يُعتقد أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) هو الذي أدى إلى أصل الحياة من خلال تكرار نفسه. كشف الباحثون في جامعة آرهوس في الدنمارك وMRCLMB في كامبريدج بالمملكة المتحدة عن التركيب الذري لآلية تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام المجهر الإلكتروني المبرد. كشف هذا الاختراق عن العالم الأصلي للحمض النووي الريبي (RNA) وساهم في تطوير تكنولوجيا النانو والطب في الحمض النووي الريبي (RNA).
إن كيفية ظهور الآلية الجزيئية المعقدة للحياة من نقاط بداية بسيطة هو سؤال طويل الأمد.
تشير بعض الأدلة إلى أنه في "عالم الحمض النووي الريبوزي" البدائي، بدأت "آلات تكرار الحمض النووي الريبي" (ما يسمى بالنسخ المتماثلة) في نسخ نفسها وجزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى، وبالتالي بدء التطور والحياة نفسها. ومع ذلك، يبدو أن النسخة المتماثلة القديمة قد ضاعت بمرور الوقت، حيث تم استبدال دورها في علم الأحياء الحديث بآلات بروتينية أكثر كفاءة.
لدعم فرضية "عالم الحمض النووي الريبي"، يحاول الباحثون إعادة إنشاء نسخة متماثلة من الحمض النووي الريبي (RNA) في المختبر.
على الرغم من اكتشاف النظير الجزيئي لهذا النسخ المتماثل القديم، إلا أن بنيتها الجزيئية التفصيلية وطريقة عملها تظل بعيدة المنال بسبب صعوبة تحديد بنية جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الديناميكية.
هيكل تكرار الحمض النووي الريبي المحب للجليد
في ورقة بحثية نشرت في Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)، استخدم فريق بحث المجهر الإلكتروني المبرد (cryo-EM) للإبلاغ عن التركيب الذري لتكرار الحمض النووي الريبي (RNA) لأول مرة.
إن تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) قيد الدراسة، والذي تم تطويره في مختبر هوليجر (MRCLMB، جامعة كامبريدج، المملكة المتحدة)، قادر على تكرار القوالب الطويلة بكفاءة باستخدام ثلاثة توائم نيوكليوتيد في مرحلة جليدية سهلة الانصهار (على غرار خبث الجليد). بدأ إميل كريستوفرسن، وهو حاليًا أستاذ مساعد في جامعة آرهوس، بعد عودته من دراسات ما بعد الدكتوراه في مختبر هوليج، التعاون مع مختبر أندرسون (جامعة آرهوس، الدنمارك) وحدد بنية تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) من خلال المجهر الإلكتروني المبرد.
ومن المثير للاهتمام أن البنية تحمل أوجه تشابه مذهلة مع البوليميرات القائمة على البروتين، حيث يشبه الشكل الجزيئي لمجالات ربط القالب، والبلمرة، وحل الركيزة يدًا مفتوحة.
يوضح فيليب هوليجر، رئيس مشروع MRCLMB في جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة: "لقد فوجئنا عندما اكتشفنا أن الريبوزيم الذي قمنا بتطويره صناعيًا في أنبوب الاختبار له خصائص بوليميريز البروتين الموجود بشكل طبيعي". "هذا يدل على أن التطور يمكنه إيجاد حلول جزيئية متقاربة، سواء كانت المادة عبارة عن RNA أو بروتين."
نموذج تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) في عالم الحمض النووي الريبي (RNA).
لفهم كيفية عمل تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) بشكل أفضل، أجرى الباحثون دراسات طفرية شاملة لتسليط الضوء على العناصر الرئيسية لبنية الحمض النووي الريبي (RNA). أكد هذا التحليل هوية الموقع الحفزي، وكشف أيضًا عن أهمية ما يسمى بتفاعلات "حلقة التقبيل" التي تربط السقالات والوحدات الفرعية الحفزية معًا، بالإضافة إلى أهمية مجال RNA محدد للإخلاص الذي تقوم به النسخ المتماثلة بنسخ حبلا RNA.
على الرغم من أن الباحثين لم يتمكنوا من تحديد بنية النسخ المتماثل "في العمل" عندما يقوم بتكرار الحمض النووي الريبي (RNA) بشكل نشط، فقد تمكنوا من إنشاء نموذج قائم على الحمض النووي الريبي (RNA) لتكرار الحمض النووي الريبي (RNA) والذي كان متسقًا مع جميع البيانات التجريبية.
"تعد تقنية Cryo-EM طريقة قوية لدراسة البنية والخصائص الديناميكية لجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA). ومن خلال الجمع بين بيانات تقنية cryo-EM مع التجارب، نحن قادرون على بناء نموذج للعمل الداخلي لآلة الحمض النووي الريبي المعقدة هذه." أخبرنا إيوان ماكراي أنه عمل على تقنية cryo-EM عندما كان زميلًا لمرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر أندرسون بجامعة آرهوس، وقد أنشأ الآن مجموعته البحثية الخاصة في معهد الأبحاث الميثودية في هيوستن، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية.
تكنولوجيا النانو RNA والإلهام للطب
توفر الدراسة نظرة أولى مثيرة على إنزيم RNA المكرر الذي يُعتقد أنه أصل شجرة الحياة. ومع ذلك، فإن النسخ المتماثلة المعتمدة على الحمض النووي الريبي (RNA) المطورة حاليًا غير فعالة للغاية (مقارنة بالبوليميرات المعتمدة على البروتين) ولا يمكنها حتى الآن الحفاظ على تكرارها وتطورها. قد تساعد الأفكار الهيكلية التي تقدمها هذه الدراسة في تصميم آليات تكرار أكثر كفاءة، مما يجعلنا أقرب إلى تطوير عالم من الحمض النووي الريبي (RNA) في أنبوب الاختبار.
يوضح إيبي سلوث أندرسن، الأستاذ المشارك في جامعة آرهوس في الدنمارك: "يمكن تحسين خصائص تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) بشكل أكبر باستخدام التعديلات الكيميائية التي قد تكون موجودة في عالم الحمض النووي الريبي (RNA)." "بالإضافة إلى ذلك، كشفت الأبحاث في أصل الحياة عن العديد من وحدات بناء الحمض النووي الريبوزي (RNA) الجديدة التي يمكن استخدامها في المجالات الناشئة لتقنية النانو والطب."
المصدر المجمع: ScitechDaily