جست‌وجوی درمان آلزایمر در لابه‌لای تارهای عنکبوت

به عقیده محققان اگر فرآیند ریسندگی و تنیدن تار در عنکبوت‌ها را به‌طور کامل کشف کنیم و حتی بتوانیم به بازسازی آن بپردازیم، می‌توانیم تارهای مصنوعی را برای طیف وسیعی از کاربردهای پزشکی تولید کنیم. برای مثال، تار مصنوعی می‌تواند به بازسازی اعصابی که مغز و اندام‌های ما را به هم متصل می‌کند، کمک کند. همچنین می‌تواند مولکول‌های دارو را مستقیما به سلول‌های لازم و موردنیاز برساند. تار عنکبوت از پروتئین‌هایی به نام «اسپیدروین» ساخته شده‌است. عنکبوت‌ها اسپیدروین را به صورت مایعی که شبیه قطرات روغن است در غده تار در شکم خود ذخیره می‌کنند و از انواع مختلف آن برای تنیدن انواع متفاوت تار استفاده ‌می‌کنند اما یکی از سوالاتی که تاکنون دانشمندان پاسخی برای آن نیافته‌اند، این است که چگونه عنکبوت‌ها این قطرات مایع را به تار تبدیل ‌می‌کنند.

ترفندی که عنکبوت‌ها برای سرعت بخشیدن به فرآیند ریسندگی تار استفاده می‌کنند، می‌تواند برای بهبود فرآیند تولید تار مصنوعی یا حتی توسعه فرآیندهای جدید ریسندگی الیاف استفاده شود. در سال ۲۰۱۷/۱۳۹۶ با الهام‌گرفتن از فرآیند تولید تار در غده تار عنکبوت، برای اولین بار روش تولید آزمایشگاهی الیاف تار مصنوعی ابداع شد اما نحوه عملکرد این فرآیند در بدن عنکبوت همچنان ناشناخته ‌بود. اکنون می‌دانیم که نحوه تشکیل قطرات، سرعت تبدیل آن به این الیاف را افزایش می‌دهد.

فرآیند تنیدن تار
یک سرنخ مهم برای شناخت نحوه ارتباط بین قطرات و الیاف تار، از نتایج حاصل از تحقیقات بیماری‌های آلزایمر و پارکینسون به دست آمد که کاملا غیرمنتظره و دور از ذهن بود. پروتئین‌های «آلفا سینوکلئین» و «تاو» که در این بیماری‌ها نقش دارند، می‌توانند به صورت قطرات ریز و روغن‌مانند در سلول‌های بدن انسان جمع شوند. تاو نوعی پروتئین است که با ساخت ریزلوله‌ها به تثبیت استحکام اسکلت داخلی سلول‌های عصبی در مغز کمک می‌کند. این اسکلت داخلی شکل لوله‌مانندی دارد که مواد مغذی و دیگر مواد ضروری می‌تواند برای رسیدن به بخش‌های مختلف نورون در طول آن حرکت کنند. در بیماری آلزایمر، شکلی غیرطبیعی از پروتئین تاو ایجاد می‌شود که به پروتئین‌های معمولی تاو می‌چسبد و ساختاری مشابه با تار ایجاد می‌کند که به نام «درهم‌تنیدگی‌تاو» شناخته‌می‌شود. پروتئین آلفا سینوکلئین نیز به مقدار زیادی در سلول‌های عصبی تولید‌کننده هورمون دوپامین یافت ‌می‌شود. ساختار نوع غیرطبیعی این پروتئین به صورت مستقیم با بیماری پارکینسون در ارتباط است. وقتی قطرات روغنی هر یک از این پروتئین‌ها در هم می‌پیچد، شکلی مانند اسپاگتی پخته‌شده در بشقاب به خود می‌گیرد که در ابتدا مانند اسپیدروین انعطاف‌پذیر و کش‌سان است اما اگر پروتئین‌ها برای مدت زیادی در نزدیکی یکدیگر باقی‌بماند، به هم می‌چسبد که سبب تغییر شکل آنها می‌شود و آنها را به الیاف سفت و محکمی تبدیل می‌کند. این فرآیند برای بدن انسان بسیار مضر است، برای مثال باعث آسیب به شبکه عصبی مغز و افزایش شدت ابتلا به آلزایمر می‌شود.
با این حال، از آنجا که پروتئین اسپیدروین قطرات روغنی تشکیل می‌دهد، این سؤال مطرح‌ می‌شود که آیا همان سازوکاری که باعث تخریب شبکه عصبی انسان می‌شود، می‌تواند به عنکبوت کمک کند تا اسپیدروین مایع را به الیاف محکم تار تبدیل کند!؟
در تحقیقات انجام‌شده برای پی‌بردن به این موضوع، از اسپیدروین مصنوعی به نام NT۲RepCT استفاده ‌شده است که باکتری‌ تولید می‌کند. طی آزمایش‌های انجام‌شده، هنگامی که اسپیدروین مصنوعی در محلول نمک فسفات که در غده تار عنکبوت وجود دارد، حل شد، قطرات مایع تشکیل می‌دهد. این فرآیند به روند شبیه‌سازی ریسندگی تار در آزمایشگاه کمک بسیار زیادی کرد.

