علم الأحياء الحديث يذهل بتفرد وحجم اكتشافاته. اليوم ، يدرس هذا العلم معظم العمليات المخفية عن أعيننا. هذا أمر رائع بالنسبة للبيولوجيا الجزيئية - وهي واحدة من المجالات الواعدة التي تساعد على كشف أكثر ألغاز المادة الحية تعقيدًا.
ما هو النسخ العكسي
النسخ العكسي (اختصار RT) هو خاصية عملية محددة لمعظم فيروسات RNA. ميزته الرئيسية هي تخليق جزيء DNA مزدوج الشريطة على أساس الحمض النووي الريبي الرسول.
OT ليست خاصية للبكتيريا أو الكائنات حقيقية النواة. يلعب الإنزيم الرئيسي ، الانزيم العكسي ، دورًا رئيسيًا في تخليق الحمض النووي مزدوج الشريطة.
تاريخ الاكتشاف
فكرة أن جزيء الحمض النووي الريبي يمكن أن يصبح نموذجًا لتخليق الحمض النووي كانت تعتبر فكرة سخيفة حتى سبعينيات القرن الماضي. ثم اكتشف بالتيمور وتيمين ، اللذين يعملان بشكل منفصل عن بعضهما البعض ، في وقت واحد تقريبًا إنزيمًا جديدًا. أطلقوا عليه اسم بوليميراز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي الريبي ، أو إنزيم النسخ العكسي.
أكد اكتشاف هذا الإنزيم دون قيد أو شرط وجود الكائنات الحيةقادرة على النسخ العكسي. حصل كلا العالمين على جائزة نوبل عام 1975. بعد مرور بعض الوقت ، اقترح إنجلهارت اسمًا بديلاً للنسخة العكسية - التراجع.
لماذا يتعارض OT مع العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية
العقيدة المركزية هي مفهوم تخليق البروتين المتسلسل في أي خلية حية. تم بناء مثل هذا المخطط من ثلاثة مكونات: DNA و RNA والبروتين.
وفقًا للعقيدة المركزية ، يمكن تصنيع الحمض النووي الريبي حصريًا على قالب الحمض النووي ، وعندها فقط يشارك الحمض النووي الريبي في بناء الهيكل الأساسي للبروتين.
تم قبول هذه العقيدة رسميًا في المجتمع العلمي قبل اكتشاف النسخ العكسي. ليس من المستغرب أن فكرة التخليق العكسي للحمض النووي من الحمض النووي الريبي رفضها العلماء منذ فترة طويلة. فقط في عام 1970 ، إلى جانب اكتشاف الانزيم العكسي ، كان نهاية لهذه المشكلة ، والتي انعكست في مفهوم تخليق البروتين.
عودة الفيروسات القهقرية للطيور
لا تكتمل عملية النسخ العكسي بدون مشاركة بوليميريز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي الريبي. تمت دراسة الانزيم العكسي لفيروس ارتداد الطيور إلى أقصى حد حتى الآن.
يمكن العثور على حوالي 40 جزيءًا فقط من هذا البروتين في فيريون واحد من هذه العائلة من الفيروسات. يتكون البروتين من وحدتين فرعيتين بأعداد متساوية وتؤدي ثلاث وظائف مهمة من الانعكاس:
1) توليف جزيء الحمض النووي على حد سواء على قالب RNA أحادي الجديلة / مزدوج السلسلة وعلى أساس أحماض ديوكسي ريبونوكلييك.
2) تنشيط RNase H ، دوره الرئيسي هوانقسام جزيء RNA في مجمع RNA-DNA.
3) تدمير أجزاء من جزيئات الحمض النووي لإدخالها في جينوم حقيقيات النوى.
آلية OT
قد تختلف خطوات النسخ العكسي اعتمادًا على عائلة الفيروسات ، أي على نوع أحماضهم النووية.
دعونا أولاً ننظر في تلك الفيروسات التي تستخدم الانزيم العكسي. هنا تنقسم عملية OT إلى 3 خطوات:
1) توليف حبلا RNA "-" على القالب "+" من حبلا RNA.
2) تدمير الشريط "+" من RNA في مجمع RNA-DNA باستخدام إنزيم RNase H.
3) توليف جزيء DNA مزدوج الشريطة على القالب "-" لسلسلة RNA.
طريقة تكاثر الفيروسات هذه نموذجية لبعض فيروسات الأورام وفيروس نقص المناعة البشرية (HIV).
تجدر الإشارة إلى أنه من أجل تخليق أي حمض نووي في قالب RNA ، يلزم وجود بذرة أو مادة أولية. التمهيدي عبارة عن سلسلة قصيرة من النيوكليوتيدات مكملة للنهاية 3 من جزيء RNA (قالب) ويلعب دورًا مهمًا في بدء التوليف.
