أعلن فريق بحثي من كلية الطب بجامعة جنيف ومعهد أغورا لأبحاث السرطان في لوزان، سويسرا، برئاسة الباحث المصري هيثم شعبان، عن ابتكار تقنية تمكن من مراقبة حركة الحمض النووي والبروتينات داخل نواة الخلية الحية بدقة غير مسبوقة، وهي خطوة تهدف إلى تعزيز فهم تنظيم الجينات وديناميكيات الكروماتين داخل الخلايا، مما قد يفتح آفاق جديدة في مجالات الطب والبيولوجيا.

عالم دقيق ينضب بالحياة

الكروماتين هو تركيب معقد يتكون من مزيج من الحمض النووي وبروتينات مشابهة تُعرف بالهستونات، وهو الهيكل الرئيسي المسؤول عن تنظيم الجينات داخل الخلية. يلعب الكروماتين دورًا حيويًا في ترتيب وحزم المادة الوراثية ضمن أقل مساحة ممكنة، على الرغم من حجمه الضئيل جدًا.

يؤكد هيثم شعبان أن تنظيم الجينوم عملية معقدة للغاية تشمل تفاعلات متعددة البروتينات مع المادة الوراثية على مدى زمني قصير جدًا، مما يجعل المادة الوراثية ديناميكية وسريعة الحركة للمحافظة على وظائف الخلية. يمتلك الكروماتين القدرة على تحديد الجينات التي سيتم التعبير عنها في أوقات معينة وفي خلايا معينة، مما يشبه قدرة الحقيبة على اختيار وإخفاء المحتويات.

لذا، يعتبر فهم كيفية تحرك الكروماتين وبتغير بنيته أمرًا ضروريًا لفهم العديد من العمليات الخلوية الهامة مثل النسخ الجيني وإصلاح الحمض النووي، حيث يمكن لأي خلل في هذه العمليات أن يؤدي إلى مجموعة من الأمراض بما فيها السرطانات. كانت الطرق السابقة في دراسة هذه التغيرات ذات دقة وسرعة محدودة، مما دفع العلماء للبحث عن حلول جديدة.

تقنية خرائط الانتشار العالية الدقة

استجابةً للحاجة العلمية، قام الفريق بتطوير تقنية “رسم خرائط الانتشار العالي الدقة”. ويظهر شعبان أنه تم لأول مرة استخدام تقنية المجهر الضوئي الحاسوبي لدراسة تنظيم الجينوم. وبفضل هذه التقنية، استطعنا دراسة حركة المادة الوراثية بشكل ديناميكي.

تعتمد التقنية الجديدة على خوارزميات متطورة لتحليل حركة الحمض النووي والبروتينات وتصنيف الحركات المختلفة داخل نواة الخلية، بل ويمكنها رسم خرائط لهذه الحركات على مستوى نواة الخلية بالكامل.

لتحقيق دقة عالية في تحليل البيانات، طور الفريق برنامجًا سريعًا يمكنه إتمام التحليل في أقل من ساعة، وقد مثّل هذا تقدمًا كبيرًا في الأبحاث البيولوجية، حيث كانت الأدوات السابقة تستغرق وقتًا أطول وسعت لدراسة خلايا فردية، مما كان يشكل عائقًا لدراسة الديناميكيات الجينومية.

تتيح هذه التقنية للباحثين مراقبة الحركة في كل أجزاء نواة الخلية الحية، مما يوفر فهمًا أعمق لكيفية تغير بنية الجينوم استجابة للمؤثرات الداخلية والخارجية.

مجالات التطبيق واسعة

تعتبر الميزة الرئيسية لهذه التقنية أنها تعمل على الخلايا الحية، وهو ما لم يكن متاحًا سابقًا، مما يتيح دراسة حركة أنواع متعددة من الجزيئات الحيوية مثل الحمض النووي والبروتينات الهيستونية وإنزيم رنا بوليميريز، وهو إنزيم مهم في عملية نسخ الجينات.

تمنح هذه القدرة العلماء رؤى جديدة لفهم العلاقة بين تغيرات هياكل الكروماتين والتعبير الجيني على مستوى الجينوم.

أضاف شعبان أنه من المحتمل استخدام هذه التقنية لدراسة الأنسجة وفحص أنواع مختلفة من الخلايا، مما يوفر نهجًا جديدًا لدراسة تنظيم الجينوميات المختلفة وفهم العمليات الوظيفية للخلايا ودراسة الأمراض المرتبطة بتنظيم الجينوم.

ومع وجود عدد كبير من الأمراض المرتبطة باضطرابات تنظيم الجينوم، مثل السرطانات وأمراض الشيخوخة والأمراض المناعية والأيضية، فإن هذه التقنية ستتيح كذلك للباحثين استكشاف التغيرات في الزمن الحقيقي وقد تمثل أداة فعالة للتشخيص المبكر للعديد من الأمراض.