כיצד תאים מדברים זה עם זה?

השימוש בפרודות ביולוגיות מקרומי התא עבור הכנת משטחים של חומרים חדשים פותח צוהר להבנת יחסי-הגומלין הבסיסיים בין תאים.

שני מאמרים שפורסמו לאחרונה ע”י ביופיסיקאים מאוניברסיטת אורגון מציעים כי הנחת שומנים (ליפידים) ורכיבים כימיים אחרים מקרומית התאים על משטחים עשויה להוביל למשפחת חומרים חדשה לחלוטין שמתקבלת באמצעות התגודדות עצמית, חומרים שיוכלו לשמש ברכיבי אופטיקה מדויקת, בננוטכנולוגיה, באלקטרוניקה ובתכשירי רוקחות שונים.

על-אף שהממצאים בסיסיים וראשוניים בלבד, הם מספקים כיווני-מחקר חדשים בדבר הבנת הטבע בקנה-מידה הננומטרי שלו, תחום בו הכיווניות של חלבונים זעירים הינה מכרעת, אמר Raghuveer Parthasarathy, חוקר במכון לביולוגיה מולקולארית באוניברסיטת אורגון.

בגיליון מאי של כתב-העת המדעי Soft Matter, צוות המחקר מתאר כיצד הוא הניח חומר ביולוגי – שכבה דקיקה של שומנים מקרומי התאים – על כדוריות זכוכית זעירות בקוטר של מיליונית המטר, לשם בחינת יחסי-גומלין קולואידים.

קולואידים (הערך בוויקיפדיה) הינם חלקיקים זעירים המפוזרים בנוזלים: בחלב, בצבעים, במוצרי-מזון רבים, בחומרי-קוסמטיקה ובתכשירי רוקחות. בהשוואה לאטומים ופרודות, חומרים קולואידים הינם גדולים והכנת קולואידים סינתטיים בעלי מאפיינים רצויים הינה מטרה חשובה במגוון תחומים טכנולוגיים כגון אופטיקה וננוטכנולוגיה.

לפני הנחת הקרומית הביולוגית עליהן, הכדוריות, הטעונות כולן שלילית, דוחות האחת את השנייה. כאשר הקרומית מחוברת לכדורית, התנאים משתנים באופן חד. לפתע, הכדוריות המצופות נמשכות זו לזו.

“הממצא היה חריג,” מציין החוקר הראשי. “חלקיקים מעין-טעונים לא אמורים למשוך אחד את השני. אומנם, מדענים צפו במשיכות כאלו במערכות קולואידיות אחרות במהלך העשור האחרון, אולם אף אחד עדין לא הבין זאת. כעת, יש בידנו את המערכת הראשונה שבה משיכה בין חלקיקים קולואידים יכולה להיות מבוקרת פשוט ע”י הוספה של פרודות שמקורן בקרומית תא ביולוגי. אנו מסוגלים לכוונן את המשיכה או את הדחייה לתחום כולו פשוט ע”י שינוי הרכב הקרומית. ממצא זה חשוב הן לשם יישומים טכנולוגיים והן לשם חקר המנגנונים הבסיסיים של יחסי-גומלין קולואידיים.”

הממצאים התקבלו בעזרת השימוש בשיטת מיקרוסקופיה הפוכה שבה כדוריות הזכוכית ממוקמות בתוך אלומת לייזר של 655 ננומטרים שמקורה בדיודה – שיטה שפותחה במיוחד במעבדה זו.

הממצאים מרמזים, מסביר החוקר, כי קרומיות ביולוגיות מותאמות במיוחד אלו שתחבורנה לחומרים סינתטיים חדשים עשויות לשמש כ”ידיות” בקרה מיוחדות שתוכלנה להכווין במדויק את פעילותם של חומרים שונים.

במאמר נוסף שפורסם ברשת בכתב-העת המדעיJournal of the American Chemical Society (JACS) בתחילת חודש יולי השנה, אותם החוקרים שיתפו פעולה עם כימאים אורגניים מאוניברסיטת ברקלי בקליפורניה לשם ההבנה כיצד מוכוונות ופועלות פרודות שונות על-גבי קרומיות התאים, אותן פרודות האחראיות ליחסי-הגומלין בין התאים.

צוות המחקר המשותף הכין פרודות מלאכותיות, המחקות את חלבוני קרומית התא והדומים למעין זיפי מברשת, שמכילות בקצה החיצוני שלהן גלאים קורנים. פולימרים זערוריים אלו חוברו לקרומיות מלאכותיות שהונחו על-גבי פיסת צורן המתפקדת כעין מראה, ומאפשרת מדידות אופטיות מדויקות של כיווניות הפרודות.

מיקרוסקופיה אלקטרונית זיהתה את הנוכחות של חלבון סוכרי קשיח, דמוי זיפי מברשת, הדומה במבנהו לחלבוני פני-שטח התא הטבעיים. פעולות גומלין בין התאים מתרחשות כאשר זיפים אלו מזדקרים מפני-שטח הקרומיות – תכונה שבקרתה עדיין נותרה מובנת באופן מוגבל ביותר.

הממצא המפתיע היה, מסביר החוקר, שהזיפים המכילים את הסוכר הזדקרו כמו העצים ביער רק עבור גלאים קורנים מסוימים, שהיוו רק כשני אחוזים ממשקלה הכולל של הפרודה.

המסקנה החשובה ביותר מתוך ממצא זה הייתה כי אפילו שינוי קטן ביותר בפני-שטח הפרודה משפיע על הכיווניות שלה, מציין החוקר הראשי.

המטרה, מציין החוקר הראשי, הינה למצוא דרך לשלוט בכיווניות זיפים זו ע”י אמצעים כימיים או אופטיים בכדי, בסופו של דבר, לשלוט ביחסי-הגומלין שבין התאים. בקרה זו בהכנת חומרים מלאכותיים, תוכל, הוא מוסיף, להיות בעלת יישומים אפשריים חשובים ביותר בתעשיית האלקטרוניקה.

קבוצת המחקר הנ”ל בוחנת עתה פרודות ד.נ.א. המעוגנות לקרומיות תא בכדי להשוות בין הממצאים ולבדוק אם ניתן לקבל אפשרויות מיתוג (דלוק-כבוי) של כיווניות הפרודות.

“ישנם חלבונים דמויי זיפי מברשת על-גבי שטח התא שהינם חשובים ביותר עבור יחסי-גומלין תאיים במערכת החיסונית,” מסביר החוקר. “על פני השטח של כל תא ותא יש “יער” של פרודות חלבון מיוחדות המפעילות יחסי-גומלין בין-תאיים. לשם פעילותם היעילה, חלבונים אלו צריכים להזדקר מפני השטח עצמו. מהו המנגנון המדויק המאפשר להם להזדקר או לרכון מטה? אין לנו עדיין מידע מוצק וממשי לגבי כך. ידיעת הגנום וטיב החלבונים אומנם חשובים, אך מידע זה כשלעצמו אינו מספק לך תשובות לשאלה חשובה זו.”

הידיעה מהאוניברסיטה