کشف مکانیسم تولید تار عنکبوت می‌تواند در درمان آلزایمر به ما کمک کند

واقعا باید به عنکبوت‌ها غبطه بخوریم. فرض کنید بتوانید مانند آن‌ها ابریشم تولید کنید، تار ببافید، آن را پرتاب کنید تا به کمک آن از جایی به جای دیگر بروید، همیشه خط ایمنی به محکمی فولاد داشته باشید یا هر زمان که به استراحت نیاز داشته باشید، با استفاده از آن محلی برای استراحت خود درست کنید.

با توجه به خواص شگفت‌انگیز ابریشم عنکبوت، عجیب نیست که دانشمندان دهه‌ها در تلاش برای کشف اسرار آن بوده‌اند.

اگر بتوانیم فرایند تولید رشته‌های ابریشم توسط عنکبوت را درک کنیم و آن را بازتولید کنیم، می‌توانیم ابریشم مصنوعی عنکبوت را تولید کنیم که کاربردهای پزشکی مختلفی می‌تواند داشته باشد. برای مثال، ابریشم مصنوعی می‌تواند به بازسازی اعصابی که مغز و اندام‌ها را به هم متصل می‌کنند، کمک کند و می‌تواند داروها را مستقیما به سلول‌های هدف انتقال دهد.

به‌نوشته‌ی وب‌سایت کانورسیشن، ابریشم عنکبوت از پروتئین‌هایی به نام اسپیدروئین ساخته شده است که عنکبوت آن را در غده ابریشم موجود در شکم خود ذخیره می‌کند. انواع مختلفی از اسپیدروئین برای بافتن انواع مختلف ابریشم وجود دارد. عنکبوت این پروتئین‌ها را به شکل مایعی شبیه قطرات روغن ذخیره می‌کند. یکی از سوالاتی که مدت‌ها است دانشمندان را مشغول خود کرده است، این است که عنکبوت چگونه قطرات مایع پروتئینی را به ابریشم تبدیل می‌کند. بنابراین، گروهی از پژوهشگران تصمیم گرفتند بررسی کنند که چرا اسپیدروئین‌ها به شکل قطره درمی‌آیند تا به بازتولید فرایند ساختن ابریشم توسط عنکبوت نزدیک‌تر شوند.

ترفندی که عنکبوت‌ها از آن برای سرعت بخشیدن به فرایند تولید تارهای ابریشم استفاده می‌کنند، می‌تواند برای بهبود روند تولید ابریشم مصنوعی یا حتی برای توسعه روش‌های جدید تولید تارهای ابریشمی استفاده شود.

در سال ۲۰۱۷، پژوهشگران دریافتند که با تقلید از غده ابریشم می‌توانند الیاف ابریشم مصنوعی بسازند، اما نمی‌دانستند درون عنکبوت چه اتفاقی می‌افتد. آن‌ها اکنون می‌دانند که تشکیل قطرات باعث افزایش سرعت تشکیل رشته‌ها می‌شود.

یک سرنخ مهم برای ارتباط بین قطره‌ها و الیاف از حوزه غیرمنتظره‌ای از پژوهش‌های دانشمندان یعنی بیماری‌های آلزایمر و پارکینسون به دست آمد. پروتئین‌هایی که در این بیماری‌ها نقش دارند (آلفا-سینوکلئین و تائو) می‌توانند در سلول‌های انسان به شکل قطرات ریز روغن‌مانندی تجمع پیدا کنند.

تائو پروتئینی است که به تثبیت اسکلت داخلی سلول‌های عصبی (نورون‌ها) در مغز کمک می‌کند. مواد مغذی و سایر مواد ضروری از راه این اسکلت داخلی لوله‌مانند به قسمت‌های مختلف نورون می‌رسند.

در بیماری آلزایمر شکل ناهنجاری از تائو تجمع پیدا می‌کند و به پروتئین‌های طبیعی تائو می‌چسند و کلاف‌های تائو را ایجاد می‌کند. آلفا-سینوکلئین نیز پروتئینی است که به فراوانی در سلول‌های عصبی تولیدکننده دوپامین یافت می‌شود. اشکال غیرطبیعی پروتئین آلفا-سینوکلئین با بیماری پارکینسون ارتباط دارد.

