محققان ژاپنی برای نخستین بار موفق شدند با وارد کردن کلروپلاست‌های مولد انرژی از جلبک‌ها به سلول‌های همستر، امکان فتوسنتز را برای این سلول‌های حیوانی فراهم آوردند.
به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از IE، پیش از این، اعتقاد بر این بود که کلروپلاست ها، که ساختار‌های جذب نور ضروری برای سلول‌های گیاهی و جلبکی هستند، نمی‌توانند در سلول‌های جانوری عمل کنند. با این حال، در آزمایش محققان ژاپنی کلروپلاست‌ها زنده ماندند و فرآیند‌های فتوسنتزی را برای دستکم دو روز انجام دادند و به طور بالقوه راه را برای پیشرفت در مهندسی بافت هموار کردند.
پروفسور «ساچی هیرو ماتسوناگا» «Sachihiro Matsunaga» از دانشگاه توکیو و مجری این تحقیقات گفت: «تا آنجا که ما می‌دانیم، این اولین تشخیص گزارش شده از انتقال الکترون فتوسنتز کننده در کلروپلاست‌های کاشته شده در سلول‌های حیوانی است.
این شیوه می‌تواند با اجازه دادن به نور برای تولید اکسیژن و انرژی برای رشد سلولها، کمبود اکسیژن را که مانع رشد بافت‌های آزمایشگاهی، مانند اندام‌های مصنوعی و پوست می‌شود، برطرف کند.
آیا سلول‌های حیوانی می‌توانند فتوسنتز کنند؟
ایده سلول‌های حیوانی فتوسنتز کننده ممکن است علمی تخیلی به نظر برسد، اما همین حالا نیز برخی از حیوانات، مانند صدف‌های عظیم الجثه، از مشارکت با ارگانیسم‌های فتوسنتزی سود می‌برند.
این صدف‌ها حاوی جلبک‌هایی هستند که از کلروپلاست‌ها برای فتوسنتز استفاده کرده و اکسیژن و غذا را برای میزبان خود فراهم می‌کنند. با الهام از چنین روابط طبیعی، محققان بررسی کردند که آیا سلول‌های حیوانی می‌توانند خودشان به طور عملکردی، کلروپلاست‌ها را در خود جای دهند یا خیر.
ماتسوناگا گفت: «فکر می‌کردیم که کلروپلاست‌ها ظرف چند ساعت پس از ورود به سلول‌های حیوانی، هضم شده و از بین می‌روند. با این حال، آنچه که مشاهده کردیم این بود که آنها تا دو روز به عملکرد خود ادامه دادند و انتقال الکترون فعالیت فتوسنتزی رخ داد. این انتقال الکترون برای تولید انرژی شیمیایی مورد نیاز در گیاهان و جلبک‌ها ضروری است و نشان می‌دهد که کلروپلاست‌ها واقعا در میزبان سلول‌های حیوانی خود کار می‌کنند.»
در این مطالعه، کلروپلاست جلبک قرمز در سلول‌های همستر قرار داده شد و سپس با روش‌های تصویربرداری مانند میکروسکوپ کانفوکال و الکترونی بررسی شدند. فعالیت فتوسنتزی نیز توسط فلورومتری مدولاسیون دامنه پالس اندازه گیری شد و تایید کرد کلروپلاست‌ها به طور موثر در سلول‌های میزبان جدید خود انرژی تولید می‌کنند.
سلول‌های حیوانی حاوی کلروپلاست حتی سرعت رشد بیشتری را نشان دادند که نشان می‌دهد فرآیند فتوسنتز سوخت مبتنی بر کربن را در اختیار آنها قرار می‌دهد.
ماتسوناگا خاطرنشان کرد: «ما معتقدیم که این کار برای مهندسی بافت سلولی مفید خواهد بود. بافت‌های رشد یافته در آزمایشگاه، مانند اندام‌های مصنوعی، گوشت مصنوعی و ورقه‌های پوست، از چندین لایه سلول ساخته شده اند. با این حال، به دلیل هیپوکسی (سطح پایین اکسیژن) در داخل بافت، که مانع از تقسیم سلولی می‌شود، امکان افزایش اندازه آنها وجود ندارد.»
وی ادامه داد: «با ترکیب سلول‌هایی که کلروپلاست در آنها کاشته شده است، می‌توان اکسیژن را از طریق فتوسنتز، با تابش نور به سلولها رساند و در نتیجه شرایط داخل بافت را بهبود بخشید تا امکان رشد فراهم شود.»
با ترکیب سلول‌های دارای کلروپلاست، محققان می‌توانند با قرار دادن آنها در معرض نور، اکسیژن را تامین کنند و شرایط رشد بهتری را برای بافت‌های پیچیده و چند لایه مانند اندام یا گوشت رشد یافته در آزمایشگاه ایجاد کنند.
ماتسوناگا و همکارانش با نگاهی به آینده، امیدوارند که این سلول‌های ترکیبی گیاهی جانوری را بیشتر توسعه دهند و ویژگی‌های گیاه مانند مفید را در سلول‌های حیوانی ممکن کنند.
ماتسوناگا اظهار داشت: «انتظار داریم سلول‌های ترکیبی گیاهی جانوری تحول آفرین باشد.»
مطالعات آینده بر درک مبادلات مواد بین سلول‌های میزبان و کلروپلاست‌ها متمرکز خواهد بود و به طور بالقوه مسیر‌های جدیدی را برای توسعه بافت مصنوعی و فناوری‌های زیستی پایدار باز خواهند کرد.
نتایج این تحقیقات در نشریه Proceedings of the Japan Academy منتشرشده است.
source