين آخر معروف في الطبيعة والذي يصنع بروتينًا موجودًا فقط في بطيئات المشية. وعندما أدخلوا هذا البروتين إلى الخلايا البشرية، أصبحت تلك الخلايا أيضًا أكثر مقاومة للإشعاع. تم تسمية هذا البروتين بمثبط الضرر، أو Dsup، لأنه يساعد على حماية الحمض النووي – مخطط الحياة – من التلف.

منذ ذلك الحين، يحاول الباحثون في جميع أنحاء العالم معرفة كيفية عمل Dsup بالضبط. باعتباري عالم كيمياء حيوية يدرس Dsup، فإن هدفي هو اكتشاف كيفية عمل هذا البروتين واستخدام هذه الأفكار يومًا ما لتصميم علاجات جديدة تحمي الخلايا البشرية من تلف الحمض النووي.

كيف يحمي Dsup DNA tardigrade

وقد اقترح العلماء عدة تفسيرات لقدرة Dsup الرائعة على حماية الحمض النووي من الإشعاع. ومع ذلك، تتمتع هذه النماذج بمستويات متفاوتة من الدعم التجريبي، ولم يحظ أي تفسير واحد بإجماع واسع من الميدان.

في عملي الأخير، وجدت أن Dsup يتفاعل بقوة مع الحمض النووي. فهو يتمسك بقوة بالحمض النووي، ليس فقط في نقطة واحدة من الجزيء، بل على طول الجزيء بأكمله. Dsup ليس له شكل ثابت. وبدلاً من ذلك، فإنها تتصرف مثل معكرونة السباغيتي في الماء، حيث تتحرك باستمرار وتنحني وتتخذ العديد من الأشكال المختلفة. عندما يرتبط بالحمض النووي، فإنه يتسبب في تفكك الخيوط قليلاً، مثل السحاب الذي يتم فكه. هذا التفكيك اللطيف قد يجعل الحمض النووي أقل عرضة للتلف عند تعرضه للإشعاع.

يعتقد بعض العلماء بدلاً من ذلك أن Dsup يعمل كدرع. في هذا النموذج، يقوم Dsup بتغليف الإشعاع الناتج عن ضرب الحمض النووي ويحجبه فعليًا. ويعتقد آخرون أنه يعزز آلية إصلاح الخلية، ويصلح الضرر قبل أن يسبب آثارا ضارة.

في الواقع، من الممكن أن تكون العديد من هذه النماذج صحيحة في نفس الوقت. وبما أن Dsup يحمي من العديد من أنواع الإشعاع – بالإضافة إلى المنتجات الثانوية السامة الناتجة عن أضرار الإشعاع – فمن المحتمل أن يكون لهذا البروتين الغامض وظائف متعددة.

إن فهم Dsup يمكن أن يساعد الناس يومًا ما على حماية خلاياهم بشكل أفضل – مما يوفر القليل من المرونة غير العادية التي يتمتع بها بطيء المشية على صحة الإنسان.

استخدام Dsup لتطوير الطب

ويستكشف العلماء إمكانية استخدام Dsup في الطب، خاصة في الأمراض التي يلعب فيها تلف الحمض النووي دورًا رئيسيًا.

ونظرًا لأن جميع أنواع السرطان تقريبًا تنطوي على تلف في الحمض النووي، يعتقد بعض الباحثين أن Dsup – أو العلاجات المستوحاة منه – يمكن أن تساعد يومًا ما في منع الخلايا من التحول إلى خلايا سرطانية. وقد يحمي أيضًا الأنسجة السليمة أثناء علاجات السرطان مثل العلاج الإشعاعي أو العلاج الكيميائي، والتي تعمل عن طريق إتلاف الحمض النووي ولكنها غالبًا ما تضر الخلايا السليمة في هذه العملية.

تمتد إمكانات Dsup في صحة الإنسان إلى أبعد من ذلك بكثير. على سبيل المثال، أثناء النوبات القلبية أو السكتات الدماغية، تتعرض أنسجة الأعضاء لتدفقات من الإجهاد التأكسدي – وهي تفاعلات كيميائية تؤدي إلى تلف واسع النطاق في الحمض النووي. يمكن أن يؤدي هذا الإجهاد التأكسدي إلى تفاقم شدة المرض والنتائج طويلة المدى للمرضى الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية. إذا تمكن Dsup من حماية الحمض النووي أثناء هذه الأحداث العصيبة، فقد يكون قادرًا على تقليل الضرر الخلوي الذي تسببه.

وتظهر الدراسات المبكرة على الحيوانات بالفعل نتائج واعدة، مما يدل على أن الثدييات يمكن أن تنتج Dsup، مما يؤدي إلى تأثيرات مماثلة. في إحدى الدراسات، استخدم العلماء حقنة mRNA – على غرار التكنولوجيا المستخدمة في لقاحات كوفيد-19 mRNA – لتوصيل التعليمات الجينية لإنتاج Dsup في الفئران. عندما تعرضت الفئران لاحقًا لجرعات عالية من الإشعاع، كان لدى الفئران التي تنتج Dsup تلفًا أقل بكثير في الحمض النووي مقارنة بالفئران غير المعالجة، مما يشير إلى وجود قوة وقائية حقيقية في الكائنات الحية.

Dsup في الزراعة والفضاء وأكثر من ذلك

وبعيدًا عن الطب، يمكن أن يكون لـ Dsup تأثير في الزراعة واستكشاف الفضاء وحتى تخزين البيانات.

عندما قام الباحثون بهندسة نباتات الأرز والتبغ لإنتاج مادة Dsup، أصبحت النباتات أكثر مقاومة للإشعاع – وهي علامة مثيرة لقدرة Dsup على تخفيف أضرار المحاصيل.

في علم الأحياء الفضائية، يمكن أن يساعد Dsup رواد الفضاء على مقاومة الإشعاع الكوني المكثف الذي يحد من المهام طويلة المدى.

وفي تطور مستقبلي، يدرس بعض العلماء كيفية استخدام كائنات مثل دب الماء لتخزين بيانات فائقة الاستقرار. الوسائط الرقمية الحالية عرضة للضرر الناتج عن الظروف البيئية مثل درجات الحرارة المرتفعة أو مستويات الإشعاع العالية. يمكن تحويل الوسائط الرقمية إلى تسلسل الحمض النووي وهندستها وراثيا في جينوم بطيئات المشية. يمكن أن يساعد Dsup بعد ذلك في حماية البيانات من الظروف القاسية.

ما هي الخطوة التالية بالنسبة لـ Dsup؟

منذ اكتشافه قبل عقد من الزمن تقريبًا، كان المجتمع العلمي متحمسًا للتطورات التكنولوجية المحتملة التي يمكن أن يتيحها Dsup. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى أبحاث مهمة لفهم كيفية عمل هذا البروتين الغامض في الكائنات الحية بشكل كامل. تدرس العديد من المجموعات العلمية حول العالم الخصائص الفريدة لهذا البروتين.

وعلى الرغم من العمل الذي ينتظرنا، فإن قصة Dsup توضح كيف يمكن للعلماء تعلم الدروس من الحيوانات الصغيرة مثل بطيئات المشية. من خلال دراسة الألغاز الجزيئية لهذه المخلوقات المرنة بشكل ملحوظ، يقوم الباحثون بإنشاء أدوات خارقة لمكافحة الأمراض البشرية وتطوير التكنولوجيا الحيوية.

تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: تايلر ج. وودوارد، جامعة ايوا

اقرأ المزيد:

يتلقى تايلر ج. وودوارد الدعم من خلال المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة.