2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
במחקר גאוני של זבובי פירות לא מתואמים מאוד, מדענים מאוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו השיגו את הרמזים המולקולריים הראשונים לאופן שבו בני אדם ואורגניזמים מורכבים אחרים שומעים, שומרים על שיווי המשקל שלהם וחושים במגע.
בגיליון 24 במרץ של Science, החוקרים מהמחלקה לביולוגיה של האוניברסיטה והמכון הרפואי הווארד יוז מדווחים על גילוים של גן בתסיסנית, שכאשר משתנה, משבש את התפקוד המולקולרי של תאי המכנורצפטור של זבוב הפירות.כתוצאה מכך זבובים שאינם מסוגלים לשמוע ולחוש את העולם סביבם, והם כל כך לא מתואמים שללא עזרה מהחוקרים הם מתים במהירות.
"אתה ממש צריך להאכיל אותם ביד, להכניס להם אוכל לפה, כי הם כל כך לא מתואמים שהם פשוט לא יכולים לתפקד בשום דרך אחרת", אמר ריצ'רד ג'י ווקר, חוקר פוסט-דוקטורט ב- UCSD והמחבר הראשון של המחקר. "זו מוטציה קטלנית, כי ברגע שהם יוצאים ממקרי הגולם שלהם הם כל כך לא מתואמים שהם פשוט נופלים לתוך האוכל שלהם, שהוא סוג של דביק, שם הם נתקעים ומתים."
מדענים ידעו מזה 15 שנים שאנרגיה מכנית בצורת צליל ומגע יכולה להפוך על ידי תאים זעירים של קולטן מכנו לאותות כימיים וחשמליים המעובדים על ידי המוח כדי לשמוע, לחוש מגע, לשמור על איזון ו לקבוע את מיקום איבריו במרחב. רבים מהתאים הללו, שנמצאים בבעלי חוליות וחסרי חוליות, מורכבים ממבנים זעירים דמויי שיער, שכאשר הם מפנים אותם, פותחים תעלות יונים בתאים, מה שמעורר שחרור של נוירוטרנסמיטורים, אשר לאחר מכן מייצרים תגובות חשמליות במוח.
"החושים המכניים נשמרים באמצעות האבולוציה, מהאורגניזמים הקטנים ביותר ועד לבני אדם, מכיוון שכולם מבצעים את הפונקציה הקריטית הזו, שהיא להגיב לגירוי מכאני", אמר צ'ארלס ס. צוקר, פרופסור לביולוגיה שעמד בראשו. המחקר. "ההנאה שלנו מסימפוניות נפלאות אינה אלא המרת אנרגיה מכנית לאותות חשמליים על ידי התאים באוזן הפנימית שלנו."
מה שמדענים לא ידעו הוא כיצד גנים משפיעים על התהליכים המולקולריים המפורטים בתאי המכנורצפטורים הללו. תאים כאלה הם בדרך כלל קטנים ונדירים יחסית, מה שמקשה על החוקרים לצבור מספיק חומר למחקרים ביוכימיים. אבל ב-Drosophila, הזיפים של תאי המכנורצפטורים על בית החזה של החרק גדולים ובולטים במיוחד, מה שהופך אותם מתאימים למחקרים ביוכימיים ואלקטרו-פיזיולוגיים. מכיוון שכל כך הרבה מהגנים שלו זוהו ומיפו, זבוב הפירות הוא גם אורגניזם אידיאלי לערוך עליו מחקרים גנטיים.
כדי לערוך את המחקר, ווקר סקר תחילה 27 זנים של תסיסנית עם מוטציות גנטיות שגרמו להם לחוסר תיאום חמור. מוטנטים אלו, אשר בודדו לפני שש שנים על ידי מוריס קרנן, חוקר פוסט-דוקטורט במעבדתו של צוקר, אשר נמצא כעת באוניברסיטת סטייט ניו יורק בסטוני ברוק, נחשבים כבעלי מגוון מוטציות המונעות מהמוח שלהם לקבל אותות מהמוח שלהם. תאי מכנורצפטורים.
