فیلمستان

یک تیم تحقیقاتی بین المللی به سرپرستی یک دانشمند ایرانی پس از گذشت نزدیک به نیم قرن موفق به حل مشکل توپولوژی پروتئین شد.

استاد علیرضا ماشاجی ، استاد دانشگاه لیدن هلند ، در گفت و گو با ایسنا ، اظهار داشت: تکنیک توپولوژی مداری یکی از دستاوردهای تیم ما در زمینه ریاضیات و فیزیک نظری است. با استفاده از این روش ، ساختار داخلی پروتئین ها می توانند طبقه بندی و محاسبه شوند و کاربردهایی در زمینه های غیر پزشکی و صنعتی دارد. به عنوان مثال ، توپولوژی مداری می تواند در مهندسی شیمی ، هوش مصنوعی یا زبانشناسی مورد استفاده قرار گیرد.

وی گفت: پروتئین ها مولکولی هستند که بسیاری از عملکردهای بدن انسان را کنترل می کنند از جمله تولید انرژی ، انقباض ماهیچه ها ، مبارزه با عفونت های باکتریایی و ویروسی و عملکردهای مغزی مانند خواب و بیداری. به عبارت دیگر ، پروتئین ها زنجیره های مولکولی تاشو هستند که برای انجام کارهای مختلف در بدن باید شکل های خاصی به خود بگیرند. اما سؤال اساسی که پیش می آید این است که پروتئین به چه شکلی ظاهر می شود و چگونه تعریف می شود؟

و وی ادامه داد: همه ما مفهوم شکل را می دانیم. به عنوان مثال ، مغز ما چندین فنجان از رنگ های مختلف ، اندازه و مواد مختلف را از توپ متمایز می کند. اگرچه شیشه ها از جهات مختلفی متفاوت هستند ، اما یک چیز مشترک دارند: "شکل" ، همان چیزی است که ریاضیدانان توپولوژی می نامند.

المشقی گفت: "در طول قرن گذشته ، تحولات مهم از جمله توسعه روش های تصویربرداری کریستالوگرافی و طیف سنجی ، تعیین جنسیت ، اندازه و مهندسی پروتئین ها را ممکن ساخته است." اما توپولوژی پروتئین ها ناشناخته است. اگرچه ریاضیدانان با نظریه گره توانستند چین های زنجیره ای مانند طناب ها را مطالعه و طبقه بندی کنند ، اما این تئوری قادر به توضیح توپولوژی پروتئین ها نبود.

مدیر بخش بیوفیزیک پزشکی و مهندسی زیستی در مرکز تحقیقات دارویی لیدن ادامه داد: "دو دلیل اصلی مانع موفقیت تئوری گره وجود دارد. یکی این است که پروتئین ها برخلاف طناب چسبنده هستند و اتصالات درون زنجیره پروتئین وجود دارد. دوم اینکه اگر انتهای پروتئین ها را مانند طناب درهم بچسبانیم و بکشیم." پروتئین ها تخریب می شوند و در 97٪ موارد هیچ گره ای باقی نمی ماند.

ماشکی با اشاره به موفقیت تیمش در حل مسئله توپولوژی پروتئین گفت: "یک تئوری جدید به نام توپولوژی مدار به ما امکان می دهد تا پیوندها و سیناپسهای زنجیره پروتئینی را به طور همزمان طبقه بندی و مقایسه کنیم." این تئوری جدید راه های تحقیقاتی جدیدی را در زمینه های فیزیک پروتئین ، مهندسی پروتئین و مطالعات تکاملی باز خواهد کرد. ناهنجاری های پروتئین به ویژه در بروز بیماری های عصبی و همچنین برخی از انواع سرطان از جمله سرطان پستان و سرطان پروستات مشهود است. از این رو ، مطالعات توپولوژیکی می توانند در درک مکانیسم تحول ایجاد کرده و معالجه جدیدی پیدا کنند.

وی گفت: "این تحقیق ثمره حدود 10 سال تلاش دانشمندان و مراکز بسیاری از جمله دانشگاه لیدن در هلند ، دانشگاه هاروارد در ایالات متحده ، موسسه ماکس پلانک ، ESPCI در پاریس و دانشگاه استنفورد در ایالات متحده بود." آنها در این پروژه همکاری کردند. محققان دانشگاههای ایران مانند دانشگاه صنعتی شریف ، دانشگاه شیراز و دانشگاه کاشان نیز در این پروژه شرکت کردند. نتایج این پروژه در چندین مقاله منتشر شده و قسمت پایانی آن در مجله iScience منتشر شده است.

وی افزود: تیم ما همچنین برای اولین بار از روشهای آماری فیزیک در زمینه تشخیص پزشکی استفاده کرده است و یک مسیر تحقیقاتی جدید را هم در پزشکی و هم در فیزیک گشوده است. با استفاده از این روشها می توان بیماریها را زود و دقیق تشخیص داد.

