سلول‌های جانوری میزبان برای کلروپلاست‌ها از رده سلولی CHO-K1 استخراج شدند که در اصل از یک همستر ماده چینی گرفته شده‌اند. این سلول‌ها به‌ویژه نسبت به مواد خارجی بسیار پذیرنده هستند و به همین دلیل اغلب در پژوهش‌های زیست‌فناوری و سم‌شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ایجاد سلول‌های حیوانی فتوسنتزکننده!، دستاورد بزرگ در مهندسی بافت

دانشمندان دانشگاه توکیو موفق به ایجاد سلول‌های حیوانی فتوسنتزکننده شدند؛ سلول‌هایی که با انتقال کلروپلاست‌های مقاوم به گرما از جلبک قرمز به درون سلول‌های جانوری، قادر به تولید انرژی از نور خورشید هستند. این دستاورد می‌تواند تحولی در مهندسی بافت، پزشکی بازساختی، و توسعه سیستم‌های سلولی خودکفا ایجاد کند. یافته‌ها نشان می‌دهند که این سلول‌های هیبریدی عملکردی بهتر داشته و می‌توانند در آینده به عنوان منابع انرژی‌زا و دوستدار محیط زیست به کار روند.

پژوهشگران دانشگاه توکیو موفق به ایجاد سلولهای حیوانی شده‌اند که می‌توانند انرژی را مستقیماً از نور خورشید جذب کنند. این پیشرفت علمی با انتقال کلروپلاست‌ها (ساختارهای فتوسنتزی جلبک‌ها) به درون سلول‌های حیوانی محقق شده است؛ فرآیندی که تا پیش از این غیرممکن تصور می‌شد. به باور محققان، این روش نوین می‌تواند راه را برای توسعه راهکارهای انقلابی در مهندسی بافت، به‌ویژه در محیط‌های کم‌اکسیژن، هموار کند.

روش آزمایش و رویکرد منحصربه‌فرد

تیم پژوهشی از سلولهای مشتق‌شده از همستر چینی (رده سلولCHO-K1) به عنوان میزبان کلروپلاست‌ها استفاده کرد، زیرا این سلول‌ها توانایی بالایی در جذب مواد خارجی دارند. کلروپلاست‌های مورد استفاده از جلبک قرمز(  Cyanidioschyzon merolae) استخراج شدند که مقاومت در دمای بالا دلیل انتخاب آنها بود. برخلاف کلروپلاست‌های معمولی که در دمای کمتر از ۳۷ درجه سانتی‌گراد غیرفعال می‌شوند، این کلروپلاست‌ها در دمای بدن نیز فعالیت خود را حفظ می‌کنند و بنابراین برای ادغام با سلول‌های حیوانی مناسب‌تر هستند.

این تصویر فلورسانس، کلروپلاست‌ها (به رنگ ارغوانی) را نشان می‌دهد که با موفقیت درون سلول‌های همستر وارد شده‌اند، در حالی که سایر اجزای سلول جانوری نیز مشخص هستند (هسته‌ها به رنگ آبی روشن و اندامک‌ها به رنگ زرد-سبز).
این تصویر فلورسانس، کلروپلاست‌ها (به رنگ ارغوانی) را نشان می‌دهد که با موفقیت درون سلول‌های همستر وارد شده‌اند، در حالی که سایر اجزای سلول جانوری نیز مشخص هستند (هسته‌ها به رنگ آبی روشن و اندامک‌ها به رنگ زرد-سبز).

 

پیشرفت تاریخی در ادغام سلول

سال‌ها تلاش برای انتقال کلروپلاست‌ها به سلول‌های حیوانی با یک چالش اساسی روبه‌رو بود: این ساختارهای خارجی معمولاً ظرف چند ساعت تجزیه می‌شدند. اما پژوهشگران دانشگاه توکیو دریافتند که در شرایط کنترل‌شده، کلروپلاست‌ها می‌توانند تا ۴۸ ساعت در سلول‌های همستر فعالیت فتوسنتزی خود را حفظ کنند. با استفاده از تصویربرداری پیشرفته، آنها موفق شدند فرآیند تولید انرژی نوری را در این سلول‌ها ردیابی کنند. این مشاهده که کلروپلاست‌ها در مواجهه با نور به تولید انرژی ادامه می‌دهند، یک نقطه عطف مهم در زیست‌شناسی سلولی محسوب می‌شود.

این دستاورد بزرگ (که در نشریه معتبر Nature Cell Biology منتشر شده است) پیامدهای بسیار مهمی را به همراه خواهد داشت که میان آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • امکان تولید بافت‌های مصنوعی با قابلیت تأمین انرژی خودکار را فراهم می‌آورد.
  • کاربرد در پزشکی احیاکننده و شرایط کم‌اکسیژن مانند پیوند اعضا را به وجود می‌آورد.
  • گامی بلند به سوی درک بهتر تکامل سلولی و مهندسی متابولیک را بر می‌دارد.

