طفرات جينية تضع البروتينات في مواقع خاطئة

تعطل حركتها وتسهم في توطينها السيئ داخل الخلية

رسم للبروتينات الخاصة بمرض التليّف الكيسي (باللون الأزرق) على الخلايا الظهارية للرئة
رسم للبروتينات الخاصة بمرض التليّف الكيسي (باللون الأزرق) على الخلايا الظهارية للرئة
TT

طفرات جينية تضع البروتينات في مواقع خاطئة

رسم للبروتينات الخاصة بمرض التليّف الكيسي (باللون الأزرق) على الخلايا الظهارية للرئة
رسم للبروتينات الخاصة بمرض التليّف الكيسي (باللون الأزرق) على الخلايا الظهارية للرئة

توصل فريق بحثي دولي بقيادة جامعة «تورنتو» ومعهد «برود» التابع لمعهد «ماساتشوستس للتكنولوجيا» وجامعة «هارفارد» الولايات المتحدة، إلى وضع خريطة رائدة واسعة النطاق توضح بالتفصيل كيف تؤثر الطفرات الجينية في موقع البروتينات داخل الخلايا.

مواقع خاطئة للبروتينات

وطوَّر الفريق طريقة تصوير عالية الإنتاجية لتقييم تأثير ما يقرب من 3500 طفرة على مواقع البروتينات. ووجد أن ما يقرب من واحدة من كل ست طفرات مسبِّبة للأمراض تؤدي إلى وضع البروتينات في مكان خاطئ في الخلية.

وقالت جيسيكا لاكوست، المؤلفة المشاركة في الدراسة من مركز «دونيلي للأبحاث الخلوية والجزيئية الحيوية» بجامعة «تورنتو» كندا، في الدراسة المنشورة في مجلة «Cell» في 30 سبتمبر (أيلول) 2024، إن الباحثين قادرون على تحديد هذه الطفرات في المرضى في العيادة لكن ليست لديهم أي فكرة عن عواقبها على العمليات الخلوية.

تأثير الطفرات على توطين البروتين

كان العلماء منذ فتره يدركون أن الطفرات يمكن أن تؤثر في استقرار البروتين أو تفاعلاته مع البروتينات الأخرى ضمن الخلية، ومع ذلك اكتشف الفريق أن عدداً مفاجئاً من الطفرات يعطل موقع البروتين بسبب ضعف الاستقرار وعدم القدرة على تكامل تلك البروتينات في الأغشية الخلوية.

وهناك عدة طرق يمكن أن تؤثر بها الطفرات الجينية على البروتينات المنتجة في الخلية، إذ يمكن أن تقلل من استقرارها الإجمالي عن طريق إضعاف قدرتها على الطي، أو تغيير تفاعلاتها مع البروتينات الأخرى، أو تعطيل حركتها إلى مناطق مختلفة من الخلية.

وقد تمت دراسة التأثيرين الأولين بشكل جيد إلى حد ما إلا أنه لا يُعرف الكثير عن التأثير الثالث او حركتها في الخلية. لذا فإن تحسين فهمنا لتأثير الطفرات على توطين البروتين أمر ضروري لتوضيح الدور الحاسم لهذا الخلل في مجموعة واسعة من الأمراض البشرية.

طي البروتين بشكل خاطئ

طي البروتين هو عملية فيزيائية يتخذ فيها البروتين بنية ثلاثية الأبعاد طبيعية تمكِّنه من أداء وظيفة بيولوجية محددة. والبروتينات عموماً هي الأداة المنفِّذة لجميع الوظائف في الكائنات الحية، إذ إن أي وظيفة في جسم الإنسان -من تحفيز التفاعلات الكيميائية إلى مقاومة العدوان الخارجي- هي نتيجة لعمل البروتينات.