ما بیماریهای چشم را درمان کرده ایم ، گفت: این دانشمند ایرانی ، که در زمینه تحقیقات بالینی چشم پزشکی نیز فعال است و علاوه بر کارهای تحقیقاتی اولیه ، در استفاده از روش متابولیک در بیماری های چشم پیشگام بوده است. از جمله موارد دیگر ، می توان از این روش ها برای درمان زخم های قرنیه و همچنین جلوگیری از رد پیوند قرنیه استفاده کرد.

ساخت میکروچیپ برای مطالعه بیماری های ویروسی

برای اولین بار در جهان ، پروفسور مشاچی یک چیپ کوچک برای بیماری های ویروسی از جمله ابولا ساخته است تا امیدهای خود را برای نجات جان هزاران بیمار نیازمند در سراسر جهان برآورده کند.

وی با اشاره به ساختن یک اندام نازک برای بررسی بیماری های ویروسی و ایمنی گفت: آزمایشگاه ما از موچین نوری برای مطالعه مولکول پروتئین ، خون یا سلول سرطانی و دستکاری آن استفاده می کند. بررسی بدن انسان در این ابعاد کوچک باعث می شود شاهد تغییراتی باشیم که به طور عادی از چشم پنهان می شوند. این تغییرات کوچک ، البته ، می تواند گسترش یابد و منجر به تظاهرات بالینی مهمی مانند مقاومت به دارو یا عوارض جانبی خطرناک دارو شود. این مطالعات به سؤال مهم پاسخ می دهند که چرا یک روش درمانی در یک فرد انجام می شود اما دیگری نیست. چرا برخی از بیماری ها مانند ابولا و کرونا در بعضی از افراد باعث مرگ شدید می شود و نه برخی دیگر؟

مشاجی گفت: "پس از فهمیدن رفتار تک سلولی با کمک فورسپس های نوری یا روش های شیمیایی (از جمله متابولیسم تک سلولی) ، این سلول ها می توانند در بدن قرار بگیرند تا اثر سلولهای دیگر در ایجاد بیماری و پاسخ به درمان را ببینند." تیم ما این کار را با شبیه سازی اعضای یک تراشه (تراشه های عضو) انجام می دهد. مدلهای حیوانی را می توان با تکنولوژی تراشه نوک جایگزین کرد

یک تیم تحقیقاتی بین المللی به سرپرستی یک دانشمند ایرانی پس از گذشت نزدیک به نیم قرن موفق به حل مشکل توپولوژی پروتئین شد.

استاد علیرضا ماشاجی ، استاد دانشگاه لیدن هلند ، در گفت و گو با ایسنا ، اظهار داشت: تکنیک توپولوژی مداری یکی از دستاوردهای تیم ما در زمینه ریاضیات و فیزیک نظری است. با استفاده از این روش ، ساختار داخلی پروتئین ها می توانند طبقه بندی و محاسبه شوند و کاربردهایی در زمینه های غیر پزشکی و صنعتی دارد. به عنوان مثال ، توپولوژی مداری می تواند در مهندسی شیمی ، هوش مصنوعی یا زبانشناسی مورد استفاده قرار گیرد.

وی گفت: پروتئین ها مولکولی هستند که بسیاری از عملکردهای بدن انسان را کنترل می کنند از جمله تولید انرژی ، انقباض ماهیچه ها ، مبارزه با عفونت های باکتریایی و ویروسی و عملکردهای مغزی مانند خواب و بیداری. به عبارت دیگر ، پروتئین ها زنجیره های مولکولی تاشو هستند که برای انجام کارهای مختلف در بدن باید شکل های خاصی به خود بگیرند. اما سؤال اساسی که پیش می آید این است که پروتئین به چه شکلی ظاهر می شود و چگونه تعریف می شود؟

و وی ادامه داد: همه ما مفهوم شکل را می دانیم. به عنوان مثال ، مغز ما چندین فنجان از رنگ های مختلف ، اندازه و مواد مختلف را از توپ متمایز می کند. اگرچه شیشه ها از جهات مختلفی متفاوت هستند ، اما یک چیز مشترک دارند: "شکل" ، همان چیزی است که ریاضیدانان توپولوژی می نامند.

المشقی گفت: "در طول قرن گذشته ، تحولات مهم از جمله توسعه روش های تصویربرداری کریستالوگرافی و طیف سنجی ، تعیین جنسیت ، اندازه و مهندسی پروتئین ها را ممکن ساخته است." اما توپولوژی پروتئین ها ناشناخته است. اگرچه ریاضیدانان با نظریه گره توانستند چین های زنجیره ای مانند طناب ها را مطالعه و طبقه بندی کنند ، اما این تئوری قادر به توضیح توپولوژی پروتئین ها نبود.

