علم غذا با علوم سلولی همکاری میکند تا عملکرد داخلی محفظه‌های سلولی بدون غشا را توضیح دهد!

محققان پزشکی گزارش میدهند که اصول علوم غذایی به آنها کمک کرده است که تعیین کنند چگونه قطرات غیرمعمول درون سلولها سازماندهی میشوند و از حل شدن در بقیه قسمتهای داخلی ژلاتینی سلول جلوگیری میکنند.

محققان میگویند که کار آنها میتواند درک علمی تکامل سلولی را پیش ببرد و به دانشمندان در صنایع غذایی و شیمیایی کمک میکند تا روشهای بهتری برای جلوگیری از جداسازی مخلوط‌های مایع ایجاد کنند.

سلولهای همه موجودات زنده مجموعه‌ای از ماشینهای بیولوژیکی کوچک به نام اندامکها را در خود نگه میدارند. همه با یک مرز مشخص و در یک غشاء محصور شده‌اند. با این حال، بخشهای سلولی دیگری نیز وجود دارند که به صورت “حباب” چسبناک و بدون غشاء ظاهر میشوند، اما اهداف متفاوتی مانند تنظیم ژنها، ارسال سیگنالهای شیمیایی یا محلهای ذخیره مولکولهای تخصصی را دنبال میکنند.

دانشمندان تا مدتها فکر میکردند که این قطرات تا حدی اسرارآمیز ممکن است نسخه اولیه اندامکها باشند و تیم تحقیقاتی با کرمهای آزمایشگاهی برای مطالعه بیشتر آنها کار کرد. گزارشی از یافته های تیم تحقیقاتی در مورد این قطرات ، که میعانات زیستی مولکولی نامیده می شوند ، در 10 سپتامبر در Scienceمنتشر شد.

یکی از محققان میگوید:امیدوارم این کار بتواند دانشمندان را متقاعد کند که میعانات زیستی مولکولی یک محفظه سلولی بسیار پیچیده هستند. ما دریافتیم که آنها نقش تنظیم شده‌ای دارند و مانند سایر اندامکها به محیط واکنش نشان میدهند و ما دریافتیم که آنها غشایی دارند، فقط نه از آن نوع که ما به دیدن آن عادت داریم.

میعانات زیست مولکولی برای اولین بار در سال 1970 توسط دانشمندان که از میکروسکوپ الکترونی برای بررسی بیشتر ساختارها در بسیاری از موجودات، از جمله موجودات ناهموار به نام C. elegans استفاده میکردند، “گرانول” نام گرفتند، که زیست شناسی نسبتاً ساده آنها را به یک مدل آزمایشگاهی مشترک برای مطالعه همه چیز تبدیل کرده است. از تکنولوژی مدرن برش ژن گرفته تا ساختار پروتئین. میعانات موجود در کرم‌ها که از نظر ظاهری سفت و شبیه به دانه‌های ماسه هستند، به عنوان گرانول P شناخته میشوند.

در سال 2014 محققان، تجزیه و تحلیل ژنتیکی را برای یافتن پروتئینی به نام MEG-3 در گرانول P کرم انجام دادند. آزمایشات نشان داد که یک پروتئین دیگر، PGL-3 ، قطرات مایع چسبناک، “هسته” گرانول P را ایجاد میکند، و لوترهای MEG-3 در خارج از گرانول P، “خوشه های” کوچکی ایجاد میکنند که سطح گرانولهای P را میپوشاند.

Seydoux یکی از محققان میگوید: چیزی که ما نفهمیدیم این بود که این پروتئین‌ها فقط میتوانند در خارج گرانول P باقی بمانند، اما برای تثبیت فضای داخلی گرانولها بسیار ضروری هستند.

هنگامی که او در ژانویه 2020، به دنبال کلمات مناسب برای توصیف مشاهدات خود بود، این راز هنوز حل نشده بود. او “مایعات تثبیت کننده جامدات” را در گوگل جستجو کرد و به مفهوم علم غذا در مورد امولسیون‌های جمع کننده اشاره کرد. Seydoux میگوید: وقتی درباره این پدیده بیشتر خواندم، متعجب شدم.

