سرنخ‌هایی برای درمان آلزایمر با کمک عنکبوت‌ها

فرارو: واقعا باید به عنکبوت‌ها حسادت کنیم. تصور کنید بتوانید همانند عنکبوت‌ها، ابریشم تولید کنید و آن را پرتاب کنید تا از جایی به جای دیگر بروید و همواره یک خط ایمنی محکم فولاد مانند داشته باشید یا هر زمان که نیاز به استراحت داشتید مانند تختخوابی که از کرباس یا تور درست شده براحتی بچرخید.

در نتیجه، جای تعجبی ندارد که دانشمندان دهه‌ها در تلاش بوده اند تا اسرار ابریشم عنکبوت را کشف کنند. اگر بتوانیم فرآیند ریسندگی را درک کرده و بازسازی کنیم می‌توانیم ابریشم مصنوعی عنکبوت را برای طیف وسیعی از کاربرد‌های پزشکی تولید کنیم.

برای مثال، ابریشم مصنوعی می‌تواند به بازسازی اعصابی که مغز و اندام‌های ما را به یکدیگر متصل می‌کنند، کمک نماید و قادر است مولکول‌های دارو را به طور مستقیم به سلول‌هایی که به آن نیاز دارند انتقال دهد.

ابریشم عنکبوت از پروتئین‌هایی به نام اسپیدروئین ساخته شده که عنکبوت آن را در غده ابریشم در شکم خود ذخیره می‌کند. انواع مختلفی از اسپیدروئین برای ریسندگی انواع ابریشم وجود دارند. عنکبوت‌ها آن را به صورت مایعی که شبیه قطرات روغن است ذخیره می‌کنند. با این وجود، یکی از پرسش‌هایی که تاکنون دانشمندان پاسخی برای آن نیافته اند این است که چگونه عنکبوت‌ها این قطرات مایع را به ابریشم تبدیل می‌کنند.

در بررسی صورت گرفته ارزیابی شد که چرا اسپیدروئین‌ها قطراتی تشکیل می‌دهند تا ما را به تکرار روند چرخش عنکبوت نزدیک‌تر سازند.

ترفندی که عنکبوت‌ها از آن برای سرعت بخشیدن به فرآیند ریسندگی خود استفاده می‌کنند می‌تواند برای ریسیدن بهتر ابریشم مصنوعی یا حتی توسعه فرآیند‌های ریسندگی جدید مورد استفاده قرار گیرد.

در پژوهشی در سال ۲۰۱۷ میلادی، پژوهشگران توانستند با تقلید از غده ابریشم الیاف ابریشم مصنوعی را تولید کنند، اما در آن زمان نمی‌دانستند که چیز‌های درون عنکبوت چگونه کار می‌کنند. اکنون آنان می‌دانند که تشکیل قطرات ابتدا تبدیل به این الیاف را سرعت می‌بخشد.

یک سرنخ مهم برای ارتباط قطرات و فیبر‌ها در مورد بیماری‌های آلزایمر و پارکینسون به دست آمد. پروتئین‌های آلفا سینوکلئین و تاو که در این بیماری‌ها نقش دارند می‌توانند به صورت قطرات ریز و روغن‌مانند در سلول‌های انسان جمع شوند. تاو پروتئینی است که به تثبیت اسکلت داخلی سلول‌های عصبی (نورون ها) در مغز کمک می‌کند. این اسکلت داخلی شکل لوله مانندی دارد که از طریق آن مواد مغذی و دیگر مواد ضروری برای رسیدن به بخش‌های مختلف نورون حرکت می‌کنند. در بیماری آلزایمر شکل غیرطبیعی تاو ایجاد می‌شود و به پروتئین‌های معمولی تاو می‌چسبد و درهم‌تنیدگی تاو را ایجاد می‌کند. آلفا سینوکلئین به مقدار زیاد در سلول‌های عصبی تولیدکننده دوپامین یافت می‌شود. اشکال غیر طبیعی این پروتئین با بیماری پارکینسون مرتبط هستند.

