تويت
نُشر بحث جديد في مجلة Nature Aging توصل فيه الباحثون إلى ميتوكوندريا معدلة وراثيًا بوسعها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية تستخدمها الخلايا، وأدت في النهاية إلى إطالة عمر ديدان الأرض من جنس C. Elegans.
ما زالت فكرة شحن خلايا الإنسان بالطاقة الضوئية أقرب إلى الخيال العلمي منها إلى العلم، لكن هذا الاكتشاف سلط الضوء على آليات هامة من عملية التقدم بالعمر أو الشيخوخة.
يقول أندرو فويتوفيتش الأستاذ المساعد في قسم علم التخدير حول العمليات وعلم الأدوية وعلم وظائف الأعضاء في مركز روتشيستر الطبي: «نعلم أن اضطراب وظيفة الميتوكوندريا هو نتيجة التقدم في العمر. وجدت هذه الدراسة طريقةً لإطالة حياة الديدان وتحسين صحتها بتعزيز الاستقلاب ببساطة باستعمال الميتوكوندريا المشحونة بالضوء. ستمكننا هذه الاكتشافات وأدوات البحث الجديدة من تعميق دراسة الميتوكوندريا والتعرف على طرق جديدة لمعالجة الأمراض المرتبطة بالتقدم بالعمر وجعل الشيخوخة صحيةً أكثر».
الميتوكوندريا عضيات خلوية توجد في معظم خلايا الجسم، تُسمى عادةً مولدات الطاقة الخلوية لدورها في استخدام الجلوكوز لإنتاج الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP المسؤول عن تزويد الوظائف الخلوية الأساسية بالطاقة، كالتقلص العضلي والنبضات الكهربائية التي تساعد الخلايا العصبية على التواصل فيما بينها.
يتطلب إنتاج الـ ATP عدة تفاعلات يستحيل تنفيذها دون تبادل البروتونات عبر الأغشية التي تفصل مكونات الميتوكوندريا المختلفة وفق عملية تُسمى الجهد الغشائي. تبين أن الجهد الغشائي يتدرك ويتراجع مع التقدم بالعمر، ما يوحي بدوره في تطور أمراض متعلقة بالتقدم في العمر كالاضطرابات التنكسية العصبية.
اعتمد الباحثون في هذه الدراسة على ديدان C. Elegans المجهرية التي استعملها العلماء منذ فترة طويلة -إلى جانب ذبابة الفاكهة دروسفيلا- أداةً بحثيةً لفهم المبادئ الحيوية الأساسية التي يمكن تعميمها في معظم الحالات على المملكة الحيوانية.
لإجراء التجارب عدل فريق بحثي من الولايات المتحدة وألمانيا أداة بحثية موجودة سلفًا تُسمى علم البصريات الوراثي للتلاعب في نشاط الميتوكوندريا. تُستخدم هذه الأداة تقليديًا لاستهداف عصبونات محددة وتنشيطها، ما يتيح للباحثين دراسة أنماط محددة من النشاط الدماغي.
استخدم الباحثون الهندسة الوراثية لإدخال مضخات بروتون تتفعل بالضوء مستخلصة من الفطور إلى ميتوكوندريا الديدان، ونُشر هذا الإنجاز أولًا في ورقة بحثية عام 2020 في مجلة EMBO Reports.
يصف الباحثون في الدراسة الجديدة تحرك الأيونات المشحونة عبر الغشاء بعد تعريض المضخات للضوء لشحن الميتوكوندريا. أدت هذه العملية التي سماها الباحثون mtON إلى تحسين الجهد الغشائي وزيادة إنتاج الـ ATP وإلى إطالة دورة حياة الديدان بنسبة 30 إلى 40%.
يقول الكاتب الأول لهذه الدراسة براندون بيري الحائز على درجة الدكتوراة في علم وظائف الأعضاء في جامعة روتشيستر: «تشبه الميتوكوندريا محطات الطاقة الصناعية، فهي تحرق مصدرًا كربونيًا هو الجلوكوز بصورة أساسية لإنتاج طاقة مفيدة للخلية. ما فعلناه تحديدًا هو إضافة ألواح طاقة شمسية تتمثل بأداة علم البصريات الوراثية mtON إلى بنية محطات الطاقة التحتية، فتصبح بذلك آليات الميتوكوندريا العادية قادرة على تسخير الطاقة الضوئية إلى جانب مسار الاحتراق الطبيعي».
تتجلى أهمية الدراسة في تزويدها الباحثين بنظرة أعمق نحو الأدوار الحيوية المعقدة التي تؤديها الميتوكوندريا في الجسم البشري، وهو موضوع بدأ المجتمع العلمي بفهمه مؤخرًا فقط. تزودنا الدراسة أيضًا بطريقة جديدة لدراسة الميتوكوندريا والتلاعب بها في بيئة الخلية الحية، سيوفر هذا للباحثين منصةً لدراسة الميتوكوندريا وتعيين طرق للتداخل في وظيفتها ودعمها.
يقول بيري: «نحتاج إلى التعمق في فهم آلية عمل الميتوكوندريا لدى الحيوانات، في الديدان أولًا كما في الدراسة الحالية، وصولًا إلى الخلايا البشرية المستنبتة أو المزروعة في القوارض. سنؤمن بذلك أرضيةً متينة من المعلومات للأبحاث الجديدة القادمة حول العوامل المحتملة المتعلقة بشيخوخة البشر وأمراضهم».