وفي السنوات الأخيرة اكتشف العلم أن طي البروتينات بشكل خاطئ يمكن أن يسبب بعض الأمراض. وأصبحت العلاقة بين طي البروتين بشكل خاطئ وحدوث المرض جبهة جديدة للأبحاث في علم الأحياء الجزيئي حيث يتم تقديم نظام «مراقبة الجودة» في الخلايا الذي يضمن الوظيفة الطبيعية للبروتينات مع التركيز على مراقبة الجودة بعد توليدها وبين القضايا المتعلقة بطي البروتين بشكل خاطئ.

البروتينات المتحولة

وباستخدام التصوير عالي الإنتاجية والتحليل الحسابي قارن الباحثون مسارات البروتينات المتحولة بتلك التي تسلكها البروتينات العادية عبر العضّيات organelles (هي الأجزاء أو الأجسام الحية الموجودة في سيتوبلازم الخلية بشكل عام) المختلفة. وأظهرت هذه الخريطة المرئية كيف يمكن للطفرات أن تغير حركة البروتينات داخل الخلايا، ما يسهم في شدة المرض.

وعلى سبيل المثال تؤدي الطفرة الشائعة في التليف الكيسي Cystic fibrosis (هو اضطراب وراثي يسبب أضراراً بالغة في الرئتين والجهاز الهضمي وأعضاء أخرى في الجسم) إلى توطين البروتين بشكل خاطئ في الشبكة الإندوبلازمية Endoplasmic reticulum ‏(هي عضية خلوية تتكون من شبكة مترابطة من النبيبات والحويصلات والأكياس الغشائية المسطحة ترتبط في مناطق معينة بالغشاء البلازمي ومع الغشاء النووي في مناطق أخرى) بدلاً من الوصول إلى سطح الخلية، وهو الموقع الصحيح لعمله.

وظهر أن العلاجات التي تصحح مثل هذا التوطين الخاطئ تعمل بالفعل على تحسين علاج التليف الكيسين مما يشير إلى أن استراتيجيات مماثلة يمكن أن تساعد على إدارة أمراض أخرى مرتبطة بسوء وضع البروتين.

واحدة من كل 6 طفرات مسببة للأمراض تؤدي إلى وضع البروتينات في مكان خاطئ

سوء توطين البروتين

وتوقع الباحثون أن تكون البروتينات في تلك المواقع الخاطئة، بسبب الاضطرابات في تفاعلاتها مع البروتينات الأخرى أو في إشارات النقل التي توجهها عادةً إلى الموقع الصحيح. لكنهم فوجئوا عندما علموا أن العوامل الرئيسية وراء البروتينات الخاطئة كانت في الواقع انهيار استقرار البروتين وفقدان قدرته على التكامل في الأغشية.

وفي حين أن سوء توطين البروتين ليس مفهوماً بنفس الدرجة مثل فقدان استقرار البروتين العام أو التفاعلات المتغيرة مع البروتينات الأخرى إلا أنه يحدث بنفس القدر تقريباً.

وتتسبب الطفرة الأكثر شيوعاً المرتبطة بالتليف الكيسي في وصول البروتين المصاب إلى الشبكة الإندوبلازمية للخلية، إذ يبقى هناك بدلاً من الانتقال إلى موقعه الصحيح على سطح الخلية. وتُستخدم حالياً علاجات دوائية تعزز النقل السليم للبروتين المتحور في العيادة لمعالجة هذه المشكلة وتحسين أعراض المرضى.

كما يمكن أن ينشأ سوء توطين البروتين أيضاً من الإجهاد المزمن للعضيات وهو أمر شائع في كثير من الأمراض بما في ذلك تلك التي تشتمل على طي البروتين بشكل خاطئ.

وأظهرت الأبحاث الحديثة أن الطفرات الجزئية لفقدان الوظيفة في مسارات التحكم في جودة البروتين ترتبط بحدوث التنكس العصبي في كلٍّ من البشر والنماذج الحيوانية. على الرغم من أن الآليات لا تزال غير واضحة، لكن مع تطوير الباحثين أساليب أكثر دقة لتتبع توطين البروتين قد يصبح من الممكن التحقيق في كيفية تغير تنظيم البروتين الخلوي في الأمراض المرتبطة بالعمر أو من خلال عمليات الشيخوخة الطبيعية، خصوصاً أن ازدياد عدد السكان المسنين من شأنه أن يزيد من عدد الأفراد الذين يعانون مثل هذه الأمراض مثل ألزهايمر ومرض باركنسون.


