به گزارش ایسنا، دانشمندان با جزئیاتی بی‌سابقه، پروتئین‌های سازنده میتوکندری را در ۶ جاندار نقشه‌برداری کرده‌اند؛ پنج انگل تک‌سلولی و یک گیاه که نماینده شاخه‌های مختلف درخت تکاملی یوکاریوت‌ها هستند.

به نقل از نیچر، یافته‌های این پژوهش که در قالب ۹ مقاله منتشر شده‌اند، ده‌ها پروتئین را شناسایی کرده‌اند که در انسان وجود ندارند، اما میان انگل‌های مختلف مشترک هستند. برخی از این انگل‌ها عامل بیماری‌هایی مانند مالاریا و بیماری خواب آفریقایی هستند. این یافته‌ها می‌توانند به دانشمندان در طراحی درمان‌های جدید برای مقابله با این بیماری‌ها کمک کنند. این پژوهش همچنین بحثی دیرینه درباره منشأ میتوکندری را دوباره سر زبان‌ها انداخته است.

میتوکندری که به دلیل تولید انرژی، بیشتر با عنوان «نیروگاه سلول یوکاریوتی» شناخته می‌شود، دی‌ان‌ای کوچکی دارد که از دی‌ان‌ای موجود در هسته سلول متمایز است. با این حال، هم دی‌ان‌ای میتوکندری و هم دی‌ان‌ای هسته، دستورالعمل ساخت پروتئین‌های تشکیل‌دهنده این اندامک را در خود دارند.

به گفته وامسی موسا، زیست‌شناس میتوکندری و سرپرست پروژه تهیه فهرست‌های جامع «میتوپروتئوم»، بیشتر دانسته‌های ما درباره میتوکندری از مطالعات انجام‌ شده روی انسان و مخمر به دست آمده‌اند.

اکنون، گروه پژوهشی با بررسی پروتئین‌های میتوکندریایی در چندین شاخه از یوکاریوت‌ها، پروتئین‌های بیشتری را شناسایی کرده است که ممکن است سرنخ‌هایی درباره مسیرهای مولکولی بررسی‌نشده در اختیار دانشمندان قرار دهند.

گنجینه‌ای از پروتئین‌های انگل‌ها

موسا و همکارانش پروتئوم چندین انگل، از جمله Giardia lamblia را بررسی کردند. این انگل هر سال حدود ۲۸۰ میلیون نفر را در سراسر جهان آلوده می‌کند و باعث اسهال می‌شود.

به گفته پاول دولژال، زیست‌شناس سلولی در دانشگاه چارلز در پراگ جمهوری چک، انگل‌های ژیاردیا اندامک‌های بسیار کوچکی شبیه میتوکندری دارند که مطالعه آن‌ها دشوار است؛ زیرا این انگل‌ها در دستگاه گوارش جانداران دیگر و در محیطی بدون اکسیژن زندگی می‌کنند.

موسا و همکارانش در مجموع ۵۹ پروتئین میتوکندریایی را در G. lamblia شناسایی کردند که ۳۲ مورد از آن‌ها پیش‌تر شناخته شده بودند و ۲۷ مورد برای نخستین بار شناسایی شدند.

دولژال می‌گوید عملکرد ۳۴ مورد از این پروتئین‌ها همچنان ناشناخته است؛ موضوعی که به گفته او شگفت‌آور است، زیرا نشان می‌دهد مسیرهای متابولیکی جدیدی وجود دارند که دانشمندان هنوز از آن‌ها آگاه نیستند و تاکنون نیز از دید آن‌ها پنهان مانده‌اند.

پژوهشگران با ترکیب اطلاعات میتوپروتئوم این ۶ جاندار با داده‌های شناخته‌ شده درباره انسان و مخمر، مجموعه‌ای شامل ۸۶۱۹ پروتئین میتوکندریایی ایجاد کردند که در ۳۱۹۹ خانواده پروتئینی دسته‌بندی می‌شوند.

