دكتر عماد تاج خورشيد، بيوفيزيكدان برجسته ايراني و استاد دانشگاه «ايلينويز» آمريكا و همكارانش با شبيهسازي رايانهيي عملكرد كانالهاي آب در غشاء سلولهاي عدسي چشم موفق به كشف اساس مولكولي نوع شايعي از بيماري آب مرواريد چشم شدند.
به گزارش خبرنگار «پژوهشي» خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا)، دكتر عماد تاج خورشيد، استاديار بخش بيوفيزيك دانشگاه «ايلينويز» در حال حاضر سرپرستي يكي از شناخته شدهترين گروههاي تحقيقاتي فعال در زمينه شبيه سازي ساختارهاي سلولي را بر عهده داشته و موفقيتهاي علمي وي و همكارانش طي چند سال اخير بازتاب وسيعي در مجامع علمي بيولوژي جهان داشته است.
اين دانشمند ايراني كه تحصيلات دانشگاهي خود را در دانشگاه علوم پزشكي تهران در رشته داروسازي و دانشگاه «هايدلبرگ» آلمان در مقطع دكتري بيوفيزيك پشت سر گذاشته، در سال 2000 به عنوان محقق پست دكتري به دانشگاه «ايلينويز» آمريكا رفته و در حال حاضر به عنوان استاديار بيوفيزيك در زمينه شبيهسازي رايانهيي ساختمان و سازوكار عملكرد پروتئينهاي موثر در انتقال مواد از غشاء سلولها فعاليت دارد.
دكتر تاج خورشيد سال گذشته با كشف و شبيهسازي رايانهيي يكي از پيچيدهترين فرآيندهاي سلولي، جايزه مشترك بنياد ملي علوم آمريكا و مجله علمي «ساينس» را به خود اختصاص داد.
تحقيقات دكتر تاج خورشيد كه در ادامه كشفيات دكتر «پيتر آگره» درباره اين پروتئينها انجام شده، نقش موثري در تبيين و توسعه كشفيات اين دانشمند دانشكده پزشكي دانشگاه «جان هاپكينز» آمريكا و اعطاي جايزه نوبل شيمي 2003 به وي داشته است.
دكتر تاجخورشيد در گفتوگويي تلفني با خبرنگار «پژوهشي» ايسنا، درباره فعاليتها و يافتههاي علمي اخيرش اظهار داشت: من و دانشجويانم روي گروهي از پروتئينها كار مي كنيم كه در غشاء سلولهاي تمام جانداران حتي در باكتريها و ميكروبها وجود دارند و به عنوان كانال انتقال آب در سلولها عمل ميكنند.
اين كانالها به ويژه در سلولهايي كه بايد حجم زيادي از آب را مبادله كنند از اهميت خاصي برخوردار هستند.
نمونه اين قبيل سلولها در بدن انسان سلولهاي كليه هستند كه روزانه صدها ليتر آب را مبادله ميكنند و اختلال در عملكرد كانالهاي آب در آنها به بيماريهايي نظير ديابت بيمزه منجر ميشود كه در آن حجم ادرار بيمار به شدت افزايش مييابد.
وي خاطر نشان كرد: عدسي چشم يكي ديگر از اعضاي بدن است كه وجود اين كانالها در آن از اهميت مضاعفي برخودار بوده و هرگونه اختلال در عملكرد كانالهاي آب در سلولهاي آن ميتواند به بروز بيماريهاي خاص در آن منجر شود.
كانالهاي آب در سلولهاي عدسي چشم نقش ثانويه بسيار مهمي را نيز ايفاء ميكنند كه نظم بخشيدن و تثبيت سلولهاي عدسي از طريق پيوند محكم پروتئينهاي كانالهاي غشايي در سلولهاي مجاور است.
