الفصل الثاني عشر

إعادة إحياء بروتين عمره مليار سنة

من الشائع اليوم أن يستنتج علماء الوراثة التكوينَ الوراثي لسلف مشترك، ذلك الذي اشترك فيه جينان أو حتى جينومان؛ وأعني بذلك آخِرَ سلف مشترك بين سلالتين مختلفتين موجودتين اليوم. وبناءً على ذلك، فإن إعادة تكوين السلف المشترك اعتمادًا على المعلومات الوراثية المُستنتَجة تُعتبَر خطوةً منطقيةً، ولكنها أيضًا مجنونة بعض الشيء. في الوقت الحالي، سيكون ذلك صعبَ الحدوث إلى حدٍّ ما بالنسبة إلى كائنات حية بأكملها، ولكن يمكن عمله بالنسبة إلى جينات فردية، والبروتينات الناتجة عنها، حتى لو وُجِد ذلك السلف المشترك منذ مليار سنة مضَتْ.

ركَّزَتِ الأساليبُ الجزيئية للتطوُّر البيولوجي وعلم تطوُّر السلالات على التسلسلات الجينية في المقام الأول. وبناءً على الاختلافات الموجودة بين صور جينات اليوم، يستطيع الباحثون استنتاجَ الوقتِ الذي عاش فيه السلف المشترك، ورَسْمَ شجرةِ عائلة تطوُّرية بدقة متناهية.

ولكن لماذا نتوقَّف عند هذا الحد؟ إذا استطاع المرء الاستنتاجَ بناءً على الجينات العتيقة، فإنه يمكنه أيضًا التعبيرُ عن تلك الجينات وإنتاج بروتيناتٍ عتيقةٍ لدراسة الحياة مثلما كانت منذ ملايين السنين. جرَّبَ ستيفن بينير وزملاؤه بجامعة فلوريدا في جينسفيل هذا الأسلوبَ لأول مرة من أجل إعادة بناء الإنزيمات الهاضِمة التي كانت موجودةً في ذلك الوقت، الذي طوَّرَتْ فيه المُجْتَرَّاتُ مَعِدةً إضافية. ثم في عام ٢٠٠٣، زاد بينير توغُّلًا في هذا النوع من البيولوجيا الإحيائية وصولًا إلى تاريخ الحياة البدائية، بهدف «إعادة إحياء» جزيئات البروتين التي شُوهِدت لآخِر مرة في عصر ما قبل الكمبري؛ أي منذ أكثر من مليار سنة.

وعلى وجه التحديد، عالج بينير وزملاؤه المسألةَ المتعلِّقةَ بنطاق درجة الحرارة الذي تأقلَمَ معه آخِر سلف مشترك بين جميع السلالات البكتيرية. وقد أُثِير كثيرٌ من الجدل حول هذا الشأن؛ إذ إن بعضَ أقدم فروع شجرة العائلة البكتيرية تقودنا إلى سلالات شديدة التأقلم مع الحرارة. حلَّلَ الباحثون تسلسلاتِ أحد البروتينات المُساعِدة خلال عملية التخليق البيولوجي للبروتين، وهو عامل الاستطالة «إي إف-تي يو» EF-Tu. ومثلما يوحي الاسم (Tu إشارة إلى عدم الاستقرار الحراري Temperature-unstable)، يستجيب هذا البروتين بحساسية شديدة لتغيُّرات درجة الحرارة، ويتأقلم مع درجة الحرارة المُثلى للنمو في جميع الكائنات التي خضعت للدراسة. وبناءً على الاختلافات في التسلسلات الحالية، نجح فريق بينير في الرجوع بالزمن إلى الوراء لاستنتاج تسلسُل «إي إف-تي يو» الموروث الذي تطوَّرَتْ منه.

كما نجحوا في التعبيرِ عن هذا البروتين الذي يبلغ عمره مليارَ سنة في البكتيريا الحديثة، ودراسةِ وظيفته في درجات حرارة متفاوتة. وكذلك كرَّروا هذا الإجراء بناءً على تفسيرات بديلة لشجرة العائلة، وقد أظهرَتْ جميع البروتينات العتيقة الناتجة درجةَ الحرارة المُثلَى في نطاق متأقلم حراريًّا (ولكن دون إفراط) يتراوح بين ٥٥ و٦٥ درجة مئوية.

(٢٠٠٣)

أحدث التطورات

واصَلَ بينير وآخَرون إعادةَ إحياء تسلسلات بروتينية عتيقة، وتحليلَ العلاقات التطورية بناءً على هذا الأساس.

قراءات إضافية

  • E. A. Gaucher et al., Nature, 2003, 425, 285.
  • David A. Liberles, ed., Ancestral Sequence Reconstruction, Oxford University Press, 2007.

جميع الحقوق محفوظة لمؤسسة هنداوي © ٢٠٢٠