Νέα τεχνική αποκαλύπτει τις εσωτερικές διεργασίες των κυττάρων
Τα ανθρώπινα κύτταρα, σε συνθήκες συνέχεια μεταβαλλόμενες, προσαρμόζονται ώστε να διατηρούν τις εσωτερικές τους καταστάσεις απαραίτητες για την επιβίωση. Ωστόσο, παραμένει αδιευκρίνιστο πώς καταφέρνουν να συνδυάζουν την προσαρμοστικότητα με τη σταθερότητα. Για πρώτη φορά, επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένων ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, εφαρμόζουν μια τεχνική φωτός γνωστή ως φασματοσκοπία Raman για τη δημιουργία εικόνων της πρωτεϊνικής σύνθεσης ενός κυττάρου E. coli με μη καταστροφικό τρόπο.
Προβλέψεις μέσω ανάλυσης δεδομένων
Η ανάλυση των δεδομένων επέτρεψε στην ομάδα να προβλέψει πώς οι ποσότητες πρωτεϊνών μεταβάλλονται υπό συγκεκριμένες συνθήκες, κάτι που προηγουμένως απαιτούσε την απομόνωση των στοχευμένων πρωτεϊνών. Έτσι, παρατήρησαν ότι οι ποσότητες διαφόρων πρωτεϊνών ποικίλλουν ανάλογα με τη συνάρτησή τους ή την προσαρμοστικότητα στην κατάσταση.
Η σημασία των πρωτεϊνών
Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί συντίθενται από κύτταρα, και οι μοριακοί μηχανισμοί εντός τους είναι καθοριστικοί για την επιβίωση. Διαφορετικές βιομοριακές κατηγορίες, όπως RNA και πρωτεΐνες, παίζουν εξειδικευμένους ρόλους και εκτελούν ποικιλία λειτουργιών. Οι πρωτεΐνες, με τη σειρά τους, στηρίζουν τις ζωτικές διαδικασίες αποκτώντας και μεταβολίζοντας θρεπτικά συστατικά από το εξωτερικό περιβάλλον, συνθέτοντας νέες μοριακές ύλες για ανάπτυξη και διαίρεση, και μεταφέροντας πληροφορίες για την αντίδραση στο περιβάλλον.
Η καινοτομία της φασματοσκοπίας Raman
Για την εξερεύνηση της ποσότητας των πρωτεϊνών στα κύτταρα, συνήθως χρησιμοποιείται η τεχνική γνωστή ως πρωτεομική για τη δημιουργία ενός προφίλ πρωτεώματος. Ωστόσο, η τυπική προσέγγιση απαιτεί την απομόνωση των πρωτεϊνών, διαδικασία που είναι καταστροφική και απαιτεί πολλές χρονοβόρες διαδικασίες. Όπως σημείωσε ο καθηγητής Yuichi Wakamoto του Τμήματος Βασικών Επιστημών, «ανακαλύψαμε ότι τα προφίλ πρωτεώματος μπορούν να προσδιοριστούν μη καταστροφικά, εκθέτοντας απλά τα κύτταρα σε φως και αναλύοντας τις λεγόμενες φασματικές αναλογίες Raman, οι οποίες αποτυπώνουν τα μοριακά προφίλ τους.»
Η διασύνδεση διαφορετικών πεδίων
Μετά την ανακάλυψη αυτή, οι ερευνητές ήθελαν να κατανοήσουν γιατί οι αναλογίες πρωτεϊνών μπορούν να προβλεφθούν από τις μετρήσεις φωτός Raman. Διαπίστωσαν ότι οι αναλογίες των πρωτεϊνών είναι παγκοσμίως συντονισμένες σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών. Εμφανίστηκε ένα μοτίβο με μια μεγάλη πυρήνα πρωτεϊνών των οποίων οι αναλογίες παραμένουν συνεπείς και υποστηρίζουν τις βασικές κυτταρικές λειτουργίες. Σε αντίθεση, μικρότερες ομάδες πρωτεϊνών παρουσιάζουν μεγαλύτερη ποικιλία ανάλογα με τις περιβαλλοντικές αλλαγές, παρέχοντας έτσι την απαιτούμενη προσαρμοστικότητα στον οργανισμό.
Προοπτικές για περαιτέρω έρευνα
Ο Kamei, ερευνητής του έργου, πρόσθεσε: «Η μεγαλύτερη πρόκληση για εμάς ήταν να συνδέσουμε και να ενοποιήσουμε δύο απομακρυσμένα πεδία μελέτης, την οπτική, όπως η φασματοσκοπία Raman, και την πρωτεομική, τα οποία έχουν αναπτυχθεί αυτόνομα. Ήταν απαραίτητο να πραγματοποιηθούν πολλές μετρήσεις, αναλύσεις δεδομένων και μαθηματικές αξιολογήσεις για να πειστούμε ότι η συσχέτιση μεταξύ των φασματικών αναλογιών Raman και των προφίλ πρωτεωμάτων είναι πραγματική», δήλωσε. «Είναι πιθανό ότι εφαρμόζοντας αυτήν τη μέθοδο, θα μπορέσουμε να προβλέψουμε τις πρώιμες αλλαγές στις κυτταρικές καταστάσεις που σχετίζονται με ασθένειες και τα μοριακά θεμέλια που υποκινούν αυτές τις αλλαγές. Είναι ενδιαφέρον να ερευνηθεί πώς αυτό το σχέδιο αναλογιών πρωτεϊνών, το οποίο ονομάζουμε διατήρηση στοϊχιότητας, εμφανίζεται και σε άλλους τύπους κυττάρων εκτός του E. coli, περιλαμβανομένων και ανθρώπινων κυττάρων.
