Integrative genome and transcriptome mining identifies a diverse repertoire of cyclooxygenase/prostaglandin- endoperoxide synthase-like candidates in Porifera
من خلال دمج بيانات جينومية وترانسكريبتومية واسعة النطاق، يحدد هذا البحث مجموعة متنوعة من المرشحين الشبيهين بإنزيم سيكلوأوكسيجيناز/بروستاجلاندين-إندو-بيروكسيد سينثاز في المساميات، مما يتحدى الافتراضات السابقة بغيابها ويشير إلى أن سلالة الإنزيم نشأت في السلف المشترك الأخير للمساميات واللاسعات وثنائيات التناظر.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
على مدار مليارات السنين، اعتمدت الحيوانات على لغة كيميائية متطورة لإدارة الالتهابات، وتدفق الدم، والتكاثر. وفي قلب هذا النظام توجد إنزيمات تسمى "سيكلوأوكسيجيناز" (cyclooxygenases). فكر في هذه الإنزيمات كآلات جزيئية متخصبة تأخذ حمضاً دهنياً شائعاً موجوداً في أغشية الخلايا وتحوله إلى جزيئات إشارية قوية تُعرف باسم "البروستاجلاندين" (prostaglandins). هذه الإشارات تخبر الجسم متى يلتئم جرح، أو متى يحارب عدوى، أو متى يحفز دورة تكاثرية. لفترة طويلة، اعتقد العلماء أن هذه الآلات كانت اختراعاً حديثاً نسبياً، ظهرت فقط في الحيوانات المعقدة مثل الفقاريات وربما بعض المرجانيات. كان المنطق بسيطاً: الفروع الأولى من شجرة عائلة الحيوان، مثل الإسفنج، بدت وكأنها تفتقر تماماً للمخططات الجينية لهذه الإنزيمات. وإذا كان الإسفنج، الذي وجد منذ مئات الملايين من السنين، لا يمتلكها، فإن هذه الآلية لا بد وأنها تطورت لاحقاً، بعد أن انفصل الإسفنج بالفعل عن بقية المملكة الحيوانية.
هذا الافتراض تم تحديه الآن من خلال بحث شامل في الشفرة الجينية للإسفنج. فقد قرر باحث يدعى سيباستيانو سيبلي (Sebastiano Scibelli)، وهو يعمل بشكل مستقل، أن ينظر بعمق أكبر من أي وقت مضى. فبدلاً من الاعتماد على تسلسلات جينية متفرقة، جمع مجموعة ضخمة من البيانات، بما في ذلك المخططات الجينية الكاملة لـ 213 نوعاً مختلفاً من الإسفنج وآلاف تسلسلات الحمض النووي الريبوزي (RNA) التي توضح أي الجينات نشطة. ثم استخدم أدوات حاسوبية قوية لمسح هذه البيانات بحثاً عن الأنماط المحددة التي تميز إنزيمات "سيكلوأوكسيجيناز". كان الهدف هو معرفة ما إذا كانت البصمات الجينية لهذه الآلات الجزيئية مختبئة في جينوم الإسفنج، ربما متخفية بفعل ملايين السنين من التطور.
كان البحث صارماً. لم يكتفِ الباحث بالبحث عن تطابق واحد، بل بنى نظام تحقق متعدد الطبقات. فقد قارن التسلسلات الجينية للإسفنج بإنزيمات معروفة من حيوانات أخرى، وتحقق من الأجزاء الهيكلية المحددة التي تجعل الإنزيم يعمل، وتأكد من أن الجينات تُقرأ بالفعل من قبل الخلية. كما نظر في البنية الفيزيائية للجينات، لضمان امتلاكها العدد الصحيح من الأقسام ومطابقة دليل الحمض النووي الريبوزي (RNA) لتوقعات الحمض النووي (DNA). هذه العملية الدقيقة من التصفية قلصت ملايين المطابقات المحتملة إلى مجموعة من المرشحين ذوي المصداقية العالية. وكانت النتيجة اكتشاف 67 نموذجاً جينياً واسع النطاق، تم تنقيحها لاحقاً إلى 47 موقعاً متميزاً في جينومات الإسفنج. ومن بين هذه المواقع، برزت 15 مرشحاً كأقوى الأدلة، حيث امتلكت جميع الميزات الهيكلية اللازمة وتم تأكيدها بواسطة بيانات الحمض النووي الريبوزي (RNA) لتكون جينات حقيقية وسليمة، رغم أن مجموعة فرعية صغيرة من هذه النماذج اعتمدت على السياق حقيقي النواة بدلاً من دعم الحمض النووي الريبوزي المباشر من نفس النوع.
