اللاعبون الخفيون في تغير المناخ.. كيف يمكن للبروتينات المجهرية أن تشكل مستقبلنا؟

في الحديث والأبحاث حول تغير المناخ، دائما ما يأتي التركيز على الأشياء الكبيرة والمرئية- مثل تقلص الأنهار الجليدية والأعاصير المميتة، ولكن هناك عالم آخر، مجهري ومخفي، وهو أمر بالغ الأهمية ويشكل محور دراسة جديدة أجرتها الدكتورة إيمي جلادفيلتر، عالمة الأحياء الخلوية في كلية الطب بجامعة ديوك.

وكشفت أبحاثها المنشورة في 31 يوليو في مجلة Current Biology، التابعة لـCell Press ، عن بروتين متغير الشكل يمكنه تحمل التغيرات ولا يزال يعمل، وربما بشكل أفضل في ظل ظروف جديدة.

وقد تساعد هذه القدرة على التكيف بعض الكائنات الحية، مثل الفطريات والنباتات، على التكيف مع تغير المناخ. فكر في محاصيل فول الصويا المقاومة للحرارة.

ولكن هذا قد يعني أيضًا أن الفطريات سوف تتكيف من أجل البقاء في درجات حرارة أعلى، مما يؤدي إلى ظهور مسببات أمراض خطيرة مثل السيناريوهات التي صورت في “The Last of Us” .

وقال جلادفيلتر، أستاذ في قسم علم الأحياء الخلوية وباحث في العلوم والتكنولوجيا بجامعة ديوك لعام 2023: “هناك قدر كبير من الاهتمام بالمخلوقات الأكبر والأكثر جاذبية، والتي تواجه ضغوطًا مناخية، ولكن أقل بكثير فيما يتعلق بالعالم غير المرئي الذي يعد ضروريًا للحياة”.

لقد درس مختبرها لفترة طويلة Ashbya gossypii، وهو فطر صغير، وتعلم عن نموه وتطوره.

إيمي جلادفيلتر

كيفية التكيف مع تغيرات درجات الحرارة

بالتعاون مع المؤلف المشارك في الدراسة فريد ديتريش، أستاذ مشارك في قسم علم الوراثة الجزيئية وعلم الأحياء الدقيقة، الذي قام بتسلسل جينوم Ashbya، وجمع سلالات مختلفة من مناخات مختلفة، انطلق فريق ديوك لاستكشاف كيفية تكيف هذا الفطر مع تغيرات درجات الحرارة.

وفي الدراسة الجديدة، كشف الفريق، أن البروتين المضطرب المعروف باسم Whi3، والذي يلعب دورًا رئيسيًا في كيفية نمو أشبيا، أمر بالغ الأهمية للتكيف مع درجة الحرارة.

العلم التقليدي يرى أن البروتينات تحتاج إلى شكل محدد لكي تعمل بشكل سليم.

وقد اكتشف جلادفيلتر وآخرون أن “البروتينات غير المنظمة جوهرياً”، المعروفة باسم IDPs، يمكن أن تتغير في شكلها، فتتغير بين العديد من التكوينات وبالتالي تبدو “غير منظمة”.

وتشير الدراسة إلى أن IDPs قد تكون آلية مشتركة للتكيف مع درجات الحرارة عبر الكائنات الحية المختلفة.

وقال جلادفيلتر، عضو الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم: “نظرًا لأن هذه المناطق شديدة المرونة، فمن المحتمل أن تتحمل المزيد من التغييرات في تسلسلاتها وتظل تعمل”، “نظرًا لأن تسلسلات البروتين غير المنظمة لا تقيدها الحاجة إلى الحفاظ على شكل أو هيئة واحدة للعمل، فيمكنها التطور بشكل أسرع بكثير.

وقالت “نعتقد أن التغيرات في هذه الأنواع من البروتينات تمثل مسارًا سريعًا للكائنات الحية للتكيف مع التغيرات في بيئتها” .

البروتينات المجهرية

تغييرات دقيقة في التسلسل على النباتات والميكروبات في التربة

تعتمد فعالية بروتين Whi3 على المكان الذي جاء منه الفطر في الأصل – سواء كان من منطقة باردة مثل ويسكونسن أو منطقة دافئة مثل فلوريدا، تكيفت الفطريات من مناخات مختلفة مع نطاقات درجات الحرارة الخاصة بها.

وفي إطار الدراسة، أجرى الفريق تجارب على “مبادلة” تسلسلات بروتين Whi3 بين عينات من مناخات مختلفة.

وأثبت عملهم أنه يمكن تطبيق تغييرات دقيقة في التسلسل على النباتات والميكروبات في التربة المعدلة وراثيًا لتصبح أكثر تحملاً لتغير المناخ، وتعمل بشكل طبيعي عبر مجموعة من درجات الحرارة.

ويعمل جلادفيلتر مع مختبرات أخرى في جامعة ديوك لفهم القواعد التي تحكم كيفية تحسين البروتينات الطبيعية والاصطناعية لدرجات حرارة محددة.

يمكن استخدام هذه الرؤى لتعزيز قدرة المحاصيل على الصمود، مما قد يساعد الزراعة على تحمل الظروف الجوية القاسية، أو لفهم كيفية علاج مسببات الأمراض الفطرية.

وقال جلادفيلتر “أعتقد أن هذا يعطي بعض الأمل، على الأقل بالنسبة للأنواع ذات الجيل القصير، قد يحدث التكيف مع درجات الحرارة بشكل أسرع مما توقعنا لأن هذه البروتينات غير المنظمة تتطور بسهولة أكبر”، وأضاف “إذا تمكنا من فهم البيولوجيا الخلوية الأساسية لبعض الكائنات الحية الحرجة، فمن المحتمل أيضًا أن نتمكن من استبدال بعض تسلسلات IDP الحرجة التي قد تجعلها أكثر مرونة في مواجهة الضغوط.”