تعتبر البروتينات من الجزئيات الهامة في جميع الأنظمة الحيوية، فهي تدخل في تكوين العديد من التراكيب البنائية في الخلايا، وهي أيضًا تمثل الإنزيمات التي تقوم بوظائف متعددة في الجسم.
ومع التقدم العلمي في مجال استنساخ الجينات، أصبح من اليسير إنتاج -تقريبًا- أي نوع من البروتينات بكميات كبيرة نسبيًا، تمكننا من القيام بتجارب تحليلة لتوصيف تلك البروتينات ودراستها، وأيضًا استخدامها لأغراض علاجية أو صناعية أو غيرها.
على سبيل المثال: يستخدم إنزيم «اللايبيز - lipase» في مستحضرات تنظيف الملابس بسب قدرته على إذابة الدهون من الأنسجة، وتسهيل مهمة المواد النشطة سطحيًا في التخلص من تلك الدهون.
ويستخدم إنزيم «الفايتيز - phytase» في الأعلاف الحيوانية لزيادة قيمتها الغذائية، حيث أن له القدرة على استخلاص مركبات الفوسفور الهامة للحيوانات من الأعلاف، وتحديدًا من مركبات «الفيتات - phytate».
إنزيم «الأسبرجيناز - Asparaginase»، هو مثال آخر يستخدم في علاج أنواع معينة من أمراض السرطان. كل هذه الأمثلة لإنزيمات لها استخدامات هامة، وفي تزايد مستمر.
ولكن أحيانًا تكون هناك حاجة لتعديل صفة معينة في الإنزيمات، بحيث تكون أكثر موائمة للغرض المرغوب فيه. إنزيم اللايبز على سبيل المثال، قد تتم هندسته وراثيًا لجعله أكثر كفاءة للعمل عند درجات حرارة منخضفة. بالتالي يمكن استخدام المنظفات التي تحويه، عند درجة حرارة الغرفة، ليقدم ميزة مذهلة في توفير الطاقة.
إنزيم الأسبرجيناز تعتريه بعض العيوب خلال أداء مهامه في مواجهة الخلايا السرطانية:
أولًا: ليس لدى الإنزيم القدرة على التمييز بكفاءة بين مادتين مختلفتين، هما «الأسبراجين والجلوتامين»، مما قد يؤدي إلى ظهور آثار جانبية لاستخدامه. أيضًا عند حقنة في الجسم يكون عرضة للتحلل السريع بفعل إنزيمات الجسم المحللة للبروتينات.
وعلى ذلك فإن هندسة إنزيم الأسبرجيناز، يهدف إلى استحداث طفرات تكون لها قدرة عالية على التمييز والاخيتارية، ليوجه إلى مادة الأسبراجين فقط دون الجلوتامين. يمكن أيضًا «تطفير» الإنزيم لجعله أكثر قدرة على مقاومة الإنزيمات المحللة للبروتينات، مما يكسبه عمرًا أطول، وبالتالي يتم تقليل عدد مرات الحقن للمرضى.
لكن ما هي كيفية إحداث الطفرات في تلك الإنزيمات معمليًا؟
هناك إستراتيجياتان لتنفيذ هندسة البروتينات:
الإستراتيجية الأولى؛ هي إحداث طفرات بصورة عشوائية فيما يعرف بـ «التطور الموجه - Directed Evolution».
من بين تلك الطفرات العشوائية يتم البحث عن الطفرة ذات الصفة المطلوبة، وتتميز تلك الإستراتيجية بفاعليتها وأيضًا عدم الحاجة لوجود معلومات سابقة عن البروتين أو الانزيم المطلوب تعديله.
الإستراتيجية الثانية؛ هي «التصميم المنطقي - Rational design»، وتلك الإستراتيجية تحتاج إلى دراسة مستفيضة للشكل البنائي للإنزيم، والعلاقة بين التركيب والوظيفة، كذلك معرفة تفاصيل عمل الإنزيم.
بالإستعانة بدراسات محاكاة حاسوبية يتم التنبؤ بمواقع الأحماض الأمينية المطلوب تغييرها، لإحداث طفرات تكسب الإنزيم الصفات المرغوبة، كزيادة الإختيارية بين مركبين، أو مقاومة التحلل لإنزيمات التحلل أو غيرها.
معلومات مُعتَنى بكتابتها بصورة ميسرة.
مجهود مشكور.