تاج خورشيد تصريح كرد: سلولهاي فيبري موجود در عدسي چشم بايد كاملا به يكديگر متصل باشند چون در صورت كوچكترين اختلال در ارتباط آنها، انكسارنور و شفافيت عدسي كاهش مييابد كه به اين پديده كاتاراكت (آب مرواريد) گفته ميشود. البته بيماري آب مرواريد چشم انواع مختلفي دارد كه بر اساس عوامل مختلف كدر كننده عدسي چشم ايجاد ميشود.
وي خاطرنشان كرد: بررسي چندين خانواده در اروپا كه تمام اعضاي آنها به طور ارثي به آب مرواريد مبتلاء هستند نشان داده كه نوعي موتاسيون در يكي از كانالهاي آب در غشاء سلولهاي عدسي چشم آنها سبب بروز اين بيماري در چشم آنها شده است. اما نحوه اثر اين موتاسيون معلوم نبود كه شبيه سازيهاي رايانهيي ما نشان داد كه تنها با جابجايي يك اسيد آمينه ساختمان اين پروتئين كاملا دگرگون شده و نميتواند عملكرد خود را حفظ كرد.
به گفته اين دانشمند ايراني، وي و همكارانش با شبيه سازي كاملا موفق انجام شده توانستند در حد اتمي نشان دهند كه چگونه جهش يك ژن يا موتاسيون يك اسيد آمينه ميتواند باعث از بين رفتن ساختمان و مختل شدن عملكرد پروتئين در غشاء شود و در واقع توانستند نوع شايعي از بيماري آب مرواريد را در جزئيترين حد ممكن و در مقياس اتمي بررسي كنند.
پژوهشگر ايراني دانشگاه «ايلينويز» خاطر نشان كرد: اختلال در عملكرد كانالهاي انتقال آب در غشاء سلول كه به «آكواپورين» موسومند ميتواند به بروز برخي بيماريهاي پوستي نيز منجر شود. مبتلايان به اين بيماريها پوست بسيار خشكي دارند و در برابر تشنگي و تغييرات آب بدنشان شديدا حساسند و با مشكلات مختلفي در پوست و چشم و ساير اعضاي بدن مواجه ميشوند.
دكتر تاج خورشيد در گفتوگو با ايسنا خاطر نشان كرد: با اين كه بيش از يك دهه از شناسايي و تحقيقات درباره اين پروتئينها نميگذرد ولي روز به روز نقش فيزيولوژيك آنها بيش از پيش شناخته ميشود. تحقيقاتي كه ما در اين زمينه انجام ميدهيم مدل سازي رايانهيي عملكرد اين پروتئينها است كه كار اصلي آنها انتقال آب از غشاء سلول است. البته در برخي گونهها اين پروتئينها به گونهاي تكامل يافتهاند كه ميتوانند غير از آب مواد ديگري را هم انتقال دهند.
استاد بيوفيزيك دانشگاه «ايلينويز» در گفتوگو با ايسنا اضافه كرد: به عنوان نمونه در انگل مالاريا كانالهاي آب در غشاء سلول علاوه بر آب، مولكولهاي قندي كوچكي را نيز منتقل ميكنند كه براي انگل بسيار ضروري است.
انگل مالاريا هنگامي كه به خون انسان يا ساير جانوران راه مييابد در مرحله توليد مثل به جذب مقدار زيادي مواد قندي به داخل سلول نياز مبرم دارد كه اين كار از طريق همين كانالها انجام ميشود . البته اين كانالها از جهت ديگري هم براي ادامه حيات انگل ضروري هستند و آن وقتي است كه انگل در هنگام عبور از كليه انسان كه فشار اسمزي فوق العاده شديدي دارد بايد مقدار آب درون سلولهايش را به سرعت تنظيم كند.
وي خاطر نشان كرد: با توجه به شناسايي نقش حياتي كانالهاي آب و قند در زندگي انگل مالاريا ميتوان با ساخت تركيبي كه بتواند عملكرد اين كانالها را مختل كند به دارويي بسيار مؤثر عليه اين انگل دست يافت.