مدیر بخش بیوفیزیک پزشکی و مهندسی زیستی در مرکز تحقیقات دارویی لیدن ادامه داد: "دو دلیل اصلی مانع موفقیت تئوری گره وجود دارد. یکی این است که پروتئین ها برخلاف طناب چسبنده هستند و اتصالات درون زنجیره پروتئین وجود دارد. دوم اینکه اگر انتهای پروتئین ها را مانند طناب درهم بچسبانیم و بکشیم." پروتئین ها تخریب می شوند و در 97٪ موارد هیچ گره ای باقی نمی ماند.

ماشکی با اشاره به موفقیت تیمش در حل مسئله توپولوژی پروتئین گفت: "یک تئوری جدید به نام توپولوژی مدار به ما امکان می دهد تا پیوندها و سیناپسهای زنجیره پروتئینی را به طور همزمان طبقه بندی و مقایسه کنیم." این تئوری جدید راه های تحقیقاتی جدیدی را در زمینه های فیزیک پروتئین ، مهندسی پروتئین و مطالعات تکاملی باز خواهد کرد. ناهنجاری های پروتئین به ویژه در بروز بیماری های عصبی و همچنین برخی از انواع سرطان از جمله سرطان پستان و سرطان پروستات مشهود است. از این رو ، مطالعات توپولوژیکی می توانند در درک مکانیسم تحول ایجاد کرده و معالجه جدیدی پیدا کنند.

وی گفت: "این تحقیق ثمره حدود 10 سال تلاش دانشمندان و مراکز بسیاری از جمله دانشگاه لیدن در هلند ، دانشگاه هاروارد در ایالات متحده ، موسسه ماکس پلانک ، ESPCI در پاریس و دانشگاه استنفورد در ایالات متحده بود." آنها در این پروژه همکاری کردند. محققان دانشگاههای ایران مانند دانشگاه صنعتی شریف ، دانشگاه شیراز و دانشگاه کاشان نیز در این پروژه شرکت کردند. نتایج این پروژه در چندین مقاله منتشر شده و قسمت پایانی آن در مجله iScience منتشر شده است.

وی افزود: تیم ما همچنین برای اولین بار از روشهای آماری فیزیک در زمینه تشخیص پزشکی استفاده کرده است و یک مسیر تحقیقاتی جدید را هم در پزشکی و هم در فیزیک گشوده است. با استفاده از این روشها می توان بیماریها را زود و دقیق تشخیص داد.

ما بیماریهای چشم را درمان کرده ایم ، گفت: این دانشمند ایرانی ، که در زمینه تحقیقات بالینی چشم پزشکی نیز فعال است و علاوه بر کارهای تحقیقاتی اولیه ، در استفاده از روش متابولیک در بیماری های چشم پیشگام بوده است. از جمله موارد دیگر ، می توان از این روش ها برای درمان زخم های قرنیه و همچنین جلوگیری از رد پیوند قرنیه استفاده کرد.

ساخت میکروچیپ برای مطالعه بیماری های ویروسی

برای اولین بار در جهان ، پروفسور مشاچی یک چیپ کوچک برای بیماری های ویروسی از جمله ابولا ساخته است تا امیدهای خود را برای نجات جان هزاران بیمار نیازمند در سراسر جهان برآورده کند.

وی با اشاره به ساختن یک اندام نازک برای بررسی بیماری های ویروسی و ایمنی گفت: آزمایشگاه ما از موچین نوری برای مطالعه مولکول پروتئین ، خون یا سلول سرطانی و دستکاری آن استفاده می کند. بررسی بدن انسان در این ابعاد کوچک باعث می شود شاهد تغییراتی باشیم که به طور عادی از چشم پنهان می شوند. این تغییرات کوچک ، البته ، می تواند گسترش یابد و منجر به تظاهرات بالینی مهمی مانند مقاومت به دارو یا عوارض جانبی خطرناک دارو شود. این مطالعات به سؤال مهم پاسخ می دهند که چرا یک روش درمانی در یک فرد انجام می شود اما دیگری نیست. چرا برخی از بیماری ها مانند ابولا و کرونا در بعضی از افراد باعث مرگ شدید می شود و نه برخی دیگر؟

مشاجی گفت: "پس از فهمیدن رفتار تک سلولی با کمک فورسپس های نوری یا روش های شیمیایی (از جمله متابولیسم تک سلولی) ، این سلول ها می توانند در بدن قرار بگیرند تا اثر سلولهای دیگر در ایجاد بیماری و پاسخ به درمان را ببینند." تیم ما این کار را با شبیه سازی اعضای یک تراشه (تراشه های عضو) انجام می دهد. مدلهای حیوانی را می توان با تکنولوژی تراشه نوک جایگزین کرد