محققان در EMBL اولین فیلم مولکولی زنده را ساخته‌اند که به طور بی‌سابقه‌ای تعامل رونویسی و ترجمه را در باکتری‌ها به تصویر می‌کشد. این پژوهش با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس پیشرفته، هماهنگی میان RNA پلیمراز و ریبوزوم‌ها را آشکار می‌کند و چشم‌انداز تازه‌ای برای توسعه آنتی‌بیوتیک‌های نوآورانه ارائه می‌دهد.
نگاهی انقلابی به ماشین‌آلات مولکولی حیات
برای اولین بار در تاریخ علم، محققان آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی اروپا (European Molecular Biology Laboratory : EMBL) در هایدلبرگ، یک “فیلم مولکولی” زنده از دو فرآیند بیولوژیکی حیاتی – رونویسی و ترجمه – که با هم کار می‌کنند، ضبط کرده‌اند. این موفقیت، دید بی‌سابقه‌ای از چگونگی ترجمه DNA، طرح اولیه حیات، به پروتئین‌ها در سلول‌های باکتریایی ارائه می‌دهد.
این مطالعه، به رهبری اولیویه دوس و تیمش، نه تنها درک ما از فرآیندهای سلولی را عمیق‌تر می‌کند، بلکه درها را به روی روش‌های جدید توسعه دارو، به ویژه در مبارزه با مقاومت آنتی‌بیوتیکی، باز می‌کند.
رقص بین رونویسی و ترجمه
در تمام موجودات زنده، DNA حاوی کدی است که ساختار و عملکرد سلولی را تعیین می‌کند. این اطلاعات ژنتیکی ابتدا توسط آنزیمی به نام RNA پلیمراز به RNA رونویسی می‌شود، فرآیندی که به طور مناسب رونویسی نامیده می‌شود. سپس RNA به عنوان الگویی برای سنتز پروتئین عمل می‌کند که توسط ریبوزوم‌ها در فرآیندی به نام ترجمه انجام می‌شود.
در سلول‌های باکتریایی، این دو فرآیند به طور همزمان در همان بخش سلولی رخ می‌دهند، زیرا باکتری‌ها فاقد هسته هستند. این نزدیکی به رونویسی و ترجمه اجازه می‌دهد تا به روش‌هایی که هنوز به طور کامل درک نشده‌اند، علی‌رغم دهه‌ها تحقیق، با هم تعامل داشته باشند.
اولیویه دوس توضیح می‌دهد:
«در سلول‌های انسانی، رونویسی در هسته اتفاق می‌افتد، جدا از ترجمه در سیتوپلاسم. اما در باکتری‌ها، این فرآیندها در کنار هم رخ می‌دهند و فرصت‌های بی‌نظیری را برای مطالعه‌ی تعامل آنها ارائه می‌دهند.»
عبور از موانع تکنولوژیکی
تاکنون، دانشمندان برای مطالعه‌ی این فرآیندها به تکنیک‌هایی مانند میکروسکوپ الکترونی کرایو متکی بودند، اما چنین روش‌هایی فقط تصاویر ثابت ارائه می‌دادند. گروه دوس با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس چند رنگ تک مولکولی بر این محدودیت غلبه کرد.
این رویکرد نوآورانه با برچسب‌گذاری RNA پلیمراز و ریبوزوم‌ها با نشانگرهای شیمیایی که به عنوان حسگرهای مجاورت عمل می‌کنند، کار می‌کند. هنگامی که دو ماشین مولکولی با هم تماس پیدا می‌کنند، یک سیگنال فلورسنت ساطع می‌کنند که با قطع شدن تعامل ناپدید می‌شود. محققان با ثبت این تعاملات در زمان واقعی، توانستند چندین دقیقه از تعامل پویا را مشاهده کنند.
برای اولین بار، علم می‌توانست “تماشا کند” که رونویسی و ترجمه به طور همزمان آشکار می‌شوند.
اکتشافات کلیدی: همکاری در سطح مولکولی
با استفاده از این فناوری پیشرفته، محققان بینش‌های جذابی را کشف کردند:
- ارتباط از راه دور: RNA پلیمراز و ریبوزوم‌ها می‌توانند حتی زمانی که توسط یک رشته RNA حلقوی از هم جدا شده‌اند، مانند کوهنوردانی که توسط یک طناب به هم متصل شده‌اند، ارتباط برقرار کنند. این “طناب” هماهنگی را بدون برخورد تضمین می‌کند و به ماشین‌های مولکولی اجازه می‌دهد تا در صورت نیاز به یکدیگر کمک کنند.
- افزایش کارایی: هنگامی که رونویسی و ترجمه به طور همزمان اتفاق می‌افتند، RNA پلیمراز به طور مؤثرتری عمل می‌کند. این نشان می‌دهد که همکاری نزدیک بین این فرآیندها باعث افزایش کارایی کلی سلولی می‌شود.
دوس این کار تیمی را به همکاری انسان تشبیه کرد:
«اگر همه به تنهایی کار کنند، کارایی کاهش می‌یابد. به نظر می‌رسد که حتی ماشین‌های مولکولی نیز ارزش کار تیمی را درک می‌کنند.»
پیامدهایی برای توسعه آنتی‌بیوتیک
یافته‌های این مطالعه، که در Nature منتشر شده است، فراتر از تحقیقات پایه است. با درک چگونگی تعامل رونویسی و ترجمه، دانشمندان می‌توانند راه‌های جدیدی را برای هدف قرار دادن عوامل بیماری‌زای باکتریایی بررسی کنند.
آنتی‌بیوتیک‌های سنتی اغلب فرآیندهای سلولی فردی را هدف قرار می‌دهند. با این حال، این تحقیق نشان می‌دهد که هدف قرار دادن همزمان رونویسی و ترجمه می‌تواند مؤثرتر باشد و احتمال مقاومت آنتی‌بیوتیکی را کاهش دهد.
گروه دوس قصد دارد این کار را به سلول‌های زنده گسترش دهد و فرآیندهای سلولی اضافی را برای کشف مکانیسم‌های هماهنگی گسترده‌تر در بر بگیرد.
گواهی بر تحقیقات پایه
این مطالعه‌ی پیشگامانه بر اهمیت تحقیقات بنیادی در پیشرفت علم و پزشکی تأکید می‌کند. محققان با بررسی چگونگی همکاری ماشین‌های مولکولی، زمینه را برای اکتشافات متحول کننده در توسعه دارو و فراتر از آن فراهم می‌کنند.
همانطور که دوس به درستی بیان کرد:
«تحقیقات پایه به ما کمک می‌کند تا بفهمیم زیست‌شناسی چگونه کار می‌کند و منجر به نوآوری‌هایی مانند داروهای جدید، درمان‌های پیشرفته و فرصت‌های بهتر می‌شود.»
مسیر پیش رو
گروه دوس، مسلح به درک عمیق‌تری از اتصال رونویسی-ترجمه، آماده است تا تعاملات پیچیده‌تری را در سلول‌های باکتریایی زنده بررسی کند. یافته‌های آنها می‌تواند نحوه‌ی برخورد ما با عفونت‌های باکتریایی را در دوره‌ای که مقاومت آنتی‌بیوتیکی تهدیدی فزاینده برای سلامت جهانی است، متحول کند.
این فیلم مولکولی نه تنها رقص پیچیده‌ی فرآیندهای حیات را روشن می‌کند، بلکه امیدی برای پیشرفت‌های پزشکی آینده نیز ارائه می‌دهد.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: scitechdaily
