اكتشاف جديد يكشف عن وجود محركات صاروخية صغيرة داخل طفيليات الملاريا، مما قد يحدث ثورة في طرق علاج هذا المرض.
اكتشاف محركات صاروخية صغيرة داخل طفيليات الملاريا
- طفيل الملاريا مليء ببلورات صغيرة تدور دون توقف، وهو سلوك غريب حير العلماء لعقود من الزمن.
- وقد اكتشف الباحثون الآن أن هذه البلورات تعمل عن طريق تحلل بيروكسيد الهيدروجين، وهو تفاعل مشابه للذي يستخدم في محركات الصواريخ.
- قد يساعد هذا الدوران المستمر الطفيلي على البقاء على قيد الحياة عن طريق إزالة البيروكسيد السام بأمان وإدارة مركبات الحديد الضارة.
التأثير: يمكن لهذا الاكتشاف أن يفتح الباب أمام علاجات جديدة للملاريا ويلهم التقدم في تكنولوجيا الروبوتات المجهرية.
غزل البلورات داخل طفيليات الملاريا
كل خلية من الطفيلي القاتل المسبب للملاريا المتصورة المنجلية تحتوي على حجرة صغيرة مليئة ببلورات الحديد المجهرية. عندما يكون الطفيلي على قيد الحياة، تكون هذه البلورات في حركة مستمرة. إنها تدور وترتد وتتصادم داخل مكانها الضيق مثل العملات المعدنية التي تهتز بعنف في آلة، وتتحرك بسرعة كبيرة وبشكل غير متوقع لدرجة أن الأدوات العلمية القياسية تكافح لتعقبها. ولكن عندما يموت الطفيلي، تتوقف حركته على الفور.
ولطالما كانت هذه البلورات الحديدية محورًا رئيسيًا للأدوية المضادة للملاريا، إلا أن حركتها غير العادية حيرت العلماء منذ ملاحظتها لأول مرة. يقول بول سيغالا، دكتوراه، أستاذ مشارك في الكيمياء الحيوية في كلية سبنسر فوكس إكليس للطب (SFESOM) في جامعة يوتا: “لا يتحدث الناس عما لا يفهمونه، ولأن حركة هذه البلورات غامضة وغريبة للغاية، فقد كانت نقطة عمياء لعلم الطفيليات لعقود من الزمن”.
والآن، كشف فريق سيجالا عن الآلية الكامنة وراء هذا السلوك الغريب. يتم تحريك البلورات بواسطة تفاعل كيميائي مشابه للتفاعل المستخدم لتشغيل الصواريخ.
تعمل الكيمياء الشبيهة بالصواريخ على تعزيز الحركة البلورية
ووجد الباحثون أن البلورات المصنوعة من مركب يحتوي على الحديد يسمى الهيم، تتحرك عن طريق تحلل بيروكسيد الهيدروجين إلى ماء وأكسجين. يؤدي هذا التفاعل إلى إطلاق الطاقة، مما يوفر القوة اللازمة للحفاظ على حركة البلورات.
وهذا النوع من الدفع معروف جيدا في هندسة الطيران، حيث يستخدم بيروكسيد الهيدروجين كوقود لإطلاق المركبات الفضائية، ولكن لم يتم تحديده من قبل في النظام البيولوجي. تقول إيريكا هاستينغز، الحاصلة على دكتوراه، وزميلة ما بعد الدكتوراه في الكيمياء الحيوية في SFESOM: “لقد تم استخدام تحلل بيروكسيد الهيدروجين هذا لتشغيل الصواريخ واسعة النطاق”. “لكنني لا أعتقد أنه تمت ملاحظته على الإطلاق في الأنظمة البيولوجية.”
يتوفر بيروكسيد الهيدروجين بكثرة داخل الحجرة الصغيرة التي تحتوي على البلورات، وينتجه الطفيلي بشكل طبيعي كمنتج ثانوي. وهذا جعلها مرشحًا قويًا كمصدر محتمل للطاقة. وأكدت التجارب أن بيروكسيد الهيدروجين وحده يمكن أن يتسبب في دوران البلورات المعزولة، حتى خارج الطفيلي.
