لأول مرة.. العلماء يتمكنون من التقاط رقصة البروتين والدهون.
مصر:إيهاب محمد زايد
حركة البروتينات (باللون الأخضر) المتفاعلة مع الدهون المحيطة (باللون الأحمر) في “القرص النانوي” الذي يشبه غشاء الخلية.
أجسامنا حية بالنشاط ومليئة بالبروتينات المحشورة في الأغشية الدهنية أو التي تطفو داخل وخارج الخلايا المائية. لقد تمكن العلماء الآن، ولأول مرة، من التقاط صورة للرقص بين الاثنين: رقصة التانغو السائلة التي تحتوي على البروتينات والدهون كما تتحرك عادة في الخلايا.
يقول تشيان تشن، عالم المواد والمهندس في جامعة إلينوي أوربانا شامبين (UIUC): “إننا نتجاوز مجرد التقاط لقطات فردية، والتي تعطي بنية وليس ديناميكيات، إلى تسجيل الجزيئات في الماء بشكل مستمر، وحالتها الأصلية”. الذي قاد الفريق ووصف عملهم بـ “صناعة الأفلام”.
“يمكننا أن نرى حقًا كيف تغير البروتينات تكوينها، وفي هذه الحالة، كيف يتقلب هيكل البروتين والدهون الذي يتم تجميعه ذاتيًا بمرور الوقت.”
من خلال تعديل تقنية التصوير المستخدمة على نطاق واسع والتي تسمى المجهر الإلكتروني النافذ، تمكن فريق تشين من التقاط الرقصات الحية لبروتين الغشاء “الأقراص النانوية” في السائل. تتكون هذه الأقراص النانوية من بروتينات مدمجة في طبقة دهنية ثنائية تشبه الأغشية الخلوية التي توجد فيها عادةً.
أطلق الفريق على طريقتهم اسم “تصوير الفيديو الإلكتروني”، وتم التحقق من صحة بيانات الفيديو من خلال مقارنتها بنماذج حاسوبية على مستوى الذرة حول كيفية تحرك الجزيئات بناءً على قوانين الفيزياء.
كان يُعتقد أن حركة البروتينات المرتبطة بالغشاء كانت محدودة إلى حد ما، نظرًا لكيفية تثبيت الدهون لها في مكانها. ومع ذلك، رأى الباحثون أن التفاعلات بين البروتينات والدهون تحدث على مسافات أكبر بكثير مما كان يعتقد سابقًا.
البروتينات الغشائية هي حراس بوابة الخلية، وأجهزة الاستشعار، ومستقبلات الإشارات، وبالتالي فإن هذه التقنية يمكن أن تؤدي إلى تقدم هائل في فهمنا لكيفية عملها.
باستخدام التقنيات الحالية، عادةً ما يتم تجميد البروتينات أو بلورتها حتى لا تتحرك أو تشوه الصورة، أو تتضرر بسبب الأشعة السينية أو حزم الإلكترون المستخدمة لتصويرها. وهذا يعطي صورة هامدة لبروتين ثابت يطوي وينحني عادة، مما يترك العلماء لاستنتاج كيفية تفاعله مع الجزيئات الأخرى بناءً على بنيته.
وبدلاً من ذلك، تستخدم بعض تقنيات التصوير علامة جزيئية فلورية لتتبع الجزيئات أثناء تحركها، بدلاً من مشاهدة البروتين مباشرة.
في هذه الحالة، قام الباحثون بوضع قطرة من الماء داخل صفحتين رقيقتين من الجرافين لحمايتها من فراغ المجهر الإلكتروني. كانت هناك أقراص نانوية معلقة في قطرة الماء من البروتينات والدهون غير المسماة، والتي شاهدها الفريق “تتراقص” معًا كما هو الحال في بيئتها المائية الطبيعية.
لقد حاول علماء المواد منذ عقد من الزمان على الأقل تصوير نشاط الجزيئات البيولوجية في السوائل، لكنهم لم يتمكنوا من مراقبة ديناميكيات البروتين المستمرة بوضوح.
ومن خلال بعض التعديلات الدقيقة على هذا النهج، قام تشن وزملاؤه بتصوير تجمعات البروتين والدهون الخاصة بهم في الوقت الفعلي، ولمدة دقائق، وليس ميكروثانية. والأهم من ذلك، أنهم أبطأوا معدل اختراق الإلكترونات للعينة وعملوا على سقالة الجرافين، لتصوير مركب البروتين الدهني بنجاح أثناء عمله.
يقول جون سميث، طالب الدراسات العليا في هندسة المواد بجامعة UIUC، والمؤلف الأول لهذه الورقة: “في الوقت الحالي، هذه هي الطريقة التجريبية الوحيدة لتصوير هذا النوع من الحركة مع مرور الوقت”.
“الحياة سائلة، وهي في حالة حركة. ونحن نحاول الوصول إلى أدق تفاصيل هذا الارتباط بطريقة تجريبية.”
أما بالنسبة للجهود الأخرى، فإن تقنيات التصوير المحسنة تكشف عن تفاصيل مذهلة حول جميع أنواع الأحداث المجهرية – من مراقبة كيفية تشكل الغلاف الخارجي للفيروس إلى التقاط البروتينات الفورية التي تنهار إلى كتل في أمراض مثل مرض الزهايمر.
أضف الذكاء الاصطناعي إلى هذا المزيج، للتنبؤ بالشكل ثلاثي الأبعاد لكل بروتين معروف تقريبًا في العلوم، ويبدو بالتأكيد أن عصرًا جديدًا من الأبحاث البيولوجية قد تم فتحه.
وقد تم نشر البحث في مجلة Science Advances.
