اكتشاف بنية بروتينية غامضة لم يسبق لها مثيل في فيروس التربة لأول مرة

اكتشف فريق من العلماء لأول مرة جينا يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة للتفاعلات التي تحدث بين الكائنات الحية في التربة، ولماذا تحمل الفيروسات الجينات غير الضرورية لبقائها.

وفي جميع أنحاء العالم، تحتوي حتى الكميات الصغيرة من التربة على مليارات الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والفيروسات والفطريات، وجميعها تعمل جنبا إلى جنب للحفاظ على دورة الحياة.

ويساعد فهم كيفية تفاعل هذه الكائنات الدقيقة مع بعضها البعض، العلماء على تحليل صحة التربة وكربون التربة ودورة المغذيات، وحتى الطرق التي تتحلل بها الحشرات الميتة.

وتحتوي فيروسات التربة على جينات يبدو أن لها بعض الوظائف الأيضية، ولكن من الواضح أنها ليست مطلوبة للتكاثر الفيروسي الطبيعي.

ووجد العلماء جينا غامضا لفيروس التربة يمكن أن يلعب دورا رئيسيا في دورة الكربون في التربة وتحلل الحشرات.

وتسمى هذه الجينات "الجينات الأيضية المساعدة" (AMG)، وهي تنتج البروتينات، بعضها عبارة عن إنزيمات لها وظائف متنوعة.

وحتى الآن، يتساءل العلماء عما إذا كانت بعض بروتينات "الجينات الأيضية المساعدة" تلعب دورا في عمليات التربة الحرجة، مثل دورة الكربون.

ولمعرفة المزيد حول "الجينات الأيضية المساعدة" للتربة، حدد الباحثون التركيب الذري للبروتين الذي يتم التعبير عنه بواسطة "جين أيضي مساعد" معين.

وعلى وجه التحديد، قام العلماء بفحص عينات البروتين المتبلور الهش باستخدام الأشعة السينية عالية السطوع الناتجة عن خط شعاع  Beam Line 12-2 من مركز Stanford Synchrotron Lightsource (SSRL) في مختبر مركز المعجل الخطي ستانفورد (SLAC)، التابع لوزارة الطاقة في الولايات المتحدة (DOE).

واصطدمت الأشعة السينية بالبروتينات داخل العينات المتبلورة، وكشفت عن تركيبها الجزيئي وقليلا من اللغز الكامن وراء تركيبها.

ولا تساعد "الجينات الأيضية المساعدة"، مثل العديد من الجينات الفيروسية، الفيروس على التكاثر. وبدلا من ذلك، تقوم بتشفير مجموعة متنوعة من البروتينات، لكل منها وظيفتها المتوقعة.

وكان "الجين الأيضي المساعد"، الذي تم التعبير عنه، عبارة عن إنزيم مفترض يلعب دورا رئيسيا في كيفية معالجة التربة ودورة الكربون في المحيط الحيوي.

وقال كلايد سميث، كبير الباحثين في مركز Stanford Synchrotron Lightsource، والمؤلف المشارك في الدراسة: "لقد رأينا موقع كل ذرة في البروتين الفيروسي، ما يساعدنا على معرفة كيفية عملها. لقد اندهشنا لرؤية أن البروتين يشبه الهياكل الذرية المعروفة لعائلات الإنزيمات البكتيرية والفطرية ذات الصلة، ولكنه يحتوي أيضا على أجزاء جديدة تماما".

والتركيب الذري المفصل غير مسبوق ويكشف لأول مرة عن الآلية المحتملة لهذا الإنزيم الجديد الذي يمكن أن يلعب دورا مهما في بيئة التربة، بحسب جانيت ك. جانسون، كبيرة العلماء في مختبر Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) والمؤلفة المشاركة في الدراسة.

وأضافت جانسون: "لقد مكننا تعاوننا مع مركز المعجل الخطي ستانفورد من فك رموز الوظائف التي لم تكن معروفة من قبل، والتي نفذتها فيروسات التربة".

ونشر فريق البحث نتائجه في Nature Communications، وبحسب الورقة البحثية، يعتقد العلماء أن "الجين الأيضي المساعد"، في الدراسة، يشفر إنزيما يؤدي تفاعل تحلل الكيتين. والكيتين هو ثاني أكثر البوليمرات الكربونية وفرة على الكوكب بعد السليلوز، وهو جزء من الهيكل الخارجي للحشرات وجدران الخلايا لمعظم الفطريات.

ويُعرف "الجين الأيضي المساعد" الفيروسي في الدراسة ببروتين chitosanase، وهي الطريقة العلمية لقول إنزيم يكسر الكيتين. ومن خلال تحليل التسلسل وقع تحديده كعضو في عائلة "هيدرولاز الجليكوسيد" (glycosyl hydrolase)، والمعروفة اختصارا بـ GH45.

ويمكن أن يعمل هذا البروتين مثل مجرفة حديقة للتربة - أي أداة تساعد في تحضير التربة للخضروات والأشجار والزهور وجميع أنواع الحياة الأخرى.

ويتطلب التقاط التركيب الذري لبروتين chitosanase أكثر من 5000 صورة مأخوذة من العينات المتبلورة. وأظهر تجميع هذه الصور معا أن أجزاء من بنية البروتين تشبه مجموعة معروفة من إنزيمات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات من عائلة GH45.

ومع ذلك، فإن بروتين chitosanase يحتوي على قطع جزيئية أخرى لا تشبه تلك الموجودة في GH45، أو في أي تركيبات بروتينية أخرى معروفة، ما يعني أن دوره في دورة التربة يظل مفتوحا لمزيد من الدراسات، كما قال سميث.

وأوضح سميث أن الأبحاث المستقبلية يمكن أن تؤدي إلى فهم سبب وجود "الجينات الأيضية المساعدة" في المقام الأول، لأنها لا تساعد الفيروس على التكاثر.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للباحثين معرفة المزيد عن "الجينات الأيضية المساعدة" الأخرى التي تحملها فيروسات التربة وما إذا كانت تلعب دورا وظيفيا في النظام البيئي للتربة أم لا.

كلمات مفتاحية :