עם זאת, ווקר רצה רק את אותם מוטנטים עם פגמים במסלול ההמרה המכנו-אלקטרי עצמו. הוא מצא אותם על ידי מדידת הזרמים החשמליים של הנוירונים המכנורצפטורים שלהם כאשר זיפי השיער של התאים הוסטו מעט, פעולה שבחרקים רגילים מייצרת זרם חשמלי קטן. התאים כל כך רגישים שהמוח יכול לחוש בתנועה שמסיטה את הזיפים רק חלק קטן ממיקרומטר.
לאחר שוולקר מצא שלושה זנים שהפיקו זרם חשמלי מועט או ללא זרם, שכונו nompC עבור "ללא פוטנציאל מכנורצפטור C", הוא זיהה גן, המקודד תעלת יונים חדשה, שכאשר הוכנסו ל-nompC זבובים החזירו את המוטנטים למצב נורמלי..אהרון טי ווילינגהם, סטודנט לתואר שני שעובד במעבדה של צוקר, קשר את הפגמים למוטציות בגן הזה, ואישר את זהותה של nompC.
"ברגע שהם שיבטו את nompC, הכל היה ברור", אמר פיטר ג'י גילספי ממרכז חקר השמיעה של אורגון ומכון וולום באוניברסיטת אורגון למדעי הבריאות. "nompC הוא בהחלט חלק מערוץ ההעברה של הזבוב, או הנקבובית עצמה או מרכיב עיקרי. לעבודה זו יש משמעות עצומה שכן היא מציעה שאפשר למצוא ערוצי מכנוטרנסדוקציה אחרים על ידי חיפוש קרובי משפחה של nompC. זיהוי כל חלבון המשרת בתוך כל מכני. מנגנון ההמרה היה קשה במיוחד. אבל כאן יש לנו תשובה ברורה."
החוקרים של UCSD מצאו חלבון הומולוגי, או דומה מבחינה תפקודית, המיוצר על ידי גן דומה בתולעת העגול C. elegans. הם חושדים שגנים וחלבונים דומים נמצאים בבני אדם ובאורגניזמים אחרים של בעלי חוליות ששמרו על אותו מנגנון גנטי וביוכימי כמו תסיסנית ו-C.אלגנטי דרך האבולוציה.
"אם יש דבר אחד שלמדנו במהלך 80 השנים האחרונות, זה שמודלים של אורגניזמים כמו תסיסנית הם מנועי גילוי נפלאים", אמר צוקר. "הם לא רק מאפשרים לנו להתמקד ביעילות בבעיות שקשה לעקוב אחריהם באורגניזמים גבוהים יותר, הם גם משחזרים הרבה מאותה ביולוגיה כמו צורות מורכבות יותר. בעצם, אנחנו לא אלא זבוב גדול."
הוא ועמיתיו מאמינים שהתגלית שלהם יכולה לשמש בהבנה ובטיפול באובדן שמיעה, שעל פי ההערכות משפיע על כ-30 מיליון אמריקאים.
"עד כמה שזה עשוי להיות קשה לדמיין, יש הקבלות התפתחותיות ופיזיולוגיות חזקות מאוד בין מכנו-תחושה שנעשתה על ידי זיפי זבובים ועל ידי האוזן הפנימית האנושית", אמר ג'יימס וו. פוסאקוני, פרופסור לביולוגיה ב-UCSD. "אז בהחלט ייתכן שקיימת גרסה אנושית של חלבון הערוץ הזה ויש לה תפקיד מרכזי באיך שאנחנו שומעים.זה יהיה בעל חשיבות קיצונית בהבנת השמיעה והחירשות בבני אדם."
"אובדן שמיעה הוא בעיה רפואית מרכזית במדינות מתועשות, כי אובדן שמיעה מגיע בצורות וצורות רבות ושונות", אמר צוקר. "רבים עוברים בירושה ורבים נובעים מהתעללות. סביר מאוד ששני סוגי ההפרעות האנושיות קשורות קשר הדוק לפגמים ביכולת של התאים הללו לבצע. אז הבנת המנגנון של איתות מכנו-סנסורי יכולה לייצר כמה תובנות חשובות מאוד כיצד לבצע לטפל, למנוע ולאבחן הפרעות שמיעה."
