تقرأ العتائق نفس الكودون بطريقتين مختلفتين، مما يؤدي إلى قلب عقيدة ظلت قائمة لمدة 60 عامًا.

الكائنات الحية عادة ما تقرأ الحمض النووي التعليمات البرمجية بطريقة صارمة للغاية ويمكن التنبؤ بها. كل كودون، وهو عبارة عن مجموعة من ثلاثة نيوكليوتيدات في الجين، يتوافق مع أمين واحد محدد حامض الذي يصبح جزءًا من البروتين المتنامي.

الباحثون في جامعة كاليفورنيا، بيركلي لقد اكتشفوا الآن أن نوعًا واحدًا من الكائنات الحية الدقيقة يمكنه تحمل عدم اليقين في هذه العملية. يتحدى عملهم الاعتقاد السائد منذ زمن طويل بأن الشفرة الوراثية يجب دائمًا تفسيرها بدقة تامة.

هذا الميكروب، وهو عضو منتج للميثان في العتائق، يقرأ تسلسلًا معينًا مكونًا من ثلاثة أحرف بطريقتين مختلفتين. على الرغم من أن الكودون يعمل عادةً كإشارة توقف تنهي إنتاج البروتين، إلا أن الكائن الحي يعامله أحيانًا كإشارة لمواصلة بناء البروتين بدلاً من ذلك. ونتيجة لذلك، فإنه يشكل نسختين من البروتين، ويبدو أن الاختيار يتأثر جزئيا بالظروف البيئية. ال صِنف، Methanosarcina acetivorans، يظل بصحة جيدة أثناء العمل باستخدام نظام فك التشفير المرن هذا، مما يوضح أن الحياة يمكن أن تعمل برمز وراثي غير كامل قليلاً.

ويعتقد العلماء أن هذا الغموض ربما تطور حتى يتمكن الكائن الحي من إضافة حمض أميني نادر يسمى البيروليزين إلى إنزيم يساعده على تحطيم الميثيلامين، وهو مركب بيئي شائع يوجد حتى في الأمعاء البشرية.

الغموض كميزة

يقول ديبتي ناياك، الأستاذ المساعد في علم الأحياء الجزيئي والخلوي بجامعة كاليفورنيا في بيركلي، والمؤلف الرئيسي لورقة بحثية تصف النتائج التي نُشرت في 6 تشرين الثاني/نوفمبر في المجلة: “من الناحية الموضوعية، يجب أن يكون الغموض في الشفرة الوراثية ضارًا؛ حيث ينتهي بك الأمر إلى توليد مجموعة عشوائية من البروتينات”. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. “لكن الأنظمة البيولوجية أكثر غموضًا مما نمنحه إياها، وهذا الغموض هو في الواقع ميزة – إنه ليس خطأ”.

تلعب العتائق التي تأكل الميثيلامين، والبكتيريا التي ربما اكتسبت هذه القدرة أيضًا، دورًا مهمًا في جسم الإنسان. في الكبد، تتحول المستقلبات التي تفرزها اللحوم الحمراء إلى ثلاثي ميثيل أمين ن-أكسيد، الذي يرتبط بـ أمراض القلب والأوعية الدموية. نحن نعتمد على هذه الميكروبات لإزالة تلك الأمينات قبل وصولها إلى الكبد.

النتائج لها آثار على علاجات المرض في المستقبل. وتكهن بعض الباحثين بأن إدخال بعض الدقة في آلية الترجمة قد يساعد في علاج الأمراض الناجمة عن كود التوقف المبكر في الجينات المهمة، والتي تنتج بروتينات غير وظيفية. ويشمل ذلك حوالي 10% من جميع الأمراض الوراثية، بما في ذلك التليف الكيسي والحثل العضلي الدوشيني. إن جعل كودون التوقف متسربًا قليلاً قد يسمح بإنتاج ما يكفي من البروتين الطبيعي لتخفيف الأعراض.

الشفرة الجينية

يتم في البداية نسخ الحمض النووي الموجود في الجينوم إلى الحمض النووي الريبيثم تتم قراءة هذا الرمز الجيني بواسطة الآلات الخلوية لإنتاج البروتينات. تأتي الأحماض النووية التي يتكون منها الحمض النووي الريبي (RNA) في أربعة أنواع – الأدينين (A)، والسيتوزين (C)، والجوانين (G)، واليوراسيل (U). في معظم الكائنات الحية التي تم فحصها حتى الآن، تم تعيين مجموعات من ثلاثة أحماض نووية أو كودونات إما لحمض أميني واحد أو ما يسمى بكودون التوقف، الذي ينهي تخليق ذلك البروتين. عندما تتم ترجمة الحمض النووي الريبي (RNA) إلى سلسلة من الأحماض الأمينية، تلتزم الآلة دائمًا بهذا الارتباط الفردي.

ومع ذلك، لا تقوم جميع الكائنات الحية بفك تشفير الحمض النووي الريبي (RNA) بنفس الطريقة. يخصص البعض حمضًا أمينيًا مختلفًا لكودون معين، والبعض الآخر يحتوي على أكثر من 20 حمضًا أمينيًا قياسيًا لكل كائن حي، وتكون الكودونات زائدة عن الحاجة – يمكن للعديد منها أن ترمز لنفس الحمض الأميني. ولكن بشكل موحد عبر شجرة الحياة، كل كودون له معنى واحد فقط – لا يوجد شرط، أو تاء، أو تحفظات.