عندما نمت الطفيليات في ظل ظروف منخفضة الأكسجين، مما يقلل من إنتاج بيروكسيد الهيدروجين، تباطأت البلورات إلى حوالي نصف سرعتها المعتادة، على الرغم من أن الطفيليات ظلت سليمة.
لماذا قد تساعد تقنية Crystal Motion الطفيليات على البقاء؟
ويعتقد الباحثون أن هذه الحركة المستمرة قد تلعب دورا حاسما في مساعدة الطفيلي على البقاء على قيد الحياة. أحد التفسيرات المحتملة يتعلق ببيروكسيد الهيدروجين نفسه، وهو شديد السمية. قد تساعد البلورات الدوارة الطفيلي على تحطيم البيروكسيد الزائد بأمان، مما يقلل من خطر الضرر الناتج عن التفاعلات الكيميائية الضارة.
يقترح سيجالا فائدة أخرى. قد تمنع الحركة البلورات من الالتصاق ببعضها البعض، مما قد يحد من قدرتها على تخزين الهيم الإضافي. إذا تكتلت البلورات، فإنها تفقد المساحة السطحية اللازمة لمعالجة المزيد من الهيم بكفاءة. من خلال البقاء في الحركة، قد يكون الطفيلي قادرًا على إدارة هذه العملية بشكل أكثر فعالية.
اقرأ أيضًا...
الآثار المترتبة على الأدوية الجديدة وتكنولوجيا النانو
وفقًا للباحثين، تمثل هذه البلورات الدوارة أول مثال معروف للجسيمات المعدنية النانوية ذاتية الدفع في علم الأحياء. ويشتبهون في احتمال وجود عمليات مماثلة في أماكن أخرى من الطبيعة.
يمكن أن تساعد النتائج في توجيه تطوير الروبوتات المجهرية المتقدمة. يقول سيغالا: “يمكن استخدام الجسيمات ذاتية الدفع المصممة بتقنية النانو في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية وتطبيقات توصيل الأدوية، ونعتقد أن هناك رؤى محتملة ستأتي من هذه النتائج”.
هناك أيضًا تطبيقات طبية محتملة. يقول سيغالا: “نعتقد أن تحلل بيروكسيد الهيدروجين من المحتمل أن يساهم بشكل مهم في تقليل الإجهاد الخلوي”. “إذا كانت هناك طرق لمنع الكيمياء على السطح البلوري، فهذا وحده قد يكون كافيا لقتل الطفيليات.”
ولأن هذه الآلية مختلفة تمامًا عن أي شيء موجود في الخلايا البشرية، فإنها تمثل هدفًا جذابًا للعلاجات الجديدة. من غير المرجح أن تسبب الأدوية المصممة للتدخل في هذه العملية آثارًا جانبية ضارة. يوضح هاستينغز: “إذا قمنا باستهداف منطقة تختلف تمامًا عن الخلايا البشرية، فمن المحتمل ألا يكون لها آثار جانبية شديدة”. “إذا تمكنا من تحديد كيفية اختلاف هذا الطفيل عن أجسامنا، فهذا يتيح لنا الوصول إلى اتجاهات جديدة للأدوية.”
يتم نشر النتائج في بناس “الدفع الكيميائي لحركة بلورات الهيموزوين في طفيليات الملاريا.”
تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (أرقام المنح R35GM133764، R21AI185746، R35GM14749، وT32AI055434)، ومركز يوتا لاضطرابات الحديد والهيم (رقم المنحة U54DK110858)، وكلية برايس للهندسة في جامعة يوتا، ومبادرة 3i في جامعة يوتا للصحة. المحتوى هو وحده مسؤولية المؤلفين ولا يمثل بالضرورة وجهات النظر الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة.
المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily
هذا الاكتشاف قد يساهم في تطوير علاجات جديدة للملاريا ويعزز من فهمنا للتفاعلات الكيميائية في الأنظمة البيولوجية.
