التطور القائم على الحمض النووي الريبي

التطور القائم على الحمض النووي الريبوزي (RNA) نظرية تفترض أن الحمض النووي الريبوزي ليس مجرد وسيط بين نموذج واتسون وكريك لجزيء الحمض النووي (DNA) والبروتينات ، بل هو عنصر فاعل أكثر ديناميكية واستقلالية في تحديد النمط الظاهري . فمن خلال تنظيم عملية النسخ في تسلسلات الحمض النووي، واستقرار الحمض النووي الريبوزي، وقدرة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) على الترجمة ، تسمح عمليات معالجة الحمض النووي الريبوزي بتخليق مجموعة متنوعة من البروتينات من جين واحد . ولأن معالجة الحمض النووي الريبوزي صفة وراثية، فهي تخضع للانتقاء الطبيعي الذي اقترحه داروين، وتساهم في تطور وتنوع معظم الكائنات حقيقية النواة .

وفقًا للعقيدة المركزية لعلم الأحياء الجزيئي، ينقل الحمض النووي الريبوزي (RNA) المعلومات بين الحمض النووي (DNA) في الجينوم والبروتينات المُعبر عنها داخل الكائن الحي. ^{[ 1 ]} لذا، من منظور تطوري، تؤدي الطفرة في قواعد الحمض النووي إلى تغيير في نسخ الحمض النووي الريبوزي، مما يُحدث بدوره اختلافًا مباشرًا في النمط الظاهري. يُعتقد أيضًا أن الحمض النووي الريبوزي كان المادة الوراثية لأولى أشكال الحياة على الأرض. ويُدعم دور الحمض النووي الريبوزي في نشأة الحياة بسهولة تكوينه من لبنات بناء كيميائية أساسية (مثل الأحماض الأمينية والسكريات والأحماض الهيدروكسيلية ) التي يُحتمل وجودها قبل 4 مليارات سنة. ^{[ 2 ] [ 3 ]} كما ثبت أن جزيئات الحمض النووي الريبوزي قادرة على التضاعف الذاتي بفعالية، وتحفيز التفاعلات الأساسية، وتخزين المعلومات الوراثية. ^{[ 4 ] [ 5 ]} ومع تطور الحياة عبر الزمن، لم يكن سوى الحمض النووي (DNA)، الأكثر استقرارًا كيميائيًا من الحمض النووي الريبوزي، قادرًا على دعم الجينومات الكبيرة، وفي النهاية تولى دور الناقل الرئيسي للمعلومات الوراثية. ^{[ 6 ]}

تستطيع جزيئات الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة أن تتخذ شكلاً معقداً بمفردها. وتتشكل هذه البنى الثانوية والثالثية من خلال اقتران القواعد داخل الجزيء. ^{[ 7 ]} يوجد توازن دقيق بين الفوضى والنظام يُسهّل تكوين بنية فعّالة. تُشكّل سلاسل الحمض النووي الريبي أزواج قواعد متكاملة. تتزاوج هذه السلاسل المتكاملة مع بعضها، مما ينتج عنه شكل ثلاثي الأبعاد ناتج عن انطواء السلاسل المزدوجة على نفسها. ينشأ الشكل الثانوي من اقتران القواعد بروابط هيدروجينية بين السلاسل، بينما ينشأ الشكل الثالثي من انطواء الحمض النووي الريبي. تتكون البنية ثلاثية الأبعاد من أخاديد وحلزونات. ^{[ 8 ]} يُشير تكوين هذه البنية المعقدة إلى احتمال أن تكون الحياة المبكرة قد نشأت بواسطة الحمض النووي الريبي.

أظهرت الأبحاث التي أُجريت خلال العقد الماضي أن خيوط الحمض النووي الريبوزي (RNA) لا تُنسخ ببساطة من مناطق الحمض النووي (DNA) وتُترجم إلى بروتينات. بل احتفظ الحمض النووي الريبوزي ببعض استقلاليته السابقة عن الحمض النووي، ويخضع لشبكة من عمليات المعالجة التي تُغير التعبير البروتيني عن ذلك المُقتصر على الحمض النووي الجينومي فقط. ^{[ 9 ]} تؤثر معالجة الحمض النووي الريبوزي على التعبير البروتيني من خلال إدارة نسخ تسلسلات الحمض النووي، واستقرار الحمض النووي الريبوزي، وترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA).

