روش جدید به محققان کمک می کند تا پروتئین های دخیل در سلامت گیاه و بیماری ها را مطالعه کنند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط اندرو زینین

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

گیاهان - مانند مردم - در اشکال و اندازه‌های مختلف وجود دارند. و درست همانطور که دانشمندان می خواهند اجزای بدن انسان را برای درمان بیماری ها و بهبود زندگی ما درک کنند، آنها همچنین می خواهند بفهمند گیاهان چگونه رشد می کنند، بیماری می گیرند، تسلیم می شوند یا زنده می مانند.

این یک مشکل واقعی است که ما را نیز تحت تأثیر قرار می دهد. یکی از روش‌های قدرتمند دانشمندان برای بررسی این سؤالات از طریق پروتئومیکس، مطالعه پروتئین‌هایی است که درون سلول‌ها زندگی و کار می‌کنند. این درست است چه پروتئین ها در انسان، حیوان، گیاه یا ویروس یافت شوند.

در حالی که زمینه های زیادی در درک زیست شناسی انسانی با استفاده از پروتئومیکس به دست آمده است، پیشرفت برای کسانی که گیاهان را مطالعه می کنند کندتر بوده است.

این به این دلیل است که بافت‌های گیاهی (فکر کنید برگ‌ها، گرده‌ها، دانه‌ها) دارای یک پوسته بیرونی سخت و یک دیواره سلولی ضخیم برای محافظت از پروتئین‌ها و سایر اجزای ضروری داخل و جلوگیری از ورود مواد ناخواسته هستند. این حفاظت ها در خدمت یک هدف هستند، اما از نظر علمی مانعی نیز ایجاد می کنند.

اکنون، در مقاله‌ای که در مجله فیزیولوژی گیاهی منتشر شده است، محققان دانشگاه دلاور یک روش معتبر برای هضم پروتئین‌ها در سلول‌های دست نخورده گیاهی را گزارش می‌دهند که بر این مانع طولانی مدت در پروتئومیکس گیاهی غلبه می‌کند.

Yanbao Yu، مدیر پروتئومیکس در دپارتمان شیمی و بیوشیمی دانشگاه UD، گفت که این نشان‌دهنده "دستیابی به موفقیت برای جامعه پروتئومیکس گیاهی" است که دریچه جدیدی را برای زیست‌شناسی گیاهی می‌گشاید تا به سوالاتی که قبلا مطالعه آن دشوار بود، پاسخ دهد.

به‌عنوان مثال، توانایی تشخیص پروتئین‌هایی که به طور قابل‌توجهی پاسخ می‌دهند، می‌تواند نشانگر زیستی برای نشان دادن اینکه گیاه دارای یک عفونت باکتریایی یا قارچی خاص است، ارائه کند یا به طور بالقوه به راه‌هایی برای تحویل پروتئین‌ها به عنوان درمانی برای کمک به سلول‌ها در بهبود بیماری منجر شود.

او امیدوار است که این رویکرد بتواند نتیجه جامعه کشاورزی را آگاه کند.

یو گفت: «آلودگی گیاهان یک مشکل اقتصادی مهم برای کشاورزی است. با این روش جدید برای مطالعه عفونت گیاهی، می‌توانیم پروتئین‌های مرتبط با عفونت را که از نظر بیولوژیکی معنی‌دار هستند و می‌توانند کشاورزی را بهبود بخشند، شناسایی کنیم. او قبلا اثربخشی فناوری توسعه‌یافته UD را در خطوط سلولی ساده نشان داده بود.

به طور سنتی، محققانی که پروتئین های گیاهی را مطالعه می کنند، ابتدا باید بافت را با استفاده از هاون و هاون خرد کرده و آن را طی یک سری مراحل پردازش شیمیایی برای جداسازی پروتئین هایی که می خواهند مطالعه کنند، قرار دهند. این فرآیند ممکن است روزها طول بکشد و مواد ارزشمند در این مسیر گم شوند.

روش یو رویکرد متفاوتی دارد. به جای استخراج پروتئین ها ابتدا، محققان بافت دست نخورده گیاه را با متانول درمان می کنند که مطالعه پروتئین های داخل سلول ها را در عین حفظ اطلاعات مهم ممکن می سازد.

یو گفت: "این مانند یک فریزر انفجاری عمل می کند." بیولوژی درون سلول را منجمد می کند تا بتوان آن را مطالعه کرد.

در اصل، متانول سلول را باز می کند، اما آسیب شناسی اولیه در داخل سلول بدون تغییر باقی می ماند. یو گفت، از این سلول های شکسته، می توان پروتئین های دقیق داخل را برش داد، حذف کرد و کمیت کرد.

