تويت
لا تزال خلايانا تحمل الكثير من الأسرار بين طياتها، إلا أن الفيروسات الضخمة المكتشفة حديثًا كشفت لنا سرًا من هذه الأسرار هو كيفية نشوء المخزن الرئيس للأوامر في الخلية وهو النواة. يعد وجود النواة الفارق الرئيس بين حقيقيات النوى وأشكال الحياة الخلوية الأخرى. وتميل المادة الوراثية للجراثيم والبدئيات لأن تكون على شكل جزيء كبير من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA الحلقي أو امتداد مفتوح منه يطوف بحرية داخل العصارة الخلوية.
تلتف المادة الوراثية للنباتات والحيوانات -وهي أعقد أشكال الحياة- بدقة حول بروتينات الهيستونات وتُخزَّن على شكل طيات في النواة، العضية المتخصصة والتي تشكل الحجرة الخلوية للمادة الوراثية.
إذن كيف تختزن كل التعليمات المتعلقة بكيفية بناء أجسادنا في هذه الوحدات الصغيرة؟
اكتشف عالم الفيروسات في جامعة طوكيو ماساهارو تاكيمورا وزملاؤه في عام 2019 فيروسًا ضخمًا أجبر عينة من خلية hijacked amoeba (Acanthamoeba castellanii) على تشكيل غلاف قاسٍ شبيه بالصدفة حول نفسها. أطلقوا على الفيروس اسم فيروس ميدوسا medusavirus؛ على اسم الحامية الأسطورية ميدوسا التي تحول البشر إلى حجارة.
اقترح تاكيمورا فرضيةً جديدةً حول تطور النواة تعتمد على الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA المُحمَّل بالبروتين، وذلك في مراجعة للمحاضرة العلمية الحالية.
تعد هذه العملية الافتراضية فوضويةً ومعقدةً في الوقت ذاته، شأنها ككل ما هو بيولوجي؛ يعتقد تاكيمورا أنها قد مرت بعملية مشابهة للآتي:
أصيبت الخلايا حقيقيات النوى الأولية الحاوية على الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA غير مغلف بفيروسات ضخمة.
استخدمت هذه الفيروسات الغشاء السيتوبلازمي للخلية، وحوطت نفسها به لتحمي عملية التضاعف الفيروسي داخل الخلية.
استخدمت الخلية المضيفة هذه الآلية نفسها لتحمي حمضها النووي من الهجمات الفيروسية بمرور الوقت، وطورت في الوقت نفسه جينات الهيستونات؛ ما زاد من تعقيد حمضها النووي أكثر، لتكتشف أن هذه الجينات موجودة أيضًا في الحمض النووي الفيروسي.
(تاكيمورا، كتاب Frontiers in Microbiology, 2020)
قادت التشابهات بين الغشاء الذي تستخدمه الفيروسات لتتضاعف من خلاله والغشاء النووي لخلايانا الباحثين إلى الظن بأن «خلايانا البدائية قد ابتكرت طريقةً مشابهةً بطريقة الفيروسات لحماية جينومها من هجوم الفيروسات عليها».
لا تشكل فيروسات ميدوسا فقاعات حولها لتتضاعف ضمنها مثلما تفعل الفيروسات الأخرى ومنها فيروس البولو؛ فتجد هذه الفيروسات طريقها إلى نواة الخلية الهدف وتستخدم بنية الخلية المضيفة لتتضاعف. وبهذا تجد الجينوم الفيروسي وجينوم المضيف مندمجين معًا في أثناء التضاعف.
يدل احتواء جينوم الفيروس على جينات بروتينات الهيستونات وجينات الإنزيم DNAبوليميراز بصورة مماثلة للأميبة المضيفة لهذه الفيروسات على إمكانية انتقال هذه الجينات بين الجينوم الفيروسي والمضيف.
نرجح أن انتقال الحمض النووي DNAبين الفيروسات والخلايا حقيقيات النوى قد حدث في الاتجاه المعاكس أيضًا. يعتقد الباحثون أن الأميبة حصلت على جينات بروتين القفيصة (القشرة البروتينية للفيروس) الرئيس من الفيروسات، وكتب تاكيمورا: «أخمن أن نسبةً من تضاعف DNA الفيروس قد ساعدت على تضاعف جينوم المضيف وحققت منافعَ تطورية».
تشفر المادة الوراثية الكبيرة للفيروسات الضخمة مثل الفيروسات الجدرية أكثر من 400 بروتين. تشترك حقيقيات النوى في بعض من هذه البروتينات مثل بروتين القلنسوة (قبعة 5’) الذي يغطي نهاية الحمض النووي الريبوزي المرسال caps messenger RNA؛ بينما لا تجد هذا البروتين لدى البكتيريا أو البدئيات.
وجدت الدراسة الجزيئية على إنزيم DNAبوليميراز لدى الفيروسات الجدرية تقاربًا واضحًا بينه وبين إنزيم DNA بوليميراز لدى حقيقيات النوى.
يشير تاكيمورا أن العديد من أقسام هذه الفرضية بحاجة إلى الاختبار؛ لكنها مع ذلك تتوافق مع النظرية السائدة حول تطور النواة، وهي أن الغشاء النووي قد نشأ من الغشاء الداخلي لخلايا حقيقيات النوى البدائية، وهو ما يساعد على شرح بعض العمليات المُرجح اشتراكها.
