به گزارش خبرگزاری بسیج به نقل از خبرگزاري علم و فناوري، تمامي موجودات زندگي را از يك تك سلول آغاز مي كنند. همزمان با تقسيم سلولي، سلولهاي ايجاد شده رفته رفته در روند تمايزيابي به ارگان هاي حياتي مانند قلب، استخوان و سلول هاي مغزي بدل مي گردند. براي يافتن سرنخ هايي درباره عوامل داخلي و خارجي كه سلولها را در اين مسير سوق مي دهد، دانشمندان به مطالعه ملكولهاي آر ان اي (RNA) ، واسطه هاي بين ماده ژنتيكي و پروتئينها و ساير تنظيم كننده هاي پراهميت مي پردازند. توالي يابي يا رمزگشايي كليدهاي آر ان اي از يك دسته سلول روش ايده آلي نيست، زيرا سلولها اغلب درحالت هاي متفاوتي از ديدگاه نمو قرار دارند. براي حل اين مشكل پژوهشگران روش توالي يابي ار ان اي در يك تك سلول را ابداع كرده اند.
پژوهشگران مركز پزشكي كلمبيا ابزاري جديد ابداع كرده اند كه مي تواند روش هاي ممكن رشد يك سلول را پيش بيني كند. اين بازار در زمينه اختصاصي توپولوژي رياضيات ريشه دارد و راه را براي كسب دانش با جزئيات فراوان در مورد چگونگي فرآيند نمو سلول هاي بنيادي به سلول هاي اختصاصي شده مي گشايد.
دكتر رائول رابادان استاديار زيست شناسي سلولها و انفورماتيك زيستي – پزشكي در دانشگاه كلمبيا مي گويد: اين نوآوري چيزي مشابه ابداع يك ميكروسكوپ جديد است كه به ما اجازه مي دهد پديده هاي بيولوژيكي زيادي را همزمان مورد بررسي قرار دهيم. اگرچه محققان هنوز با مسئله درك ارتباطات بين وضعيت سلول هاي مختلف كه نيروي پيش راننده نمو هستند، درگيرند و اين پديده هنوز به روشني شناخته نشده است.
بهره گيري از ابزارهاي رياضي براي آناليز توالي يابي
براي مطالعه نمو سلولي، دانشمندان از ابزارهاي رياضي براي آناليز حجم گسترده داده هاي مرتبط با توالي يابي بهره مي برند. اين ابزارها بر پايه فرضياتي كار مي كنند كه نتايج احتمالي را خلاصه تر مي كند.
دكتر عباس رضوي از پژوهشگران بخش بيوشيمي و فيزيك زيستي دانشگاه كلمبيا شرح مي دهد: به علت پيچيدگي موجود و دخيل در نمو سلولي، مدل هايي كه بر پايه فرضيات كار مي كنند، امكان اكتشافات جديد را محدود مي سازند.
دكتر رضوي به همراه همكارانش به توپولوژي (تخصصي در رياضيات است كه روابط فضايي بين سطوح و اشكال را مورد بررسي قرار مي دهد) به عنوان راه حلي بهتر مي نگرند تا ارتباطات بين شرايط مختلف سلولي را با ژن هاي فعال در آن حالت خاص روشن شود. نتايج اين بررسي ها طراحي الگوريتمي به نام بررسي داده هاي توپولوژي تك سلول (scTDA) بود. اين الگوريتم توالي هاي RNA سلول هاي منفرد را آناليز و مسيرهاي نموي انها را بازسازي مي كند و به اين ترتيب پيشرفت برنامه هاي نسخه برداري متفاوت در زمان روشن مي شود.
محققان از الگوريتم scTDA براي روشن سازي مسير نمو سلول هاي بنيادي موش كه براي تمايزيابي به سلول هاي عصبي موتور القا يافته بودند، بهره بردند.
نقشه به درستي مسير احتمالي نمو اين سلولها را كه از حالت بنيادي حركت خود را آغاز مي كردند و به سلول عصبي مي رسيدند پيش بيني مي كرد.
با نگاه به اين كه كدام ژن ها در مسيرهاي احتمالي نقشه فعال بودند، محققان توانستند پروتئين هايي را كه در مسير راهنمايي سلول ها براي رسيدن به مقصد فرآيند نمو نقش بازي مي كنند، شناسايي كنند.
اين متد براي مطالعه مسيرهاي نمو از سلول هاي شش و مغز موش و جنين انسان استفاده شد.
دكتر تام مانياتيس، استاد بيوشيمي دانشگاه كلمبيا و از همكاران اين پژوهش مي گويد: ما انتظار داريم با كاربرد اين روش براي روشن سازي مسيرهاي نمو به جزئيات زيادتري در مسير تكامل سلولي دست يابيم. اين روش راه را براي آناليز بسيار دقيق و با جزئيات گسترده سلول هاي منفرد در مراحل مختلف تمايزيابي مي گشايد و دانش ما را در مورد سرنوشت بالقوه سلول به صورت عميقي افزايش مي دهد. به اين ترتيب ما به تنظيم كننده هاي حياتي و مسيرهاي انتقالي كه هويت سلول را تعيين مي كنند، مسلط مي شويم.
با كمك اين روش مي توان فناوريهايي را توسعه داد كه سلول را از مسيرهاي نادرست تكاملي و اشتباه در تمايزيابي دور سازد. اين متد براي درك ديناميك و محتواي فرآيندهاي پيچيده سلولي كه مي تواند به سرطاني شدن آنها كمك معني داري مي كند.
نتايج اين پژوهش در مجله Nature Biotecnology انعكاس يافته است.