דמיין תא חי כאילו מדובר בעיר. אם היית המתכנן העירוני לעיר זו (מעט מאוד, מאוד חיה), אחד הדברים שתצטרך להחליט הוא כיצד להקצות מקום לשימושים פונקציונליים שונים.
יש לייעד חלקים מהעיר לשימוש למגורים, למשל, בעוד שאחרים צריכים להיות מיועדים לתעשייה; יחד עם זאת, אתה צריך לשים את האשפה איפשהו. באופן אידיאלי, יש למדר את כל הפעילויות החיוניות הללו כדי שלא יפסיקו את דרכם של האחרים.
ככל שעיר גדלה, תאים השונים שלה צריכים גם לצמוח. זה נכון גם בתא חי. אבל האם כל החלקים גדלים באותו קצב? איך אתה מקצה את המשאבים לצמוח?
עד כה, מדענים היו בעלי נראות מועטה מאוד כיצד התא מארגן ומתעדף את צמיחת תאיו: המבנים הפונקציונליים המכונים אורגנים. זה כולל כמה מהאברונים המוכרים יותר כמו גרעין התא או מפעלים מייצרים אנרגיה של מיטוכונדריה.
מחקר חדש בראשות שנקר מוכ'רג'י, עוזר פרופסור לפיזיקה באומנויות ומדעים באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס, הוא מהראשונים לנקוט בגישה מערכותית למדידה ופרשנות השינויים המתרחשים באברונים ככל שתאים חיים צומחים. צוותו ערך את מחקריו, שפורסם ב -6 ביוני ב מערכות תאים שימוש בתאי שמרי קשת כמערכת המחקר שלהם.
השתמשנו בטכנולוגיה המכונה הדמיה היפרפרקטית, המאפשרת לנו לתייג כמעט את כל האברונים הגדולים בתא, כך שנוכל לראות ישירות כיצד התא מקצה מרחב לתאים אלה. "
שנקר מוכ'רג'י, עוזר פרופסור לפיזיקה לאמנויות ומדעים באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס
למרות שהצוות שלו לא המציא הדמיה היפרפרקטית, אמר מוכרג'י, הם נמנים עם קומץ החוקרים הראשון ליישם אותה על הבנת צמיחת התאים.
הגישה החדשה אפשרה להם לדמיין בו זמנית שישה אברונים פעילים מטבוליים. במקום להסתכל על מתאם יחיד או זוגי בין האברונים, כפי שנעשה בעבר, הפיזיקאים יכלו לקבוע את הניסויים שלהם ואז לאפשר לנתונים לספר להם מה קורה עם כל האברונים בבת אחת.
"בעזרת טכניקות ממדעי הנתונים, יכולנו לראות כיצד התאים עיצבו את עצמם מבחינת המרחב לאברונים כששינינו את התנאים בהם הם גדלו או כששינינו את מסלולי האיתות שלהם", אמר מוכ'רג'י.
מוכרג'י מקווה שהמתודולוגיה שפיתחו – ומסגרת התיאוריה המתמטית החדשה שקבוצתו בנתה כחלק מניתוח זה – יסייעו לאחרים ללמוד כיצד תאים מווסתים את חילוף החומרים והצמיחה, וזה חשוב הן בבריאות והן במחלות.
עושה מקום
המדענים גילו כי אברונים מסוימים בתוך תא צומחים מהר יותר מאחרים.
"התא צריך לעשות משהו אינטליגנטי כדי לאפשר לתאים לצמוח, אך לא באותו קצב", אמר מוכרג'י. "בעיקרון, זה יבחר אברונים מסוימים על פני אחרים, כדי לעמוד בדרישות המטבוליות מוגברות."
הם גם ציינו כי לאורגן מסוים אחד, הוואוקול, נראה שיש לו תפקיד גדול בסיוע לתא לצמוח בקצב קבוע בסביבה קבועה.
"נראה כי הוואקול ממש טוב בחיבור התא נגד אקראיות," אמר מוכרג'י. "יחד עם זאת, אם התא באמת צריך לשנות את קצב הצמיחה שלו – מכיוון שהסביבה שלו משתנה או משהו כזה – אז זה האברון שנראה כאילו הוא מגיב בדרך הנכונה.
לבסוף, החוקרים התבוננו במה שהנתונים שלהם סיפרו להם על מה שמגדיל שינויים בצמיחת האורגן.
"עם כל החישוקים שגרמנו לתאים לקפוץ, מסתבר שהתבנית של צמיחת האברונים המופעלת על ידי שינויים בגודל התא שונה לחלוטין מהדפוס של צמיחת האברונים המופעלת על ידי שינויים בקצב הצמיחה בלבד בלבד", אמר מוכרג'י.
זה חשוב מכיוון שזה יכול לעזור להסביר מדוע תאים אוקריוטיים כל כך גמישים מבחינת האופן שבו גדלים שלהם והשיעורים בהם הם צומחים ומטבוליזציה קשורים זה לזה.
"אם דרישות מתחרות מגודל וקצב הצמיחה מסוגלות להעביר באופן עצמאי לתא בכללותו, אולי זה מקל על המערכת כולה לאזן את הדרישות המתחרות הללו", אמר.
כצעד הבא, Mukherji וצוותו מתכננים להשתמש באותם רעיונות כדי לאפיין תאים אנושיים. "יתכן שנגלה שהקשר הרגיל בין פרופיל האורגן של התא, גודלו וצמיחתו ותכונותיו המטבוליות הופכים לא תקינים בהפרעות הכוללות חילוף חומרים לא תקין, מסרטן לסוכרת למחלות אימונולוגיות," אמר. "בין אם נוכל לחשוף את התבניות הללו – והאם הם רק מחלה אבחנתית, פרוגנוסטית או למעשה עומדת בבסיס מחלה – זה משהו שאנחנו נרגשים לעבוד עליו!"
