ابزارهای نور آبی به محققان این امکان را می دهند که مسیرهای انتقال سلول ها را ردیابی، تغییر مسیر داده و قطع کنند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

نور برای زندگی انسان اساسی است—بدون آن، گرسنه، سرد و کور خواهیم بود. اما چه می شود اگر همان نوری که ما را حفظ می کند می تواند برای کنترل و مشاهده بخش هایی از سلول های بدن ما نیز استفاده شود؟

محققان موسسه علوم زیستی و فناوری سلامت تگزاس A&M ابزاری را توسعه داده‌اند که از نور برای دستکاری پروتئین‌ها و میکروتوبول‌ها در سلول‌ها استفاده می‌کند و روش‌های جدیدی را برای مشاهده پیشرفت و اثرات بیماری‌های پیچیده مانند سرطان و زوال عقل به محققان ارائه می‌دهد.

این مطالعه که در Cell Reports Methods منتشر شد، توسط یوبین ژو، MD، Ph.D.، FAAAS، FAIMBE، FRSC، مدیر مرکز تحقیقات سرطان ترجمه در مؤسسه علوم و فناوری زیستی و استاد مرکز تگزاس A&M Naresh K. Vashisht. به همراه مدیر کالج پزشکی PhD، یون هوانگ، مدیر دانشگاه علوم پزشکی تگزاس انجام شد. اپی ژنتیک و پیشگیری از بیماری.

میکروتوبول ها ساختارهای ریز درون سلولی هستند که بزرگراه های میکروسکوپی را تشکیل می دهند. ژو توضیح داد که آنها محموله را حمل می کنند، اجزای سلولی را تعیین می کنند و سیگنال هایی را هماهنگ می کنند که نحوه رشد، تقسیم و پاسخ سلول ها به تحریک را کنترل می کند. گاهی اوقات، به دلایل مختلف، این بزرگراه ها خراب می شوند و ترافیک را متوقف می کنند - مانند قطاری که روی ریل در یک تقاطع شلوغ متوقف شده است.

در حالی که یک قطار متوقف شده در نهایت جابجا خواهد شد، ممکن است زمان لازم باشد تا الگوهای ترافیکی به حالت عادی برگردد و گاهی اوقات منجر به خم شدن گلگیر ثانویه شود. به طور مشابه، استال در یک شبکه میکروتوبولی می تواند عواقب جدی داشته باشد. میکروتوبول های مختل شده با سرطان و بیماری های عصبی مانند آلزایمر و زوال عقل مرتبط است.

ژو گفت: «ریز لوله‌ها صرفا داربست‌های ساختاری نیستند؛ آنها اطلاعات پویا و شبکه‌های حمل‌ونقلی هستند که به سازماندهی تقریبا هر جنبه‌ای از زندگی سلولی کمک می‌کنند». "هدف ما ایجاد یک راه واحد برای کنترل ابعاد مختلف زیست شناسی میکروتوبول با استفاده از چیزی به سادگی و دقیق نور بود."

او گفت که روش‌های سنتی برای مطالعه میکروتوبول‌ها به اصلاح ژنتیکی، داروها یا روش‌های دیگری که ممکن است رفتار طبیعی سلول را مختل کنند، معکوس شوند و اغلب فاقد کنترل دقیق هستند، متکی هستند. تیم ژو در عوض از CRY2 استفاده کرد - یک پروتئین حساس به نور که در گیاهان یافت می‌شود و وقتی در معرض نور آبی قرار می‌گیرد به سرعت در خوشه‌هایی جمع می‌شود.

محققان CRY2 را با پروتئین‌های دیگری که با میکروتوبول‌ها تعامل یا تنظیم می‌کنند جفت کردند و ابزارهایی را ایجاد کردند که در شرایط عادی غیرفعال هستند، اما وقتی با نور آبی تخصصی روشن می‌شوند، قابل کنترل هستند.

نور آبی به عنوان یک کنترل از راه دور برای چهار ابزار عمل می کند: OptoMT، OptoTIP، OptoMotor و OptoSAW.

OptoMT شبکه میکروتوبول های اطراف را روشن می کند و به دانشمندان اجازه می دهد محموله هایی را که در امتداد یک مسیر حرکت می کنند مشاهده کنند. مانند چراغ‌های خیابان عمل می‌کند که ناظران می‌توانند بدون آسیب رساندن به سلول یا ساختارهای داخل آن، روشن و خاموش کنند.

