يمكن للخلايا من الأنواع المختلفة تبادل “الرسائل النصية” باستخدام الحمض النووي الريبي (RNA)

النسخة الأصلية ل هذه القصة ظهرت في مجلة كوانتا.

بالنسبة لجزيء الحمض النووي الريبي (RNA)، يعد العالم مكانًا خطيرًا. على عكس الحمض النووي، الذي يمكن أن يستمر لملايين السنين في شكله المستقر المزدوج بشكل ملحوظ، فإن الحمض النووي الريبوزي (RNA) لم يُبنى ليدوم، ولا حتى داخل الخلية التي صنعته. وما لم يكن مرتبطًا بشكل وقائي بجزيء أكبر، يمكن أن يتحلل الحمض النووي الريبوزي (RNA) في دقائق أو أقل. وخارج الخلية؟ انسى الأمر. إن الإنزيمات الشرهة التي تدمر الحمض النووي الريبي (RNA) موجودة في كل مكان، وتفرزها جميع أشكال الحياة كوسيلة دفاع ضد الفيروسات التي تحدد هويتها الجينية في كود الحمض النووي الريبي (RNA).

هناك طريقة واحدة يمكن أن يعيش بها الحمض النووي الريبوزي (RNA) خارج الخلية دون أن يصاب بأذى: في فقاعة وقائية صغيرة. لعقود من الزمن، لاحظ الباحثون أن الخلايا تطلق هذه الفقاعات من غشاء الخلية، والتي تسمى الحويصلات خارج الخلية (EVs)، المليئة بالحمض النووي الريبي (RNA) المتحلل، والبروتينات، وجزيئات أخرى. لكن هذه الأكياس لم تكن تعتبر أكثر من مجرد أكياس قمامة تقوم بإخراج النفايات الجزيئية المتحللة من الخلية أثناء عملية التنظيم الروتينية.

ثم، في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كشفت التجارب التي أجراها هادي فالادي، عالم الأحياء الجزيئية في جامعة جوتنبرج، أن الحمض النووي الريبوزي داخل بعض المركبات الكهربائية لا يبدو مثل القمامة. كان مزيج تسلسلات الحمض النووي الريبوزي (RNA) مختلفًا إلى حد كبير عن تلك الموجودة داخل الخلية، وكانت هذه التسلسلات سليمة وفعالة. عندما قام فريق فالادي بتعريض الخلايا البشرية للمركبات الكهربائية من خلايا الفئران، أصيبوا بالصدمة عندما لاحظوا أن الخلايا البشرية تستقبل رسائل الحمض النووي الريبي (RNA) و”تقرأها” لإنشاء بروتينات وظيفية لم تكن لتتمكن من صنعها لولا ذلك.

وخلص فالادي إلى أن الخلايا كانت تقوم بتعبئة خيوط الحمض النووي الريبوزي (RNA) في الحويصلات خصيصًا للتواصل مع بعضها البعض. قال: “إذا كنت خارج المنزل ورأيت أن السماء تمطر، أستطيع أن أقول لك: إذا خرجت، خذ معك مظلة”. واقترح بطريقة مماثلة أن الخلية يمكن أن تحذر جيرانها من التعرض لمسببات الأمراض أو المواد الكيميائية الضارة قبل أن يواجهوا الخطر بأنفسهم.

ومنذ ذلك الحين، ظهرت ثروة من الأدلة التي تدعم هذه النظرية، بفضل التحسينات في تكنولوجيا التسلسل التي تسمح للعلماء باكتشاف وفك تشفير شرائح الحمض النووي الريبي الصغيرة بشكل متزايد. منذ أن نشر فالادي تجاربه، رأى باحثون آخرون أيضًا مركبات كهربائية مليئة بمجموعات معقدة من الحمض النووي الريبوزي (RNA). يمكن أن تحتوي تسلسلات الحمض النووي الريبوزي (RNA) هذه على معلومات تفصيلية حول الخلية التي قامت بتأليفها وتؤدي إلى تأثيرات محددة في الخلايا المتلقية. وقد دفعت هذه النتائج بعض الباحثين إلى اقتراح أن الحمض النووي الريبي (RNA) قد يكون لغة جزيئية مشتركة تتجاوز الحدود التصنيفية التقليدية، وبالتالي يمكنها تشفير الرسائل التي تظل واضحة عبر شجرة الحياة.

في عام 2024، كشفت دراسات جديدة عن طبقات إضافية من هذه القصة، وأظهرت، على سبيل المثال، أنه إلى جانب البكتيريا والخلايا حقيقية النواة، تتبادل العتائق أيضًا الحمض النووي الريبي المرتبط بالحويصلات، مما يؤكد أن هذه الظاهرة عالمية في جميع مجالات الحياة الثلاثة. وقد وسعت دراسة أخرى فهمنا للاتصالات الخلوية عبر المملكة من خلال إظهار أن النباتات والفطريات المسببة للعدوى يمكن أن تستخدم حزم من الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يسبب الفوضى كشكل من أشكال حرب المعلومات التطورية المشتركة: تقرأ خلية العدو الحمض النووي الريبي (RNA) وتبني بروتينات ضارة ذاتيًا بخلاياها الخاصة. الآلات الجزيئية.

قالت إيمي باك، عالمة أحياء الحمض النووي الريبي في جامعة إدنبره، والتي لم تشارك في البحث الجديد: “لقد شعرت بالرهبة مما يمكن أن يفعله الحمض النووي الريبوزي”. بالنسبة لها، فإن فهم الحمض النووي الريبوزي (RNA) كوسيلة للتواصل “يتجاوز مجرد تقدير التطور والطبيعة الديناميكية للحمض النووي الريبي (RNA) داخل الخلية”. قد يكون نقل المعلومات خارج الخلية أحد أدوارها الفطرية.

تسليم حساس للوقت

تدرس عالمة الأحياء الدقيقة سوزان إردمان الالتهابات الفيروسية في هالوفيراكس البركاني، كائن حي وحيد الخلية يزدهر في البيئات شديدة الملوحة مثل البحر الميت أو البحيرة المالحة الكبرى. من المعروف أن البكتيريا وحيدة الخلية تتبادل المركبات الكهربائية على نطاق واسع، ولكن H. البركانية ليست بكتيريا، إنها كائنات قديمة، وهي عضو في الفرع التطوري الثالث للحياة، والذي يتميز بخلايا مبنية بشكل مختلف عن البكتيريا أو حقيقيات النوى مثلنا.

ونظرًا لأن المركبات الكهربائية لها نفس الحجم والكثافة مثل جزيئات الفيروس التي يدرسها فريق إردمان في معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة البحرية في ألمانيا، فإنها “تظهر دائمًا عند عزل الفيروسات وتنقيتها”، كما قالت. في نهاية المطاف، أصبح مجموعتها فضوليًا وقررت إلقاء نظرة خاطفة على ما بداخلها.