مقالات ذات صلة

«ثورة الذكاء الاصطناعي» تطغى على «قمة الويب» في لشبونة

تكنولوجيا خلال جلسة في «قمة الويب» 2024 في لشبونة عاصمة البرتغال 12 نوفمبر 2024 (إ.ب.أ)

«ثورة الذكاء الاصطناعي» تطغى على «قمة الويب» في لشبونة

يطغى الذكاء الاصطناعي والتحوّلات الناتجة عنه على المناقشات خلال «قمة الويب» التي تُعقَد في لشبونة هذا الأسبوع على خلفية إعادة انتخاب ترمب رئيساً لأميركا.

«الشرق الأوسط» (لشبونة)
خاص يتطلب «واي فاي 7» بنية تحتية متقدمة ودعماً لمعدلات بيانات أعلى (أدوبي)

خاص كيف يدعم «واي فاي 7» التحول الرقمي وشبكات القطاعات الحيوية؟

يعزز «واي فاي 7» الاتصال عالي السرعة ويدعم التحول الرقمي في القطاعات الحيوية مع تحسين الأمان وكفاءة استهلاك الطاقة لتحقيق الاستدامة.

نسيم رمضان (دبي)
يوميات الشرق التلفزيون الذكي يراقبك: كيف تنتهك أجهزة المنازل الذكية خصوصيتنا؟

التلفزيون الذكي يراقبك: كيف تنتهك أجهزة المنازل الذكية خصوصيتنا؟

كشف تقرير حديث عن جمع التلفزيونات الذكية البيانات حول ما نشاهده، بل أحياناً حول تفاصيل حياتنا اليومية عبر تقنية «التعرف التلقائي على المحتوى» (ACR).

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم باحثون بجامعة نورث كارولينا يعتمدون على روبوت لتنفيذ مهام بالمختبر (جامعة نورث كارولينا)

كيف يُسرّع الذكاء الاصطناعي مسار الاكتشافات العلمية؟

قد تشهد مختبرات العلوم في مجالات الكيمياء والكيمياء الحيوية وعلوم المواد، تحولاً جذرياً؛ بفضل التقدم في التشغيل الآلي للروبوتات والذكاء الاصطناعي لأتمتة المهام المتكررة في المختبرات؛ حيث تُمكّن الأتمتة، الروبوتات من إجراء التجارب بدقة وتناسق عالٍ دون تعب؛ ما يسرع من وتيرة البحث بشكل كبير ويقلل من المخاطر المرتبطة بالتعامل مع المواد الخطرة.

محمد السيد علي (القاهرة)
تكنولوجيا أنظمة الذكاء الاصطناعي تخلق انبعاثات هائلة تضر بالبيئة (رويترز)

دراسة: الذكاء الاصطناعي يخلق انبعاثات هائلة تضر بالبيئة

قالت دراسة علمية جديدة، إن أنظمة الذكاء الاصطناعي تخلق انبعاثات هائلة تضر بالبيئة بشكل كبير.

«الشرق الأوسط» (بكين)

أدوات الذكاء الاصطناعي ربما تسبب ضرراً أكثر للتعليم

أدوات الذكاء الاصطناعي ربما تسبب ضرراً أكثر للتعليم
TT

أدوات الذكاء الاصطناعي ربما تسبب ضرراً أكثر للتعليم

أدوات الذكاء الاصطناعي ربما تسبب ضرراً أكثر للتعليم

فجأة، ظهرت في السوق أدوات ذكاء اصطناعي جديدة للمستهلكين يمكنها أخذ أي جزء من النص أو الصوت أو الفيديو وتوفير ملخصات مبسطة.

