طور باحثون في جامعة أوتريخت مستشعرًا فلوريًا يسمح للعلماء بمراقبة تلف الحمض النووي وإصلاحه في الوقت الفعلي داخل الخلايا الحية وحتى داخل كائنات كاملة. مبني من مكونات بروتين خلوي طبيعي، توفر الأداة آراء مستمرة لديناميكيات الإصلاح مع تقليل التداخل مع آليات الخلية الخاصة. العمل، المنشور في Nature Communications، يمكن أن يساعد في بحوث السرطان واختبار الأدوية ودراسات الشيخوخة.
يُتلف الحمض النووي داخل الخلايا باستمرار من مصادر مثل ضوء الشمس والمواد الكيميائية والإشعاع والنشاط الأيضي الطبيعي. يتم إصلاح معظم هذا التلف بسرعة وكفاءة، لكن عند فشل الإصلاح، يمكن أن تساهم الأخطاء الناتجة في السرطان والشيخوخة وأمراض أخرى، وفقًا لباحثي جامعة أوتريخت.
حتى وقت قريب، درس العلماء هذه الأحداث الإصلاحية بشكل رئيسي باستخدام طرق لقطات تتطلب قتل الخلايا وتثبيتها في نقاط زمنية مختلفة. قدمت هذه الطرق آراء معزولة فقط لعملية ديناميكية للغاية وجعلت من الصعب متابعة كيفية تشكل التلف وحله مع مرور الوقت.
يغير المستشعر الجديد ذلك بتمكين مراقبة تلف الحمض النووي في الوقت الفعلي في الأنظمة الحية. يستخدم علامة فلورية ملتصقة بمجال صغير مشتق من إحدى بروتينات الخلية الخاصة، والتي ترتبط مؤقتًا بعلامة محددة تظهر على الحمض النووي التالف. بسبب أن هذه التفاعل لطيف وقابل للعكس، يمكن للمستشعر إضاءة مواقع التلف دون تعطيل آليات إصلاح الخلية بشكل كبير، مما يوفر صورة أكثر واقعية للاستجابة.
وصف الباحث الرئيسي تونكاي باوبيك الميزة في مقابلة أصدرتها جامعة أوتريخت: «مستشعرنا مختلف. مبني من أجزاء مأخوذة من بروتين طبيعي تستخدمه الخلية بالفعل. يذهب ويأتي إلى موقع التلف بنفسه، لذا ما نراه هو سلوك الخلية الحقيقي».
تذكر عالم الأحياء ريتشارد كاردوسو دا سيلفا، الذي صمم واختبر الأداة، لحظة حاسمة في المشروع. «كنت أختبر بعض الأدوية ورأيت المستشعر يضيء بالضبط حيث فعلت الأجسام المضادة التجارية»، قال. «كان ذلك اللحظة التي فكرت فيها: هذا سيعمل».
في تجارب المختبر، استخدم الفريق المستشعر لمتابعة كيفية ظهور إشارات التلف وتلاشيها مع الوقت في الخلايا المزروعة، مسجلًا تسلسل الإصلاح الكامل للحمض النووي في تسجيل مستمر واحد بدلاً من تجارب منفصلة متعددة. استطاع الباحثون رؤية متى ينشأ التلف، ومدى سرعة تراكم بروتينات الإصلاح في الموقع، ومتى تختفي الإشارة مع حل الخلية للمشكلة.
أدى المستشعر أداءً جيدًا أيضًا في كائن حي كامل. اختبر شركاء في جامعة أوتريخت المسبار القائم على البروتين في دودة النيماتودا Caenorhabditis elegans، نموذج يستخدم على نطاق واسع في علم الأحياء. هناك، اكتشف كسور الحمض النووي المبرمجة التي تتشكل أثناء التطور. قال باوبيك إن ذلك يظهر أن «الأداة ليست فقط للخلايا في المختبر. يمكن استخدامها أيضًا في كائنات حية حقيقية».
بسبب أن المستشعر معياري، يمكن للعلماء ربطه بمكونات جزيئية أخرى. وفقًا لبيان جامعة أوتريخت، يمكن لهذه المرونة أن تسمح للباحثين برسم خريطة لمواقع تلف الحمض النووي عبر الجينوم، وتحليل البروتينات التي تتجمع في المواقع التالفة، وحتى نقل الحمض النووي التالف إلى مواقع مختلفة في النواة لاختبار كيفية تأثير الموقع على الإصلاح.
رغم أن المستشعر ليس علاجًا، يتوقع الفريق أن يدعم بحوثًا طبية وسمية. تعمل العديد من علاجات السرطان والمركبات التجريبية بتلف الحمض النووي في الخلايا الورمية، وتعتمد الاختبارات في المراحل المبكرة غالبًا على الأجسام المضادة لقياس مقدار التلف الذي يسببه الدواء. يبلغ مجموعة أوتريخت أن مستشعرهم للخلايا الحية يمكن أن يجعل مثل هذه التقييمات أرخص وأسرع وأكثر دقة، وقد يساعد أيضًا في دراسات الشيخوخة الطبيعية ومراقبة التعرض للإشعاع أو عوامل متحورة أخرى.
يُصف العمل في مجلة Nature Communications تحت العنوان «قراءات الكروماتين المصممة تتبع ديناميكيات الكروماتين التالف في الخلايا والحيوانات الحية»، بقيادة المؤلف الأول ريتشارد كاردوسو دا سيلفا والمؤلف الأقدم تونكاي باوبيك. تقول جامعة أوتريخت إن الفريق قد جعل الأداة متاحة علنًا، مع مشاركة المعلومات والبنى عبر الإنترنت حتى يتمكن مختبرات أخرى من البدء في استخدام المستشعر في بحوث إصلاح الحمض النووي الخاصة بها.
