الرياض في 25 مارس /قنا/ تمكنت جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) من توثيق الخطوات الأولى في عملية تفكك الحمض النووي، ما يتيح حدوث سلسلة العمليات اللاحقة في تضاعفه، وهو إنجاز علمي يسهم في فهم الآليات الأساسية التي تمكن الخلايا من نسخ مادتها الوراثية بدقة، باعتبارها عملية جوهرية للنمو والتكاثر.

واستخدم الفريق البحثي تقنية المجهر الإلكتروني بالتبريد (cryo-EM) وتقنيات التعلم العميق لمراقبة تفاعل إنزيم الهيليكاز الحلزوني مع الحمض النووي، حيث نجح في توثيق 15 حالة ذرية توضح كيفية قيام الإنزيم بإجبار الحمض النووي على التفكك.

ويعد هذا الاكتشاف نقلة نوعية في مجال أبحاث الهيليكاز، كما يسهم في دراسة ديناميكيات الإنزيمات بدقة ذرية.

ويعمل الهيليكاز عند ارتباطه بالحمض النووي على "إذابة" الروابط الكيميائية التي تثبت الحلزون المزدوج، مما يؤدي إلى فصل الشريطين، وهي خطوة حاسمة لتمكين بقية الإنزيمات من استكمال عملية النسخ.

وأظهرت الدراسة أن استهلاك جزيء الطاقة ATP يقلل القيود الفيزيائية، مما يسمح للهيليكاز بالتقدم على شريط الحمض النووي وفك المزيد من الحلزون المزدوج.

ويعتمد الهيليكاز في هذه العملية على سلسلة من التغيرات البنيوية التي تزعزع استقرار الروابط تدريجيا، بدلا من فصل الشريطين دفعة واحدة.

كما كشفت النتائج أن إنزيمين حلزونيين يعملان بالتزامن على إذابة الحمض النووي في موقعين مختلفين، مما يمكنهما من تنسيق عملية التفكك في اتجاهين بكفاءة طاقية فريدة. وبسبب طبيعة تركيب الحمض النووي، تتحرك هذه "الآلات النانوية" في اتجاه واحد فقط على كل شريط، إلا أن ارتباطها بموقعين في آن واحد يتيح لها تنفيذ العملية بفعالية أكبر.

وتؤكد الدراسة أن البحث في آلية نسخ الحمض النووي لا يقتصر فقط على الإجابة عن أسئلة علمية جوهرية حول الحياة، بل يفتح آفاقا لتصميم تقنيات نانوية مستقبلية مستوحاة من الإنزيمات الحلزونية. وتظهر هذه الإنزيمات كفاءة طاقية عالية، مما يجعلها نماذج مثالية لتطوير أنظمة ميكانيكية دقيقة تعتمد على مفاهيم العشوائية والاضطراب لتنفيذ مهام معقدة تعتمد على القوة.

جدير بالذكر أن الأحماض النووية جزيئات مسؤولة عن تخزين وترجمة المعلومات الوراثية في الكائنات الحية. ويوجد منها نوعان" الحمض النووي الرايبوزي المنقوص الأكسجين (دي أن أي DNA)، والحمض النووي الرايبوزي (آر أن أي RNA). ويسمى الحمض النووي أيضا "المادة الوراثية".

ويوجد الحمض النووي في نواة الخلايا الحية، حيث يأخذ شكل سلم لولبي مزدوج مكون من شريطين، مشكلا الكروموسومات التي تحمل الصفات الجسمية والخلقية للكائنات الحية ، وتضم الكروموسومات ما يسمى "الجينات" التي يحمل كل واحد أو مجموعة منها معلومات وراثية محددة.