دكتر تاج خورشيد در ادامه با اشاره به اهميت بالاي پروتيئنهاي غشايي در تحقيقات بيماري شناسي و داروسازي كه تقريبا حدود 50 درصد داروهاي موجود در بازار بر عملكرد اين قبيل پروتيئنها (گيرندههاي غشايي، كانالهاي غشايي و ...) مؤثرند، اظهار داشت: كانالهاي آب (آكواپورينها) كه محور تحقيقات ما هستند به نوعي استثناييترين انواع كانالهاي غشايي هستند چرا كه ساختار كريستالي سه بعدي چندين عضو اين خانواده كاملا مشخص شده است.
كريستاله كردن اين پروتئينهاي غشايي و تعيين ساختار آنها بسيار دشوار و فوق العاده هزينه بر است كه با انجام آن، امكان مطالعه اين پروتئينها با تمامي جزئيات فراهم شده و ميتوان سازوكار بر هم كنش آنها با داروها، چگونگي افزايش تمايل و قدرت اتصال آنها به داروها و نحوه مهار عملكرد آنها را به سهولت مشخص كرد.
وي در گفت و گو با ايسنا خاطر نشان كرد: با تحقيقات گسترده صورت گرفته ساختمان سه بعدي چندين پروتئين از خانواده آكواپورينها كه مربوط به گونههايي از پستانداران و باكتريها هستند مشخص شده است.
دكتر تاج خورشيد تصريح كرد: ما در تحقيقات مدل سازيمان، ساختار سه بعدي اين پروتئينها را كه موقعيت هر يك از اتمهاي آنها مشخص است شبيه سازي كرده و در مدل رايانهيي غشاء سلول قرار ميدهيم و با استفاده از ابررايانهها بر هم كنش اين سيستمهاي پيچيده بيولوژيك را كه از صدها هزار اتم مختلف تشكيل شدهاند بررسي كرده و نتايج شبيه سازي را مورد تجزيه و تحليل قرار ميدهيم.
در نتيجه اين تحقيقات توانستهايم نحوه عملكرد گروههاي مختلف در اين پروتئينها را مشخص كرده و تاثيرات جابجايي (موتاسيون) در هر يك از اين گروهها را شبيه سازي و پيشبيني كنيم كه يافتههاي جالب توجه اين پژوهشها طي چهار سال اخير در قالب نزديك به 20 مقاله در معتبرترين نشريات علمي تخصصي ارائه شده است.
دكتر تاج خورشيد درباره چشم انداز بهرهگيري از يافتههاي اين تحقيقات و امكان دستيابي به روشهايي براي پيشگيري يا درمان بيماريها به ايسنا گفت: شناخت اساس مولكولي بيماريها قطعا افق جديدي در درمان بيماريها در آينده خواهد بود. مثلا در مورد بيماري آب مرواريد اگر بتوان آن اسيد آمينه مشخصي را كه بروز موتاسيون در آن باعث بيماري است با تكنيكهاي ژنتيكي، جابجا كرد، احتمالا ميتوان در درمان بيماري از آن سود جست ولي به هر حال دستيابي به چنين توانايياي بسيار دشوار و زمانبر خواهد بود.
وي در پايان تصريح كرد: تاكنون تنها اساس مولكولي تعداد انگشت شماري از بيماريها مشخص شده است كه از جمله آنها بيماري خوني گلبولهاي داسي شكل است كه موتاسيون مسبب آن شناسايي شده است.
البته در بسياري از بيماريها اين كه مثلا فلان پروتئين كار نميكند مشخص است ولي مساله اساسي اين است كه چرا كار نميكند يا كدام بخش از ساختمان آن دچار مشكل شده چون تنها در اين صورت است كه ميتوان در آينده داروهايي توليد كرد به محل موتاسيون رفته و فقدان بخش آسيب ديده را جبران كنند.