في هذا التقديم لإنزيم chondroitinase ABC ، يتم تمثيل الطفرات النقطية بواسطة كرات حمراء. هذا الشكل المعاد هندسته من الإنزيم أكثر استقرارًا وأكثر نشاطًا من النوع البري ويمكن استخدامه للمساعدة في عكس تلف الأعصاب الناجم عن إصابة الحبل الشوكي أو السكتة الدماغية. الصورة من حساب : Hettiaratchi، O'Meara et al.، 2020. DOI: 10.1126 / sciadv.abc6378 هذا العمل مُرخص بموجب CC BY-NC
in ,

هل يمكن أن يساعد الإنزيم المعاد هندسته في عكس الضرر الناجم عن إصابة الحبل الشوكي والسكتة الدماغية ؟

في هذا التقديم لإنزيم chondroitinase ABC ، يتم تمثيل الطفرات النقطية بواسطة كرات حمراء. هذا الشكل المعاد هندسته من الإنزيم أكثر استقرارًا وأكثر نشاطًا من النوع البري ويمكن استخدامه للمساعدة في عكس تلف الأعصاب الناجم عن إصابة الحبل الشوكي أو السكتة الدماغية. الصورة من حساب : Hettiaratchi، O’Meara et sciadv.abc6378 هذا العمل مُرخص بموجب CC BY-NC

قام فريق من الباحثين من جامعة تورنتو للهندسة وجامعة ميشيغان بإعادة تصميم وتعزيز إنزيم طبيعي يظهر وعدًا في تعزيز إعادة نمو الأنسجة العصبية بعد الإصابة.

نسختهم الجديدة أكثر استقرارًا من البروتين الموجود في الطبيعة ، ويمكن أن تؤدي إلى علاجات جديدة لعكس تلف الأعصاب الناجم عن إصابة أو سكتة دماغية.

“السكتة الدماغية هي السبب الرئيسي للإعاقة في كندا والسبب الرئيسي الثالث للوفاة” ، كما تقول أستاذة الهندسة بجامعة تورنتو ، مولي شويتشيت ، كبيرة المؤلفين في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Science Advances.

“أحد التحديات الرئيسية للشفاء بعد هذا النوع من إصابة الأعصاب هو تكوين ندبة دبقية.”

تتكون الندبة الدبقية من الخلايا والمواد الكيميائية الحيوية التي تترابط معًا بإحكام حول العصب التالف. على المدى القصير ، تحمي هذه البيئة الواقية الخلايا العصبية من المزيد من الإصابات ، ولكن على المدى الطويل يمكن أن تمنع إصلاح الأعصاب.

منذ حوالي عقدين من الزمن ، اكتشف العلماء أن إنزيمًا طبيعيًا يُعرف باسم chondroitinase ABC – تنتجه بكتيريا تسمى Proteus vulgaris – يمكن أن يتحلل بشكل انتقائي من بعض الجزيئات الحيوية التي تشكل الندبة الدبقية.

من خلال تغيير البيئة المحيطة بالعصب التالف ، ثبت أن chondroitinase ABC يعزز إعادة نمو الخلايا العصبية. في النماذج الحيوانية ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى استعادة بعض الوظائف المفقودة.

لكن التقدم كان محدودًا بسبب حقيقة أن chondroitinase ABC ليس مستقرًا للغاية في الأماكن التي يريد الباحثون استخدامها.

يقول شويتشيت: “إنه مستقر بدرجة كافية بالنسبة للبيئة التي تعيش فيها البكتيريا ، لكنه داخل الجسم هش للغاية”. “يتجمع ، أو يتكتل معًا ، مما يؤدي إلى فقدان نشاطه. يحدث هذا بشكل أسرع في درجة حرارة الجسم مقارنة بدرجة حرارة الغرفة. ومن الصعب أيضًا توصيل chondroitinase ABC لأنه عرضة للتدهور الكيميائي وقوى القص المستخدمة عادةً في التركيبات.”

قامت فرق مختلفة ، بما في ذلك فريق شويتشيت Shoichet ، بتجربة تقنيات للتغلب على عدم الاستقرار هذا. حاول البعض تغليف الإنزيم في بوليمرات متوافقة حيوياً أو ربطه بجسيمات نانوية لمنعه من التكدس. حاول البعض الآخر حقنه في الأنسجة التالفة ببطء وبشكل تدريجي ، من أجل ضمان تركيز ثابت في موقع الإصابة.

