اگه فکر میکردید که فقط بدنای ما این ساعت تنظیم خواب و خور و خواب شبانهروزی رو دارن، باید بگم دانشمندا اخیراً یه کار فوقالعاده باحال انجام دادن! اومدن دستبهکار شدن و یه مدل سلول مصنوعی ساختن که خودش به طور منظم، شبیه ساعت بیولوژیک بدنمون، هر 24 ساعت شروع میکنه به چشمک زدن و نور دادن! این دقیقاً مثل همون ریتم شبانهروزی یا Circadian Rhythm ـه که همه ما داریم و نظم خواب، متابولیسم (یعنی سوخت و ساز بدن)، و کلی چیزای دیگه رو کنترل میکنه.
این پروژه توسط یه تیم از دانشگاه یوسی مرسد (UC Merced) انجام شده و استادای مهندسی زیستی و شیمی، دکتر Subramaniam و LiWang، با همکاری دانشجوی دکتراشون Alexander Zhang Tu Li هدایتش کردن. کلی هم کمک تحقیقاتی و بودجه از بنیاد ملی علوم (یعنی سازمانی که از تحقیقات علمی حمایت میکنه)، NIH (که به سلامت انسان مربوط میشه) و اداره تحقیقاتی ارتش داشتن. حتی حمایت مرکز CREST برای ماشینهای سلولی و بیومولکولی هم اضافه شده بود.
چی کار کردن؟ دانشمندا یه سری وزیکول ساختن. وزیکول یه جورایی مثه حباب کوچیکه که ساختار سلول رو تقلید میکنه، اما خیلی سادهتر. اینا اومدن ساعت زیستی یه نوع باکتری (سیانوباکتری) رو برداشتن و اجزاش رو توی این وزیکولها گذاشتن. برای این که بفهمن ساعت کار میکنه یا نه، یکی از پروتئینهای اصلیش رو با یه ماده شبتاب ترکیب کردن. شبتاب یعنی هر موقع اون پروتئینها فعال شن، سلولهای مصنوعی روشن میشن!
دقت کنید، این سلولای شبتاب مصنوعی حداقل چهار روز مرتب و دقیق چراغ زدن — البته فقط اگه شرایط درست باشه! مثلاً اگه وزیکول خیلی کوچیک میشد یا تعداد پروتئینهای ساعت توش کم میشد، این چرخه شبانهروزی خراب میشد. مثلاً دیگه منظم نمیزد یا از نظم میافتاد. این نشون میده که توی سلول واقعی هم باید به اندازه کافی این پروتئینها وجود داشته باشن تا ساعت بدن خوب کار کنه.
یادمون نره که اینا فقط با آزمایش بسنده نکردن. کلی مدلسازی کامپیوتری هم انجام دادن تا بفهمن چرا گاهی ساعت از رو تنظیم درمیاد یا چطور میشه پایداری بیشتری بهش داد. با این مدلسازی فهمیدن هر چقدر تعداد اون پروتئینها بیشتر باشه (میدونید، پروتئین همه این کارهای داخل بدن رو جلو میبره)، ساعت هم دقیقتر و پایدارتر کار میکنه. شاید برای همینه که سلولها معمولاً کلی از این پروتئینها میسازن تا ساعت داخلیشون از کار نیفته.
یه نکته باحال دیگه: فهمیدن که بعضی قسمتهای ژنتیکی که کارشون خاموش و روشن کردن ژنهاست — که توی زبان زیستی بهشون regulatory elements میگن — واسه یه سلول تنها زیاد مهم نیست. اما اگه بخوایم کلی سلول رو با هم هماهنگ کنیم (مثلاً همه سلولای یه بافت بدن یا یه تیکه ارگان)، این ژنها نقش اساسی دارن. چون باعث میشن ساعت بیولوژیکی همه سلولها با هم هماهنگ کار کنه. دقیقاً مثل ارکستر که باید همه نوازندهها تو یه ریتم بزنن!
یه استاد میکروبیولوژی به نام Mingxu Fang هم از بیرون تیم درباره پروژه نظر داده بود. گفته این روش جدید، که میتونه ساعتهای زیستی رو توی وزیکولهایی با اندازههای مختلف بررسی کنه، یه ابزار خیلی قوی برای فهم بهتر نحوه کارکرد ساعت زیستی تو موجودات مختلفه. یعنی مثلاً میتونیم بفهمیم چرا سلولهای کوچیک و بزرگ باید استراتژی متفاوتی برای تنظیم ساعتشون پیدا کنن.
کاربردهاش چییه؟ اینجا ماجرا تازه جالب میشه! اگه بتونیم همچین سیستم دقیق و باحالی رو تو سیستمهای مصنوعی درست کنیم، میتونیم داروهایی داشته باشیم که دقیقاً سر ساعت خاصی در بدن فعال بشن یا مثلا ماشینهای زیستی داشته باشیم که با سیگنالهایی مثل نور یا دما واکنش نشون بدن. این دقیقاً همونیه که توی حوزه Synthetic Biology — یعنی زیستشناسی سنتتیک، جایی که میخوایم سیستمهای زیستی رو به طور مصنوعی بسازیم یا دستکاری کنیم — خیلی مهمه.
خلاصه که دانشمندا دارن کم کم دنیامون رو شبیه یک دنیای علمی-تخیلی واقعی میکنن؛ سلولهای مصنوعی با ساعتهای داخلی دقیق خودشون، که میتونن کاربردهای عجیب و باحالی تو پزشکی و مهندسی زیستی داشته باشن!
راستی اگه دوست دارین اصل مقاله رو بخونین، این نتایج بهتازگی تو ژورنال Nature Communications چاپ شده. (Nature Communications یه مجله معتبر علمی تو زمینه علوم زیستی و طبیعی هست.)
منبع: +