قطرات روغن هر یک از این پروتئین‌ها در انسان وقتی در هم می‌پیچند مانند اسپاگتی پخته شده در بشقاب تشکیل می‌شوند. پروتئین‌ها در ابتدا مانند قطرات روغن اسپیدروئین انعطاف پذیر و کشسان هستند. با این وجود، اگر پروتئین‌ها در هم تنیده باقی بمانند به هم می‌چسبند به گونه‌ای که شکل آن‌ها را تغییر داده و به الیاف سفت تبدیل می‌کند و می‌توانند برای سلول‌های انسانی برای مثال در شرایط تخریب عصبی مانند آلزایمر سمی باشند. با این وجود، اسپیدروئین‌ها نیز می‌توانند قطرات را تشکیل دهند. این موضوع محققان را به این فکر واداشت که آیا همان سازوکاری که باعث تخریب عصبی در انسان می‌شود می‌تواند به عنکبوت کمک کند تا اسپیدروئین مایع را به الیاف ابریشم سفت تبدیل کند؟

محققان برای پی بردن به این موضوع از اسپیدروئین مصنوعی به نام NT۲RepCT استفاده کردند که می‌تواند توسط باکتری‌ها تولید شوند. آنان موفق شدند زیر میکروسکوپ مشاهده کنند که اسپیدروئین مصنوعی زمانی که در بافر فسفات نوعی نمک موجود در غده ابریشم عنکبوت حل شد، قطرات مایع را تشکیل داد. این موضوع به محققان اجازه داد تا شرایط ریسندگی ابریشم عنکبوت را در آزمایشگاه تکرار کنند.

در مرحله بعد نحوه عملکرد پروتئین‌های اسپیدروئین هنگام تشکیل قطرات مورد ارزیابی قرار گرفتند. محققان برای پاسخ به این پرسش به تکنیک تحلیلی به نام طیف سنجی جرمی روی آوردند تا چگونگی تغییر وزن پروتئین‌ها را هنگام تشکیل قطرات اندازه گیری کنند. آنان در کمال تعجب مشاهده کردند که پروتئین‌های اسپیدروئین که معمولا جفت تشکیل می‌دهند در عوض به مولکول‌های منفرد تقسیم شده بودند.

تحقیقات بیش تری مورد نیاز است تا محققان متوجه شوند که چگونه این قطرات پروتئین به عنکبوت‌ها در چرخش ابریشم کمک می‌کند. تحقیقات پیشین نشان داده اند که اسپیدروئین‌ها دارای بخش‌های مختلفی به نام دامنه هستند که عملکرد‌های جداگانه‌ای دارند. قسمت انتهایی اسپیدروئین که دامنه ترمینال C نامیده می‌شود باعث تشکیل آن به صورت جفت می‌شود.

ترمینال C همچنین در تماس با اسید شروع به تشکیل فیبر می‌کند. بنابراین، محققان اسپیدروئینی ساختند که صرفا حاوی دامنه ترمینال C بود و توانایی آن را برای تشکیل الیاف آزمایش کردند. محققان زمانی که از بافر فسفات برای درهم تنیدگی پروتئین به صورت قطرات استفاده نمودند مشاهده کردند که سریعا به فیبر سفت و سخت تبدیل شدند. زمانی که اسید را بدون ایجاد قطرات اولیه اضافه کردند تشکیل الیاف مدت زمانی بسیار بیش تری به طول انجامید.

این امری منطقی بود، زیرا مولکول‌های اسپیدروئین باید یکدیگر را هنگام تشکیل فیبر پیدا کنند. درهم تندیگی اسپاگتی مانند اسپیدوئین‌ها به آن‌ها کمک می‌کند تا به سرعت در ابریشم جمع شوند.

این یافته به ما می‌گوید که چگونه عنکبوت می‌تواند فورا اسپیدروئین‌های خود به یک نخ جامد تبدیل کند. هم چنین، تحقیقات نشان داد که طبیعت چگونه از همان سازوکاری استفاده می‌کند که می‌تواند پروتئین‌های مغز را سمی کند تا برخی از شگفت انگیزترین ساختار‌های خود را ایجاد کند. تشابه شگفت انگیز بین ریسندگی ابریشم عنکبوت و الیاف سمی برای انسان می‌تواند روزی به یافتن سرنخ‌های جدیدی در مورد نحوه مقابله با اختلالات عصبی منجر شود.

دانشمندان ممکن است از تحقیقات ابریشم عنکبوت از جمله آن چه در مورد دامنه‌های ابریشم عنکبوت آموخته اند برای جلوگیری از چسبیدن پروتئین‌های انسانی به یکدیگر و جلوگیری از سمی شدن آن‌ها استفاده کنند. اگر عنکبوت‌ها می‌توانند یاد بگیرند که چگونه پروتئین‌های چسبنده خود را کنترل کنند شاید ما نیز بتوانیم.