ساخت نخستین سلول‌های حیوانی فتوسنتزی با استفاده از انرژی خورشیدی در آزمایشگاه با استفاده از جلبک
محققان ژاپنی با وارد کردن کلروپلاست‌های تولیدکننده انرژی از جلبک‌ها به سلول‌های همستر، موفق به ایجاد سلول‌های حیوانی فتوسنتزی شدند.
پیش از این، بر این باور بودیم که کلروپلاست‌ها، که ساختارهایی حیاتی برای جذب نور در سلول‌های گیاهان و جلبک‌ها هستند، نمی‌توانند در سلول‌های حیوانی عمل کنند. اما این کلروپلاست‌ها زنده ماندند و فرآیندهای فتوسنتزی را حداقل برای دو روز انجام دادند که می‌تواند راه را برای پیشرفت‌هایی در مهندسی بافت باز کند.
استاد «ساچی‌هیرو ماتسونگا» از دانشگاه توکیو و نویسنده همکار مقاله پژوهشی گفت: «تا جایی که می‌دانیم، این نخستین گزارش از انتقال الکترون فتوسنتزی در کلروپلاست‌های کاشته شده در سلول‌های حیوانی است.»
این تکنیک می‌تواند مشکلات کمبود اکسیژن که بافت‌های رشد یافته در آزمایشگاه مانند ارگان‌های مصنوعی و پوست را مختل می‌کند، با اجازه دادن به قرارگیری در معرض نور برای تولید اکسیژن و انرژی برای رشد سلول‌ها برطرف سازد.
آیا سلول‌های حیوانی می‌توانند فتوسنتز کنند؟
ایده اینکه سلول‌های حیوانی می‌توانند توانایی‌های فتوسنتزی را بدست آورند، ممکن است شبیه علم تخیلی به نظر برسد، اما برخی حیوانات مانند صدف‌های غول پیکر، هم اکنون از مشارکت با موجودات فتوسنتزی بهره‌مند می‌شوند.
این صدف‌ها جلبک‌هایی را دارا هستند که از کلروپلاست‌ها برای فتوسنتز استفاده کرده و اکسیژن و غذای مورد نیاز میزبانشان را فراهم می‌کنند. با الهام از چنین روابط طبیعی، محققان بررسی کردند که آیا سلول‌های حیوانی می‌توانند خود کلروپلاست‌ها را به صورت عملکردی در خود جای دهند.
ماتسونگا گفت: «فکر می‌کردیم کلروپلاست‌ها توسط سلول‌های حیوانی ظرف چند ساعت پس از معرفی هضم می‌شوند.»
او افزود: «اما ما یافتیم که آن‌ها تا دو روز به فعالیت خود ادامه دادند و این انتقال الکترونی فعالیت فتوسنتزی بشرنشب یافت.» این انتقال الکترونی برای تولید انرژی شیمیایی مورد نیاز در گیاهان و جلبک‌ها ضروری است و نشان می‌دهد که کلروپلاست‌ها واقعاً درون سلول‌های حیوانی میزبان خود کار می‌کردند.
ایجاد مواد سوختی توسط سلول‌های حیوانی
در این مطالعه کلروپلاست‌های جلبک قرمز در سلول‌های پرورشی همستر قرار گرفته و سپس با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری مانند میکروسکوپی کانونی و الکترونی تحلیل شدند. فعالیت فتوسنتزی از طریق فلورومتری تعدیل دامنه پالس اندازه‌گیری شد که تأیید کرد کلروپلاست‌ها به طور موثر انرژی در سلول‌های میزبان جدید خود تولید می‌کردند.
حتی سلول‌های حیوانی حاوی کلروپلاست‌ها یک نرخ رشد افزایش یافته نشان دادند، که به این معنیست که فرآیند فتوسنتزی به آن‌ها سوخت بر پایه کربن ارائه می‌کرد.
ماتسونگا اشاره کرد که «ما معتقدیم این کار برای مهندسی بافت-سلولی مفید خواهد بود.» «بافت‌های رشد یافته در آزمایشگاه مانند ارگان‌های مصنوعی، گوشت مصنوعی و برگه‌های پوستی از لایه‌های متعدد سلول تشکیل شده‌اند. با این حال، آن‌ها نمی توانند به دلیل هیپوکسی (کمبود سطح اکسیژن) درون بافت، که باعث ممانعت از تقسیم سلولی می‌شود، اندازه خود را افزایش دهند.»
او توضیح داد: «با مخلوط کردن سلول‌های کلروپلاست کاشته شده می‌توان اکسیژن را از طریق فتوسنتز و با عنوان پرتو نور به سلول‌ها تأمین کرد و بدین طریق شرایط درون بافت برای رشد بهبود می‌یابد.»
نگاه به آینده
با یکپارچه سازی سلول‌های آغشته به کلروپلاست، محققان می‌توانند از طریق قرارگیری در معرض نور، اکسیژن تأمین کنند و شرایط رشد بهتری برای بافت‌های پیچیده و چند لایه مانند ارگان‌های رشد یافته در آزمایشگاه یا گوشت ایجاد کنند.
نگاه به آینده، ماتسونگا و تیمش امیدوارند تا این «سلول‌های گیاه-حیوان» را بیشتر توسعه دهند تا صفات مفید شبیه به گیاه را در سلول‌های حیوانی ایجاد کنند. ماتسونگا در بیانیه مطبوعاتی گفت: «ما انتظار داریم که سلول‌های گیاه-حیوان تغییراتی شگرف بوجود آورند»، و دیدگاه‌های مربوط به بیوتکنولوژی‌های آینده را می‌بیند که می‌تواند به یک جامعه پایدارتر منجر شود و به کاهش گاز گلخانه‌ای کمک کند.
مطالعات آینده بر روی فهم تبادلات ماده بین سلول‌های میزبان و کلروپلاست‌ها تمرکز خواهد کرد و ممکن است راه‌های جدیدی برای توسعه بافت مصنوعی و بیوتکنولوژی‌های پایدار را باز کند.
این مطالعه در کانفرانس آکادمی ژاپن منتشر شده است.