پیامدهای پژوهشی و افق‌های آینده

یافته‌های این پژوهش نشان‌دهنده امکان‌پذیری مسیرهای جدیدی برای تحقیقات آتی است. دانشمندان مشاهده کردند که سلول‌های مجهز به کلروپلاست، رشد بهتری از خود نشان می‌دهند که احتمالاً به دلیل دسترسی به یک منبع انرژی اضافی درون سلولی است. این افزایش رشد می‌تواند راه را برای پژوهش‌های بیشتر درباره نحوه تأثیر کلروپلاست‌ها در عملکرد و تکثیر سلولی هموار کند. با این حال، سازوکار دقیق تعامل بین کلروپلاست‌ها و اجزای سلول حیوانی هنوز ناشناخته باقی مانده است و محققان درصدد درک این پویایی هستند. 

پروفسور ساچیهیرو ماتسوناگا، سرپرست این تیم تحقیقاتی، این سلول‌های ترکیبی «گیجانوری» (planimal) را به‌عنوان ابزاری ارزشمند در پیشبرد فناوری‌های زیستی پایدار و کربن‌خنثی می‌داند. وی معتقد است که با ادامه تحقیقات، این سلول‌های هیبریدی می‌توانند به عنصری کلیدی در توسعه فناوری‌های انرژی‌کارآمد و سازگار با محیط زیست تبدیل شوند. 

 

نیروگاه‌های کوچک سبز. کلروپلاست‌ها رنگ سبز را به گیاهان و جلبک‌ها می‌بخشند و به آن‌ها اجازه می‌دهند تا از طریق فتوسنتز، نور خورشید را به غذا و اکسیژن تبدیل کنند. کلروپلاست‌هایی که در این مطالعه استفاده شدند (تصویر سمت راست)، از نوعی جلبک قرمز بسیار کوچک به نام Cyanidioschyzon merolae (تصویر سمت چپ) استخراج شدند. این جلبک از چشمه‌های آب گرم اسیدیِ یک آتشفشان در نزدیکی ناپل، ایتالیا به‌دست آمده است. جالب است بدانید با وجود نام "جلبک قرمز"، این جلبک‌ها همیشه قرمز نیستند.
نیروگاه‌های کوچک سبز. کلروپلاست‌ها رنگ سبز را به گیاهان و جلبک‌ها می‌بخشند و به آن‌ها اجازه می‌دهند تا از طریق فتوسنتز، نور خورشید را به غذا و اکسیژن تبدیل کنند. کلروپلاست‌هایی که در این مطالعه استفاده شدند (تصویر سمت راست)، از نوعی جلبک قرمز بسیار کوچک به نام Cyanidioschyzon merolae (تصویر سمت چپ) استخراج شدند. این جلبک از چشمه‌های آب گرم اسیدیِ یک آتشفشان در نزدیکی ناپل، ایتالیا به‌دست آمده است. جالب است بدانید با وجود نام "جلبک قرمز"، این جلبک‌ها همیشه قرمز نیستند.

چشم‌اندازهای آینده

  • امکان تقویت رشد سلول‌ها با استفاده از منابع انرژی نوری 
  • کاربردهای بالقوه در زیست‌فناوری سبز و کاهش وابستگی به منابع انرژی سنتی 
  • گامی به سوی تولید سیستم‌های سلولی خودکفا از نظر انرژی 

این پژوهش می‌تواند زمینه را برای نوآوری‌های انقلابی در حوزه‌های پزشکی، زیست‌مهندسی و حتی اکتشافات فضایی فراهم کند. نتایج کامل این مطالعه در نشریه معتبر Nature Cell Biology منتشر شده است.

تیم تحقیقاتی همچنان در حال مطالعه بر روی ایجاد سلول‌های گیاه-جانور (Planimal) است که می‌توانند ویژگی‌های مفید گیاهان را به جانوران منتقل کنند. در این پژوهش، مشخص شد که سلول‌های جانوری حاوی کلروپلاست، نرخ رشد سلولی افزایش‌یافته‌ای را تجربه کردند که نشان می‌دهد کلروپلاست‌ها به عنوان منبع کربن (سوخت) برای سلول‌های میزبان عمل می‌کنند. پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که مطالعات آینده می‌توانند به بررسی فرآیندهای دخیل در تبادل مواد بین سلول میزبان و کلروپلاست‌ها و همچنین شناسایی مواد اضافی تولیدشده بپردازند.

منبع

 

اشتراک گذاری این پست:

مطالب دیگر

برای اطلاعات بیشتر ما را در صفحات مجازی دنبال کنید.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پیمایش به بالا