وقتی پروتئین‌های مذکور در سلول‌های انسانی مانند اسپاگتی پخته‌شده درهم‌تنیده می‌شوند، قطرات روغن‌مانندی از این پروتئین‌ها می‌تواند تشکیل شود. در ابتدا مانند قطرات روغنی اسپیدروئین، این پروتئین‌ها انعطاف‌پذیر و کشسان هستند. اما اگر پروتئین‌ها درهم‌تنیده باقی بمانند، به هم می‌چسبند، تغییرشکل می‌دهند و به الیاف سختی تبدیل می‌شوند. این کلاف‌ها در بیماری‌های تخریب‌کننده عصب مانند آلزایمر می‌تواند برای انسان سمی باشد.

اسپیدروئین‌ها هم می‌توانند قطره تشکیل دهند. این موضوع پژوهشگران را به این فکر انداخت که آیا همان مکانیسمی که موجب تخریب عصبی در انسان‌ها می‌شود، می‌تواند به عنکبوت‌ها کمک کند تا اسپیدروئین‌های مایع را به رشته‌های ابریشم سفت تبدیل کنند.

برای پی‌بردن به این موضوع، از نوعی اسپیدروئین مصنوعی به نام NT2RepCT استفاده شد که می‌تواند توسط باکتری‌ها تولید شود. زیر میکروسکوپ، می‌توان مشاهده کرد که وقتی اسپیدروئین مصنوعی مذکور در بافر فسفات (نوعی نمک که در غده ابریشم عنکبوت وجود دارد) حل می‌شود، قطرات مایع تشکیل می‌شود. این امر به پژوهشگران اجازه داد شرایط شبیه تولید ابریشم عنکبوت را در آزمایشگاه تکرار کنند.

در مرحله بعد، پژوهشگران نحوه عملکرد پروتئین‌های اسپیدروئین را هنگام تشکیل قطرات بررسی کردند. آن‌ها از روش طیف‌سنجی جرمی استفاده کردند تا چگونگی تغییر وزن پروتئین‌ها را هنگام تشکیل قطرات بررسی کنند و دریافتند که اسپیدروئین‌ها که درحالت عادی به صورت جفت کنار هم قرار می‌گیرند، هنگام تشکیل قطره به شکل مولکول‌های منفرد از هم جدا می‌شوند.

پژوهشگران می‌گویند باید بررسی‌های بیشتری انجام دهند تا متوجه شوند که چگونه این قطرات پروتئین به عنکبوت‌ها در تولید ابریشم کمک می‌کند. پژوهش‌های گذشته نشان داده‌اند که اسپیدروئین‌ها دارای بخش‌های مختلفی به نام دومین یا دامنه هستند که عملکردهای جداگانه‌ای دارند.

قسمت انتهایی اسپیدروئین که «دامنه پایانه c» نامیده می‌شود، موجب می‌شود این پروتئین‌ها جفت تشکیل دهد. پایانه c همچنین وقتی با اسید در تماس قرار می‌گیرد، تشکیل رشته می‌دهد. بنابراین، پژوهشگران اسپیدروئینی ایجاد کردند که فقط حاوی دامنه پایانه c بود و توانایی آن را ازنظر تشکیل رشته آزمایش کردند. زمانی که آن‌ها از بافر فسفات برای درهم‌تنیدن پروتئین‌ها و تبدیل‌ آن‌ها به قطره استفاده کردند، قطرات فورا به رشته‌های سخت تبدیل شدند. وقتی بدون اینکه قطرات اول تشکیل شوند، اسید اضافه شد، تشکیل الیاف بسیار بیشتر طول کشید. این امر منطقی است، زیرا مولکول‌های اسپیدروئین باید برای تشکیل فیبر یکدیگر را پیدا کنند. در هم تابیده‌شدن اسپیدروئین‌ها به آن‌ها کمک می‌کند، سریعا به شکل ابریشم درآیند.

یافته‌های مطالعه حاضر به ما می‌گوید که چگونه عنکبوت می‌تواند به سرعت اسپیدروئین‌های خود را به رشته‌ای محکم تبدیل کند. این مطالعه همچنین نشان می‌دهد طبیعت چگونه از همان مکانیسمی که می‌تواند پروتئین‌های مغز را سمی کند، استفاده می‌کند تا برخی از شگفت‌انگیزترین ساختارهای خود را ایجاد کند.

تشابه شگفت‌انگیز بین تولید ابریشم توسط عنکبوت و فیبرهایی که برای انسان سمی هستند، می‌تواند روزی به سرنخ‌های جدیدی برای نحوه مبارزه با اختلالات تخریب‌کننده عصب منجر شود. ممکن است با مطالعه مکانیسم تولید تارهای ابریشم توسط عنکبوت بتوان روشی برای ممانعت از چسبیدن پروتئین‌ها پیدا کرد.