الهندسة البيولوجية تفوز بـ«نوبل»

قررت جمعية نوبل فى معهد كارولينسكا منح جائزة نوبل فى علم وظائف الأعضاء أو الطب لعام 2024 بالاشتراك بين فيكتور أمبروس وغارى روفكون لاكتشاف الحمض النووى الريبى الدقيق ودوره فى تنظيم الجينات بعد النسخ، وبذلك تكرم جائزة نوبل لهذا العام عالمين لاكتشافهما مبدأ أساسياً يحكم كيفية تنظيم النشاط الجينى.

يمكن تشبيه المعلومات المخزنة داخل كروموسوماتنا بدليل التعليمات لجميع الخلايا فى جسمنا. تحتوى كل خلية على نفس الكروموسومات، لذلك تحتوى كل خلية على نفس مجموعة الجينات بالضبط ونفس مجموعة التعليمات بالضبط. ومع ذلك، فإن أنواع الخلايا المختلفة، مثل العضلات والخلايا العصبية، لها خصائص مميزة للغاية. كيف تنشأ هذه الاختلافات؟ تكمن الإجابة فى تنظيم الجينات، الذى يسمح لكل خلية باختيار التعليمات ذات الصلة فقط. هذا يضمن أن المجموعة الصحيحة فقط من الجينات نشطة فى كل نوع من أنواع الخلايا.

كان فيكتور أمبروس وغارى روفكون مهتمين بكيفية تطور أنواع الخلايا المختلفة. اكتشفا الحمض النووى الريبى الدقيق، وهى فئة جديدة من جزيئات الحمض النووى الريبى الصغيرة التى تلعب دوراً حاسماً فى تنظيم الجينات. كشف اكتشافهما الرائد عن مبدأ جديد تماماً لتنظيم الجينات الذى تبين أنه ضرورى للكائنات متعددة الخلايا، بما فى ذلك البشر. من المعروف الآن أن الجينوم البشرى يشفر أكثر من ألف حمض نووى ريبى دقيق. كشف اكتشافهما المفاجئ عن بُعد جديد تماماً لتنظيم الجينات. يثبت الحمض النووى الريبى الدقيق أنه مهم بشكل أساسى لكيفية تطور الكائنات الحية وعملها.

تركز جائزة نوبل لهذا العام على اكتشاف آلية تنظيمية حيوية تُستخدم فى الخلايا للتحكم فى النشاط الجينى. تتدفق المعلومات الوراثية من الحمض النووى إلى الحمض النووى الريبى الرسول (mRNA)، عبر عملية تسمى النسخ، ثم إلى الآلات الخلوية لإنتاج البروتين. هناك، تتم ترجمة الحمض النووى الريبوزى الرسول بحيث تصنع البروتينات وفقاً للتعليمات الوراثية المخزنة فى الحمض النووى. منذ منتصف القرن العشرين، أوضحت العديد من الاكتشافات العلمية الأساسية كيفية عمل هذه العمليات.

تتكون أعضاؤنا وأنسجتنا من العديد من أنواع الخلايا المختلفة، وكلها تحتوى على معلومات وراثية متطابقة مخزنة فى الحمض النووى الخاص بها. ومع ذلك، تعبر هذه الخلايا المختلفة عن مجموعات فريدة من البروتينات. كيف يكون هذا ممكناً؟ تكمن الإجابة فى التنظيم الدقيق لنشاط الجينات بحيث تكون المجموعة الصحيحة فقط من الجينات نشطة فى كل نوع محدد من أنواع الخلايا. يمكن هذا، على سبيل المثال، الخلايا العضلية والخلايا المعوية وأنواعاً مختلفة من الخلايا العصبية من أداء وظائفها المتخصصة. بالإضافة إلى ذلك، يجب ضبط النشاط الجينى باستمرار لتكييف الوظائف الخلوية مع الظروف المتغيرة فى أجسامنا وبيئتنا. إذا حدث خطأ فى تنظيم الجينات، فقد يؤدى ذلك إلى أمراض خطيرة مثل السرطان أو مرض السكرى أو المناعة الذاتية. لذلك، كان فهم تنظيم النشاط الجينى هدفاً مهماً لعقود عديدة.

فى الستينات، تبين أن البروتينات المتخصصة، المعروفة باسم عوامل النسخ، يمكن أن ترتبط بمناطق محددة فى الحمض النووى وتتحكم فى تدفق المعلومات الوراثية عن طريق تحديد الحمض النووى الريبوزى الرسول الذى يتم إنتاجه. منذ ذلك الحين، تم تحديد الآلاف من عوامل النسخ، ولفترة طويلة كان يعتقد أن المبادئ الرئيسية لتنظيم الجينات قد تم حلها. ومع ذلك، فى عام 1993، نشر الحائزون على جائزة نوبل هذا العام نتائج غير متوقعة تصف مستوى جديداً من التنظيم الجينى، والذى تبين أنه مهم للغاية وتم الحفاظ عليه طوال التطور، لكن ما هو هذا الـRNA المتفرد، الحمض النووى الريبى الدقيق؟

الحمض النووى الريبى الدقيق هو جزيئات تساعد الخلايا على التحكم فى إنتاج البروتين. تلعب البروتينات التى تنتجها الخلايا أدواراً حيوية فى جميع العمليات البيولوجية للكائنات الحية تقريباً. فى جسم الإنسان، على سبيل المثال، ينقل بروتين الهيموجلوبين الأكسجين، ويساعد الأنسولين على امتصاص الجلوكوز من الدم، وما إلى ذلك. وبالتالى، فإن أى شىء يؤثر على إنتاج البروتين يمكن أن تكون له عواقب على صحة الإنسان.

يعمل الحمض النووى الريبى الدقيق عن طريق الارتباط بنوع آخر من الجزيئات يسمى الحمض النووى الريبى الرسول (mRNA). كما يوضح مقال على موقع جامعة ولاية أوهايو، «يتحكم microRNA فى التعبير الجينى بشكل أساسى عن طريق الارتباط بالحمض النووى الريبى الرسول (mRNA) فى السيتوبلازم الخلوى. بدلاً من ترجمته بسرعة إلى بروتين، سيتم تدمير الحمض النووى الريبوزى الرسول المميز وإعادة تدوير مكوناته، أو سيتم الحفاظ عليه وترجمته لاحقاً».

لماذا عملهم مهم؟

كما يقول موقع جائزة نوبل، إذا «ساء تنظيم الجينات، فقد يؤدى ذلك إلى أمراض خطيرة مثل السرطان أو مرض السكرى أو المناعة الذاتية. لذلك، كان فهم تنظيم النشاط الجينى هدفاً مهماً لعقود عديدة».