عندما يتم دمج جزيئات DNA مزدوجة الشريطة الجاهزة من أصل فيروسي في جينوم حقيقيات النوى ، تبدأ الآلية المعتادة لتخليق بروتين الفيريون. نتيجة لذلك ، تصبح الخلية "التي يلتقطها" الفيروس مصنعًا لإنتاج الفيريون ، حيث يتم تكوين البروتين الضروري وجزيئات الحمض النووي الريبي بكميات كبيرة.
طريقة أخرى للنسخ العكسي تعتمد على عمل تخليق الحمض النووي الريبي. هذا البروتين نشط في الفيروسات المخاطانية ، فيروسات الراب ، فيروسات البيكورن. في هذه الحالة ، لا توجد مرحلة ثالثة من OT - التكوينDNA مزدوج الشريطة ، وبدلاً من ذلك ، يتم تصنيع سلسلة RNA "+" على قالب سلسلة RNA الفيروسية "-" والعكس صحيح.
يؤدي تكرار مثل هذه الدورات إلى تكاثر جينوم الفيروس وإلى تكوين mRNA القادر على تخليق البروتين في ظروف خلية حقيقية النواة مصابة.
الأهمية البيولوجية للنسخ العكسي
تعتبر عملية العلاج الجراحي OT ذات أهمية قصوى في دورة حياة العديد من الفيروسات (الفيروسات القهقرية في المقام الأول مثل فيروس نقص المناعة البشرية). يصبح الحمض النووي الريبي للفيريون الذي هاجم خلية حقيقية النواة نموذجًا لتوليف أول خيط من الحمض النووي ، والذي ليس من الصعب إكمال الخيط الثاني عليه.
يتم دمج الحمض النووي مزدوج الشريطة الذي تم الحصول عليه للفيروس في جينوم حقيقيات النوى ، مما يؤدي إلى تنشيط عمليات تخليق بروتين الفيريون وظهور عدد كبير من نسخه داخل الخلية المصابة. هذه هي المهمة الرئيسية لـ Revertase و OT بشكل عام للفيروس.
يمكن أن يحدث النسخ العكسي أيضًا في حقيقيات النوى في سياق الينقولات العكسية - وهي عناصر وراثية متحركة يمكنها الانتقال بشكل مستقل من جزء من الجينوم إلى آخر. هذه العناصر ، وفقًا للعلماء ، تسببت في تطور الكائنات الحية.
Retrotransposon هو امتداد للحمض النووي حقيقي النواة يرمز لعدة بروتينات. واحد منهم ، الانزيم العكسي ، يشارك بشكل مباشر في إلغاء تحديد موقع هذا retrotransporozone.
استخدام OT في العلوم
منذ اللحظة التي تم فيها عزل الانزيم العكسي في شكله النقي ، تم تبني عملية النسخ العكسي من قبل علماء الأحياء.لا تزال دراسة آلية OT تساعد في قراءة تسلسل أهم البروتينات البشرية.
الحقيقة هي أن جينوم حقيقيات النوى ، بما في ذلك نحن ، يحتوي على مناطق غير إعلامية تسمى الإنترونات. عندما يتم قراءة تسلسل النوكليوتيدات من مثل هذا الحمض النووي ويتم تكوين الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة ، فإن الأخير يفقد الإنترونات والرموز بشكل حصري للبروتين. إذا تم تصنيع الحمض النووي باستخدام انعكاس على قالب RNA ، فمن السهل تسلسله ومعرفة ترتيب النيوكليوتيدات.
يسمى الحمض النووي الذي تم تكوينه عن طريق النسخ العكسي cDNA. غالبًا ما يستخدم في تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) لزيادة عدد نسخ نسخة cDNA الناتجة بشكل مصطنع. تستخدم هذه الطريقة ليس فقط في العلوم ، ولكن أيضًا في الطب: يحدد مساعدو المختبر تشابه هذا الحمض النووي مع جينومات البكتيريا أو الفيروسات المختلفة من مكتبة عامة. يعد تركيب النواقل وإدخالها في البكتيريا أحد المجالات الواعدة في علم الأحياء. إذا تم استخدام RT لتشكيل الحمض النووي للبشر والكائنات الأخرى بدون إنترونات ، فيمكن بسهولة إدخال هذه الجزيئات في الجينوم البكتيري. لذلك أصبحت الأخيرة مصانع لإنتاج المواد اللازمة للإنسان (على سبيل المثال ، الإنزيمات).
