قام الباحثون بتسجيل لقطات مصورة من شريط DNA يضاعف نفسه للمرة الأولى. كشفت اللقطات أن عملية التضاعف، والتي تُعد جزءًا أساسيًا من الحياة، تتضمن كمية غير مُتوقعة من “العشوائية”. هذا يمكن أن يُجبرنا على إعادة التفكير بشكل كبير في كيفية حدوث عملية التضاعف الوراثي دون طفرات.
يتألف الشريط المزدوج للحمض النووي من خيطين متداخلين من المواد الجينية المكونة من أربعة قواعد مختلفة: الجوانين والثايمين والسيتوزين والأدينين (G, T, C, A). تبدأ عملية التضاعف عندما يقوم إنزيم يُسمى helicase بفك الشريط المزدوج إلى شريطين منفصلين.
ثم يأتي دور إنزيم يسمى Primase والذي يقوم بربط Primer (وال primer يعنى البادئ وهو عبارة عن قطعة من الDNA تبدأ من عندها عملية التضاعف) لكل من الشريطين المُنفصلين، ثم يأتي دور إنزيم ثالث يسمى DNA polymerase، والذي يرتبط بالprimer ويضيف قواعد إضافية لتشكيل شريط مزدوج جديد. وحيث أن شريط الDNA المزودج يتكون من شريطين في اتجاهين مختلفين، فإن أحدهما يكون leading (الشريط المتقدم ) والآخر lagging (الشريط المتأخر).
بعد اكتمال عملية التضاعف يكون الشريط الناتج مطابقًا تمامًا لشريط DNA الأصلي. حيث أنه أثناء عملية التضاعف، فإن في حالة شريط leading تقوم الإنزيمات بإضافة قواعد نيتروجينية وتكون شريط lagging مُطابق لشريط lagging الأصلي. كذلك في حالة شريط lagging الجديد يتم بناء شريط leading مُطابق لشريط leading الأصلي، وهكذا تستمر عملية التضاعف. و قد افترض العلماء أن إنزيمات البوليميريز على شريطي الحمض النووي تعمل مع بعضها في نفس الوقت ولا يسبق أحدهما الآخر، مما يمنع حدوث الطفرات. لكن اللقطات كشفت أنه لا يوجد تنسيق هنا على الإطلاق، وأن كل شريط يعمل بشكل مستقل عن الآخر، ومع ذلك تكون العملية متناسقة.
قام فريق بحثي باستخراج جزيء من الحمض النووي من بكتريا E.coli، ولوحظت على شريحة زجاجية. ثم قاموا بصبغها بصبغة تلتصق فقط بشريط مزدوج، لكن لا تلتصق بشريط واحد، مما يجعلهم قادرين على متابعة عملية تضاعف شريط مزدوج واحد حيث أنهما يشكلان شريطين مزدوجتين جديدتين. بالرغم من أن الحمض النووي البكتيري والحمض النووي البشري مختلفان، فإنهما يقومان بنفس عملية التضاعف، لذا يمكن أن تكشف هذه اللقطات الكثير عما يحدث في أجسامنا.
وجد الفريق أنه في المتوسط، كانت السرعة التي تمت بها عملية التضاعف للشريطين متساوية، ولكن حدث ما هو غير متوقع، لأن هذين الشريطين تصرفا ككيانين منفصلين في الوقت المخصص للعملية. في بعض الأحيان توقف الشريط lagging عن التضاعف، ولكن في نفس الوقت استمر شريط leading في النمو. وفي أحيان أخرى، يمكن أن تبدأ إحدى الخيوط بالتضاعف بمعدل 10 أضعاف السرعة العادية، وبدون أي سبب. وقد أشار Kowalczykowsky وهو أحد أعضاء الفريق من جامعة كاليفورنيا، أنه ليس هناك أي تناسق بين الشريطين أثناء عملية التضاعف إطلاقًا.
وقد وجد الباحثون أن عدم التناسق هذا يساعد إنزيم البوليميريز من اللحاق بإنزيم الhelicase أثناء عملية التضاعف. والسؤال الآن هو إذا كان هذان الشريطان يعملان بشكل مستقل، فكيف يستطيع الحلزون المزدوج إبقاء الأمور على المسار الصحيح والحد من الطفرات عن طريق الإبطاء أو الإسراع في الوقت المناسب؟
كتابة: آلاء عمارة
مراجعة: أية محمد
تحرير: أحمد عبدالستار