في هذه الأيام، كما كتب جيفري آر. يونغ (*) يمكن للطلاب استخدام أدوات مثل «نوتبوك إل إم» NotebookLM من «غوغل» لتحويل ملاحظات محاضراتهم «بودكاست»، حيث تتبادل روبوتات الذكاء الاصطناعي الرائقة المزاح والتعليق على النقاط الرئيسية. وأغلب الأدوات مجانية، وتقوم بعملها في ثوانٍ بنقرة زر.

أدوات ذكية شائعة

من الطبيعي أن كل هذا يسبب القلق بين بعض المدرسين، الذين يرون الطلاب يوجهون العمل الشاق المتمثل في تجميع المعلومات، إلى أداة الذكاء الاصطناعي بسرعة لم تكن ممكنة من قبل.

لكن الصورة العامة أكثر تعقيداً، خصوصاً وأن هذه الأدوات أصبحت أكثر شيوعاً وبدأ استخدامها يصبح معياراً في مجال الأعمال وغيرها من السياقات خارج الفصل الدراسي.

تعمل الأدوات بمثابة شريان حياة خاص للطلاب الذين يمتازون باختلافات في نشاطهم الذهني، الذين أصبح لديهم فجأة إمكانية الوصول إلى الخدمات التي يمكن أن تساعدهم على التنظيم ودعم فهمهم للقراءة، كما يقول خبراء التدريس.

لا توجد إجابة شاملة

تقول أليكسيس بيرس كوديل، المحاضرة في علوم المعلومات بجامعة إنديانا في بلومنغتون، التي قامت أخيراً بمهمة شارك فيها الكثير من الطلاب بخبراتهم ومخاوفهم بشأن أدوات الذكاء الاصطناعي: «لا توجد إجابة شاملة... إذ سيستخدمها الطلاب في علم الأحياء بطريقة ما، وسيستخدمها طلاب الكيمياء بطريقة أخرى. ويستخدمها طلابي جميعاً بطرق مختلفة».

وتؤكد المدرسة أن الأمر ليس بهذه البساطة، ولا يجب أن نفترض أن الطلاب جميعاً غشاشون. وتضيف: «كان بعض الطلاب قلقين بشأن الضغوط التي يتعرضون لها للانخراط في استخدام الأدوات - فإذا كان جميع أقرانهم يفعلون ذلك، فعليهم أن يفعلوا ذلك حتى لو شعروا أنه يعيق تعلمهم الحقيقي». وهم يسألون أنفسهم أسئلة مثل، «هل يساعدني هذا في اجتياز هذه المهمة المحددة أو هذا الاختبار المحدد - لكن هل سيكون هذا على حساب التعلم؟».

وكل هذا يضيف تحديات جديدة إلى المدارس والكليات في محاولتها وضع حدود وسياسات لاستخدام الذكاء الاصطناعي في الفصول الدراسية.

مخاوف من قلة الاستيعاب

يبدو أن شركات التكنولوجيا تعلن كل أسبوع تقريباً - أو حتى كل يوم - عن ميزات جديدة يتبناها الطلاب في دراساتهم.

على سبيل المثال، في الأسبوع الماضي فقط، أصدرت شركة «أبل» ميزات «أبل إنتليجنس» لأجهزة «آيفون»، ويمكن لإحدى الميزات إعادة صياغة أي جزء من النص بنغمات مختلفة، مثل غير الرسمية أو المهنية. وفي الشهر الماضي، أصدرت شركة «أوبن إيه آي»، وهي الشركة المصنعة لـ«تشات جي بي تي» ميزة تسمى «كانفاس» Canvas تتضمن أشرطة تمرير للمستخدمين لتغيير مستوى قراءة النص على الفور.

يقول مارك واتكينز، وهو محاضر في الكتابة والبلاغة في جامعة ميسيسيبي، إنه قلق من أن الطلاب ينجذبون إلى وعود توفير الوقت التي تقدمها هذه الأدوات، وقد لا يدركون أن استخدامها قد يعني التخلي العمل الفعلي اللازم لاستيعاب المادة وتذكرها.

ويضيف: «من وجهة نظر التدريس والتعلم، هذا أمر مقلق للغاية بالنسبة لي؛ لأننا نريد لطلابنا أن يكافحوا قليلاً، وأن يكون لديهم القليل من الاحتكاك، لأن هذا مهم لتعلمهم».

ويقول إن الميزات الجديدة تجعل من الصعب على المعلمين تشجيع الطلاب على استخدام الذكاء الاصطناعي بطرق مفيدة - مثل تعليمهم كيفية صياغة المطالبات لتغيير مستوى كتابة شيء ما.

ذلك أن هذه الأدوات «تزيل ذلك المستوى الأخير من الصعوبة المطلوب التغلب عليها في عملهم - وذلك عندما يمكنهم فقط الضغط على الأزرار والحصول (من الأداة) على مسودة نهائية، والحصول على تعليقات على المسودة النهائية أيضاً».

سياسات جديدة للتعليم بالذكاء الاصطناعي... تقادمت

وحتى الأساتذة والكليات التي تبنت سياسات الذكاء الاصطناعي قد تحتاج إلى إعادة النظر فيها في ضوء هذه الأنواع الجديدة من القدرات. كما قال أستاذان في مقال رأي نُشر مؤخراً بعنوان «سياسة الذكاء الاصطناعي الخاصة بك أصبحت قديمة بالفعل».

ويتساءل مؤلفا المقال، زاك جوستوس، مدير تطوير أعضاء هيئة التدريس في جامعة ولاية كاليفورنيافي تشيكو، ونيك جانوس، أستاذ علم الاجتماع هناك، عن مثل هذه الحالة: «طالب يقرأ مقالاً حمّله س، لكن الطالب لا يستطيع تذكر نقطة رئيسية في المقال؛ لذا يستخدم مساعد الذكاء الاصطناعي لتلخيص أو تذكيره بالمكان الذي قرأ فيه شيئاً ما.

هل استخدم هذا الشخص الذكاء الاصطناعي عندما كان هناك حظر على الاستخدام في الفصل الدراسي؟».

ويشيران إلى أن الأدوات الشائعة مثل «أدوبي أكروبات» Adobe Acrobat تحتوي الآن على ميزات «مساعد الذكاء الاصطناعي» التي يمكنها تلخيص المستندات بضغطة زر.

وبدلاً من صياغة وإعادة صياغة سياسات الذكاء الاصطناعي، يزعم الأستاذان أن المعلمين يجب أن يعملوا على وضع أطر عامة لما هو مقبول من المساعدة من برامج المحادثة الآلية.

لكن مارك واتكينز يدعو صناع أدوات الذكاء الاصطناعي إلى بذل المزيد من الجهود للتخفيف من سوء استخدام أنظمتهم في البيئات الأكاديمية، أو كما قال : «للتأكد من أن هذه الأداة التي يستخدمها الطلاب بشكل بارز، فعالة بالفعل في تعليمهم وليس فقط بصفتها أداةً لتخفيف العبء».

تجارب ميدانية: دقة غير متساوية

تثير أدوات الذكاء الاصطناعي الجديدة هذه مجموعة من التحديات الجديدة تتجاوز تلك التي كانت موجودة سابقاً.

أحد التحديات هو أن أدوات تلخيص الذكاء الاصطناعي لا تقدم دائماً معلومات دقيقة؛ بسبب ظاهرة نماذج اللغة الكبيرة المعروفة باسم «الهلوسة»، عندما تخمن برامج المحادثة الآلية الحقائق، ولكنها تقدمها للمستخدمين بصفتها أشياء مؤكدة.