ما زالت فكرة شحن خلايا الإنسان بالطاقة الضوئية أقرب إلى الخيال العلمي منها إلى العلم، لكن هذا الاكتشاف سلط الضوء على آليات هامة من عملية التقدم بالعمر أو الشيخوخة.
يقول أندرو فويتوفيتش الأستاذ المساعد في قسم علم التخدير حول العمليات وعلم الأدوية وعلم وظائف الأعضاء في مركز روتشيستر الطبي: «نعلم أن اضطراب وظيفة الميتوكوندريا هو نتيجة التقدم في العمر. وجدت هذه الدراسة طريقةً لإطالة حياة الديدان وتحسين صحتها بتعزيز الاستقلاب ببساطة باستعمال الميتوكوندريا المشحونة بالضوء. ستمكننا هذه الاكتشافات وأدوات البحث الجديدة من تعميق دراسة الميتوكوندريا والتعرف على طرق جديدة لمعالجة الأمراض المرتبطة بالتقدم بالعمر وجعل الشيخوخة صحيةً أكثر».
الميتوكوندريا عضيات خلوية توجد في معظم خلايا الجسم، تُسمى عادةً مولدات الطاقة الخلوية لدورها في استخدام الجلوكوز لإنتاج الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP المسؤول عن تزويد الوظائف الخلوية الأساسية بالطاقة، كالتقلص العضلي والنبضات الكهربائية التي تساعد الخلايا العصبية على التواصل فيما بينها.
يتطلب إنتاج الـ ATP عدة تفاعلات يستحيل تنفيذها دون تبادل البروتونات عبر الأغشية التي تفصل مكونات الميتوكوندريا المختلفة وفق عملية تُسمى الجهد الغشائي. تبين أن الجهد الغشائي يتدرك ويتراجع مع التقدم بالعمر، ما يوحي بدوره في تطور أمراض متعلقة بالتقدم في العمر كالاضطرابات التنكسية العصبية.
اعتمد الباحثون في هذه الدراسة على ديدان C. Elegans المجهرية التي استعملها العلماء منذ فترة طويلة -إلى جانب ذبابة الفاكهة دروسفيلا- أداةً بحثيةً لفهم المبادئ الحيوية الأساسية التي يمكن تعميمها في معظم الحالات على المملكة الحيوانية.
لإجراء التجارب عدل فريق بحثي من الولايات المتحدة وألمانيا أداة بحثية موجودة سلفًا تُسمى علم البصريات الوراثي للتلاعب في نشاط الميتوكوندريا. تُستخدم هذه الأداة تقليديًا لاستهداف عصبونات محددة وتنشيطها، ما يتيح للباحثين دراسة أنماط محددة من النشاط الدماغي.
استخدم الباحثون الهندسة الوراثية لإدخال مضخات بروتون تتفعل بالضوء مستخلصة من الفطور إلى ميتوكوندريا الديدان، ونُشر هذا الإنجاز أولًا في ورقة بحثية عام 2020 في مجلة EMBO Reports.
يصف الباحثون في الدراسة الجديدة تحرك الأيونات المشحونة عبر الغشاء بعد تعريض المضخات للضوء لشحن الميتوكوندريا. أدت هذه العملية التي سماها الباحثون mtON إلى تحسين الجهد الغشائي وزيادة إنتاج الـ ATP وإلى إطالة دورة حياة الديدان بنسبة 30 إلى 40%.
يقول الكاتب الأول لهذه الدراسة براندون بيري الحائز على درجة الدكتوراة في علم وظائف الأعضاء في جامعة روتشيستر: «تشبه الميتوكوندريا محطات الطاقة الصناعية، فهي تحرق مصدرًا كربونيًا هو الجلوكوز بصورة أساسية لإنتاج طاقة مفيدة للخلية. ما فعلناه تحديدًا هو إضافة ألواح طاقة شمسية تتمثل بأداة علم البصريات الوراثية mtON إلى بنية محطات الطاقة التحتية، فتصبح بذلك آليات الميتوكوندريا العادية قادرة على تسخير الطاقة الضوئية إلى جانب مسار الاحتراق الطبيعي».
تتجلى أهمية الدراسة في تزويدها الباحثين بنظرة أعمق نحو الأدوار الحيوية المعقدة التي تؤديها الميتوكوندريا في الجسم البشري، وهو موضوع بدأ المجتمع العلمي بفهمه مؤخرًا فقط. تزودنا الدراسة أيضًا بطريقة جديدة لدراسة الميتوكوندريا والتلاعب بها في بيئة الخلية الحية، سيوفر هذا للباحثين منصةً لدراسة الميتوكوندريا وتعيين طرق للتداخل في وظيفتها ودعمها.
يقول بيري: «نحتاج إلى التعمق في فهم آلية عمل الميتوكوندريا لدى الحيوانات، في الديدان أولًا كما في الدراسة الحالية، وصولًا إلى الخلايا البشرية المستنبتة أو المزروعة في القوارض. سنؤمن بذلك أرضيةً متينة من المعلومات للأبحاث الجديدة القادمة حول العوامل المحتملة المتعلقة بشيخوخة البشر وأمراضهم».