קונסורציום מחקר יצר את ההסתכלות הרחבה ביותר עד כה על החלבונים המרכיבים את המיטוכונדריה, ולוכד את המגוון של האברון על פני מספר ענפים על עץ החיים המורכבים. עם תרומות גדולות של מדעני מכון ברוד כמו גם מפלטפורמת הפרוטאומיקה שלו, הקונסורציום יצר וניתח את הפרוטאומים המיטוכונדריאליים של צמח אחד וחמישה פתוגנים חד-תאיים המשפיעים על מיליוני אנשים ברחבי העולם מדי שנה. התוצאות שלהם חושפות תפקודים חדשים בלתי צפויים של האברון, רמזים למקורו ותפקידו באבולוציה של אורגניזמים בעלי תאים מורכבים הידועים כאאוקריוטים, ומטרות תרופות חדשות פוטנציאליות למחלות טרופיות מוזנחות.
פרויקט MitoCarta Tree of Life הובל על ידי מדענים ממכון ברוד, מאס גנרל בריגהם, בית הספר לרפואה של הרווארד (HMS), בית הספר לבריאות הציבור של הרווארד TH צ'אן ובית הספר לרפואת שיניים של אוניברסיטת בוסטון, הנרי מ. גולדמן. הממצאים שלהם מופיעים בתשעה מאמרים מדעיים ובמאמר פרשנות ב תָא וכתבי עת קשורים.
עם הקונסורציום הזה, שימשנו מחדש את כל מה שלמדנו במהלך 15 השנים האחרונות המאפיין את המיטופרוטאום של היונקים כדי לבנות במהירות ובקפדנות את המלאי האלה, תוך יצירת משאב יסוד לתחום חדש של ביולוגיה מיטוכונדריה השוואתית."
Vamsi Mootha, מנהיג פרויקט, חבר מכון ב-Broad, פרופסור לביולוגיה מערכות ב-HMS, חוקר במחלקה לביולוגיה מולקולרית במס גנרל בריגהם, וחוקר המכון הרפואי הווארד יוז (HHMI)
פלאי מיטוכונדריה
עברו שני מיליארד שנים מאז שתא מארח עתיק בלע חיידק שהפך מאוחר יותר למיטוכונדריון, "תחנת הכוח" של אנרגיה כימית לתאים איקריוטיים. רוב ה-DNA החיידקי הגיע לגנום הגרעיני של התא המארח, כשחלק נשאר כגנום מיטוכונדריאלי זעיר. כאשר אורגניזמים חד-תאיים ורב-תאיים התפתחו עם הזמן, הרכב האברון ותפקודו השתנה כדי להתאים לצרכים של כל אורגניזם.
בשנת 2008, צוות בראשות Broad הכריז על MitoCarta, המלאי המקיף הראשון של 1,100 החלבונים של המיטוכונדריה של היונקים, אשר שימש מאוחר יותר לגילוי גנים העומדים בבסיס מחלות כמו מחלות מטבוליות וניוון עצבי. עם זאת, החוקרים ידעו שהם יכולים ללמוד עוד יותר על האברון על ידי השוואתו על פני צורות חיים שונות ולחקור לא רק את מקורותיו, אלא גם כיצד הוא עשוי להיות ממוקד בפתוגנים לטיפול בזיהומים.
בשנת 2022, בתמיכת יוזמת הפתוגנים המתעוררים של HHMI, Mootha ועמיתיו בנו קונסורציום של שבע מעבדות המורכבות מ-25 חוקרים לייצור מיטופרוטאומים של אורגניזמים המשתרעים על עץ החיים, תוך התמקדות בצמח המודל. ארבידופסיס וחמישה טפילים הגורמים למחלות אנושיות.
החוקרים עבדו עם טכנולוגיות ספקטרומטריית המסה המתקדמות החדשות ביותר של Broad Institute כדי לעזור לקבוע אילו גנים גרעיניים מקודדים לחלבונים שמגיעים בסופו של דבר למיטוכונדריה של כל אורגניזם. "המהירות והקנה מידה של הפרויקט הזה לא היו מתאפשרים ללא המומחיות של הפלטפורמה בטכנולוגיה פרוטאומית מתקדמת מהדור הבא", אמרה Namrata Udeshi, מנהלת בכירה לפרוטאומיקה ב-Broad, שם היא מדענית במכון, ואחת החוקרים הראשיות בקונסורציום.