يقول تاكيمورا: «تستطيع هذه الفرضية الحديثة أن تؤثر بعمق في دراسة أصول خلايا حقيقيات النوى وتستطيع تقديم أساس لمناقشة أوسع حول دور الفيروسات في تطور نوى حقيقيات النوى».
تلتف المادة الوراثية للنباتات والحيوانات -وهي أعقد أشكال الحياة- بدقة حول بروتينات الهيستونات وتُخزَّن على شكل طيات في النواة، العضية المتخصصة والتي تشكل الحجرة الخلوية للمادة الوراثية.
إذن كيف تختزن كل التعليمات المتعلقة بكيفية بناء أجسادنا في هذه الوحدات الصغيرة؟
اكتشف عالم الفيروسات في جامعة طوكيو ماساهارو تاكيمورا وزملاؤه في عام 2019 فيروسًا ضخمًا أجبر عينة من خلية hijacked amoeba (Acanthamoeba castellanii) على تشكيل غلاف قاسٍ شبيه بالصدفة حول نفسها. أطلقوا على الفيروس اسم فيروس ميدوسا medusavirus؛ على اسم الحامية الأسطورية ميدوسا التي تحول البشر إلى حجارة.
اقترح تاكيمورا فرضيةً جديدةً حول تطور النواة تعتمد على الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA المُحمَّل بالبروتين، وذلك في مراجعة للمحاضرة العلمية الحالية.
تعد هذه العملية الافتراضية فوضويةً ومعقدةً في الوقت ذاته، شأنها ككل ما هو بيولوجي؛ يعتقد تاكيمورا أنها قد مرت بعملية مشابهة للآتي:
أصيبت الخلايا حقيقيات النوى الأولية الحاوية على الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA غير مغلف بفيروسات ضخمة.
استخدمت هذه الفيروسات الغشاء السيتوبلازمي للخلية، وحوطت نفسها به لتحمي عملية التضاعف الفيروسي داخل الخلية.
استخدمت الخلية المضيفة هذه الآلية نفسها لتحمي حمضها النووي من الهجمات الفيروسية بمرور الوقت، وطورت في الوقت نفسه جينات الهيستونات؛ ما زاد من تعقيد حمضها النووي أكثر، لتكتشف أن هذه الجينات موجودة أيضًا في الحمض النووي الفيروسي.
(تاكيمورا، كتاب Frontiers in Microbiology, 2020)
قادت التشابهات بين الغشاء الذي تستخدمه الفيروسات لتتضاعف من خلاله والغشاء النووي لخلايانا الباحثين إلى الظن بأن «خلايانا البدائية قد ابتكرت طريقةً مشابهةً بطريقة الفيروسات لحماية جينومها من هجوم الفيروسات عليها».
لا تشكل فيروسات ميدوسا فقاعات حولها لتتضاعف ضمنها مثلما تفعل الفيروسات الأخرى ومنها فيروس البولو؛ فتجد هذه الفيروسات طريقها إلى نواة الخلية الهدف وتستخدم بنية الخلية المضيفة لتتضاعف. وبهذا تجد الجينوم الفيروسي وجينوم المضيف مندمجين معًا في أثناء التضاعف.
يدل احتواء جينوم الفيروس على جينات بروتينات الهيستونات وجينات الإنزيم DNAبوليميراز بصورة مماثلة للأميبة المضيفة لهذه الفيروسات على إمكانية انتقال هذه الجينات بين الجينوم الفيروسي والمضيف.
نرجح أن انتقال الحمض النووي DNAبين الفيروسات والخلايا حقيقيات النوى قد حدث في الاتجاه المعاكس أيضًا. يعتقد الباحثون أن الأميبة حصلت على جينات بروتين القفيصة (القشرة البروتينية للفيروس) الرئيس من الفيروسات، وكتب تاكيمورا: «أخمن أن نسبةً من تضاعف DNA الفيروس قد ساعدت على تضاعف جينوم المضيف وحققت منافعَ تطورية».
تشفر المادة الوراثية الكبيرة للفيروسات الضخمة مثل الفيروسات الجدرية أكثر من 400 بروتين. تشترك حقيقيات النوى في بعض من هذه البروتينات مثل بروتين القلنسوة (قبعة 5’) الذي يغطي نهاية الحمض النووي الريبوزي المرسال caps messenger RNA؛ بينما لا تجد هذا البروتين لدى البكتيريا أو البدئيات.
وجدت الدراسة الجزيئية على إنزيم DNAبوليميراز لدى الفيروسات الجدرية تقاربًا واضحًا بينه وبين إنزيم DNA بوليميراز لدى حقيقيات النوى.
يشير تاكيمورا أن العديد من أقسام هذه الفرضية بحاجة إلى الاختبار؛ لكنها مع ذلك تتوافق مع النظرية السائدة حول تطور النواة، وهي أن الغشاء النووي قد نشأ من الغشاء الداخلي لخلايا حقيقيات النوى البدائية، وهو ما يساعد على شرح بعض العمليات المُرجح اشتراكها.
يقول تاكيمورا: «تستطيع هذه الفرضية الحديثة أن تؤثر بعمق في دراسة أصول خلايا حقيقيات النوى وتستطيع تقديم أساس لمناقشة أوسع حول دور الفيروسات في تطور نوى حقيقيات النوى».