ما هو علم البروتينات وما أنواعه وتطبيقاته؟

يتناول «علم البروتينات – Proteomics» دراسة للبروتينات بشكل واسع النطاق. وقد تمت صياغة مصطلح الـ «Proteomics» لأوّل مرة في عام 1995، ويوجد تعريفان لهذا المصطلح، الأول، التعريف الكلاسيكي يقصر التحليل واسع النطاق للمنتجات الجينية على الدراسات التي تشمل البروتينات فقط. أمّا الثاني، فيجمع بين دراسات البروتين والتحليلات التي لها قراءات جينية مثل تحليل mRNA والجينوم داخل الخلية وهو الأكثر شمولًا. [1]
بالمحصلة الهدف من هذا العلم هو الحصول على رؤية شاملة ومتكاملة من خلال دراسة جميع بروتينات الخلية بدلاً من كل بروتين على حدى. وانطلاقًا من التعريف الشامل، فإن العديد من مجالات البحث والدراسة أصبحت تحت عنوان علم البروتينات.

أنواع الدراسات في مجال علم البروتينات

توصيف البروتين

وهي الدراسة الكمية للتعبير البروتيني بين العينات التي تختلف عن بعضها ببعض المتغيرات. من خلال هذا النوع من الدراسات يمكن مقارنة التعبير البروتيني للبروتين بالكامل ضمن العينة الواحدة أو البروتينات الفرعية بين العينات. ويمكن لمعلومات هذه الدراسات تحديد البروتينات الجديدة المسؤولة عن نقل الإشارة أو تحديد البروتينات الخاصة بمرض معين.

هيكلية البروتينات

هي الدراسات التي تهدف إلى رسم خريطة بنية مجمعات البروتين أو البروتينات الموجودة في عضية خلوية معينة باسم «خريطة الخلية – Cell Map». والخريطة الخلوية هي عبارة عن مجموعة من البيانات التي تحدد نوع البروتينات الموجودة ضمن الخلية و تحديد مكانها. في حال وجودها والتي يمكن عرضها بشكل مرئي لتسهيل التحليل.

البروتينات الوظيفية

يسمح هذا النهج بدراسة مجموعة مختارة من البروتينات وتوصيفها ويمكن أن توفر معلومات مهمة حول إشارات البروتين أو آليات المرض أو تفاعلات البروتين مع الأدوية. عن طريق عزل البروتينات لدراستها وظيفيًا بشكل منفرد ومعرفة تأثيراتها. [2]

تكنولوجيا علم البروتينات

مع تقدم التكنولوجيا تقدمت الأساليب ضمن هذا المجال وازداد تعمقنا في البروتينات بشكل أكبر، ولكن حتى الآن انحصرت الأبحاث ضمن ثلاث محاور، وهي:

• فصل وعزل البروتينات

عند دراسة البروتينات، فلا مفر من مصادفة تراكيب وخلائط معقدة للبروتين لذلك، يجب أن توجد طرق لحل خلائط البروتين هذه إلى مكوناتها الفردية بحيث يمكن عزل البروتينات وتحديدها وتمييزها. لذلك، أحد محاور هذا العلم هي إيجاد تقنيات فصل جديدة وتطويرها. وأكثر طريقتين استخدامًا للعزل هما « الرحلان الكهربائي – Electrophoresis»، واستخدام جيل بولي أكريلاميد الكهربائي.

• تحصيل معلومات عن بنية البروتين

إحدى الطرق المبكرة المستخدمة لتحديد البروتين هي « تسلسل إدمان – Edman Sequencing»، للحصول على سلاسل الأحماض الأمينية. لكنها تعد ذات استخدام محدود ضمن هذا المجال. أيضًا لدينا طريقة « قياس الطيف الكتلي – Mass Spectrometry »، وهي طريقة تعطينا معلومات أكثر حول بنية البروتين، مثل كتل الببتيد أو تسلسل الأحماض الأمينية بالإضافة لتحديد مواقع البروتين بدقة.

• استخدام قواعد البيانات

تسمح قواعد البيانات باستخدام المعلومات الهيكلية للبروتين التي يتم حصادها من تسلسل إدمان أو قياس الطيف الكتلي بتحديد البروتين. والهدف من البحث في قاعدة البيانات هو التمكن من التعرف بسرعة ودقة على أعداد كبيرة من البروتينات باستخدام البرامج الحاسوبية

تطبيقات علم البروتينات

تطبيقات البروتينات عديدة ومتنوعة ومن أهمها:

• العلاج الشخصي: ونعني بالعلاج الشخصي تكييف علاج لكل مريض بناءً على تركيبته الجينية، وذلك لتحسين الفعالية وتقليل الآثار الجانبية. في حين أن علم الجينوم وعلم الاستنساخ كانا المحور الرئيسي لمثل هذه الدراسات، فمن الممكن أن تضيف بيانات البروتينات بعدًا إضافيًا لإنتاج مثل هكذا علاجات.
• اكتشاف العلامات الحيوية: إذ يمكن تشخيص بعض الأمراض وتقييم استجابة المرضى للتدخلات العلاجية مثل زرع الخلايا الجذعية. والعلامات الحيوية هي مواد قابلة للقياس في الجسم وتدل على بعض الظواهر مثل المرض أو العدوى.
• اكتشاف الأدوية وتطويرها: إذ تساعد دراسة البروتينات على تحديد حركة الأدوية داخل الجسم ودراسة والتفاعلات بين المضيف والجسم الممرض لتحديد المؤشرات الحيوية، وإجراء تحقيقات على مستوى النظام المناعي بشأن عمل الأدوية وسمّيتها ومقاومتها وفعاليتها.[3]

المتوقع أن تتطور طرائق تحليل البيانات البروتينية بسرعة إلى جانب التطورات المتوقعة في التقنيات الأخرى، مما سيعطي المجال الطبي دفعة قوية للأمام.

المصادر:

[1] EBI

[2] Science Direct

[3] Technology Networks

Author: Hasan Abdulrahman

مهندس اختصاصي في الهندسة الطبية الحيوية ، مهتم بالبرمجة والذكاء الصنعي ودمجهما مع الطب.