تشير هذه النتائج إلى أن الإسفنج يمتلك بالفعل الآلية الجينية لإنزيمات "سيكلوأوكسيجيناز"، لكنها تبدو مختلفة عن النسخ الموجودة في البشر أو الحيوانات الأخرى الأكثر تعقيداً. حدد الباحث 18 مرشحاً رئيسياً احتفظت بالمكونات الأساسية الحرجة اللازمة لعمل الإنزيم. ومع ذلك، أظهرت نسخ الإسفنج هذه اختلافات في الأجزاء التي تتحكم في كيفية التقاط هدفها الجزيئي. تشير بعض هذه الاختلافات إلى أن الإنزيمات قد تنتج أنواعاً مختلفة من الإشارات أو تعمل بطرق مختلفة قليلاً مقارنة بنظيراتها في الحيوانات الأكثر تعقيداً. على سبيل المثال، امتلكت بعض إنزيمات الإسفنج تغييرات في "القناة" التي يدخل منها الحمض الدهني، مما قد يغير شكل المنتج النهائي. وهذا يعني أنه بينما توجد الأداة الأساسية، فقد يكون الإسفنج قد خصصها لتلبية احتياجاته البيولوجية الفريدة.
كشفت الدراسة أيضاً أن هذه الجينات ليست مجرد حالات شاذة نادرة؛ فهي منتشرة على نطاق واسع عبر أنواع مختلفة من الإسفنج. فقد وجد الباحث دليلاً على وجود هذه الجينات في 22 نوعاً مختلفاً، بما في ذلك ممثلون عن ثلاث مجموعات رئيسية من الإسفنج. وفي بعض الأنواع، وجد حتى نسخاً متعددة من الجين تعيش جنباً إلى جنب في نفس الجينوم، مما يشير إلى أن الإسفنج قد قام بتكرار وتنويع هذه الجينات بمرور الوقت. هذا التنوع يشير إلى أن هذه الجينات ليست مجرد صدفة أو تلوثاً من كائن حي آخر، بل هي جزء حقيقي من المجموعة الأدوات البيولوجية للإسفنج.
ولعل الأمر الأكثر أهمية هو أن هذا الاكتشاف يغير فهمنا لمتى ظهرت هذه الإنزيمات في تاريخ الحياة. ولأن الإسفنج هو أقدم فرع باقٍ من شجرة عائلة الحيوان، فإن العثور على هذه الجينات فيه يعني أن الآلية يجب أن تكون موجودة في السلف المشترك الأخير لجميع الحيوانات، بما في ذلك الإسفنج والمرجان والبشر. وهذا يدفع بأصل سلالة "سيكلوأوكسيجيناز" مئات الملايين من السنين إلى الوراء أكثر مما كان يُعتقد سابقاً. ويشير هذا إلى أن القدرة على صنع هذه الإشارات الكيميائية الحيوية كانت سمة أساسية ورثتها جميع الحيوانات، وليست اختراعاً متأخراً.
ومع ذلك، يحرص الباحث على ملاحظة ما لا تثبته هذه الدراسة. فبينما الدليل الجيني قوي، لم يتم اختبار النشاط الكيميائي الفعلي لإنزيمات الإسفنج هذه في المختبر بعد. تؤكد الدراسة أن الجينات موجودة وأنها تشبه إنزيمات "سيكلوأوكسيجيناز"، لكنها لا تظهر أنها تنتج "البروستاجلاندين" بنجاح أو أنها تعمل تماماً مثل النسخ البشرية. الخطوة التالية للعلم هي أخذ هذه المرشحات الجينية واختبارها في المختبر لمعرفة الإشارات الكيميائية التي تصنعها بالفعل. وحتى ذلك الحين، يظل هذا الاكتشاف مراجعة قوية لشجرة عائلة الحيوان، حيث يكشف أن الجذور الجينية لأنظمتنا الالتهابية والتكاثرية أعمق وأكثر قدماً مما تخيلناه على الإطلاق.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.