دانش تار
در مرحله بعد، محققان نحوه عملکرد پروتئین‌های اسپیدروین در هنگام تشکیل قطرات روغنی را به کمک روش طیف‌سنجی جرمی بررسی کردند. در روش تحلیلی طیف‌سنجی جرمی، چگونگی تغییر وزن پروتئین‌ها در هنگام تشکیل قطرات روغنی اندازه‌گیری و مطالعه می‌شود. پروتئین‌های اسپیدروین معمولا جفت تشکیل می‌دهد اما در این فرآیند به مولکول‌های منفرد تقسیم‌ می‌شود. تحقیقات قبلی نشان‌ داده ‌است که اسپیدروین‌ها دارای بخش‌های مختلفی به نام دامنه است که عملکردهای جداگانه و مختلفی دارد. قسمت انتهایی اسپیدروین که دامنه «cانتهایی» نامیده‌ می‌شود، سبب تشکیل ساختار دوتایی می‌شود و همچنین در تماس با مولکول‌های اسیدی الیاف فیبرمانند می‌سازد. بر اساس این نتایج، تیم تحقیقاتی اقدام به سنتز و تولید آزمایشگاهی نوعی اسپیدروین که فقط حاوی دامنه c انتهایی باشد کرد و توانایی تشکیل الیاف آن را مورد بررسی قرارداد. زمانی که از محلول نمک فسفات برای درهم‌تنیدگی پروتئین‌ها به صورت قطرات استفاده ‌شد، پروتئین‌ها فورا به فیبرهای سفت و محکمی تبدیل شد اما وقتی محلول اسیدی بدون ایجاد قطرات اولیه اضافه‌ شد، تشکیل الیاف بسیار بیشتر طول‌کشید؛ زیرا مولکول‌های اسپیدروین باید هنگام تشکیل فیبر، ابتدا یکدیگر را پیدا کرده و مولکول‌های اسید از این اتفاق تاحدی جلوگیری می‌کند. درهم‌تنیدگی اسپیدروین‌ها مانند رشته‌های اسپاگتی به آنها کمک می‌کند تا به سرعت در ساختارهای تار مانند جمع شود. نتایج حاصل از این تحقیقات نشان ‌داد که چگونه عنکبوت می‌تواند فورا اسپیدروین‌های خود را به یک نخ جامد تبدیل کند. تشابه شگفت‌انگیز بین ریسندگی تار عنکبوت و ایجاد الیاف سمی در شبکه عصبی مغز انسان می‌تواند روزی به سرنخ‌های جدیدی در مورد نحوه مبارزه با اختلالات عصبی و حتی درمان آلزایمر منجر شود. اکنون دانشمندان می‌توانند از نتایج حاصل از تحقیقات حوزه تار عنکبوت، برای جلوگیری از چسبیدن پروتئین‌ها به هم در بدن انسان و جلوگیری از آسیب‌زاشدن آنها استفاده کنند. اگر عنکبوت‌ها می‌توانند یاد بگیرند که چگونه پروتئین‌های به هم چسبیده خود را کنترل کنند، شاید ما نیز روزی بتوانیم.

منبع: sciencealert.com