كبسولة زمنية للخلايا تخزن التجارب السرية لماضيها

صمم الباحثون كبسولة زمنية للخلايا، قادرة على جمع وتخزين تذكارات النشاط الماضي.

يمكن لوحدات التخزين الخلوية، التي تسمى TimeVaults، أن تساعد في كشف أسرار مقاومة أدوية السرطان وبيولوجيا الخلايا الجذعية، وعلى نطاق أوسع، كيف تشكل الأحداث الماضية مستقبل الخلية. ونشرت النتائج اليوم في علوم¹.

تصنع TimeVaults من هياكل خلوية غامضة تسمى الخزائن، والتي تم تعديلها لجمع وتخزين المنتجات الجزيئية لنسخ الجينات، والمعروفة باسم جزيئات الرنا المرسال (mRNA)..

يقول راندال بلات، المهندس البيولوجي في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ: “هذه خطوة كبيرة نحو هدف طويل الأمد في هذا المجال: القدرة على تسجيل النسخ بشكل مستمر في الخلايا البشرية”. “أتوقع أن يسمح لنا TimeVaults بمراقبة جوانب من علم الأحياء لم يكن من الممكن الوصول إليها من قبل.”

مسجلات الخلية

الخلايا تتغير باستمرار. يميل الباحثون إلى دراسة ديناميكياتهم بطريقتين. تتمثل إحدى الطرق في مشاهدتها مباشرة تحت المجهر، حيث يمكن تتبع عدد محدود من أنواع الجزيئات لعدة أيام باستخدام علامات الفلورسنت. هناك طريقة أخرى وهي استخدام أنابيب الاختبار في نقطة زمنية واحدة، وعادةً ما تكون نهاية التجربة، حيث يمكن قياس جزيئات mRNA ومقارنتها بتلك الموجودة في الخلايا الأخرى لإعادة بناء الماضي.

على مدى العقد الماضي، طور الباحثون مجموعة من “المسجلات الخلوية” – العديد منها يستخدم تحرير الجينات بتقنية كريسبر – لإنشاء سجل جيني لا يمحى من الأحداث العابرة، مثل نشاط مسار جزيئي معين مع مرور الوقت. ويمكن بعد ذلك قراءة دفتر الأستاذ هذا عن طريق تسلسل الجينوم لتحديد نقطة التعديلات اللاحقة، وإنشاء جدول زمني للأحداث الخلوية.

لكن لهذه الأمور جانب سلبي: إذ يتعين على الباحثين أن يقرروا مسبقًا أي الأحداث يريدون مراقبتها، كما يقول فاي تشين، الذي يدرس بيولوجيا الخلية الواحدة والجينوم في جامعة هارفارد في كامبريدج، ماساتشوستس.

بحثًا عن طريقة غير متحيزة لتسجيل عمر الخلية، وجد تشين وزملاؤه الإلهام على موقع يوتيوب. عثر أحد الطلاب في مختبره على ملف شخصي لليونارد روما، الذي يحمل اسم Vault Guy. روما هي عالمة بيولوجيا الخلية في جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس، وتستضيف قناة تعليمية على اليوتيوب حول العضيات الخلوية الغامضة ذات الشكل البرميلي والتي تسمى الخزائن. وفي الثمانينيات، شاركت روما في اكتشاف الخزائن، التي تتواجد بالآلاف في معظم خلايا الثدييات. ومع ذلك ظلت وظيفتها غير معروفة منذ ذلك الحين.

لتحويل الخزائن إلى كبسولات زمنية، أعاد فريق تشن هندسة بروتين القبو بطريقة تمكنه من التعرف على السمة الجزيئية المميزة لجزيئات mRNA والارتباط بها، وبالتالي التقاط mRNA داخل القبو. يتم تحفيز إنتاج هذا البروتين – أي ما يعادل الضغط على زر “التسجيل” – عن طريق معالجة الخلايا بدواء، ويتوقف عن طريق سحب الدواء.

مع هذه التعديلات، التقطت TimeVaults جزءًا صغيرًا من جميع جزيئات mRNA التي ينتجها خط الخلايا البشرية على مدار 24 ساعة، وخزنتها لمدة أسبوع على الأقل، حسبما وجد فريق تشين. لم يجد الباحثون أي علامة على أن الخلايا التي تحتوي على TimeVaults تتصرف بشكل مختلف بسبب حمولتها، ولا أن الهياكل ذات الشكل البرميلي تغير شكلها أو حجمها بمجرد امتلاءها. يقول تشين: “إنهم سعداء للغاية”.

تطبيقات عملية

لقد بدأ فريق تشين للتو في تجربة اختراعهم. في علوم في ورقة بحثية، استخدم فريق تشين TimeVaults لفهم الخلايا السرطانية الخبيثة المعروفة باسم الصامدين. تفتقر هذه الخلايا إلى الطفرات الجينية التي تتجنب أدوية السرطان المستهدفة حتى الآن البقاء على قيد الحياة بطريقة أو بأخرى من العلاج بالعقاقير.