تثبیت متانول در پاتولوژی و سایر آنالیزهای تصویربرداری رایج است، جایی که از آن برای دست نخورده نگه داشتن ساختار بافت استفاده می شود. اما تعداد کمی از محققان از آن برای تجزیه و تحلیل پروتئومیکس استفاده کرده اند، زیرا آنها به طور کلی می خواهند سلول ها را از هم جدا کنند و مستقیما با پروتئین ها کار کنند.

در مقابل، یو تصمیم گرفت پروتئین ها را در حالی که سلول ها هنوز دست نخورده هستند هضم کند.

او گفت: «ما آن را با موشک از بین نمی‌بریم، از یک ماده شیمیایی مانند چاقو برای بریدن داخل آن استفاده می‌کنیم.

و از آنجایی که روش پروتئومیکس توسعه‌یافته توسط UD بسیار حساس و قوی است، شناسایی دقیق تعداد زیادی از پروتئین‌ها به طور مداوم، حتی از مقدار محدودی از مواد نمونه، امکان‌پذیر است.

یو با همکاری جف کاپلان، دانشیار علوم گیاهی و خاک و مدیر مرکز تصویربرداری زیستی مؤسسه بیوتکنولوژی دلاور، و دجی آدکانیه، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه کاپلان، این استراتژی را برای بررسی برگ‌های سالم تنباکو و آن‌هایی که به قارچ‌ها آلوده شده‌اند، به کار برد تا بداند چگونه سیستم ایمنی گیاه به عفونت واکنش نشان می‌دهد.

آنها می‌خواستند بفهمند چه چیزی باعث می‌شود قارچ یک بیماری‌زا باشد، زیرا قارچ‌ها در اطراف ما هستند اما فقط در تعداد محدودی از گونه‌های گیاهی باعث بیماری می‌شوند. برای جدا کردن این موضوع، یو بررسی کرد که چگونه پروفایل پروتئین گیاه در پاسخ به قارچ های بیماری زا و بی ضرر تغییر می کند. داده ها تفاوت های مشخصی را در پروتئین های موجود نشان داد.

یو می‌گوید: «از نظر زیست‌شناسی، ما بسیاری از پروتئین‌های مشخص را شناسایی کردیم که مردم با روش‌های سنتی قادر به دیدن آن‌ها نبودند. و ما می توانیم به وضوح پاسخ پروتئین را ببینیم.

تجزیه و تحلیل تیم تحقیقاتی نشان داد که وزیکول های خارج سلولی گیاهی که مسئول ارتباط سلول به سلول هستند با پروتئین های دخیل در عملکرد سیستم ایمنی غنی شده اند.

آدکانیه، نویسنده اول مقاله، گفت: "این نشان دهنده نقش فعال دفاعی گیاهی برای این وزیکول ها است."

در همین حال، داده‌ها نشان داد که وزیکول‌های خارج سلولی از پاتوژن قارچی مملو از پروتئین‌های سمی هستند که می‌توانند به پروتئین یا آنزیم داخل سلول بچسبند و مانند یک کلید عمل کنند و عفونت را روشن کنند. مسیرهایی که گیاهان برای پاسخ دادن به قارچ های بیماری زا و بی ضرر استفاده می کنند نیز متفاوت بود.

آدکانیه گفت، داشتن این اطلاعات ارزشمند است، زیرا او به بررسی نقش وزیکول های خارج سلولی در فعل و انفعالات گیاه و قارچ ادامه می دهد.

این روش به گیاهان نیز محدود نمی‌شود و در بسیاری از سیستم‌های بیولوژیکی دیگر و ارگانیسم‌های مدل، از جمله کرم‌های Caenorhabditis elegans، جنین‌های قورباغه، خارپشت دریایی، سلول‌های باکتریایی، سلول‌های نوروبلاستوما و مخمرها کارایی نشان می‌دهد.

تا به امروز، اساتید و دانشجویان بیش از 15 آزمایشگاه در محوطه دانشگاه، از پلتفرم فناوری توسعه‌یافته Yu's UD استفاده کرده‌اند، که مجوز آن توسط CDS Analytical LLC، تامین‌کننده مواد مصرفی و ابزار آماده‌سازی نمونه پروتئومیکس، برای مطالعه طیف گسترده‌ای از سؤالات در زیست‌شناسی رشد، عفونت و ایمونولوژی، درد مزمن عصبی و موارد دیگر است.

یو گفت: "من معتقدم که این یک تغییر دهنده بازی خواهد بود. این واقعا یک راه عملی و در عین حال قدرتمند برای انجام آماده سازی نمونه پروتئین با تعداد کمی سلول و به طور بالقوه تک سلولی است."

Deji Adekanye و همکاران، به سوی تجزیه و تحلیل پروتئوم گیاهی ساده، سریع و عمیق با یک استراتژی پروتئومیکس درون سلولی، فیزیولوژی گیاهی (2026). DOI: 10.1093/plphys/kiag557

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →