issue16785

علوم SCIENCES 17 Issue 16785 - العدد Monday - 2024/11/11 الاثنين تعطل حركتها وتسهم في توطينها السيئ داخل الخلية طفراتجينية تضع البروتينات في مواقع خاطئة تــــوصــــل فــــريــــق بـــحـــثـــي دولـــــــي بــــقــــيــــادة جــامــعــة «تــــــــورنــــــــتــــــــو» ومـــــعـــــهـــــد «بــــــــــــــــــرود» الــــــتــــــابــــــع لمـــعـــهـــد «ماساتشوستس للتكنولوجيا» وجامعة «هارفارد» الـــولايـــات المـتـحـدة، إلـــى وضـــع خـريـطـة رائــــدة واسـعـة الـــنـــطـــاق تـــوضـــح بــالــتــفــصــيــل كـــيـــف تـــؤثـــر الـــطـــفـــرات الجينية في موقع البروتينات داخل الخلايا. مواقع خاطئة للبروتينات وطـــوّر الفريق طريقة تصوير عالية الإنتاجية طـفـرة عـلـى مـواقـع 3500 لتقييم تـأثـيـر مــا يـقـرب مــن البروتينات. ووجد أن ما يقرب من واحدة من كل ست طفرات مسبّبة للأمراض تؤدي إلى وضع البروتينات في مكان خاطئ في الخلية. وقــــالــــت جـيـسـيـكـا لاكــــوســــت، المـــؤلـــفـــة المـــشـــاركـــة فــي الـــدراســـة مــن مــركــز «دونــيــلــي لـ بـحـاث الخلوية والجزيئية الـحـيـويـة» بجامعة «تـورنـتـو» كـنـدا، في سبتمبر 30 » فـي Cell« الــدراســة المـنـشـورة فـي مجلة ، إن الباحثين قـادرون على تحديد هذه 2024 ) (أيلول الطفرات في المرضى في العيادة لكن ليست لديهم أي فكرة عن عواقبها على العمليات الخلوية. تأثير الطفراتعلى توطين البروتين كــــان الــعــلــمــاء مــنــذ فـــتـــره يــــدركــــون أن الــطــفــرات يمكن أن تؤثر في استقرار البروتين أو تفاعلاته مع البروتينات الأخـرى ضمن الخلية، ومع ذلك اكتشف الــفــريــق أن عــــدداً مـفـاجـئـا مـــن الــطــفــرات يـعـطـل مـوقـع البروتين بسبب ضعف الاستقرار وعـدم الـقـدرة على تكامل تلك البروتينات في الأغشية الخلوية. وهــنــاك عـــدة طـــرق يمكن أن تـؤثـر بـهـا الـطـفـرات الـجـيـنـيـة عـلـى الــبــروتــيــنــات المـنـتـجـة فـــي الـخـلـيـة، إذ يـمـكـن أن تـقـلـل مــن اســتــقــرارهــا الإجــمــالــي عــن طريق إضعاف قدرتها على الطي، أو تغيير تفاعلاتها مع البروتينات الأخــرى، أو تعطيل حركتها إلـى مناطق مختلفة من الخلية. وقـد تمت دراســـة التأثيرين الأولـــ 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 الـــدور الـحـاسـم لـهـذا الخلل فـي مجموعة واسـعـة من الأمراض البشرية. طي البروتين بشكل خاطئ طــي الــبــروتــ هــو عملية فـيـزيـائـيـة يـتـخـذ فيها البروتين بنية ثلاثية الأبـعـاد طبيعية تمكّنه من أداء وظيفة بيولوجية مـحـددة. والبروتينات عموما هي الأداة المنفّذة لجميع الوظائف في الكائنات الحية، إذ إن أي وظيفة في جسم الإنسان -من تحفيز التفاعلات الكيميائية إلى مقاومة العدوان الخارجي- هي نتيجة لعمل البروتينات. وفــي الـسـنـوات الأخــيــرة