Μια πρωτοποριακή τεχνολογία επιτρέπει πλέον στους επιστήμονες να «διαβάζουν» το παρελθόν ενός κυττάρου, αποθηκεύοντας τις μοριακές του εμπειρίες σε πραγματικό χρόνο.
Ερευνητές ανέπτυξαν μια βιολογική χρονοκάψουλα, γνωστή ως TimeVault, η οποία μπορεί να συλλέγει και να διατηρεί πληροφορίες για τη γονιδιακή δραστηριότητα των κυττάρων, αποκαλύπτοντας πώς τα γεγονότα του παρελθόντος επηρεάζουν τη μελλοντική τους συμπεριφορά.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Science, ανοίγοντας νέους δρόμους στη μελέτη του καρκίνου, των βλαστοκυττάρων και της κυτταρικής μνήμης.
Από αίνιγμα σε εργαλείο βιολογικής μνήμης
Η τεχνολογία βασίζεται σε μυστηριώδεις κυτταρικές δομές που ονομάζονται θόλοι (vaults), βαρελοειδή οργανίδια που υπάρχουν σε χιλιάδες αντίγραφα μέσα στα κύτταρα των θηλαστικών. Παρότι ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1980, η λειτουργία τους παρέμενε άγνωστη επί δεκαετίες.
Η ερευνητική ομάδα του Fei Chen από το Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ κατάφερε να τις επανασχεδιάσει γενετικά, μετατρέποντάς τες σε «αποθήκες μνήμης» για μόρια αγγελιοφόρου RNA (mRNA), τα μόρια που μεταφέρουν τις εντολές των γονιδίων και αποτυπώνουν τη δραστηριότητα ενός κυττάρου σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές.
Πώς λειτουργούν τα TimeVaults
Οι επιστήμονες τροποποίησαν μια πρωτεΐνη των θόλων ώστε να αναγνωρίζει και να δεσμεύει τα μόρια mRNA τη στιγμή που αυτά παράγονται. Με τη χορήγηση ενός φαρμάκου, η διαδικασία «εγγραφής» ενεργοποιείται, ενώ με τη διακοπή του φαρμάκου σταματά — όπως ακριβώς ένα κουμπί καταγραφής.
Με αυτόν τον τρόπο, τα TimeVaults:
-
συλλέγουν δείγματα mRNA σε προκαθορισμένο χρονικό παράθυρο,
-
τα αποθηκεύουν στο εσωτερικό των κυττάρων,
-
διατηρούν τις πληροφορίες αναλλοίωτες για τουλάχιστον μία εβδομάδα.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα κύτταρα συνέχισαν να λειτουργούν φυσιολογικά, χωρίς να επηρεάζεται η συμπεριφορά ή η δομή τους από την επιπλέον «μνήμη» που φιλοξενούσαν.
Ένα νέο εργαλείο για τη μελέτη της ζωής σε βάθος χρόνου
Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες μπορούσαν να μελετήσουν τα κύτταρα με δύο βασικούς τρόπους: είτε παρακολουθώντας τα ζωντανά στο μικροσκόπιο για περιορισμένο χρονικό διάστημα, είτε αναλύοντάς τα σε μία μόνο χρονική στιγμή στο τέλος ενός πειράματος.
Τα TimeVaults προσφέρουν κάτι εντελώς διαφορετικό:
μια αδιάλειπτη καταγραφή της μοριακής ζωής του κυττάρου, χωρίς να απαιτείται εκ των προτέρων γνώση του τι ακριβώς αναζητείται.
Όπως σημειώνει ο Randall Platt από το Ομοσπονδιακό Πολυτεχνείο της Ζυρίχης, πρόκειται για ένα καθοριστικό βήμα προς τη συνεχή παρακολούθηση της γονιδιακής μεταγραφής στα ανθρώπινα κύτταρα, μια δυνατότητα που μέχρι σήμερα θεωρούνταν ανέφικτη.
Εφαρμογές στον καρκίνο και τα βλαστοκύτταρα
Οι πρώτες δοκιμές της τεχνολογίας εστίασαν στα λεγόμενα επίμονα καρκινικά κύτταρα (persisters), κύτταρα που επιβιώνουν από τη φαρμακευτική αγωγή χωρίς να διαθέτουν γενετικές μεταλλάξεις ανθεκτικότητας.
Χάρη στα TimeVaults, οι ερευνητές μπόρεσαν να ανασυνθέσουν το μοριακό «παρελθόν» αυτών των κυττάρων και να κατανοήσουν πώς καταφέρνουν να αντέχουν στη θεραπεία. Τα ευρήματα ανοίγουν τον δρόμο για νέες στρατηγικές αντιμετώπισης της φαρμακευτικής αντοχής στον καρκίνο.
Παράλληλα, η τεχνολογία αναμένεται να αποδειχθεί πολύτιμη και στη μελέτη:
-
της ανάπτυξης των βλαστοκυττάρων,
-
της κυτταρικής διαφοροποίησης,
-
των μηχανισμών μνήμης των κυττάρων,
-
και του τρόπου με τον οποίο παροδικά γεγονότα επηρεάζουν μακροπρόθεσμα τη βιολογία τους.
Μια ματιά στο παρελθόν των κυττάρων
Οι επιστήμονες περιγράφουν τα TimeVaults ως ένα είδος βιολογικού καταγραφέα ζωής, που επιτρέπει για πρώτη φορά την αναδρομική ανάλυση όσων συνέβησαν σε ένα κύτταρο πριν από ημέρες.
Όπως επισημαίνουν, η δυνατότητα αυτή θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά την κατανόηση της ανθρώπινης βιολογίας, μετατρέποντας τις κρυφές εμπειρίες των κυττάρων σε δεδομένα που μπορούν πλέον να διαβαστούν, σαν να ανοίγει κανείς μια πραγματική χρονοκάψουλα ζωής.