בעבודה בהובלת חבר הצוות והסטודנט לדוקטורט בהרווארד מייקל צ'ן, השוו החוקרים את הנתונים על ששת האורגניזמים הללו יחד עם מלאי האדם והשמרים הקיים. הם גילו חלבונים מיטוכונדריאליים רבים בפתוגנים מרובים שחסרים במיטוכונדריה אנושית, המייצגים מטרות פוטנציאליות לתרופות חדשות לטיפול במחלות טרופיות.
החוקרים השתמשו בנתונים החדשים גם כדי לחקור תעלומה מדעית ארוכת שנים לגבי האם מקור המיטוכונדריה מוקדם או מאוחר באבולוציה האיקריוטית. תוך שימוש בנתונים החדשים כדי לאמן מחדש כלי מבוסס למידת מכונה ולחזות את המיטופרוטאומים עבור מאות מינים שלא נבדקו, המדענים שיחזרו את ציר הזמן של המועד שבו הופיעו אברונים שונים לראשונה. הניתוח שלהם תומך ברעיון שהמיטוכונדריה הופיעו מאוחר יחסית, לאחר שהאאוקריוט הקדמוני כבר פיתח חלקים מורכבים אחרים.
המאמרים האחרים התמקדו בניתוחים של אורגניזמים בודדים. במחקר אחד, הצוות קיטלג את המנגנון המיטוכונדריאלי של ג'ארדיהשגורמת למחלת שלשול, מכילה רק 59 חלבונים וחסרה יכולות לייצור אנרגיה, מה שהופך אותו ליותר "שארית" מיטוכונדריון שמאתגר עוד יותר את ההשקפה הצרה של האברון כפשוט תחנת כוח.
למחקר אחר, הם פיתחו שיטות חדשות לחקר המיטוכונדריה של באבסיהפתוגן המועבר בקרציות מאחורי מחלה דמוית מלריה שמתפשטת בניו אינגלנד עקב שינויי אקלים. חשוב לציין, שיטות אלה עשויות לעבוד גם עבור פתוגנים קשורים, כגון אלה הגורמים למלריה וטוקסופלזמה.
בניתוח שלהם של מיטופרוטאום של אקנתמובהאורגניזם שיכול לגרום לעיוורון אצל מרכיבי עדשות מגע, הם צפו במכונות המורכבות ביותר לייצור אנרגיה מכל אורגניזם. חבר הצוות ג'ון סטפלי הוביל ניסויים שהראו שהמיטוכונדריה שלו מסוגלת לעבור בין נשימה אירובית לאנאירובית על סמך תנאי החמצן, ואולי משקפת הסתגלות עתיקה לחמצן המשתנה בסביבתו הקדמונית.
הצוות גם חקר את הגראס ארבידופסיסשהוא אורגניזם מוביל ומשתמש באנרגיה לא רק מכלורופלסטים, אלא גם ממיטוכונדריה. בעוד שעבודה קודמת סייעה להגדיר את הפרוטאום המיטוכונדריאלי של הצמח, נראה שהמלאי החדש הזה הוא המקיף והמדויק ביותר והוא נוצר באמצעות גישה שכנראה יכולה לעבוד עבור צמחים אחרים.
ניתוח של שׁוֹשַׁנַת יְרִיחוֹ ו טריפנוזומה חשפו פרוטאומים מיטוכונדריאליים מסיביים שגדולים ב-50 אחוז מזה של בני אדם ומכילים חלבונים ייחודיים לאותם מחלקות טפילים.
"הפרויקט הזה הוא צעד אחד במאמץ המדעי הגדול יותר להשתמש במגוון הקיים על פני כדור הארץ כאבן קפיצה לקראת תשובה לאחת השאלות העמוקות ביותר: איך התפתחו חיים מורכבים על הפלנטה שלנו?", אמרה חברת הצוות שרה קלבו, מדענית חישוב בכירה ב-Broad.
בנוסף, ליותר ממחצית מהחלבונים בקטלוגים הללו יש תפקידים לא ידועים, כך שמחקרים עתידיים עשויים יום אחד לחשוף עוד יותר רמזים למה שהופך את חיי האדם, ושל כל האורגניזמים המורכבים על פני כדור הארץ, לאפשריים.
הנתונים שהופקו במחקרים אלה זמינים בחינם ב-mitocarta.org. חוקרים אחרים שהובילו את המאמץ כוללים את לוק צ'או מגנרל המונים בריגהם ו-HMS, Manoj Duraisingh מבית הספר לבריאות הציבור של הרווארד TH Chan, וג'ון סמואלסון, רוסלן אפאזיז'ב ואינה אפאזיז'בה מאוניברסיטת בוסטון, בית הספר לרפואת שיניים, הנרי מ. גולדמן.