اكتشف العلم أن طي البروتينات بشكل خاطئ يمكن أن يسبب بـعـض الأمـــــراض. وأصـبـحـت الـعـ قـة بــ طي البروتين بشكل خاطئ وحـدوث المـرض جبهة جـــديـــدة لــ بــحــاث فـــي عـلـم الأحـــيـــاء الـجـزيـئـي حـيـث يـتـم تـقـديـم نـظـام «مـراقـبـة الـــجـــودة» في الـــخـــ يـــا الــــــذي يــضــمــن الـــوظـــيـــفـــة الـطـبـيـعـيـة للبروتينات مـع التركيز على مراقبة الجودة بــعــد تــولــيــدهــا وبــــ الــقــضــايــا المـتـعـلـقـة بطي البروتين بشكل خاطئ. البروتينات المتحولة وباستخدام التصوير عالي الإنتاجية والتحليل الحسابي قارن الباحثون مسارات البروتينات المتحولة بتلك التي تسلكها البروتينات العادية عبر العضّيات (هي الأجزاء أو الأجسام الحية الموجودة في organelles سيتوبلازم الخلية بشكل عام) المختلفة. وأظهرت هذه الخريطة المرئية كيف يمكن للطفرات أن تغير حركة البروتينات داخل الخلايا، ما يسهم في شدة المرض. وعــلــى سـبـيـل المــثــال تــــؤدي الــطــفــرة الـشـائـعـة في (هـو اضـطـراب وراثـي Cystic fibrosis التليف الكيسي يسبب أضــــراراً بـالـغـة فــي الـرئـتـ والـجـهـاز الهضمي وأعــــضــــاء أخـــــرى فـــي الـــجـــســـم) إلــــى تـــوطـــ الــبــروتــ Endoplasmic بشكل خاطئ في الشبكة الإندوبلازمية ‏(هـــــي عــضــيــة خـــلـــويـــة تـــتـــكـــون مــــن شـبـكـة reticulum مـــتـــرابـــطـــة مــــن الـــنـــبـــيـــبـــات والـــحـــويـــصـــ ت والأكــــيــــاس الغشائية المسطحة ترتبط في مناطق معينة بالغشاء البلازمي ومع الغشاء النووي في مناطق أخـرى) بدلاً من الوصول إلى سطح الخلية، وهو الموقع الصحيح لعمله. وظـــهـــر أن الـــعـــ جـــات الـــتـــي تــصــحــح مـــثـــل هـــذا الــتــوطــ الــخــاطــئ تـعـمـل بـالـفـعـل عـلـى تـحـسـ عـ ج الـتـلـيـف الـكـيـسـ مــمــا يـشـيـر إلــــى أن اسـتـراتـيـجـيـات مـمـاثـلـة يـمـكـن أن تــســاعــد عــلــى إدارة أمــــــراض أخـــرى مرتبطة بسوء وضع البروتين. سوء توطين البروتين وتـوقـع الباحثون أن تكون البروتينات في تـلـك المـــواقـــع الـخـاطـئـة، بـسـبـب الاضـــطـــرابـــات في تفاعلاتها مع البروتينات الأخرى أو في إشارات النقل التي توجهها عـــادةً إلــى المـوقـع الصحيح. لكنهم فوجئوا عندما علموا أن العوامل الرئيسية وراء الـــبـــروتـــيـــنـــات الـــخـــاطـــئـــة كـــانـــت فــــي الـــواقـــع انــهــيــار اســـتــقـــرار الــبـــروتـــ وفـــقـــدان قـــدرتـــه على التكامل فـي الأغـشـيـة. وفــي حـ أن ســوء توطين البروتين ليس مفهوما بنفس الدرجة مثل فقدان استقرار البروتين العام أو التفاعلات المتغيرة مع البروتينات الأخـــرى إلا أنــه يـحـدث بنفس القدر تقريبا. وتـتـسـبـب الــطــفــرة الأكـــثـــر شـيـوعـا المـرتـبـطـة بالتليف الكيسي فــي وصـــول الـبـروتـ المـصـاب إلــــى الــشــبــكــة الإنـــدوبـــ زمـــيـــة لـلـخـلـيـة، إذ يبقى هناك بدلاً من الانتقال إلى موقعه الصحيح على سطح الخلية. وتُستخدم حاليا علاجات دوائية تعزز النقل السليم للبروتين المتحور في العيادة لمعالجة هذه المشكلة وتحسين أعراض المرضى. كما يمكن أن ينشأ ســوء تـوطـ البروتين أيــضــا مـــن الإجـــهـــاد المـــزمـــن لـلـعـضـيـات وهــــو أمــر شائع في كثير من الأمراض بما في ذلك تلك التي تشتمل على طي البروتين بشكل خاطئ. وأظــــهــــرت الأبــــحــــاث الـــحـــديـــثـــة أن الـــطـــفـــرات الـجـزئـيـة لــفــقـدان الـوظـيـفـة فــي مـــســـارات التحكم فـــي جـــــودة الـــبـــروتـــ تــرتــبــط بـــحـــدوث الـتـنـكـس العصبي في كلّ من البشر والنماذج الحيوانية. على الـرغـم مـن أن الآلــيــات لا تـــزال غير واضـحـة، لكن مع تطوير الباحثين أساليب أكثر دقة لتتبع توطين البروتين قـد يصبح مـن الممكن التحقيق فـــي كـيـفـيـة تـغـيـر تـنـظـيـم الـــبـــروتـــ الــخــلــوي في الأمـــراض المرتبطة بالعمر أو مـن خــ ل عمليات الشيخوخة الطبيعية، خصوصا أن ازديــاد عدد السكان المسنين من شأنه أن يزيد من عدد الأفراد الذين يعانون مثل هـذه الأمـــراض مثل ألزهايمر ومرض باركنسون. رسم للبروتينات الخاصة بمرضالتليّف الكيسي (باللون الأزرق) على الخلايا الظهارية للرئة لندن: د. وفا جاسم الرجب اكتشف العلم أنطي البروتينات بشكل خاطئ يمكن أن يسبب بعضالأمراض وسائل لتخفيفه 4 ثانية للتعامل مع التوتر 30 عندما تفكر في مكافحة التوتر والقلق في العمل، فربما قد تفكر في تدخلات كبرى تــســتــغــرق وقـــتـــا طــــويــــ ً: ربـــمـــا إجــــــازة على الــشــاطــئ لمـــدة أســـبـــوع، أو يـــوم فـــي منتجع صـــحـــي... أو ربـــمـــا الــحــصــول عــلــى وظـيـفـة جديدة تماما؟ كل هـذه أفكار رائـعـة، لكنها قد تفعل الكثير لزيادة مستوى التوتر العام لديك. وسائل تخفيف التوتر لكن ماذا يمكنك أن تفعل في خضم يوم حافل للحفاظ على بعض مظاهر الـهـدوء، بــــخــــ ف أخــــــذ بـــضـــع أنـــــفـــــاس عـــمـــيـــقـــة قـبـل » التالي؟ جرب Zoom« تسجيل الدخول إلى هذه الوسائل الأربع، التي يمكنك القيام بها في أقل من دقيقة: الخروج من «دوامة الخوف»: تحدثت > الــكــاتــبــة سـتـيـفـانـي فـــــوزا مـــع عـــالمـــة الـنـفـس البيولوجي ماري بوفينروث لمعرفة الطرق المـخـتـلـفـة لمـكـافـحـة الـــتـــوتـــر. والــخــبــر الــســار هـــو أن الـــعـــديـــد مـــن هــــذه الاســتــراتــيــجــيــات لا تـسـتـغـرق ســـوى بـضـع ثـــــوانٍ، ويـمـكـن أن تساعدك على الخروج من حالة الخوف. وإحـدى الوسائل هي استخدام حاسة أقـــل اســتــخــدامــا فـــي الــعــمــل: الـــشـــم. إذ تـقـوم بــوفــيــنــروث بـــفـــرك الـقـلـيـل مـــن زيــــت شـجـرة ) تحت أنفها قبل تقديم tea tree oil( الشاي عرض كبير. وهي تقول لفوزا: «تساعد هذه الرائحة القوية على تحرير اللوزة الدماغية، حتى تتمكن من التراجع أكثر إلـى مساحة شجاعة». وتضيف: «يعمل النعناع بشكل رائـــع أيــضــا. أي شـــيء لاذع وقـــوي سيخرج دماغك مما أسميه «دوامة الخوف». تتبّع المشاعر ودوّن المخاوف تــــتــــبــــع مــــــشــــــاعــــــرك: وفـــــقـــــا لـــلـــمـــؤلـــف > والعميل الخاص السابق لمكتب التحقيقات الفيدرالي إرول دويبلر، فإن تسمية مشاعرك وتعلم التعرف عليها يمكن أن يساعدك على الازدهــــــار تـحـت الــضــغــط. لـــذا فــإنــه يـوصـي بـتـسـجـيـل شــــعــــورك أربــــــع مــــــرات فــــي الـــيـــوم لمدة أسبوع، لأن الوعي هو الخطوة الأولى للسيطرة بشكل أفضل على مشاعرك. يقول دويبلر لفوزا: «قد تكون غاضبا لأنـــــك مــضــطــر لــتــســجــيــل هـــــذه المــــشــــاعــــر. لا يهمني ما هـي... أريـدك أن تكون قـادراً على تحديدها والتعبير عن ذلـك. بحلول نهاية الأسبوع الأول، يعود الناس ويقولون: «لم أكـــن أدرك مـــدى غـضـبـي أو إحــبــاطــي طـــوال الـوقـت، ولـم أدرك أن هـذه هي الطريقة التي تصرفت بـهـا». إنــه الـوعـي والاعــتــراف الـذي يجب أن يكون في المقام الأول في ذهنك». دوِن مخاوفك: ربما تكون على دراية > بتدوين المذكرات كطريقة للتعامل مع التوتر. إذ إن قضاء بعض الوقت في كتابة ما تشعر به وما يسبب لك التوتر يمكن أن يساعدك في الشعور بأنه أكثر قابلية لدارته وتخفيفه. يــــــقــــــول كــــــريــــــس مــــــوســــــونــــــيــــــك، كـــبـــيـــر المسؤولين السريريين في تطبيق الاسترخاء )، للكاتبة جوين مـــوران: «يساعدنا Calm( ذلـك على إبطاء تلك الموسيقى التصويرية فـي دمـاغـنـا، التي تنطلق كـل يــوم لكل جزء من حياتنا. عندما تبدأ في كتابة المذكرات، فإنك تبطئ ذلك وتبدأ أشياء في الظهور لم تكن تعلم حتى أنك كنت تفكر فيها، التي لن تقولها أبداً لأي إنسان آخر». وسيلة «التنفسالصندوقي» جـــــــرّب «الـــتـــنـــفـــس الـــصـــنـــدوقـــي»: > إذا لـــم يــكــن لـــديـــك ســــوى بــضــع دقــائــق قــبــل عــــرض تــقــديــمــي كـبـيـر أو مـقـابـلـة عــمــل، فـقـد يـفـيـدك أن تــجــرب «التنفس ). أولاً، box breathing( » الـــصـــنــدوقـــي استنشق لمــدة خمس ثــــوانٍ، ثـم احبس أنفاسك لمدة خمس ثـوانٍ. وأخيراً، ازفر لمدة خمس ثوانٍ ثم احبس أنفاسك لمدة ثانيتين أخريين. يـــقـــول ريـــتـــشـــارد نـــيـــومـــان، مـؤلـف Lift Your( » كـتـاب «ارفــــع قـــوة تــأثــيــرك )، «يــــســــمــــح لــــــك الأكــــســــجــــ Impact المـوجـود في الجسم بحرق الأدرينالين كـيـمـيـائـيـا. يـمـكـنـك تــحــويــل نـفـسـك من الــجــهــاز الـعـصـبـي الــــــودي، الــعــامــل في وضع المجابهة أو الهروب، إلى الجهاز العصبي السمبثاوي العامل في وضع الراحة والهضم». *مجلة «فاست كومباني» ـ خدمات «تريبيون ميديا» * واشنطن: جوليا هيربست كيف يُسرّع الذكاء الاصطناعي مسار الاكتشافات العلمية؟ فـــي عـصـر تـــــزداد فـيـه الــحــاجــة إلـــى حــلــول مبتكرة لمواجهة التحديات العالمية في مجالات الصحة والطاقة، لا يـزال كثير من المختبرات الحديثة تعتمد بشكل كبير على العمل الــيــدوي، مـا يحد مـن سـرعـة ودقـــة التجارب العلمية. لكن تحولاً جذريا قد تشهده مختبرات العلوم في مـجـالات الكيمياء، والكيمياء الـحـيـويـة، وعـلـوم المـــواد؛ بفضل الـتـقـدم فــي التشغيل الآلـــي لـلـروبـوتـات والــذكــاء الاصطناعي لأتمتة المهام المتكررة في المختبرات. وتُــمــكّــن الأتــمــتــة، الـــروبـــوتـــات مــن إجـــــراء الـتـجـارب بدقة وتناسق عالٍ دون تعب؛ ما يسرع من وتيرة البحث بشكل كبير ويقلل مـن المـخـاطـر المرتبطة بالتعامل مع المـــواد الخطرة.ويحرر هـذا التحول العلماء مـن الأعمال الروتينية؛ مـا يسمح لهم بالتركيز على أسئلة بحثية أكــثــر تـعـقـيـداً، ويـــعـــزّز مـــن ســرعــة وفـاعـلـيـة الاكـتـشـافـات العلمية في مجالات مثل الطب والطاقة والاستدامة. مراحل 5 يـــعـــمـــل بـــاحـــثـــون فــــي قـــســـمـــي عــــلــــوم الــكــومــبــيــوتــر والكيمياء بجامعة نورث كارولاينا الأميركية على دراسة كيفية دمـــج الـــروبـــوتـــات وتـقـنـيـات الـــذكـــاء الاصـطـنـاعـي لأتمتة المهام الروتينية في المختبرات، باستخدام روبوت متحرك لأتمتة مهام مختبر الكيمياء. ويشير الـبـاحـثـون، فـي الــدراســة المـنـشـورة بـدوريـة أكـتـوبـر (تـشـريـن الأول) المــاضــي، إلى 23 «سـايـنـس» فـي أن هذه الخطوة لا تعزز الكفاءة فحسب، بل تمثل أيضا تحولاً جذريا في طريقة إجراء الأبحاث العلمية، ما يتيح تحقيق نتائج مذهلة بشكل أكثر أمانا وموثوقية. مراحل 5 أوضح الباحثون أن أتمتة المختبرات تمر بـ تبدأ بالمساعدة في المهام البسيطة وتنتهي بالتشغيل الآلي الكامل. في المرحلة الأولـى، يتم تنفيذ مهام فردية كـالـتـعـامـل مــع الــســوائــل لتخفيف الــعــبء الـروتـيـنـي، ثم في المرحلة الثانية، ينفّذ الروبوت خطوات متتالية مع بقاء العاملين من البشر للإعداد والإشراف. وفي المرحلة الثالثة، يدير الروبوت التجارب بالكامل مع تدخل بشري عند الظروف الطارئة، بينما في الرابعة يصبح الروبوت قادراً على التعامل مع هذه الظروف بمرونة أكبر. أما في المرحلة الخامسة، فتعمل الروبوتات وأنظمة الــــذكــــاء الاصـــطـــنـــاعـــي بـشـكـل مـسـتـقـل تـــمـــامـــا؛ مـــا يـمـكّـن المختبرات من العمل المستمر دون تدخل بشري، ويعزز سرعة الاكتشافات العلمية والابتكار. فوائد وتحديات يـــقـــول الــــدكــــتــــور رون ألـــتـــيـــروفـــيـــتـــز، الـــبـــاحـــث فـي الروبوتات الطبية بجامعة نورث كارولاينا، إن تطوير جزيئات ومواد كيميائية جديدة يتطلب جهوداً بشرية