دانشمندان دانشگاه UC Merced سلول‌های مصنوعی ساختند که ساعت زیستی بدن را با دقت بالا نشان می‌‌دهند.
به گزارش تکناک، این پژوهش که در مجله Nature Communications منتشر شده و توسط گروهی از دانشمندان به رهبری آناند بالا سوبراهمانیام و اندی لی‌وانگ انجام شده است، گامی نو در درک نحوه عملکرد ساعت زیستی در برابر اختلالات مولکولی به حساب می‌آید.
فهرست مطالب
ساعت زیستی بدن چیست؟
ساعت زیستی، سیستم طبیعی در بدن است که فعالیت‌های روزانه مثل خواب و سوخت‌وساز را در یک چرخه ۲۴ ساعته کنترل می‌کند. دانشمندان برای مطالعه این ریتم‌ها در باکتری‌های سیانوباکتر، از ساختارهای مصنوعی ساده‌شده به نام وزیکول استفاده کردند تا نحوه کارکرد ساعت‌های درونی سلول را بهتر بفهمند.
این وزیکول‌ها حاوی پروتئین‌های اصلی تنظیم‌کننده ساعت زیستی بودند. یکی از این پروتئین‌ها با یک نشانگر فلورسانس برچسب‌گذاری شد تا فعالیت زمانی آن به صورت نور مرئی قابل ردیابی باشد.
سلول‌هایی که می‌درخشند
سلول‌های مصنوعی ساخته‌شده، سیگنالی نورانی و پایدار منتشر کردند، که به مدت حداقل چهار روز با چرخه ۲۴ ساعته ادامه داشت. هنگامی که غلظت پروتئین‌های ساعت زیستی کاهش یافت یا اندازه وزیکول‌ها کوچک‌تر شد، درخشش منظم ناپدید شد. این اختلال به صورت الگویی قابل پیش‌بینی و تکرارشونده ظاهر شد.
شبیه‌سازی پایداری ساعت زیستی بدن
دانشمندان برای درک بهتر این نتایج، یک شبیه‌ساز کامپیوتری ساختند. این شبیه‌ساز نشان داد که هرچه مقدار پروتئین‌های مسئول تنظیم زمان در سلول بیشتر باشد، ساعت درونی پایدارتر کار می‌کند. جالب اینجا است که حتی اگر مقدار این پروتئین‌ها در هر وزیکول کمی متفاوت باشد، هزاران وزیکول باز هم می‌توانند زمان را با دقت زیادی اندازه‌گیری کنند.
یکی از نکات جالب پژوهش این بود که شبیه‌ساز کامپیوتری نشان داد بخشی از ساعت زیستی که کار آن کنترل روشن و خاموش شدن ژن‌ها است، اگرچه در سلول‌های تکی نقش زیادی در دقت زمان‌سنجی ندارد، اما زمانی که سلول‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند، همین بخش برای هماهنگ نگه‌داشتن ریتم‌های آنها کاملاً حیاتی است.
پروتئین‌هایی که به دیواره‌ها می‌چسبند
همچنین محققان دریافتند که برخی از پروتئین‌های ساعت زیستی بدن تمایل دارند به دیواره وزیکول‌ها بچسبند. این مسئله نشان می‌دهد که برای حفظ عملکرد صحیح ساعت زیستی، باید تعداد کل پروتئین‌ها بالا باشد.
پژوهشگران گفتند: «این مطالعه نشان می‌دهد که می‌توانیم اصول بنیادین زمان‌سنجی زیستی را با استفاده از سیستم‌های مصنوعی ساده، بررسی و درک کنیم.»
ابزاری نوین برای مطالعه ساعت‌های زیستی
ساعت‌های زیستی در سیانوباکتری‌ها به واکنش‌های شیمیایی کند و پرخطا متکی هستند. دانشمندان در گذشته فکر می‌کردند که برای کاهش این خطاها، سلول باید مقدار زیادی پروتئین مخصوص داشته باشد. این تحقیق جدید یک راه ابتکاری ارائه می‌دهد. پژوهشگران با ساخت وزیکول در اندازه‌های مختلف، توانستند این ساعت‌های زیستی را در آزمایشگاه بازسازی و دقیقاً مطالعه کنند. این روش به دانشمندان کمک می‌کند که متوجه شوند سلول‌ها با اندازه‌های مختلف چگونه زمان را اندازه می‌گیرند، که دانش آنها را درباره ساعت‌های زیستی در تمام موجودات زنده، افزایش می‌دهد.
