Electroporation outcomes in human Jurkat cells are affected by exposure to simulated microgravity
يؤدي التعرض للجاذبية الصغرى المحاكية إلى تقليل كفاءة التثقيب الكهربائي في خلايا جوركاتت البشرية بنسبة 31% تقريبًا بسبب إعادة تنظيم الهيكل الخلوي، وتحديدًا زيادة سماكة الأكتين القشري، وهو ما يمكن عكسه جزئيًا عن طريق زعزعة استقرار الأكتين الخيطي (F-actin).
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل مستقبلاً لا يحتاج فيه رواد الفضاء إلى حمل كل مكون من مكونات الغذاء أو الدواء من الأرض، بل يمكنهم بدلاً من ذلك حمل مكتبة من التعليمات الجينية واستخدام البيئة المحلية لبناء ما يحتاجون إليه هناك، في مكانهم. هذا المفهوم، المعروف باسم التصنيع الحيوي في الفضاء، يعتمد على القدرة على أخذ خلايا حية وبرمجتها لإنتاج بروتينات أو جزيئات محددة. وللقيام بذلك، يستخدم العلماء غالباً تقنية تسمى "التثقيب الكهربائي" (electroporation). فكر في الأمر كفتح مؤقت ومتحكم فيه للجلد الخارجي للخلية باستخدام نبضة كهربائية قصيرة؛ هذا الفتح يسمح للمادة الوراثية الجديدة بالتسلل إلى الداخل، محولاً الخلية إلى مصنع صغير. وبينما يعمل هذا بشكل جيد على الأرض، فإن الفضاء مكان مختلف تماماً. فالحالة القريبة من انعدام الوزن في المدار تغير كيفية سلوك الخلايا، وكيفية حركتها، وكيفية تماسك هياكلها الداخلية. وإذا تغيرت قواعد البيولوجيا في الفضاء، فإن الأدوات التي نستخدمها لبرمجة تلك الخلايا قد تتوقف عن العمل كما هو متوقع.
لقد وضع فريق من الباحثين هدفاً لاختبار هذا السؤال تحديداً باستخدام خلايا مناعية بشرية تُعرف باسم خلايا "جوركات" (Jurkat cells). أرادوا معرف ل ما إذا كانت ظروف الفضاء الغريبة، أو محاكاة قريبة لها، ستغير مدى قدرة هذه الخلايا على قبول التعليمات الجينية الجديدة. وضع العلماء الخلايا في حاوية دوارة خاصة مصممة لمحاكاة الشعور بانعدام الوزن على الأرض. تركوا الخلايا تطفو في هذه البيئة المحاكية لمدة ساعتين، ثم عرضوها للنبضات الكهربائية المستخدمة في التثقيب الكهربائي. كانت النتائج واضحة ومتسقة: الخلايا التي كانت تطفو في حالة انعدام الوزن المحاكية كانت أصعب بكثير في برمجتها. عندما حاول الباحثون دفع صبغة مضيئة صغيرة إلى داخل الخلايا، امتصت الخلايا التي كانت في حالة انعدام وزن أقل بنسبة عشرين بالمائة تقريباً من الخلايا التي بقيت في جاذبية طبيعية. وعندما حاولوا إدخال قطعة من الحمض النووي لجعل الخلايا تتوهج باللون الأخضر، انخفض معدل النجاح بنسبة واحد وثلاثين بالمائة. والأهم من ذلك، أن الخلايا لم تكن تموت؛ بل كانت فقط ترفض السماح للمواد الجديدة بالدخول بالسهولة ذاتها التي تظهر بها نظيراتها على الأرض.
ولفهم سبب حدوث ذلك، نظر الباحثون داخل الخلايا إلى هيكلها الداخلي. فالخلايا ليست مجرد أكياس من السائل؛ بل لديها إطار مصنوع من ألياف بروتينية تسمى "الأكتين" (actin) تمنحها الشكل والقوة. في الجاذبية العادية، تترتب هذه الألياف بطريقة معينة، ولكن بعد ساعتين فقط من التواجد في حالة انعدام الوزن المحاكية، تغيرت الخلايا؛ فقد انتشرت، وأصبحت أكبر وأكثر تسطحاً، وأصبحت طبقة ألياف الأكتين الموجودة تحت جلدها الخارجي مباشرة أكثر سمكاً بشكل ملحوظ. يبدو الأمر كما لو أن الخلايا قد بنت جداراً أكثر كثافة وصلابة حول نفسها استجابةً لنقص الجاذبية. وقد بدا هذا الجدار السميك هو الحاجز الذي منع النبضات الكهربائية من أداء عملها بفعالية.
ثم اختبر الفريق ما إذا كان بإمكانهم عكس هذا التأثير باستخدام عقاقير للتلاعب بألياف الأكتين مباشرة. فعندما عالجوا الخلايا بمادة تشجع ألياف الأكتين على التراكم والزيادة في السمك، تصرفت الخلايا تماماً مثل تلك التي كانت في محاكاة انعدام الوزن: أصبحت أصعب في البرمجة. وعلى العكس من ذلك، عندما استخدموا عقاراً مختلفاً لتفكيك ألياف الأكتين أثناء تواجد الخلايا في حالة انعدام الوزن المحاكية، أصبحت الخلايا أسهل قليلاً في البرمجة مرة أخرى، رغم أن التحسن كان طفيفاً ولم يكن مثالياً من الناحية الإحصائية. وقد أكد هذا أن إعادة تنظيم الهيكل الداخلي للخلية كان السبب الرئيسي في كون النبضات الكهربائية أقل فعالية. لقد تكيفت الخلايا مع بيئتها من خلال تعزيز هيكلها، وهذا التعزيز حال دون عملية البرمجة التي احتاج إليها العلماء.
تشير هذه النتائج إلى أن نجاح التصنيع المستقبلي القائم على الفضاء سيعتمد على فهم كيفية تكيف الخلايا فيزيائياً مع انعدام الوزن. وجد الباحثون أنه بينما ظلت الخلايا سليمة وحية، فإن قدرتها على قبول تعليمات جينية جديدة قد تعرقلت بشكل كبير بسبب التغيرات في هيكلها الداخلي. لم تجد الدراسة أن الخلايا أصبحت أكثر مرونة تجاه الصدمات الكهربائية، كما اقترح بعض العمل السابق على الخميرة؛ بل أصبحت ببساطة أكثر مقاومة للسماح للمواد الجديدة بالدخول. وأشار العلماء إلى أن محاكاتهم الأرضية ليست نسخة مثالية للفضاء، حيث لا يمكنها القضاء على جميع حركات السوائل أو مراعاة الإشعاع الكوني، لكن النتائج كانت قوية بما يكفي لإظهار نمط واضح. يسلط هذا العمل الضوء على أنه بينما نتطلع إلى بناء مصانع في المدار، يجب أن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن الآلات الحية التي سنستخدمها ستغير شكلها وقوتها بمجرد مغادرتها للأرض، وأن تلك التغييرات ستؤثر مباشرة على كيفية التحكم فيها.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.