OptoTIP که مانند نورافکن ساختمانی در یک جاده ناتمام عمل می‌کند، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا ریزلوله‌هایی را که در زمان واقعی ساخته می‌شوند، تنها با برجسته کردن انتهای ساختارهای در حال رشد مشاهده کنند. در حالی که سایر ابزارهای مشابه ویژگی‌های ساختاری و شیمیایی میکروتوبول‌ها را تغییر می‌دهند، OptoTIP بدون تغییر در رفتار یا ثبات آنها، انتهای رشد آنها را دنبال می‌کند.

OptoMotor موتورهای مولکولی داخل سلول را برای تغییر مسیر محموله روشن می کند. در یک شبکه بزرگ حمل و نقل، میکروتوبول ها بزرگراه ها هستند و OptoMotor مانند یک کامیون تحویل که توسط نور آبی فعال می شود، عمل می کند. هنگامی که OptoMotor از نور "روشن جلو" را دریافت می کند، شروع به حرکت می کند و به دانشمندان اجازه می دهد حرکت آن را دستکاری کنند و حتی محموله خاصی را به آن متصل کنند.

OptoSAW مانند یک جفت قیچی است که می تواند میکروتوبول ها را با دقت برش دهد. در حالی که شکستن یک بزرگراه سلولی ممکن است مفید به نظر نرسد، بریدگی های OptoSAW کاملا قابل برگشت هستند و به دانشمندان اجازه می دهند تا بررسی کنند که یک مسیر شکسته یا قطع شده با ترافیک و ارتباطات چه می کند.

دکتر Tien-Hung Lan، یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه و یک عضو فوق دکتری در مرکز تحقیقات سرطان ترجمه، گفت که این ابزارها محققان را روی صندلی راننده قرار می دهند.

لان گفت: «بخش هیجان‌انگیز این است که ما دیگر محدود به مشاهده جایی نیستیم که اشیاء درون یک سلول می‌روند. اکنون می‌توانیم سؤالات علی بپرسیم: اگر این اندامک را به اینجا منتقل کنیم، این قسمت از اسکلت سلولی را به آنجا تغییر دهیم یا شبکه میکروتوبول محلی را در یک لحظه دقیق مختل کنیم، چه اتفاقی می‌افتد؟

ابزارهای جدید هیچ اثر طولانی مدتی بر سلول باقی نمی گذارند، بنابراین محققان می توانند از آنها برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنچه در سطح میکروسکوپی اتفاق می افتد استفاده کنند و درمان هایی را برای بیماری ها و شرایطی مانند سرطان و تخریب عصبی - بدون خطر آسیب دائمی یا تغییرات ایجاد کنند.

ژو گفت که این ابزارها از طریق Addgene، یک سازمان غیرانتفاعی که به دانشمندان کمک می کند تا مواد تحقیقاتی ژنتیکی را به اشتراک بگذارند و به دست آورند، در دسترس محققان است. این تیم امیدوار است که آنها را برای مطالعات ژن درمانی تطبیق دهد - آزمایش اینکه آیا بازگرداندن "بزرگراه‌های" آسیب‌دیده در نورون‌ها می‌تواند به مقابله با بیماری‌هایی مانند آلزایمر کمک کند یا اینکه آیا اختلال عمدی این بزرگراه‌ها در سلول‌های سرطانی می‌تواند به کشتن تومورها کمک کند.

ژو گفت: "برای جامعه علمی، این مجموعه ای از ابزارهای بسیار راحت را فراهم می کند." تنها چیزی که برای بیان سلول ها نیاز دارید این است که فقط با نور ما بدرخشید و اکنون می توانید آنها را دستکاری کنید. روش های قبلی را نمی توان بر روی سلول های زنده استفاده کرد، اما اکنون می توانید شبکه های میکروتوبول را در زمان واقعی بررسی کنید.

Tien-Hung Lan و همکاران، یک ابزار اپتوژنتیک تک جزیی برای تجسم برگشت پذیر و کنترل قابل برنامه ریزی دینامیک میکروتوبول، روش های گزارش سلولی (2026). DOI: 10.1016/j.crmeth.2026.101532

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →