دانشمندان کپسول زمان سلولی ساختند

قادر به جمع‌آوری و ذخیره یادگارهایی از فعالیت‌های گذشته

کد خبر: ۸۳۰۳۲۱

تاریخ: ۲۸ دی ۱۴۰۴ - ۱۰:۵۹

پژوهشگران یک کپسول زمان برای سلول‌ها مهندسی کرده‌اند که قادر به جمع‌آوری و ذخیره یادگارهایی از فعالیت‌های گذشته سلول هستند.

به گزارش ایران اکونومیست، واحدهای ذخیره‌سازی سلولی، که «تایم ‌والت‌ها» یا کپسول‌های زمان نامیده می‌شوند، می‌توانند به کشف رازهای مقاومت دارویی سرطان و زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی کمک کنند و به‌طور گسترده‌تر نشان دهند چگونه رویدادهایی که در گذشته رخ داده‌اند می‌توانند آینده یک سلول را شکل دهند.

تایم‌والت‌ها از ساختارهای سلولی مرموزی به نام والت ساخته شده‌اند، که تغییر یافته‌اند تا محصولات مولکولی رونویسی ژن، یعنی مولکول‌های پیام‌رسان آران‌ای (mRNA)، را جمع‌آوری و ذخیره کنند.

رندال پلات مهندس زیستی در مؤسسه فدرال فناوری سوئیس می‌گوید: این یک گام بزرگ به سوی هدف دیرینه در این حوزه است و آن توانایی ثبت مداوم رونویسی در سلول‌های انسانی است. پیش‌بینی می‌کنم تایم‌والت‌ها به ما اجازه دهند جنبه‌هایی از زیست‌شناسی را مشاهده کنیم که پیش‌تر دسترسی به آن‌ها نداشتیم.

ضبط ‌کننده‌های سلولی
سلول‌ها دائما تغییر می‌کنند. پژوهشگران معمولا دینامیک آن‌ها را به دو روش مطالعه می‌کنند. یک روش این است که آن‌ها را زنده زیر میکروسکوپ ببینند، جایی که تعداد محدودی از انواع مولکول‌ها می‌توانند برای روزها با برچسب‌های فلورسنت دنبال شوند. روش دیگر در لوله‌های آزمایش در یک نقطه زمانی منفرد، معمولا پایان یک آزمایش، است که در آن مولکول‌های آران‌ای پیامرسان اندازه‌گیری می‌شوند و با سلول‌های دیگر مقایسه می‌شوند تا گذشته بازسازی شود.

در دهه گذشته، پژوهشگران مجموعه‌ای از «ضبط‌کننده‌های سلولی» توسعه داده‌اند که بسیاری با استفاده از ویرایش ژن کریسپر ایجاد شدند تا یک دفترچه ژنتیکی پاک‌نشدنی از رویدادهای گذرا ایجاد کنند، مانند فعالیت یک مسیر مولکولی خاص در طول زمان. این دفترچه سپس می‌تواند با توالی‌یابی ژنوم خوانده شود تا ویرایش‌ها در یک نقطه بعدی شناسایی شوند، و یک خط زمانی از رویدادهای سلولی ایجاد شود.

فی چن، که زیست‌شناسی تک‌سلولی و ژنوم را در دانشگاه هاروارد در کمبریج، ماساچوست مطالعه می‌کند، می‌گوید: اما این‌ها یک نقطه ضعف دارند: پژوهشگران باید از پیش تصمیم بگیرند کدام رویدادها را می‌خواهند پایش کنند.

در جست‌وجوی روشی بی‌طرفانه برای ثبت طول عمر یک سلول، چن و همکارانش از محتوایی در یوتیوب الهام گرفتند. یک دانشجو در آزمایشگاه او به پروفایلی از لئونارد روم برخورد. روم یک زیست‌شناس سلولی در دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس است و میزبان یک کانال آموزشی یوتیوب درباره اندامک‌های سلولی مرموز و بشکه‌ای‌شکل به نام والت‌هاست. در دهه ۱۹۸۰، او والت‌ها را به طور مشترک کشف کرد و دریافت که در هزاران سلول پستانداران وجود دارند. با این حال، عملکرد آن‌ها از آن زمان ناشناخته باقی مانده است.

برای تبدیل والت‌ها به کپسول‌های زمان، تیم چن یک پروتئین والت را به‌گونه‌ای بازمهندسی کرد که یک نشانه مولکولی از مولکول‌های آران‌ای پیامرسان را شناسایی و به آن متصل شود، و بدین ترتیب آران‌ای پیامرسان را درون والت به دام اندازد. تولید این پروتئین معادل فشار دادن دکمه «ضبط» است و با درمان سلول‌ها با یک دارو آغاز می‌شود و با قطع دارو متوقف می‌شود.

با این تغییرات، تایم‌والت‌ها کسری کوچک از همه مولکول‌های آران‌ای پیامرسان تولیدشده توسط یک رده سلولی انسانی را در طول یک بازه ۲۴ ساعته به دام انداختند و آن‌ها را حداقل برای یک هفته ذخیره کردند. پژوهشگران هیچ نشانه‌ای نیافتند که سلول‌های دارای تایم‌والت‌ها به دلیل محموله‌شان رفتار متفاوتی داشته باشند، یا اینکه ساختارهای بشکه‌ای‌شکل پس از پر شدن تغییر شکل یا اندازه دهند.

کاربردهای عملی
گروه چن تازه شروع به کار با اختراع خود کرده است. گروه او از تایم‌والت‌ها برای درک و غلبه بر سلول‌های سرطانی مهلک استفاده کردند. این سلول‌ها فاقد جهش‌های ژنتیکی هستند که از داروهای هدفمند سرطان فرار کنند، اما به‌نحوی از درمان دارویی جان سالم به در می‌برند.

یک فرضیه این است که رونویسی‌های آران‌ای‌های پیامرسان فعال در سلول‌های سرطانی، توانایی آن‌ها برای فرار از داروها را توضیح می‌دهد. اما آزمودن این ایده دشوار بوده است، زیرا داروهای سرطان انواع دیگری از تغییرات رونویسی را ایجاد می‌کنند که جدا کردن آن‌ها از تغییراتی که می‌توانند به پایداری منجر شوند سخت است.

با استفاده از تایم‌والت‌ها، گروه او صدها ژن را شناسایی کرد که در سلول‌های سرطان ریه پیش از درمان با دارو بیش‌فعال بودند. مهار فعالیت برخی از ژن‌هایی که بیشترین بیان را داشتند باعث شد داروی سرطان درصد بیشتری از سلول‌های سرطان ریه را بکشد.

گروه چن همچنین شروع به استفاده از تایم‌والت‌ها برای مطالعه چگونگی تمایز سلول‌های بنیادی به انواع متنوع سلول‌ها کرده است.

جی شندور، دانشمند ژنوم در دانشگاه واشنگتن در سیاتل می‌گوید: کمی خلاقیت و کمی جسارت لازم بود تا والت‌ها به کپسول‌های زمان سلولی تبدیل شوند. او همچنین می‌پرسد آیا والت‌ها می‌توانند مهندسی شوند تا پروتئین‌ها و یادگارهای سلولی دیگر را ذخیره کنند یا خیر.