يستخدم العلماء تجديد الأسلاك الجينية لزيادة عمر الخلايا

كان فريق البحث بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو يدرس شيخوخة الخلايا لعدة سنوات ، واكتشف أن الخلايا تتبع سلسلة من التغييرات الجزيئية طوال حياتها حتى تتحلل وتموت في النهاية. ومع ذلك ، وجدوا أنه ليس كل الخلايا تتقدم في العمر بنفس الطريقة ، وكان هذا هو محور بحثهم الجديد.

استخدموا في البداية المحاكاة الحاسوبية لشيخوخة الخلايا لاختبار أفكارهم قبل الانتقال إلى تعديل دوائر الشيخوخة في الخميرة أحادية الخلية Saccharomyces cerevisiae.

اكتشفوا أن الخلايا اتبعت أحد طريقين للشيخوخة. خضع ما يقرب من نصف الخلايا لانخفاض تدريجي في استقرار حمضها النووي (الشيخوخة النووية) ؛ بالنسبة للباقي ، تميز مسار الشيخوخة بانخفاض الميتوكوندريا – العضيات التي توفر الطاقة للخلية (شيخوخة الميتوكوندريا).

للسيطرة على شيخوخة الخلايا ، قاموا بالتلاعب في التعبير عن اثنين من الخلايا المحفوظة منظمات النسخ – الجزيئات التي تحدد الجينات النشطة في الخلية. يؤدي منظم المعلومات الصامت 2 (Sir2) إلى التدهور النووي (مما يؤدي إلى عدم استقرار الحمض النووي) ، ويرتبط بروتين منشط الهيم 4 (Hap4) بنشاط الميتوكوندريا.

عندما يتم التعبير عن أحد هذه المنظمين وبالتالي تنشيطه ، فإنه يوقف التعبير عن الآخر ، لذلك صمم الباحثون مذبذبًا جينيًا اصطناعيًا لإعادة توصيل هذه الآلية. من خلال توليد تذبذبات مستمرة بين نوعي التنكس الخلوي في الخلايا الفردية ، منعوا الخلايا من اتباع أي من طريقتي الشيخوخة. زاد عمر هذه الخلايا.

أخبر البروفيسور نان هاو ، كبير مؤلفي الدراسة والمدير المشارك لمعهد البيولوجيا التركيبية بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، أخبار طبية اليوم:

“إن عملنا هو إثبات للمفهوم ، حيث يُظهر أنه ، مثل المهندسين الميكانيكيين يمكنهم إصلاح سياراتنا وتحسينها بحيث يمكن أن تدوم لفترة أطول ، يمكننا أيضًا استخدام نفس النهج الهندسي لتعديل خلايانا وتعزيزها لتعيش لفترة أطول. أهم ما يميز منهجنا لتحقيق ذلك: استخدام أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة نظام الشيخوخة الطبيعي وتوجيه التصميم والهندسة العقلانية للنظام لإطالة العمر الافتراضي. “

من خلال إنشاء مذبذب الجينات ، جعل العلماء خلايا الخميرة تنتقل باستمرار بين مسارين للشيخوخة ، مما يمنعهم من الالتزام بمسار التدهور والموت المحدد مسبقًا ، مما يؤدي إلى إبطاء تنكس الخلايا.

كانت خلايا الخميرة التي أعيد توصيلها صناعياً وعمرها تحت إشراف المذبذب الاصطناعي زيادة بنسبة 82٪ في العمر الافتراضي مقارنة بخلايا التحكم.

وقال البروفيسور هاو إن التلاعب الجيني لا يبدو أنه يؤثر سلبا عليهم MNT: “خلايا الخميرة تعيش بشكل جيد مع معدل نمو سريع.”

“هذه هي المرة الأولى (التي) يتم فيها استخدام هذا النهج القائم على الهندسة الموجهة حسابيًا في أبحاث الشيخوخة. لا أستطيع أن أفهم لماذا لا يمكننا تطبيق نفس الاستراتيجية على الخلايا البشرية “.

– البروفيسور نان هاو

تحتوي جميع الخلايا دوائر تنظيم الجينات المسؤولة عن العديد من الوظائف الفسيولوجية ، بما في ذلك الشيخوخة ، لذلك من الناحية النظرية ، يمكن لمقاربة مماثلة أن تعمل في الخلايا البشرية.

قد لا يكون الهدف فقط إطالة عمر الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا ولكن أيضًا لإطالة عمر بعض الخلايا داخل الكائنات الحية للوقاية من الأمراض التنكسية.

ومع ذلك ، حذر البروفيسور هاو من أنهم لا يعرفون ما إذا كانت زيادة طول العمر قد تؤثر على الخلايا بطرق أخرى:

هذا سؤال بيولوجي عميق. فرضيتنا الحالية هي أن طول عمر الخلية ليس سمة منتقاة من خلال التطور. يجب أن تكون الخلايا أولاً قادرة على البقاء على قيد الحياة في بيئة مرهقة سريعة التغير وغير متوقعة “.

هناك احتمال أن تكون الخلايا طويلة العمر المصممة هندسيًا أقل مقاومة لأنواع معينة من الضغوط في البيئة. لذلك ، في الأساس ، قد يؤدي إطالة العمر إلى التضحية ببعض الوظائف الطبيعية ، لكن هذه مجرد فرضية “..

اقترح البروفيسور هاو أنه قد تكون هناك إمكانية لهذا النهج لدى الناس:

كلا المنظمين لهما نظير في البشر ، لذلك أعتقد أنه يمكن تطبيق نفس الإستراتيجية على الخلايا البشرية. في الواقع ، هذه هي خطوتنا التالية في المستقبل “.

ووافق البروفيسور هوارد ساليس ، الباحث الرئيسي في Salis Lab ، جامعة ولاية بنسلفانيا ، والذي لم يشارك في الدراسة ، على ما يلي:

“إذا كان الهدف الجماعي لهذه التدخلات هو الحفاظ على حالة الخلايا الصحية ، فسيتم تقليل مخاطر ومراضة الأمراض المرتبطة بالعمر.”

ومع ذلك ، ما زال الوقت مبكرًا للغاية ، وعلى الرغم من أن هذه الدراسة تُظهر أنه من الممكن إيقاف تشغيل آليات الشيخوخة في كائن وحيد الخلية ، إلا أن هناك العديد من الأسئلة التي يجب الإجابة عليها قبل تطبيق التكنولوجيا على الناس.