مكثفة، تشمل تصميم التجارب وتوليف المواد وتحليل النتائج، فيما يمكن لأتمتة المـهـام الروتينية أن تسرّع هــــذه الـعـمـلـيـات وتـــزيـــد دقــتــهــا، عــبــر تـنـفـيـذ الــخــطــوات بتناسق أعلى وتقليل الأخطاء، ما يعزز إمكانية إعادة إنتاج النتائج. وأوضــح لـ«الشرق الأوســط» أن الروبوتات يمكن أن تساهم في نقل العينات وإجــراء القياسات وتقليل المــخــاطــر المـرتـبـطـة بـــالمـــواد الــخــطــرة؛ مـــا يــعــزز سـ مـة الــبــاحــثــ . كــمــا يـمـكـنـهـا تـحـلـيـل كــمــيــات ضـخـمـة من بــيــانــات الـــتـــجـــارب، واكـــتـــشـــاف الأنـــمـــاط والــــــرؤى غير الملحوظة للبشر، خصوصا في التجارب التي تتطلب مراقبة مستمرة أو إنتاج كميات كبيرة من البيانات، مثل الفحص عالي الإنتاجية المستخدم فـي اكتشاف الأدويـــــة. ووفـــق شـركـة «يـونـايـتـد روبـوتـيـكـس غـــروب» المتخصصة في تطوير الروبوتات وحلول الأتمتة، فإن الروبوتات توفر فائدة مالية رئيسية تتمثل في زيادة الكفاءة والإنتاجية؛ إذ يمكن لأتمتة أنظمة المختبرات الأساسية تقليل خطوات المعالجة اليدوية بنسبة تصل فـي المـائـة، مـا يعزز الـكـفـاءة ويخفض تكاليف 86 إلــى العمالة. في السياق نفسه، كشفت مؤسسة «مايو كلينيك» الطبية الأميركية أن الأتمتة أدت إلى زيادة حجم العمل أضـــعـــاف فـــي بـعـض المــخــتــبــرات، مـــا يـرفـع 10 الــيــومــي لـــــ الإنتاجية ويتيح التعامل مع الطلب المتزايد في الأبحاث الطبية والعلمية. وفي مجال الكيمياء المناعية، وهي تقنية مخبرية تستخدم لتحديد توزيع البروتينات والجزيئات داخل الأنسجة، ساعدت الأتمتة في معالجة المزيد من شرائح الأنـسـجـة بـزمـن أقـــل، مـمـا خـفـض زمـــن المـعـالـجـة بنسبة في 37.27 في المائة والتكلفة لكل شريحة بنسبة 15.22 المائة، وفق «يونايتد روبوتيكس غروب». ولا تقتصر الفوائد على تقليل الزمن والتكلفة، بل تشمل تحسين الدقة وتقليل الأخـطـاء، وهـو أمـر حيوي في مجالات حساسة كعلم الجينوم واكتشاف الأدويـة، وفــق الـبـاحـثـ . وأظــهــرت تـجـربـة، بمستشفى «إلبلاند ، كـيـف تسهم 2023 كلينيكوم مـايـسـن» فــي ألمـانـيـا عـــام الـروبـوتـات فـي تحسين كـفـاءة المختبرات وتقليل عبء العمل، خصوصا مع نقص الكوادر. وفيما يتعلق بالتحديات، أشــار ألتيروفيتز إلى أن الأتمتة تُنفذ حاليا فـي مهام مـحـدودة بالمختبرات، ولتحقيق التنفيذ الكامل، يتطلب الأمر تطوير مهارات فـي الـروبـوتـات وعـلـوم البيانات والــذكــاء الاصطناعي، إضافة إلى ضخ استثمارات في البنية التحتية وبرامج الــتــدريــب، مــا قــد يشكل عبئا مـالـيـا كـبـيـراً. كـمـا يتطلب تعاونا بين الباحثين والمهندسين وعلماء الكومبيوتر لتحقيق الفائدة الكاملة من هذه التقنية. باحثون بجامعة نورث كارولاينا يعتمدون على روبوت لتنفيذ مهام في المختبر (جامعة نورث كارولاينا) القاهرة: محمد السيد علي