يمكن أن يكون إصلاح الانقطاعات في الجينات بسرعة وكمال مسألة حياة أو موت لمعظم الكائنات الحية. حتى أبسط التغييرات في تسلسل مخاطر كارثة ، خاصةً إذا كان الرمز الذي تم تغييره مسؤولاً عن وظيفة حرجة.
على مدى نصف القرن الماضي ، درس علماء الأحياء الآليات المتضمنة في إعادة بناء معظم الخطوات الرئيسية المتضمنة في إصلاحات الحمض النووي الصادقة. ومع ذلك ، ظل جزء من العملية غير واضح بشكل ميؤوس منه.
من خلال وسم الإنزيمات الرئيسية والحمض النووي بعلامات الفلورسنت ومراقبة عملية الإصلاح تتكشف في الوقت الحقيقي في الإشريكية القولونية قام الباحثون في جامعة أوبسالا في السويد بملء التفاصيل المفقودة حول كيفية عثور البكتيريا على الأنماط التي تعتمد عليها للحفاظ على إصلاحات جينية خالية من الأخطاء.
إحدى الحيل التي تستخدمها معظم الكائنات الحية للحفاظ على ترتيبه هي عملية إعادة التركيب المتماثل، المكافئ البيولوجي للمقارنة بين نسختين منفصلتين من البرنامج النصي للتأكد من أن النسخة لم تقدم أخطاء عن طريق الخطأ.
من خلال الاحتفاظ بنسخة غير تالفة من التسلسل جنبًا إلى جنب مع مهمة الإصلاح ، يمكن للخلية التأكد من عدم حدوث أي تغييرات عند لصق الأطراف المقطوعة معًا.
لقد عرف علماء الأحياء الجزيئية منذ فترة طويلة أن بروتين RecA recombinase يلعب دورًا رئيسيًا في إدارة هذه العملية. إنه إنزيم مهم في الحفاظ على سلامة الحمض النووي نسخة منه تم العثور عليه في جميع الأنواع التي تمت دراستها تقريبًا.
عندما يستقر “سلم” الحمض النووي مزدوج الشريطة تمامًا في مكانه ، فإن مجموعة من البروتينات تعمل على الإمساك بنهايات القطع وقطعها بعناية حتى تتمكن RecA من الاستقرار والقيام بعملها.
يتضمن ذلك انتشار البروتين في كتلة طويلة ، مكونًا خيطًا من البروتين والحمض النووي القادر على إمساك كل من الخيط المكسور والسلم الثاني السليم من الحمض النووي غير المنكسر.
هذا ما يعرفه العلماء. من هناك ، يجب أن يجد السلك التسلسل الصحيح ليكون بمثابة نقطة للمقارنة. كانت الطريقة التي يتعامل بها الخيوط مع هذا البحث في وقت قصير بما فيه الكفاية لغزا لما يقرب من 50 عامًا ، وهو لغز ضاعف من ملايين أزواج القواعد التي يجب فحصها وسط تقلبات الكروموسومات المعقدة.
لفهم توقيت وملاحة الإنزيم في العمل بشكل أفضل ، طور الباحثون الآلاف من بكتريا قولونية الخلايا داخل سلسلة من القنوات الصغيرة التي سمحت لها بمتابعة البكتيريا الفردية كما تم اختبارها.
مع وجود الخلايا في مكانها ، أجرى العلماء فواصل دقيقة في الحمض النووي باستخدام كريسبر تحرير الجينات ، عن طريق تعليم نهايات القطع بعلامات الفلورسنت لتصور موقع الفاصل تحت المجهر.
“تسمح لنا شريحة استنبات الموائع الدقيقة بمتابعة مصير الآلاف من البكتيريا الفردية في وقت واحد ومراقبة فواصل الحمض النووي التي يسببها كريسبر بمرور الوقت” ، قالت جاكوب ويكتور ، عالم الأحياء الجزيئية من جامعة أوبسالا.
أخيرًا ، استخدموا جسم مضاد لتحديد موقع خيوط RecA أثناء استقرارها والبحث في المكتبة.
أبلغ تنبيه كيميائي للفريق عندما اكتملت عملية الإصلاح بأكملها. في المتوسط ، استغرق الأمر 15 دقيقة فقط بكتريا قولونية لإنهاء العمل.
والمثير للدهشة أن الأمر عادة ما يستغرق تسع دقائق فقط حتى يتمكن البروتين من العثور على النمط الصحيح.
يبدو أن السر يكمن في بناء خيوط البروتين النووي RecA. يمتد هذا الخيط عبر الخلية ، ويمسك بالكروموسوم وينزلق لأسفل بحثًا عن تطابق مع التسلسل في متناول اليد.
على الرغم من أنه قد لا يبدو فعالًا للغاية ، إلا أنه لا يختلف حقًا عن السير بشكل منهجي في ممرات المكتبة بحثًا عن كتاب يطابق رقم استدعاء الكتالوج.
“نظرًا لأن نهايات الحمض النووي مدمجة في هذه الألياف ، فإنه يكفي لأي جزء من الخيوط أن يجد القالب الثمين ، وبالتالي يتم تقليل البحث نظريًا من ثلاثة إلى بعدين” ، قالت أرفيد جينو.
“يشير نموذجنا إلى أن هذا هو مفتاح الإصلاح السريع والناجح للتماثل.”
على الرغم من أن هذا البحث قد تم إجراؤه على البكتيريا ، فإن حقيقة أن RecA متشابهة جدًا في جميع أنحاء المحيط الحيوي تجعلها ذات صلة بأجسامنا.
الآن بعد أن عرفنا كيفية عمل العملية ، يمكننا البدء في البحث عن علامات المواقف التي يحدث فيها خطأ في إصلاح الحمض النووي الخاص بنا ، مما يمهد الطريق لفهم أصول أمراض مثل سرطان.
تم نشر هذا البحث في الطبيعة.
