للمرة الأولى، تمكن العلماء من رصد لحظة تفكك الحمض النووي (DNA)، وهي خطوة جوهرية تسمح له بأداء دوره كحامل للشيفرة الوراثية في جميع أشكال الحياة. هذه الدراسة الحديثة، التي أجرتها جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) ونشرت في مجلة ”نيتشر“، توثق بدقة اللحظة التي يبدأ فيها الحمض النووي في التفكك، مما يمهد الطريق لعملية تضاعفه. باستخدام تقنيات متقدمة مثل المجهر الإلكتروني بالتبريد والتعلم العميق، سلط الباحثون الضوء على الآليات التي تمكن الخلايا من نسخ مادتها الوراثية بدقة.
آلية تفكك الحمض النووي
استخدم الباحثون تقنية المجهر الإلكتروني بالتبريد (cryo-EM) لرصد تفاعل إنزيم الهيليكاز مع الحمض النووي. توصل البروفيسور ألفريدو دي بيازيو والبروفيسور سمير حمدان إلى وصف دقيق لأولى خطوات تضاعف الحمض النووي، موضحين كيف يجبر الإنزيم الحلزوني الحمض النووي على التفكك. هذا الاكتشاف يمثل نقلة نوعية في فهم ديناميكيات الإنزيمات والعمليات البيولوجية على المستوى الذري.
دور الإنزيمات والطاقة
يعتبر إنزيم الهيليكاز وكأنه “آلة نانوية” تعمل على فصل شريطي الحمض النووي. وحتى يتم ذلك، يحتاج الإنزيم إلى طاقة تُمد بواسطة جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). يشبه استهلاك ATP وقودًا يحرك الآلية الداخلية للإنزيم، مما يسمح له بالتحرك وفك الروابط الكيميائية بين شريطي الحمض النووي. هذه العملية تعتمد على سلسلة من التغيرات البنيوية التي تؤدي إلى فصل الشريطين تدريجيًا.
تطبيقات مستقبلية
توفر هذه الدراسة رؤى جديدة يمكن تطبيقها في تصميم التقنيات النانوية المستقبلية. الهيليكاز يعتبر نموذجًا لكفاءة طاقية عالية، مما يجعله مصدر إلهام لتصميم آلات نانوية قادرة على أداء مهام معقدة. من خلال فهم كيفية استغلال العشوائية والاضطراب في الأنظمة البيولوجية، يمكن للباحثين تطوير تقنيات أكثر كفاءة وقوة.
باختصار، كشفت هذه الدراسة عن تفاصيل دقيقة لعملية تفكك الحمض النووي، مما يفتح آفاقًا جديدة في فهم العمليات البيولوجية الأساسية وفي تطوير تقنيات نانوية متقدمة.