وقال ناياك: “إنها في الأساس مثل التشفير”. “أنت تأخذ شيئًا ما من لغة ما وتترجمه إلى لغة أخرى، النيوكليوتيدات إلى أحماض أمينية.”

مفاجأة في العتائق

لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن العديد من أعضاء العتائق ينتجون البيروليزين، مما يمنحهم 21 خيارًا من الأحماض الأمينية بدلاً من العشرين المعتادة التي يصنعون منها البروتينات. وقال ناياك إن لها مزايا.

وقالت: “الآن بعد أن أصبح لديك حمض أميني جديد، أصبح العالم محارتك”. “يمكنك البدء بالتلاعب برمز أكبر بكثير. إنه مثل إضافة حرف آخر إلى الأبجدية.”

ولكن كان يُعتقد أن هذه الكائنات قد غيرت تفسير كود الإيقاف UAG إلى رمز البيروليسين بدلاً من ذلك.

في الدراسة الجديدة، قام ناياك وطالبة الدراسات العليا السابقة كاتي شالفارجيان بمسح العتائق ووجدوا إنتاج البيروليزين في العديد من الأنساب.

وقال شالفارجيان، وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر لورانس ليفرمور الوطني: “لقد وجدنا أن الآلات اللازمة لإنشاء البيروليزين منتشرة على نطاق واسع في العتائق، وخاصة بين هذه العتائق الميثانوية التي تستهلك الأمينات الميثيلية”.

الشوكة في الكود

ومع ذلك، كانت مهتمة بمعرفة كيف يؤثر وجود 21 حمضًا أمينيًا بدلاً من 20 على هذه الكائنات الحية وفسيولوجيتها. أثناء التحقيق في التحكم الوراثي للميثانوجين في إنتاج البيروليزين، لاحظت أن كودون UAG لم يتم تفسيره دائمًا على أنه بيروليسين (Pyl).

وقال شالفارجيان: “إن كودون UAG يشبه مفترق الطريق، حيث يمكن تفسيره إما على أنه كودون توقف أو بقايا بيروليزين”. “نعتقد أن ما إذا كان البروتين موجودًا بشكل أساسي في شكله الممدود أو في شكله المقطوع أم لا قد يشكل إشارة تنظيمية للخلية.”

بحث ناياك وشالفارجيان عن إشارات تعتمد على التسلسل أو البنية والتي قد تؤثر على تفسير كودون UAG، لكنهما لم يجدا شيئًا.

وقال ناياك: “لم تقم مولدات الميثان بإعادة ترميز UAG، ولم تضف أي عوامل جديدة لجعلها حتمية”. “إنهم يتقلبون ذهابًا وإيابًا بين ما إذا كان ينبغي عليهم أن يسموا هذا توقفًا أو ما إذا كان ينبغي عليهم الاستمرار بإضافة هذا الحمض الأميني الجديد. لا يمكنهم اتخاذ القرار. إنهم يفعلون الأمرين معًا، ويبدو أنهم بخير من خلال اتخاذ هذا الاختيار العشوائي.”

قانون التوازن الخلوي

تشير الأدلة الأولية إلى أن إمداد البيروليسين في الخلية قد يكون هو العامل الحاسم. إذا كان يغمر الخلية، فقد يؤدي إلى تحيز تفسير UAG أكثر نحو دمج الحمض الأميني في البروتين. يوجد ما بين 200 إلى 300 جين في هذا الكائن الحي تحتوي على كودون UAG وبالتالي لديها القدرة على إنتاج بروتين يحتوي على البيروليزين. ومع وجود القليل من الأحماض الأمينية، يتم تفسير UAG على أنه كودون توقف، مما ينتج عنه بروتين مختلف قد يكون أو لا يكون فعالًا، اعتمادًا على السياق.

وقال ناياك: “هذا يفتح الباب حقًا لإيجاد طرق مثيرة للاهتمام للتحكم في كيفية تفسير الخلايا لرموز التوقف”.

المرجع: “ترميز العتائق الميثانوجينية البيروليزين يحافظ على استخدام الكودون العنبري الغامض” بقلم Katie E. Shalvarjian، Grayson L. Chadwick، Paloma I. Pérez، Philip H. Woods، Victoria J. Orphan and Dipti D. Nayak، 6 نوفمبر 2025، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2517473122

تم تمويل هذا العمل من قبل برنامج علماء سيرل، ومنحة روز هيلز للمبتكرين، وجائزة بيكمان للمحقق الشاب، وزمالة ألفريد ب. سلون للأبحاث، ومؤسسة سيمونز للمحقق الوظيفي المبكر في علم البيئة الميكروبية البحرية وجائزة التطور، وزمالة باكارد في العلوم والهندسة. ناياك هو أيضًا محقق في Chan-Zuckerberg Biohub-San Francisco.

المؤلفون المشاركون الآخرون هم جرايسون تشادويك وبالوما بيريز من جامعة كاليفورنيا في بيركلي وفيليب وودز وفيكتوريا أورفان من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.