التسطيح والعمق لدى الذكاء الاصطناعي

على سبيل المثال، عندما جرَّبت بوني ستاشوياك لأول مرة ميزة البث الصوتي على برنامج «نوتبوك إل إم» من «غوغل»، قالت إنها انبهرت بمدى واقعية أصوات الروبوتات ومدى قدرتها على تلخيص المستندات التي تغذيها بها. وستاشوياك هي مضيفة برنامج البث الصوتي الطويل الأمد، Teaching in Higher Ed، وعميدة التدريس والتعلم في جامعة فانغارد بجنوب كاليفورنيا، وهي تجرّب بانتظام أدوات الذكاء الاصطناعي الجديدة في تدريسها.

لكن مع تجربتها للأداة أكثر، وإضافة مستندات حول مواضيع معقدة تعرفها جيداً، لاحظت أخطاء أو سوء فهم عرضياً. وتقول: «إنها تسطح المواضيع فقط - إنها تفتقد معرفة كل هذه الفروق الدقيقة... ويبدو الأمر حميمياً للغاية؛ لأنه صوت والصوت هو وسيلة حميمة للغاية. ولكن بمجرد أن يكون شيئاً تعرف عنه الكثير، فإن الأداة سوف تفشل».

ومع ذلك، تقول إنها وجدت ميزة البث الصوتي في البرنامج مفيدة في مساعدتها على فهم القضايا البيروقراطية والتواصل بشأنها في جامعتها - مثل تحويل جزء من دليل أعضاء هيئة التدريس إلى ملخص للبث الصوتي. وعندما راجعت الأمر مع زملائها الذين يعرفون السياسات جيداً، قالت إنهم شعروا أنه قام «بعمل جيد تماماً». وتقول: «إنه جيد جداً في جعل البيروقراطية ثنائية الأبعاد (غير العميقة) أكثر سهولة في التعامل معها».

إشكالات أخلاقية

وتقول بيرس كوديل، من جامعة إنديانا، إن طلابها أثاروا أيضاً قضايا أخلاقية تتعلق باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي. وتضيف: «يقول البعض إنهم قلقون حقاً بشأن التكاليف البيئية للذكاء الاصطناعي التوليدي واستخدامه»، مشيرة إلى أن «تشات جي بي تي» ونماذج الذكاء الاصطناعي الأخرى تتطلب كميات كبيرة من قوة الحوسبة والكهرباء.

وتضيف أن آخرين قلقون بشأن مقدار البيانات التي ينتهي بها الأمر بالمستخدمين إلى تقديمها لشركات الذكاء الاصطناعي، خصوصاً عندما يستخدم الطلاب إصدارات مجانية من الأدوات.

وتتابع: «نحن لا نجري هذا النوع من المناقشات. نحن لا نجري مناقشات حول ما تعنيه مقاومة استخدام الذكاء الاصطناعي التوليدي بنشاط؟».

ومع ذلك، ترى الدراسة تأثيرات إيجابية على الطلاب، مثل عندما يستخدمون أداة للمساعدة في صنع بطاقات تعليمية للدراسة.

أدوات ممتازة للمصابين بالاضطرابات

وقالت إنها سمعت عن طالب مصاب باضطراب نقص الانتباه وفرط الحركة الذي كان يجد دائماً قراءة نص كبير أمراً «مربكاً»، لكنه كان يستخدم «تشات جي بي تي» «للتغلب على عقبة الانخراط الأولي في القراءة، ثم كان يتحقق من فهمه باستخدام (تشات جي بي تي)».

وتقول إنها سمعت عن أدوات الذكاء الاصطناعي الأخرى التي يستخدمها الطلاب ذوو الإعاقات الذهنية، مثل الأداة التي تساعد المستخدمين على تقسيم المهام الكبيرة إلى مهام فرعية أصغر وأكثر قابلية للإدارة. وتؤكد: «هذا ليس غشاً. إنه تقسيم الأشياء وتقدير المدة التي سيستغرقها شيء ما. هذا ليس شيئاً يأتي بشكل طبيعي لكثير من الناس».

* مجلة «فاست كومباني» - خدمات «تريبيون ميديا»