في المراحل الأولى من تاريخ تطور الأرض، كان الحمض النووي الريبوزي (RNA) المادة الأساسية للحياة. عمل الحمض النووي الريبوزي كنموذج للمادة الوراثية، وكان بمثابة المحفز لتكاثرها. حاليًا، يعمل الحمض النووي الريبوزي من خلال تكوين البروتينات، التي بدورها تقوم بتنفيذ التفاعلات التحفيزية. يُعد الحمض النووي الريبوزي بالغ الأهمية في التعبير الجيني، الذي يعتمد بدوره على الحمض النووي الريبوزي الرسول ( mRNA ) والحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ( rRNA ) والحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) . ^{[ 15 ]} ثمة علاقة بين البروتينات والحمض النووي الريبوزي، قد تشير إلى وجود تبادل للطاقة أو المعلومات بينهما. ^{[ 16 ]} أنتجت تجارب انتقاء الحمض النووي الريبوزي في المختبر حمضًا نوويًا يرتبط بقوة بالأحماض الأمينية. وقد تبين أن الأحماض الأمينية التي تتعرف عليها تسلسلات نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبوزي تتميز بتردد عالٍ بشكل غير متناسب للكودونات الخاصة بها. من المحتمل أن يكون الارتباط المباشر للأحماض الأمينية التي تحتوي على تسلسلات محددة من الحمض النووي الريبوزي قد أدى إلى شفرة وراثية محدودة. ^{[ 17 ]}

تعمل معظم عمليات معالجة الحمض النووي الريبوزي (RNA) بتناغم فيما بينها، مُنتجةً شبكات من العمليات التنظيمية التي تسمح بالتعبير عن مجموعة أوسع من البروتينات مقارنةً بتلك التي يُحددها الجينوم بدقة. ^{[ 9 ]} ويمكن أيضًا توريث هذه العمليات من جيل إلى جيل عبر النسخ العكسي إلى الجينوم. ^{[ 9 ] [ 18 ]} ومع مرور الوقت، تزداد احتمالية استمرار شبكات الحمض النووي الريبوزي التي تُنتج الأنماط الظاهرية الأكثر ملاءمة في التجمعات السكانية، مما يُسهم في التطور. وقد أظهرت الدراسات أن عمليات معالجة الحمض النووي الريبوزي كانت حاسمة بشكل خاص في التطور الظاهري السريع للفقاريات ، حيث تُفسر القفزات الكبيرة في النمط الظاهري بتغيرات في عمليات معالجة الحمض النووي الريبوزي. ^{[ 19 ]} كما كشفت عمليات البحث في الجينوم البشري عن عمليات معالجة الحمض النووي الريبوزي التي وفرت "مساحة تسلسلية كبيرة لمزيد من التباين". ^{[ 20 ]} وبشكل عام، تُوسع معالجة الحمض النووي الريبوزي الأنماط الظاهرية المُحتملة لنمط جيني مُعين، وتُسهم في تطور الحياة وتنوعها.

يبدو أن تطور فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA) يتيسر بفعل معدل طفرات مرتفع ناتج عن غياب آلية تدقيق أثناء تضاعف الجينوم الفيروسي. ^{[ 21 ]} بالإضافة إلى الطفرات، يتيسر تطور فيروسات الحمض النووي الريبي أيضًا عن طريق إعادة التركيب الجيني. ^{[ 21 ]} يمكن أن تحدث إعادة التركيب الجيني عندما يوجد جينومان فيروسيان من الحمض النووي الريبي على الأقل في نفس الخلية المضيفة، وقد دُرست هذه الظاهرة في العديد من فيروسات الحمض النووي الريبي. ^{[ 22 ]} يبدو أن إعادة تركيب الحمض النووي الريبي قوة دافعة رئيسية في تطور الفيروسات بين عائلة Picornaviridae ( ذات الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة الموجب ) (مثل فيروس شلل الأطفال ). ^{[ 23 ]} في عائلة Retroviridae (ذات الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة الموجب) (مثل فيروس نقص المناعة البشرية )، يبدو أن تلف جينوم الحمض النووي الريبي يُتجنب أثناء النسخ العكسي عن طريق تبديل السلسلة، وهو شكل من أشكال إعادة التركيب الجيني. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} تحدث إعادة التركيب أيضًا في عائلة Coronaviridae (ذات الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة الموجب) (مثل فيروس سارس ). ^{[ 27 ]} يبدو أن إعادة التركيب في فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA) آلية تكيف للتعامل مع تلف الجينوم. ^{[ 22 ]} قد تحدث إعادة التركيب بشكل غير متكرر بين فيروسات حيوانية من نفس النوع ولكن من سلالات متباينة. وقد تتسبب الفيروسات المُعاد تركيبها الناتجة أحيانًا في تفشي العدوى لدى البشر. ^{[ 27 ]}

• عالم الحمض النووي الريبي