תובנות חדשות בנוגע למנגנון חלוקת התא

חוקרים הדגימו, באמצעות שיטה חדשה שבה מודלים של תאים פרימיטיביים נבנים מלמטה למעלה, כי המבנים של קרומית התא ושל הציטופלסמה עשויים להיות חשובים לחלוקת התא לא פחות מהרכיבים המתמחים בכך, כגון אנזימים, דנ”א או רנ”א.

חוקרים מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת פן סטייט פיתחו מודלים פשוטים, לא-חיים, של תאים, שבעזרתם הם גילו כי חלוקה לא-סימטרית – התהליך שבו תא מתחלק והופך לשני תאי בת נפרדים – אפשרי אפילו בהעדר נוכחות של מרכיבים מורכבים כגון הגנים. המחקר, שפורסם בכתב-העת המדעי Journal of the American Chemical Society, עשוי לספק רמזים חשובים למוצא החיים ממרכיבים דוממים, לא-חיים, ולמנגנון שבו תאים מודרניים הפכו לבעלי התנהגות כה מורכבת במשך הזמן.

החוקרת אומרת כי התהליך שבו תאים ביולוגיים מתחלקים לתאי-בת אסימטריים בעלי הרכבים שונים מאוד הוא די עלום. התמיינות תאים – התהליך שבאמצעותו תאים לא-מתמחים, כגון תאי גזע, הופכים לתאים מתמחים – מחייבת כי מרכיבים ביולוגיים שונים יוכרו ע”י כל אחד מתאי הבת. כדי שמשימה מורכבת זו תצא אל הפועל, מספר מנגנונים חשובים חייבים להכווין הן את ההכרה של המרכיבים התאיים והן את השימור של הקוטביות (היכולת של תא להפגין צד אחורי וצד קדמי שונים בתכונותיהם). “גנים רבים משפיעים על השימור של קוטביות התא ועל עידוד החלוקה לתאי-בת לא זהים. תודות לשינויים בביטוי הגנים הללו תא עור הופך להיות תא עור ותא לב הופך לתא לב,” מסבירה החוקרת. “אולם המחקר שלנו נקט בגישה אחרת. שאלנו את עצמנו: בנוסף לגורמים הגנטיים המכווינים את חלוקת התא האסימטרית ואת קיום הקוטביות, מהם הגורמים המבניים והביופיסיקליים העשויים גם הם ליטול חלק במנגנון זה, וכיצד גורמים אלו קידמו את ההתפתחות של מערכות גנטיות מורכבות הקיימות בתאים עכשוויים?”

הצוות החל את מחקרו עם ההנחה כי מאחר ותאי-הבת החדשים מתקבלים מחלוקה של תאי-אם קיימים, חומר מקורי מסוים – כגון קרומית התא – יוכל לשמש כסוג של יחידת מידע. יחידה זו תוכל להתחיל להפעיל ולהכווין שרשרת של אירועים כימיים הקשורים לחלוקת תא סדורה ולשימור קוטביות. על-מנת לבחון את ההשערה הזו, החוקרים בנו תאי מודל מלמטה ועד מעלה, ואפשרו למים, שומנים, ופולימרים להתקבץ יחדיו למבנים המחקים את המרכיבים הבסיסיים ביותר של תאים חיים אמתיים, כגון קרומית תא וציטופלסמה. בשלב הבא הם שינו את הלחץ האוסמוטי שמחוץ לתאים אלו באמצעות הוספת סוכר, שינוי שאילץ אותם להתחלק בצורה המזכירה את האופן שבו תאים ביולוגיים, חיים, מתחלקים בתנאים רגילים.

“ראינו כי אפילו תאי מודל יכולים להתחלק בצורה סדורה, ממצא המרמז על סוג של סדר פנימי,” מסבירה החוקרת הראשית. היא מסבירה ואומרת כי, בדומה לתא ביולוגי, תא-האם של המודל עוצב כך שיפגין אסימטריות הן בקרומית התא והן בתוכנו התאי. אסימטריות הקרומית עוצבה באמצעות השימוש בשני חלקים שומניים מובחנים, בעוד שהתוכן התאי עוצב באמצעות השימוש בשני סוגי פולימרים מובחנים המכונים פוליאתילן גליקול ודקסטראן. החוקרים גילו כי כאשר תא האם של המודל התחלק, תא-בת אחד “ירש” סוג אחד של שומן המקיף את התוכן העשיר בפוליאתילן גליקול, ותא-הבת האחר “ירש” את הסוג השני של השומן המקיף את התוכן העשיר בדקסטראן. “והחשוב מכל, מצאנו גם כי כאשר שינינו את הגודל היחסי של שני חלקי השומנים, תא-בת אחד “ירש” את שני סוגי הקרומית ותא-הבת השני “ירש” סוג יחיד בלבד,” מציינת החוקרת.

החוקרים ציינו כי נראה ששיטת המידול החדשנית מרמזת שיחסי-גומלין כימיים ופיסיקליים פשוטים המתרחשים בתוככי התאים – כגון התקבצות עצמית, הפרדת פאזות, והתחלקות לשני מרכיבים, עשויים להוביל להתנהגויות מורכבות יחסית – כגון חלוקה אסימטרית – אפילו כאשר אין נוכחות של מנגנון תאי נוסף.

“מאחר ולא הוספנו לתערובת חומצות גרעין (דנ”א/רנ”א) או אנזימים, ברור שלא היו גנים ששלטו בהתנהלותם של התאים,” מסבירה החוקרת. “כך שהמחקר שלנו תומך בהשערה כי אותות מבניים וסדורים עובדים בתיאום עם אותות גנטיים לטובת קבלת ושימור קוטביות תא באמצעות מחזורי חלוקה עוקבים.”

החוקרים מציינים כי ניסויים עם תאי-מודל לא-חיים שאינם מכילים דנ”א כלל, יוכלו לסייע ולהצביע על רמזים המסבירים את התהליך המסתורי של אביוגנסיס (abiogenesis), התהוות אורגניזם חי מחומר דומם, אירוע שהתרחש לפחות פעם אחת במהלך ההיסטוריה של כדור-הארץ. “מדענים הצליחו לחקות את התנאים שהתקיימו בכדור-הארץ טרם הופעת החיים במעבדות והראו כי חומצות אמינו רבות – אבני-הבניין הביוכימיים של החלבונים – ניתנות לייצור מתגובות כימיות טבעיות,” מסבירה החוקרת הראשית.

“אנו מקווים כי המחקר שלנו יוכל לסייע להשלים חלק נוסף בתצרף: כיצד ארגון כימי ומרחבי עשוי לתרום להצלחת התפתחותם של צורות חיים קדומות על-פני כדור הארץ.”

הידיעה על המחקר

קישור למקור התמונה