الباحثون يمنحون الخلايا الحيوانية القدرة على التمثيل الضوئي لأول مرة
البلاستيدات الخضراء، الأجزاء يُعتقد أن الخلايا التي تسمح للنباتات والطحالب بالتمثيل الضوئي قد نشأت منذ أكثر من مليار سنة، عندما عاشت البكتيريا الزرقاء التي تقوم بالتمثيل الضوئي بشكل تكافلي داخل الكائنات الخلوية البدائية الأخرى.
كان من المعتقد سابقًا أن تكرار تطور هذه القدرة على التمثيل الضوئي في خلايا أخرى اليوم – عن طريق وضع البلاستيدات الخضراء داخل الخلايا الحيوانية – مستحيل: فالخلايا الحيوانية تتعرف على البلاستيدات الخضراء كأجسام غريبة وتهضمها. لكن فريق بحث ياباني غيّر هذا التفكير. لقد طورت تقنية لعزل البلاستيدات الخضراء النشطة ضوئيًا من الطحالب البدائية سيانيديوشيزون وزرعها في خلايا مبيض الهامستر الصيني (CHO)، وهو نوع من الخلايا الحيوانية المستنبتة، ولا تزال تحتفظ بوظائفها.
يقول البروفيسور يوكيهيرو ماتسوناجا من جامعة طوكيو: “على حد علمنا، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تأكيد نقل الإلكترون الضوئي في البلاستيدات الخضراء المزروعة في الخلايا الحيوانية”. يعد نقل الإلكترون عملية أساسية تقوم من خلالها النباتات والطحالب بتوليد الطاقة الكيميائية، ودعم الوظائف الخلوية المختلفة.
نجح فريق ماتسوناجا البحثي في نقل البلاستيدات الخضراء عن طريق تعزيز البلعمة بواسطة خلايا CHO، وهي العملية التي تقوم الخلايا من خلالها بهضم وتكسير المواد الغريبة.
استخدم فريق البحث بعد ذلك الفحص المجهري بالليزر الفلوري والمجهر فائق الدقة لالتقاط صور مقطعية للخلايا ومراقبة كيفية تصرف الخلايا والبلاستيدات الخضراء. ووجدوا أن البلاستيدات الخضراء التي تم تناولها في خلايا CHO كانت موجودة داخل السيتوبلازم، وهو السائل الذي يملأ الجزء الداخلي للخلية، وبعضها يحيط بنواة الخلية. بعد أخذ البلاستيدات الخضراء، أظهرت خلايا CHO علامات التصرف بشكل طبيعي، على سبيل المثال من خلال الاستمرار في الانقسام.
كشفت المزيد من الملاحظات باستخدام المجهر الإلكتروني أن بنية غشاء الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء – حيث توجد الإنزيمات اللازمة لعملية التمثيل الضوئي – قد تم الحفاظ عليها لمدة يومين على الأقل. كما أكدت قياسات نشاط التمثيل الضوئي باستخدام التصوير المجهري وتعديل النبض أن نقل الإلكترون لعملية التمثيل الضوئي كان طبيعيًا خلال هذه الفترة. ومع ذلك، في اليوم الرابع بعد النقل، انهار هيكل غشاء الثايلاكويد وانخفض نشاط التمثيل الضوئي للبلاستيدات الخضراء بشكل ملحوظ.
يشير هذا البحث إلى إمكانيات جديدة في هندسة الأنسجة. الأعضاء الاصطناعية واللحوم الاصطناعية وصفائح الجلد المصنوعة من طبقات خلايا متعددة يكون نموها محدودًا عندما تتعرض الأنسجة لمستويات منخفضة من الأكسجين. إذا أمكن إضافة الخلايا التي تحتوي على البلاستيدات الخضراء، فقد يكون من الممكن توفير الأكسجين للأنسجة وتعزيز النمو ببساطة عن طريق تسليط الضوء عليها.
ولكن لتحقيق ذلك، هناك حاجة إلى تقنية تسمح للبلاستيدات الخضراء المزروعة بالحفاظ على نشاط التمثيل الضوئي لفترة أطول داخل الخلايا الحيوانية. وفقًا لفريق البحث، سيكون من الضروري أيضًا في المستقبل تحديد كمية الأكسجين الناتج عن البلاستيدات الخضراء المزروعة وكمية ثاني أكسيد الكربون المثبتة داخل الخلايا الحيوانية، وهو ما يمكن إجراؤه باستخدام تقنية تسمى وضع العلامات النظائرية.
وسيواصل فريق البحث الآن أبحاثه، بهدف نهائي هو إنشاء خلايا “مسطحة” تتمتع بقدرات نباتية. يمكن للخلايا الحيوانية، إن أمكن، أن تغير قواعد اللعبة في العديد من الصناعات، بما في ذلك الأبحاث الطبية، وإنتاج الغذاء، وتوليد الطاقة.
ظهرت هذه القصة في الأصل على وايرد اليابان وتمت ترجمته من اليابانية.