امولسیون مخلوطی از دو مایع است که به طور معمول خوب مخلوط نمیشوند، مانند روغن و آب. امولسیون جمع کننده مخلوطی است که مانند کارتن معمولی شیر از خواربارفروشی تثبیت میشود.

شیر گاو فرآوری نشده به طور طبیعی ناپایدار است و قطرات چربی موجود در شیر تمایل به جمع شدن دارند تا سطح کلی مولکولهای چربی را کاهش دهند. مولکولهای چربی – یا خامه – به بالا می‌آیند و از آب پنیر یا مایع آبکی موجود در شیر جدا میشوند.

برای جلوگیری از جداسازی شیر و تثبیت مایع، فرآورده‌های لبنی شیر را از طریق یک سوزن کوچک فشار میدهند که قطرات چربی را تجزیه شود، آنها را با پروتئینی به نام کازئین میپوشاند و از ایجاد لایه خامه ای از مولکولهای چربی جوش خورده جلوگیری میکند.

Seydoux میگوید: به ذهنش رسید که MEG-3 ممکن است به شیوه‌ای بسیار شبیه به اثر کازئین در شیر عمل کند و کشش سطحی قطرات را کاهش دهد تا از ترکیب شدن آنها جلوگیری شود. وی می‌افزاید: تمایل MEG-3 برای باقی ماندن در اطراف دانه‌های P به او نشان داد که به عنوان یک غشا عمل میکند.

تیم محققان در آزمایشات خود نشان دادند که قطرات PGL-3 که با MEG-3 پوشانده شده‌اند به طور مساوی روی اسلایدهای شیشه‌ای جدا میشوند و دو برابر بیشتر از قطرات میعانات بدون پوشش که به هم میچسبند، قطرات کمتر و بزرگتری روی سرسره شیشه‌ای ایجاد میکنند.

Seydoux این یک پدیده شناخته شده در علم غذا است و اکنون میبینیم که ممکن است در داخل سلول نیز اتفاق بیفتد.

Seydoux و تیمش همچنین سلولهای تخم کرم را که فاقد MEG-3 بودند، مهندسی کردند و مشاهده کردند که گرانولهای بدون روکش به کندی حل میشوند. او همچنین میگوید، این و سایر آزمایشات نشان میدهد که MEG-3 نه تنها در شرایط عادی قطرات را تثبیت میکند بلکه به قطرات اجازه میدهد تا با تغییر شرایط محیطی سریعتر واکنش نشان دهند.

تیم محققان از دانشجویان فوق دکتری، از جمله Andrew Folkmann ، متخصص تصویربرداری سلول و Andrea Putnam ، متخصص بیوشیمی، برای تکمیل مطالعات خود از متخصص شیمی فیزیک که میتواند آنها را از طریق فیزیک امولسیون‌های جمع‌کننده راهنمایی کند، کمک گرفتند.

چند ماه پس از افزودن مهندس زیستی Chiu Fan Lee از کالج امپریال لندن به تیم، او به آنها کمک کرد تا یک مولفه گمشده در مدل کرم MEG-3  را شناسایی کنند: آنزیمی به نام MBK-2 که به مایع درون گرانولهای P کمک میکند که کمتر چسبناک شود.

Seydoux میگوید: این آزمایشها با هم توضیحی در مورد چگونگی جمع آوری این سوپ اولیه در داخل سلولها در محفظه‌هایی ایجاد میکند که در برابر ترکیب شدن مقاومت میکنند و به نشانه‌های رشد پاسخ میدهند.

این تیم مطالعات بیشتری را برای تعیین ساختار فیزیکی دقیق MEG-3 و جزئیات بیشتر در مورد نحوه عملکرد آن برنامه ریزی میکند. اگر مطالعات بیشتر به پایان برسد، MEG-3 میتواند منبع تجدیدپذیری برای توسعه امولسیونهای جمع کننده در صنایع غذایی و شیمیایی باشد.

تیم محققان اختراعاتی را در مورد استفاده از MEG-3 به عنوان ابزاری برای توسعه امولسیونهای جمع‌کننده ثبت کرده‌اند.

مترجم: غزل زارعی

منبع