لكن كل هذه الأساليب هي مجرد ضمادات – فهي لا تعالج المشكلة الأساسية المتمثلة في عدم الاستقرار.

في بحثهم الأخير ، جرب شويتشيت Shoichet وزملاؤها أسلوبًا جديدًا: قاموا بتغيير البنية الكيميائية الحيوية للإنزيم من أجل إنشاء نسخة أكثر استقرارًا.

يقول شويتشيت: “مثل أي بروتين ، يتكون شوندرويتيناز ABC من لبنات بناء تسمى الأحماض الأمينية”. “استخدمنا الكيمياء الحاسوبية للتنبؤ بتأثير استبدال بعض اللبنات الأساسية بأخرى ، بهدف زيادة الاستقرار العام مع الحفاظ على نشاط الإنزيم أو تحسينه.”

يقول ماثيو أوميرا ، أستاذ الطب الحاسوبي والمعلوماتية الحيوية في جامعة ميتشيغان ، والمؤلف الرئيسي المشارك لكتاب: الورقة الجديدة.

يقول: “هناك أكثر من 1000 رابط في السلسلة التي تشكل هذا الإنزيم ، ولكل ارتباط 20 حمضًا أمينيًا للاختيار من بينها”. “هناك الكثير من الخيارات لمحاكاة كل منهم.”

لتضييق مساحة البحث ، طبق الفريق خوارزميات حاسوبية تحاكي أنواع بدائل الأحماض الأمينية الموجودة في الكائنات الحية الحقيقية. ينتج هذا النهج – المعروف باسم التصميم الإجماعي – أشكالًا متحولة من الإنزيم غير موجودة في الطبيعة ، ولكنها تشبه تلك الموجودة في الطبيعة.

في النهاية ، انتهى الفريق بثلاثة أشكال مرشحة جديدة من الإنزيم التي تم إنتاجها واختبارها في المختبر. كان الثلاثة أكثر ثباتًا من النوع البري ، لكن واحدًا واحدًا فقط ، يحتوي على 37 بديلاً للأحماض الأمينية من بين أكثر من 1000 رابط في السلسلة ، كان أكثر استقرارًا وأكثر نشاطًا.

تقول ماريان هيتاراتشي ، المؤلفة الرئيسية المشاركة للورقة البحثية: “يفقد النوع البري شوندرويتيناز ABC معظم نشاطه في غضون 24 ساعة ، في حين أن الإنزيم المعاد هندسته نشط لمدة سبعة أيام”. زميل سابق لما بعد الدكتوراه في مختبر Shoichet ، Hettiaratchi هو الآن أستاذ الهندسة الحيوية في جامعة أوريغون Phil and Penny Knight Campus لتسريع التأثير العلمي.

يقول Hettiaratchi: “هذا فرق كبير. من المتوقع أن يؤدي الإنزيم المحسن لدينا إلى تحلل الندبة الدبقية بشكل أكثر فاعلية من النسخة المستخدمة بشكل شائع من قبل مجموعات البحث الأخرى”.

ستكون الخطوة التالية هي نشر الإنزيم في نفس أنواع التجارب التي استخدم فيها النوع البري سابقًا.

يقول Shoichet: “عندما بدأنا هذا المشروع ، نصحنا بعدم المحاولة لأنه سيكون مثل البحث عن إبرة في كومة قش”. “بعد أن وجدنا تلك الإبرة ، فإننا نبحث في هذا الشكل من الإنزيم في نماذجنا للسكتة الدماغية وإصابة الحبل الشوكي لفهم أفضل لإمكاناته كعلاج ، إما بمفرده أو بالاشتراك مع استراتيجيات أخرى.”

يشير Shoichet إلى الطبيعة متعددة التخصصات للمشروع كمفتاح لنجاحه.

وتقول: “لقد تمكنا من الاستفادة من الخبرة التكميلية للمؤلفين لتحقيق هذا المشروع ثمارها ، وشعرنا بالصدمة والسعادة لنكون ناجحين للغاية”. “لقد تجاوزت توقعاتنا بكثير”.

What do you think?

Comments

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Loading…

0

التصوير النانوي للبنى النانوية الشائبة في الأجهزة القائمة على السيليكون

الزوايا والأركان والمخلوقات: باحثون يطورون طريقة جديدة لقياس مدى تعقيد الموائل