ابررایانه آمریکایی با توان پردازش ۲۰۰ هزار تریلیون عملیات در ثانیه، نحوه ترمیم DNA را نشان می‌دهد
بازتاب–در دنیای پیچیده زیست‌شناسی، DNA مانند یک کتاب دستورالعمل برای بدن عمل می‌کند. اما این کتاب همیشه سالم نمی‌ماند و در اثر عوامل مختلف مانند اشعه‌های مضر، مواد شیمیایی یا حتی اشتباهات طبیعی در کپی‌برداری، دچار آسیب می‌شود. خوشبختانه، بدن ما مجهز به یک سیستم پیشرفته ترمیم DNA است که از بروز مشکلات جدی، از جمله سرطان، جلوگیری می‌کند.
اما این سازوکار چگونه کار می‌کند؟ گروهی از دانشمندان دانشگاه ایالتی جورجیا تصمیم گرفتند با کمک یکی از قوی‌ترین ابررایانه‌های جهان، Summit، این فرآیند را با دقتی بی‌سابقه شبیه‌سازی کنند. نتیجه این تحقیق، اطلاعات شگفت‌انگیزی درباره چگونگی ترمیم DNA و نقش یک مجتمع مولکولی مهم به نام PInC در این فرآیند ارائه داد.
راز یک مسیر نجات‌بخش
بدن ما از یک مسیر ترمیمی به نام ترمیم نوکلئوتیدی برشی (NER) برای ترمیم DNA آسیب‌دیده استفاده می‌کند. این مسیر شامل چندین پروتئین خاص است که مانند یک تیم امداد و نجات عمل می‌کنند و مراحل شناسایی، تأیید و ترمیم را انجام می‌دهند.
یکی از اجزای کلیدی این مسیر، مجتمع پیش‌برش (PInC) است که نقش مهمی در تنظیم فرآیندهای پایانی ترمیم ایفا می‌کند. اما چگونگی عملکرد این سازوکار پیچیده، تاکنون یک معما بود.
ابررایانه‌ای که به قلب DNA نفوذ کرد
ابررایانه Summit با توانایی پردازش ۲۰۰ هزار تریلیون محاسبه در ثانیه، به دانشمندان این امکان را داد که حرکات مولکول‌های PInC را با دقتی بی‌نظیر شبیه‌سازی کنند.
پروفسور ایوایلو ایوانوف، سرپرست این تحقیق، می‌گوید:
ما دیدیم که چگونه اجزای مختلف این مجتمع مانند قطعات یک ماشین پیچیده با هم حرکت می‌کنند و چگونه جهش‌های ژنتیکی می‌توانند در عملکرد این ماشین اختلال ایجاد کنند.
DNA چگونه خود را ترمیم می‌کند؟
دانشمندان دریافتند که مسیر NER در سه مرحله اصلی عمل می‌کند:
شناسایی آسیب – پروتئین XPC مانند یک امدادگر محل آسیب را پیدا کرده و DNA را به‌گونه‌ای می‌چرخاند که سایر پروتئین‌های ترمیمی بتوانند به آن دسترسی داشته باشند.
بررسی و تأیید – پروتئین‌های دیگر به محل آسیب می‌رسند و میزان تخریب را ارزیابی می‌کنند.
ترمیم نهایی – بخش‌های آسیب‌دیده DNA بریده شده و با نسخه‌ای سالم جایگزین می‌شوند.
ارتباط جهش‌های ژنتیکی با بیماری‌های خطرناک
نتایج این تحقیق نشان داد که جهش در برخی از پروتئین‌های کلیدی، مانند XPF و XPG، می‌تواند منجر به بیماری‌های خطرناکی شود، از جمله:
Xeroderma Pigmentosum – بیماری‌ای که حساسیت فرد را به نور خورشید افزایش داده و خطر سرطان پوست را بالا می‌برد.
سندرم Cockayne – که رشد طبیعی را مختل کرده، باعث مشکلات شنوایی و بینایی می‌شود و روند پیری را تسریع می‌کند.
به گفته ایوانوف:
ما اکنون می‌توانیم مکان دقیق جهش‌های خطرناک را روی مدل‌های خود مشخص کنیم و بهتر درک کنیم که چگونه این بیماری‌ها به وجود می‌آیند.
نسل جدید تحقیقات با ابررایانه Frontier
ابررایانه Summit پس از ۶ سال فعالیت در پایان سال ۲۰۲۴ بازنشسته شد، اما تحقیقات ادامه دارد. اکنون دانشمندان قصد دارند از نسل جدید ابررایانه Frontier، که قوی‌ترین ابررایانه جهان است، برای بررسی ترمیم DNA در ژن‌های فعال استفاده کنند.
این پژوهش نه‌تنها می‌تواند به درک بهتر بیماری‌های ژنتیکی کمک کند، بلکه راه را برای روش‌های درمانی نوین هموار خواهد کرد. شاید در آینده‌ای نه‌چندان دور، بتوانیم با الهام از این سازوکار طبیعی، راهی برای جلوگیری از پیری زودرس و حتی درمان برخی از انواع سرطان پیدا کنیم.
