الكشف عن الترتيب الخفيّ في انتشار الحمض النوويّ

كتابة: آنستاشيا خرينوفا.
ترجمة: عبدالحميد شكري.

ساعدت مقاربةٌ مختلفةٌ لتحليل حركة انتشار الجزيئات في قلب افتراضٍ قديمٍ بأن جزيئات الحمض النووي منقوص الأكسجين تتحرك بطريقةٍ عشوائيةٍ، إذ كشف باحثوا جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية لأول مرةٍ أن جزيئات الحمض النوويّ منقوص الأكسجين لا تتحرك بحركةٍ براونيةٍ عشوائيةٍ، بل بحركةٍ غير عشوائيةٍ مرتبطةً بديناميكية المبلمرات بطريقةٍ تحفظ مجمل خصائص البراونية.

يشرح باحث مرحلة ما بعد الدكتوراه في العلوم الحيوية بجامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية الدكتور ماجد سراج قائلاً: “إن الحركة البراونية هي عمليةٌ تتحرك فيها الجزيئات بشكلٍ عشوائيٍّ في المائع عن طريق الاصطدام بالجزيئات الأخرى”. ويضيف: “في الخلايا الحية، تسمح الحركة البراونية للجزيئات بالتحرك بسرعةٍ وكفاءةٍ بين عُضيّات الخلية وبالتفاعل مع الجزيئات الأخرى”.

استخدم العلماء لعدة عقودٍ اختباراً بسيطاً نسبياً لتحديد ما إذا كان الانتشار الجزيئيّ براونياً أم لا: عندما يزداد متوسط مربع الإزاحة لتجمعٍ من الجزيئات بشكلٍ خطيٍّ مع مرور الزمن. وهذا يعني أنه في الوسط المنتظم كالمياه النقية، فإن قطرةً من المحلول الملحيّ ستتوسع بمعدلٍ يجعل متوسط مربع الإزاحة يزداد بشكلٍ خطيٍّ مع الزمن.

يتوافق الحمض النوويّ منقوص الأكسجين مع سلوك الانتشار العينيّ هذا، لذلك افتُرض أن حركته براونيةً مثل الجزيئات الأخرى. ولكنه من المعروف أيضاً أن الحمض النوويّ منقوص الأكسجين يلتوي عفويّاً بسبب القوى الداخلية في الجزيئات لكونه جزيئاً مبلمراً طويلاً.

يقول سراج: “يمكن أن يُنظر للحمض النوويّ منقوص الأكسجين بأنه سلسلةٌ شبه مرنةٍ”. ويضيف: “لو تتبعنا حركته على مقاييس زمنيةٍ قصيرةٍ وفي فضاءٍ قريبٍ من حجمه، سنرى سلوكاً حركياً يشبه الدودة”.
قرر سراج وزميله الأستاذ المشارك ساتوشي هابوتشي أن يروا ما إذا كان يمكن لهذه الحركة اللولبية أن تؤثر على انتشار الحمض النوويّ منقوص الأكسجين.

يقول هابوتشي: “لقد أتى الدكتور سراج بفكرةٍ فريدةٍ من نوعها لوصف حركة الجزيء بناءً على احتمالية احتلال المواقع الشبكية بدلاً من متوسط مربع الإزاحة”. وأضاف: “لقد كان متوسط مربع الإزاحة الطريقة القياسية للكشف عن انحرافٍ عن الحركة البراونية، ولكنها لا تُظهر أيّ حركةٍ غير عشوائيةٍ لجزيئات الحمض النوويّ منقوص الأكسجين. وباستخدام هذا النهج الاحتماليّ بدلاً من ذلك، كنا قادرين على كشف وتحديد كمية الحركة غير العشوائية المخفية”.

بتطوير إطار عملٍ نظريٍّ جديدٍ تتم فيه نمذجة الحركة بطريقةٍ تدريجيةٍ تحسب التواء الجزيء، وُجد أن جزيئات الحمض النوويّ منقوص الأكسجين تتحرك بشكلٍ غير عشوائيٍّ مع سرعةٍ ومسارٍ جزيئيٍّ متنوعين بطريقةٍ حفظت بمتوسط مربع الإزاحة الخطية البراونية تماماً.

يشرح هابوتشي قائلاً: “إن النتيجة الأكثر أهميةً في هذه الدراسة هي أننا أثبتنا أن متوسط مربع الإزاحة الخطية لا تشير دوماً إلى حركةٍ براونيةٍ أساسيةٍ، فمع إطار العمل النظريّ الجديد هذا، يمكننا الكشف عن الحركة غير العشوائية للجزيئات الأحادية والتي لا يمكن التقاطها بالتحليل التقليديّ لمتوسط مربع الإزاحة”.

المصدر: (discovery.kaust)

علوم حيوية (Bioscience)
الحمض النووي منقوص الأكسجين (DNA)
جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (KAUST)
عُضيّات الخلية (cell organelles)
متوسط مربع الإزاحة (mean-square displacement (MSD))
ساتوشي هابوتشي (Satoshi Habuchi)

Comments are closed.