يحدث داخل الخلية: الطوبولوجيا في مكافحة السرطان

1. يحدث داخل الخلية: الطوبولوجيا في مكافحة السرطان H A P P E N S I N S I D E T H E C E L L د. نافع الشبيلي قسم الرياضيات جامعة الامارات العربية المتحدة http://faculty.uaeu.ac.ae/nafaachbili

2. شيء من التاريخ في سنة 1954 وداخل هذا المقهى المقابل لجامعة كمبريدج أعلن الباحثان كريك Crick و واتسون Watson عن توصلهما الى أحد أهم الاكتشافات العلمية في التاريخ الحديث: لقد توصلا الى فهم بنية وطريقة عمل الحمض النووي DNA: خازن أسرار الحياة The secret of life

3. الحمض النووي يوجد الحمض النوويDNA داخل الخلية الحية ويلعب دورا رئيسيا في عملية تكاثر الخلايا كما أنه يحمل كل المعلومات الوراثية. مهد اكتشافه لثورة هائلة في علم البيولوجيا وتطورت بفضله معرفتنا بالكائنات الحية.

4. خاصيات الحمض • إذا قمنا بتكبير الخلية الى حجم كرة القدم فان الحمض النووي سيكون عبارة عن شريط طوله 200 كلم. • هذا الشريط هو عبارة عن سلم درجاته وحدات كيمائية وطرفاه يلتفان حول بعضهما في شكل حلزوني • درجات السلم تتكون من الجينات التي تخزن كل المعطيات الوراثية للبشر.

5. الحمض النووي الدائري الحمض النووي عند بعض الكائنات وخصوصا الفيروسات والبكتيريا يكون في شكل دائري.

6. يكون الحمض النووي في أشكال هندسية معقدة و وضعيات مختلفة وفي حالة حركة داخل الخلية وذلك تبعا لخاصية المجال. • تبدأ عملية تكاثر الخلية بانقسام الحمض النووي الى نسختين متطابقتين تماما يبقى الأول في الخلية الأم ويذهب الثاني الى الخلية الوليدة. • لا ينقسم الحمض الا اذا كان في حالته ”الطبيعية“ ولذلك فان كل تغير ”طوبولوجي“ سيعيق تكاثر الخلية وقد يؤدي الى موتها. • مثال التغييرات الطوبولوجية: الالتفاف, ظهور عقد في الحمض الدائري. • ظهور عقد في الخلية يؤدي عادة الى موت الخلية.ولذلك فان نواة الخلية تكون مسرح حرب لا تهدأ بين البروتينات ”الشريرة“ التي تصنع العقد والبروتينات ”الخيرة“ التي تقوم بحلها.

7. نظرية العقد وعلاقتها بالبيولوجيا • نظرية العقد Knot Theory نظرية رياضية تبحث في تصنيف العقد وتمييزها عن بعضها البعض. • خذ قطعة من الخيط اعقدها كما تشاء ثم صل طرفي الخيط ببعضيهما لكي تحصل على عقدة:

8. أمثلة: اللاعقدة: Unknot عقد أخرى: عقدة التريفل: Trefoil تريفل داخل الخلية: صورة بالمجهر الالكتروني عقدة الثمانية: Figure 8

9. هل من السهل تمييز العقد عن بعضها البعض؟ • هل أن الصورة تمثل عقدة أم لا عقدة؟ • لأجل تصنيف العقد وتمييزها نقوم باسقاطها من الفضاء الى المستوي ثم نحصي عدد التقاطعات التي تظهر في الرسم.

12. الرياضيات والبيولوجيا جنبا الى جنب • يقوم علماء البيولوجيا في مخابرهم بتتبع التغييرات التي تطرأ على شكل ”طبولوجيا“ الحمض النوويDNA عند تعرضه للفيروسات أو الى عمل بعض الأنزيمات. • يقوم الرياضيون بالتعرف على هذه التغييرات وصياغة نموذج رياضي لعمل هذه الأنزيمات مما يساعد على التنبؤ بكل الأشكال التي يمكن أن تحدث. مثال ذلك التعرف على نوعية العقد التي يمكن أن تظهر في الحمض النووي.

13. نظرية العقد في مكافحة مرض السرطان • توصل العلماء الى اكتشاف أنزيم ”الطوبوايزميرايز Topoisomerase“ الذي يعمل على حل العقد التي يتعرض لها الحمض النووي. • عندما تنشأ عقدة في الحمض النووي فان الخلية تصير مهددة بالموت لانها غير قابلة للانقسام. ولذلك فان هذا الأنزيم مهم جدا لضمان حياة الخلية. • اذا كانت الخلية سرطانية فانه من الواجب القضاء عليها كي لا تنتشر الخلايا السرطانية وتهدد حياة الانسان. • طور العلماء أدوية من بينها ”الايتوبسايد“ الذي • يعمل على القضاء على انزيم “الطوبوايزميرايز“ • في الخلية السرطانية. • عندما يغيب هذا الانزيم فان العقد تكثر داخل الخلية بفعل عدة عوامل مما يؤدي الى عدم قدرة الحمض النووي على الانقسام وينتهي الأمر بموت الخلية السرطانية و الى شفاء المريض. • هذه هي الطريقة المستعملة في العلاج الكيميائي ”Chemotherapy“ لمرضى السرطان.