يُعَدُّ العمل بالضوء لتنشيط العمليات داخل خلايا الخميرة الانشطارية المعدلة وراثيًا من بين الأبحاث التي أجراها علماء الأحياء التجريبيون في مختبر مارتن بجامعة لوزان ، بقيادة عضو هيئة التدريس صوفي مارتن . كان أعضاء الفريق هناك يُجرون مثل هذه التجارب عندما لاحظوا أن بروتينًا معينًا،عند إدخاله في الخلية ، يتمُّ إزاحته من منطقة نمو الخلية. لذلك ، تواصلوا مع ديميتريوس فافيلونيس ، الذي يقود مجموعة فافيلونيس في قسم الفيزياء بجامعة ليهاي ، لمعرفة السبب.
يقول فافيلونيس ، عالم فيزياء نظرية: "لقد شرعنا في إجراء محاكاة حسابية ربطت" نمو "غشاء الخلية بحركة البروتين بالإضافة إلى نموذج بعض الفرضيات الأخرى التي أخذناها في الاعتبار بعد المناقشات معهم".
جمع هذا التعاون متعدد التخصصات النمذجة والتجارب لوصف عملية بيولوجية غير معروفة سابقًا . اكتشف الفريق ووصف آلية جديدة تستخدمها خلية خميرة بسيطة لاكتساب شكلها . في العدد الأخير من Science Advances وُصفت هذه النتائج في ورقة بعنوان "نمط الخلية عن طريق تدفقات غشاء البلازما المستحثة بالإفراز" .
عندما تتحرك الخلايا أو تنمو ، يجب أن تضيف غشاءً جديدًا إلى مناطق النمو هذه ، كما يقول فافيلونيس، تُسمى عملية توصيل الغشاء بالإفراز الخلوي . يجب على الخلايا أيضًا توصيل هذا الغشاء إلى موقع محدد من أجل الحفاظ على إحساس بالاتجاه - يسمى "الاستقطاب" - أو النمو بطريقة منسقة .
يقول فافيلونيس: "لقد أظهرنا أن هذه العمليات مقترنة: فائض إفراز الخلايا يؤدي إلى تحرك بعض البروتينات المرتبطة بالغشاء (" التدفق ") بعيدًا عن منطقة النمو". "هذه البروتينات التي تبتعد تحدد منطقة الخلية غير النامية ، وبالتالي تنشئ نمطًا مستدامًا ذاتيًا ، مما يؤدي إلى الشكل الأنبوبي لخلايا الخميرة هذه ."
هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تحديد هذه الآلية لنمذجة الخلية - العملية التي تكتسب الخلايا من خلالها عدم انتظام مكاني على أسطحها .
أدت عمليات المحاكاة التي أجراها فريق فافيلون ، بقيادة المساعد ما بعد الدكتوراة ديفيد روتكوفسكي ، إلى اختبارات تجريبية أجرتها مجموعة مارتن بعد ذلك . حلل فافيلونيس وروتكوفسكي نتائج التجارب للتأكد من أن توزيع البروتينات التي لاحظوها في عمليات المحاكاة الخاصة بهم يطابق البيانات المستقاة من التجارب على الخلايا الحية .
يقول الفريق إن العمل قد يكون ذا أهمية خاصة للباحثين الذين يدرسون العمليات المتعلقة بنمو الخلايا وحركة مرور الأغشية مثل علماء الأحياء العصبية وأولئك الذين يدرسون عمليات الخلايا السرطانية.
يقول روتكوفسكي: "يُظهر عملنا أن الأنماط في الأنظمة البيولوجية ليست ثابتة بشكل عام". "الأنماط تثبت نفسها من خلال العمليات الفيزيائية التي تنطوي على التدفق المستمر والدوران."
قال فافيلونيس: "لقد تمكنّا من تقديم الدعم لنموذج النمذجة بواسطة تدفق الغشاء". "في النهاية ، تمكنت مجموعة مارتن من استخدام هذه المعرفة لهندسة الخلايا التي يمكن التحكم في شكلها بالضوء."
المصدر