کشف الگوی رشد سلولی در محیط شلوغ

محققان دریافتند که سلول‌ها، مانند بسیاری از موجودات دیگر، زمانی که تحت فشار جمعیت زیاد قرار می‌گیرند، ممکن است دچار استرس شوند. با این حال، برخلاف سایر اشکال حیات، سلول‌هایی که تحت فشار فیزیکی از تراکم همسایگان قرار دارند، می‌توانند با کاهش چشمگیر رشد خود، به عنوان یک الگوی زیبا از دایره‌های متحدالمرکز، خود را وفق دهند.

به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، این یافته، در یک مطالعه جدید منتشر 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 مضر در عفونت‌ها یا تولید ارائه دهند.

ویدی می‌گوید: “من قطعاً تعجب کردم که دیدم سلول‌ها تحت این نوع فشار مکانیکی می‌توانند رشد را به این روش کاهش دهند. جالب است که آنها این دایره‌های متحدالمرکز را تشکیل می‌دهند که هر حلقه نشان می‌دهد که چقدر توسط همسایگان خود خفه شده‌اند و در نهایت بر اندازه رشد آنها تأثیر می‌گذارند. این یک الگوی قوی است که از یک قانون بسیار ساده می‌آید و چیزی است که واقعاً کسی تا به حال فکر نکرده بود که آن را اندازه بگیرد. ویدی این مطالعه را با همکاران محقق مؤسسه Flatiron، پالمر، آدام لامسون، رضا فرهاد‌یفر و مایکل شلی، و همچنین تایون کیم از دانشگاه پردو، تألیف کرد.

گروه ویدی به مدل‌سازی زیست‌فیزیکی علاقه‌مند هستند –  تیم او می‌خواست فرایند تکثیر سلولی، فرآیندی که سلول‌ها تقسیم می‌شوند تا نسخه‌های بیشتری از خود بسازند، را بررسی کند. این گروه با یک رویکرد اکتشافی، شبیه‌سازی‌های کلونی‌های باکتریایی در حال رشد را بررسی کردند. در ابتدا، آنها به اندازه‌گیری‌های عمومی‌تر مانند تنظیم اندازه سلول نگاه می‌کردند، اما سپس شروع توجه به یک الگو کردند.

به طور معمول، فرایند تکثیر سلولی بدین صورت است: یک سلول به دو تقسیم می‌شود و آن فرزندان به دو تقسیم می‌شوند و به همین ترتیب، برای ادامه رشد با سرعت فزاینده. با این حال،  تیم در شبیه‌سازی‌های خود متوجه شد که سلول‌ها همانطور که انتظار دارید تقسیم نمی‌شوند – در واقع، سرعت تکثیر آنها با شلوغ‌تر شدن محیط‌شان به طور قابل توجهی کاهش یافت.

ویدی می‌گوید: “شما با یک سلول واحد شروع می‌کنید که فشار کمی یا هیچ فشاری احساس نمی‌کند. سپس تقسیم می‌شود و آن سلول‌ها تقسیم می‌شوند و سلول‌های نزدیک‌تر به مرکز بیشتر و بیشتر تحت فشار قرار می‌گیرند زیرا فشار بیشتری روی آنها وارد می‌شود و این باعث می‌شود تا رشد خود را کاهش دهند. بنابراین همانطور که به سمت لبه دایره حرکت می‌کنید، این نوارهای حساسیت غیر یکنواخت به فشار را دریافت می‌کنید که به عنوان دایره‌های متحدالمرکز ظاهر می‌شوند.”

این کار اولیه بر اساس شبیه‌سازی‌های ذره‌ای است که نحوه انجام فرایند تکثیر را در تعداد نسبتاً کمی سلول نشان می‌دهد. بر اساس این داده‌ها، تیم سپس مدلی به نام مدل پیوسته را توسعه داد که نحوه عملکرد این فرایند را در تعداد بسیار زیادی سلول تخمین می‌زند. ویدی می‌گوید: “با شبیه‌سازی‌های ذره‌ای، شما به چیزی گسسته نگاه می‌کنید – مانند باکتری‌هایی که شما با گذشت زمان ردیابی می‌کنید. اما مدل پیوسته به گونه‌ای متفاوت عمل می‌کند، با فرض اینکه تعداد ذرات بسیار زیاد است، بنابراین می‌توانید آن را به عنوان یک ماده پیوسته نشان دهید. این به ما کمک می‌کند تا این فرایند را در مقیاس بزرگ‌تر بهتر بررسی کنیم و درک کنیم که چقدر مقاوم است.”

خوشبختانه، تیم دریافت که مدل پیوسته آنها با آنچه در شبیه‌سازی‌های ذره‌ای مشاهده کردند، بسیار مطابقت دارد، که نشان می‌دهد حدس آنها درست بوده است: سلول‌هایی که به گوشه‌ای رانده می‌شوند، رشد خود را کند می‌کنند و در این فرآیند یک الگوی جذاب ایجاد می‌کنند. تکثیر سلولی ارزشمند است زیرا این یک فرآیند اساسی است، اما همچنین به این دلیل که زمانی که سلول‌های تکثیر شونده مضر هستند (به عنوان مثال: یک عفونت باکتریایی)، می‌توانند اثرات مضر ایجاد کنند.

ویدی می‌گوید: “مهم است که بفهمیم این فرآیند چگونه به طور طبیعی تنظیم می‌شود و همچنین چگونه آن را کنترل کنیم. مدل ما عوامل محیطی را شناسایی می‌کند که می‌توانند پاسخ یک سلول به فشار مکانیکی را افزایش دهند و ارتقای این عوامل می‌تواند رشد نمایی را کند کند.”

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