حدود ۴۳ درصد از این خانواده‌های پروتئینی در پایگاه داده عظیم پروتئین‌ها به نام Pfam ثبت نشده‌اند. همچنین، ۳۳ خانواده پروتئینی در عوامل بیماری‌زای یوکاریوتی حفظ شده‌اند، اما در انسان وجود ندارند.

موسا می‌گوید این پروتئین‌ها می‌توانند «اهداف دارویی ایده‌آلی» برای طراحی درمان‌های دقیق باشند؛ درمان‌هایی که پروتئین‌های انگل‌ها را هدف قرار دهند، بدون آنکه به پروتئین‌های انسانی آسیب برسانند.

منشأ مبهم میتوکندری

پژوهشگران توافق دارند که میتوکندری حدود دو میلیارد سال پیش پدید آمده است؛ زمانی که یک باکتری به درون سلولی از گروه باستانیان وارد شد و در آنجا در قالب رابطه‌ای سودمند برای هر دو طرف به زندگی ادامه داد. این فرایند «درون‌همزیستی» نام دارد. تصور می‌شود این باکتری که بعدها به میتوکندری تبدیل شد، انرژی مورد نیاز میزبان باستانی خود را تامین می‌کرد. با این حال، هنوز مشخص نیست میتوکندری در مراحل اولیه یا مراحل پایانی تکامل یوکاریوت‌ها پدید آمده است.

برای بررسی این پرسش، موسا و همکارانش تبار تکاملی میتوپروتئوم‌ها را در میان یوکاریوت‌ها روی یک درخت تبارزایی ترسیم کردند؛ نموداری شاخه‌ای که روابط تکاملی میان گونه‌ها را نشان می‌دهد.

این گروه از یک مدل هوش مصنوعی برای بررسی ژنوم‌های شناخته‌شده ۲۰۳ جاندار یوکاریوتی استفاده کرد تا پیش‌بینی کند کدام‌یک از پروتئین‌های رمزگذاری‌شده در این ژنوم‌ها به میتوکندری تعلق دارند. پژوهشگران در این فرایند ۱۴۲۰ خانواده پروتئینی را شناسایی کردند که در مجموعه داده‌های کنونی ثبت نشده‌اند.

موسا می‌گوید: با استفاده از این مجموعه بزرگ‌تر توانستیم تحلیل تبارزایی انجام دهیم تا مشخص کنیم پروتئوم میتوکندری در آخرین نیای مشترک یوکاریوت‌ها احتمالا چه شکلی داشته است.

او اضافه می‌کند که نتایج پژوهش به وجود میتوکندری نسبتا پیچیده‌ای اشاره دارند که از ظرفیت‌های متابولیکی متعددی برخوردار بوده است؛ از جمله توانایی انجام متابولیسم هوازی و بی‌هوازی.

نیک لین، زیست‌شیمی‌دان تکاملی در دانشگاه کالج لندن، این یافته را تاییدی ارزشمند بر پژوهش‌های پیشین درباره نیای مشترک یوکاریوت‌ها می‌داند.

موسا و همکارانش می‌گویند تحلیل تبارزایی آن‌ها از این فرضیه پشتیبانی می‌کند که میتوکندری در مراحل پایانی تکامل یوکاریوت‌ها پدید آمده است. دلیل آن‌ها این است که شاخه‌های مربوط به سایر بخش‌های سلول، پیش از ظاهر شدن شاخه میتوپروتئوم‌ها، به‌صورت شاخه‌هایی طولانی در درخت تکاملی امتداد یافته‌اند.

با این حال، لین هشدار می‌دهد که شاخه‌های طولانی در درخت تبارزایی لزوما به معنای گذشت یک دوره تکاملی طولانی نیستند و می‌توانند تفسیرهای دیگری نیز داشته باشند. به گفته او، چنین شاخه‌هایی ممکن است نشان‌دهنده یک فرایند تکاملی سریع باشند.

دولژال می‌گوید: فکر نمی‌کنم هرگز بتوانیم با قطعیت مشخص کنیم که میتوکندری دقیقا چه زمانی پدید آمده است.

انتهای پیام