نور، صدا، سلول

ده سال پس از آغاز پروژه ژنوم انسانی، اکنون و به کمک یک پایگاه داده‌ها از فیلم‌های مرور زمان که فعالیت سلول‌ها را نشان می‌دهند، کشف عملکردهای ژن‌ها در سلول‌های انسانی خیلی ساده‌تر از گذشته شده است.

- اکنون و به کمک یک پایگاه داده‌ها از فیلم‌های مرور زمان که فعالیت سلول‌ها را نشان می‌دهند، کشف عملکردهای ژن‌ها در سلول‌های انسانی خیلی ساده‌تر از گذشته شده است.

یان النبرگ از آزمایشگاه زیست مولکولی اروپایی (EMBL) در هایدلبرگ آلمان و همکارانش در سراسر اروپا یک پایگاه داده‌های رایگان شامل 190 هزار ویدیو را با یک مقاله در مجله نیچر به جامعه علمی معرفی کردند.

النبرگ و گروهش در نظر داشتند که ببینند که هنگامی که هر یک از 21 هزار ژن کد گذاری پروتئینی تخریب می‌شود چه بر سر سلول می‌آید. آنها ظاهر ژن را با استفاده از مولکولهای siRNA آشفتند و سپس تاثیر آن را در طول دو روز بر روی کروموزوم‌ها بررسی کردند. آنها برای این کار به مدت دو روز از کروموزوم‌ها که با فلوئورسنت علامت گذاری شده بودند فیلم گرفتند. به دلیل این که این کار حجم عظیمی از داده‌ها را تولید کرد (بیش‌تر از 9 میلیون تقسیم سلولی) پژوهشگران ابزارهای محاسباتی ساختند تا تمام ویدیوها را تحلیل کنند. تکنیک آنها به طور اتوماتیک جای هسته را در هر سلول رهگیری می‌کرد و بر حسب ظاهر آن در یکی از 16 رده‌ متفاوت طبقه بندی می‌کرد. این شیوه با 87٪ دقت تغییراتی در ظاهر هسته را که به عمل‌کردهای بنیادینی مانند تقسیم سلولی، تکثیر، بقا و مهاجرت ربط داشتند، تشخیص داد.

جیسون سودلاو، یک زیست شناس سلولی از دانشگاه داندی انگلیس می‌گوید: «به لحاظ تکنیکی این مقاله واقعا یک شاهکار محسوب می‌شود. روش سیستماتیکی که گروه در پیش گرفت و ژن‌ها را جدا کرد و از نتیجه آن فیلم گرفت واقعا تاثیر گذار است».

اهمیت میتوز
النبرگ و همکاران، تعداد ژن‌هایی را که تا پیش از این می‌دانستیم که در میتوز (که یک نوع تقسیم سلولی است) دخالت دارند به بیش از دو برابر افزایش دادند. سودلا می‌گوید: «این یک دستاورد مهم به شمار می‌آید». او می‌افزاید: «حتی با وجود اینکه ما توالی‌های ژنوم‌های مختلف را می‌دانیم، اما هنوز همه ژن‌هایی که در فرایندهای اساسی همچون تقسیم سلولی شرکت دارند را نمی‌شناسیم».

بعد از غربال اولیه 21 هزار ژن، پژوهشگران 1249 ژن را شناسایی کردند که با تغییرات در ظاهر و آرایش فضایی کروموزوم‌ها ارتباط داشتند. تقریبا نیمی از این ژن‌ها در فرایند تقسیم میتوز شرکت داشتند. سپس آنها عکس های لحظه‌ای از وقایع سلولی در طول زمان را به یکدیگر متصل کردند تا به تصویری از این که چگونه سلول‌ها با شکست‌ها در این فرایند سازگار می‌شوند دست یابند. این تصاویر نشانگر آن بود که تاخیر‌ها در تقسیم سلولی منجر به مرگ سلولی و جدایی غیر طبیعی کروموزوم‌ها می‌شود ( فرایندی که در آن کروموزوم‌های جفت شده از هم جدا می‌شوند).

برخی ژن‌ها با ناهنجاری هایی در تقسیم سلولی سریع مرتبط بودند و بقیه با ناهنجاری‌هایی در مرحله بعد از آن ارتباط داشتند که سیتوکینزیز نام دارد؛ و در آن سلول‌های حاوی دو هسته به دو نیم تقسیم می‌شوند. دانشمندان از این دسته‌بندی برای پیش‌بینی عملکردهای میتوزی ژن‌های تازه کشف شده استفاده کردند؛ که شامل آنهایی که در سیتوکینزیز و دوکی شدن سلول (فرایندی که کمک می‌کند که تا قبل از تقسیم سلول، کروموزوم‌ها در مرکز سلول در یک ردیف قرار گیرند) دخالت دارند می‌شود. نویسندگان مقاله کار خود را ادامه دادند تا بتوانند 783 ژن را شناسایی کنند که می‌توانستند نقشی در بقای سلولی داشته باشند و همچنین 360 ژن که می‌توانند مهاجرت سلولی را هدایت کنند.

مایکل بوتروز، که یک زیست‌شناس سلولی در مرکز پژوهشی سرطان آلمان است؛ که آن هم در هایدلبرگ مستقر است؛ می‌گوید: «این یک تحقیق خیلی جامع است». او همچنین می‌افزاید: «این کار به ‌طرز جامعی، اثرات متفاوتی را که ژن‌ها بر روی سیکل سلولی دارند، بازتاب می‌دهد. و می‌تواند یک همکاری خیلی مهم باشد».

یوتیوب سلولی
النبرگ می‌گوید که مرحله بعدی برای گروه‌های چندگانه پژوهشی، ارزیابی صدها ژن یافته شده در هنگام غربال‌گری برای احتمال شرکت در میتوز است و تشخیص این که آنها چگونه تقسیم سلولی را هدایت کنند. به دلیل اینکه این ژن‌ها اغلب در ایجاد سرطان نقش دارند، مقایسه اینکه آنها چگونه سیکل سلولی را در ایجاد سلول‌های سرطانی و سالم تنظیم می‌کنند، مفید خواهد بود. او می‌گوید: «در دراز مدت، فناوری به ما اجازه شناخت و درمان سرطان را به مقدار هر چه بیشتر خواهد داد».

نشانه‌های اولیه بیان‌گر این هستند که این پایگاه داده‌ها محبوب خواهد شد. النبرگ می‌گوید: «قطعا این واکنش بسیار مثبت خواهد بود. افراد مرا با ایمیل بمیاران کرده و می‌پرسند که آیا می‌توان فیلم‌هایی از ژن‌های مطلوب را در دسترس داشت؟» به گفته او، اکنون آنها می‌توانند در پایگاه داده‌ها ثبت نام کنند و دسته‌های زیادی از ژن‌ها را بیابند که پاسخ ویژه‌ای را در سلول‌ها سبب می‌شوند. «مردم می‌خواهند که اطلاعات داشته باشند. آنها دیگر نمی‌خواهند که این آزمایشات را خودشان انجام دهند».

بوتروس می‌گوید: «این یک منبع بزرگ است. مردم می‌توانند به سراغ مجموعه داده‌ها بروند و ارتباط‌های جدیدی را کشف کنند که در مقاله‌ها تشریح نشده بود. این که همه چیز را به طور آنلاین در دسترس داشته باشیم یک گام بزرگ به جلو است».