کشف الگوی رشد سلولی در محیط شلوغ_رنگو

محققان دریافتند که سلول‌ها، همانند تعداد بسیاری از موجودات دیگر، وقتی که تحت سختی جمعیت زیاد قرار می‌گیرند، امکان پذیر دچار استرس شوند. با این حال، برخلاف دیگر اشکال حیات، سلول‌هایی که تحت سختی فیزیکی از تراکم همسایگان قرار دارند، می‌توانند با افت دیدنی رشد خود، به گفتن یک الگوی قشنگ از دایره‌های متحدالمرکز، خود را وفق دهند.

به نقل از دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، این یافته، در یک مطالعه تازه انتشار شده در Physical Review Letters شرح داده شده است. اسکات ویدی، محقق ارشد در مرکز زیست‌شناسی محاسباتی مؤسسه Flatiron در نیویورک، می‌گوید که این بینش‌ها می‌توانند استراتژی‌های جدیدی را برای کند کردن رشد میکروارگانیسم‌های زیان اور در عفونت‌ها یا تشکیل اراعه دهند.

ویدی می‌گوید: “من قطعاً شگفتی کردم که دیدم سلول‌ها تحت این نوع سختی مکانیکی می‌توانند رشد را به این روش افت دهند. دلنشین است که آنها این دایره‌های متحدالمرکز را راه اندازی خواهند داد که هر حلقه مشخص می کند که چه مقدار توسط همسایگان خود خفه شده‌اند و در نهایت بر اندازه رشد آنها تأثیر می‌گذارند. این یک الگوی قوی است که از یک قانون زیاد ساده می‌آید و چیزی است که واقعاً فردی تا به حال فکر نکرده می بود که آن را اندازه بگیرد. ویدی این مطالعه را با همکاران محقق مؤسسه Flatiron، پالمر، آدام لامسون، رضا فرهاد‌یفر و مایکل شلی، و این چنین تایون کیم از دانشگاه پردو، تألیف کرد.

گروه ویدی به مدل‌سازی زیست‌فیزیکی علاقه‌مند می باشند –  تیم او می‌خواست فرایند تکثیر سلولی، فرآیندی که سلول‌ها تقسیم خواهد شد تا نسخه‌های بیشتری از خود بسازند، را بازدید کند. این گروه با یک رویکرد اکتشافی، همانند‌سازی‌های کلونی‌های باکتریایی در حال رشد را بازدید کردند. در ابتدا، آنها به اندازه‌گیری‌های عمومی‌تر همانند تنظیم اندازه سلول نگاه می‌کردند، اما سپس اغاز دقت به یک الگو کردند.

به طور معمول، فرایند تکثیر سلولی بدین صورت است: یک سلول به دو تقسیم می‌بشود و آن فرزندان به دو تقسیم خواهد شد و به همین ترتیب، برای ادامه رشد با شدت فزاینده. با این حال،  تیم در همانند‌سازی‌های خود فهمید شد که سلول‌ها همانطور که انتظار دارید تقسیم نمی‌شوند – در واقع، شدت تکثیر آنها با شلوغ‌تر شدن محیط‌شان به طور قابل توجهی افت یافت.

ویدی می‌گوید: “شما با یک سلول واحد اغاز می‌کنید که سختی مقداری یا هیچ فشاری حس نمی‌کند. سپس تقسیم می‌بشود و آن سلول‌ها تقسیم خواهد شد و سلول‌های نزدیک‌تر به مرکز زیاد تر و زیاد تر تحت سختی قرار می‌گیرند چون سختی بیشتری روی آنها داخل می‌بشود و این علتمی‌بشود تا رشد خود را افت دهند. به این علت همانطور که به سمت لبه دایره حرکت می‌کنید، این نوارهای حساسیت غیر یکنواخت به سختی را دریافت می‌کنید که به گفتن دایره‌های متحدالمرکز ظاهر خواهد شد.”

این کار اولیه بر پایه همانند‌سازی‌های ذره‌ای است که نحوه انجام فرایند تکثیر را در تعداد نسبتاً مقداری سلول مشخص می کند. بر پایه این داده‌ها، تیم سپس مدلی به نام مدل مدام را گسترش داد که نحوه کارکرد این فرایند را در تعداد زیاد بسیاری سلول تخمین می‌زند. ویدی می‌گوید: “با همانند‌سازی‌های ذره‌ای، شما به چیزی گسسته نگاه می‌کنید – همانند باکتری‌هایی که شما با گذشت زمان ردیابی می‌کنید. اما مدل مدام به طوری متفاوت عمل می‌کند، با فکر این که تعداد ذرات زیاد زیاد است، به این علت می‌توانید آن را به گفتن یک ماده مدام نشان دهید. این به ما پشتیبانی می‌کند تا این فرایند را در مقیاس بزرگ‌تر بهتر بازدید کنیم و فهمیدن کنیم که چه مقدار مقاوم است.”

خوشبختانه، تیم دریافت که مدل مدام آنها با آنچه در همانند‌سازی‌های ذره‌ای مشاهده کردند، زیاد مطابقت دارد، که مشخص می کند گمان آنها درست بوده است: سلول‌هایی که به گوشه‌ای رانده خواهد شد، رشد خود را کند می‌کنند و در این فرآیند یک الگوی دلنشین تشکیل می‌کنند. تکثیر سلولی مورد قیمت است چون این یک فرآیند اساسی است، اما این چنین به این علت که وقتی که سلول‌های تکثیر شونده زیان اور می باشند (به گفتن مثال: یک عفونت باکتریایی)، می‌توانند اثرات زیان اور تشکیل کنند.

ویدی می‌گوید: “مهم است که بفهمیم این فرآیند چطور به طور طبیعی تنظیم می‌بشود و این چنین چطور آن را کنترل کنیم. مدل ما عوامل محیطی را شناسایی می‌کند که می‌توانند جواب یک سلول به سختی مکانیکی را افزایش دهند و ترقی این عوامل می‌تواند رشد نمایی را کند کند.”

برای مشاهده تازه ترین خبرها به صفحه اخبار علمی رسانه تکنا مراجعه کنید.