شهدت دراسة أجرتها جامعة تورنتو للتو حركة البروتينات المشفرة بواسطة جينوم الخميرة المرسومة طوال دورة الخلية بنجاح. إن عملية مراقبة جميع بروتينات الكائن الحي طوال المدة من بداية دورة الخلية حتى نهايتها تمثل المثال الأول من هذا النوع. استخدم البحث، الذي نُشر مؤخرًا في مجلة Cell المرموقة، مزيجًا معقدًا من تكنولوجيا التعلم العميق والمجهر المتقدم لجعل هذا الاكتشاف ممكنًا.
اختبر الباحثون نموذجين للتعلم العميق هما DeepLoc وCycleNet لتحليل صور خلايا الخميرة للملايين في الحياة الواقعية. ومن خلال تنفيذ هذه الطريقة الحسابية المتطورة، أنتج العلماء خريطة تفصيلية، تحدد الأماكن الدقيقة بالإضافة إلى عملية استبدال البروتينات داخل الخلية في كل مرحلة من دورة الخلية.
تولد الدراسات معلومات حول التنسيق الدقيق للبروتينات خلال دورة الخلية. كان اكتشافهم أن البروتينات عادة ما تكون مسؤولة عن دورة الخلية عندما لاحظوا أن أنماط التعبير منتظمة عندما تستمر مستوياتها في الخلية في التقلب من وقت لآخر. ومن ناحية أخرى، فإن البروتينات التي تتحرك حول الخلية بطريقة يمكن التنبؤ بها تشارك في الغالب في التنفيذ المادي لهذه العملية.
أهمية للبيولوجيا والطب
إن فهم دورة الخلية على المستوى الجزيئي أمر لا غنى عنه لأنه يقع في صميم النمو الخلوي لجميع الكائنات الحية. يلعب اختلال توازن البروتينات دورًا حاسمًا في تنظيم دورة الخلية، والتي بدورها، اعتمادًا على نوع الخلل، يمكن أن تؤدي إلى أمراض خطيرة مثل السرطان.
اكتشف البحث مئات البروتينات التي كانت موجودة وتتركز في مواقع أو مستويات معينة خلال المراحل المختلفة لدورة الخلية. أدى هذا إلى طرح فكرة التنظيم متعدد المستويات كشرط لتقسيم الخلايا بشكل صحيح. من خلال استخدام المجهر الفلوري وخوارزميات التعلم الآلي، قام الباحثون بتحديد آلاف البروتينات بدقة عبر الوصلات الخلوية المتميزة، وكشفوا عن تفاصيل غير مرئية سابقًا في الكوريغرافيا الجزيئية للبروتينات أثناء انقسام الخلايا.
الآثار المستقبلية
إن خلية الخميرة هي نموذج لا يمكن الاستغناء عنه لبيولوجيا حقيقية النواة والتي يتم تحديدها من خلال سماتها المحددة. يمكن استخدام المعرفة التي تم الحصول عليها من دراسات خلايا الخميرة في فهم دورة الخلية البشرية، والتي يمكن أن تكون مفيدة في التقدم في الطب والتكنولوجيا الحيوية.
وقال المؤلف الأول للدراسة، الدكتور أثناسيوس ليتسيوس، وهو زميل ما بعد الدكتوراه في مركز دونيلي للأبحاث الخلوية والجزيئية الحيوية، إن أهمية خلايا الخميرة، ككائن حي نموذجي، في دراسة العمليات البيولوجية المعقدة على نطاق الجينوم. لا يمكن المبالغة في التأكيد على المستوى.
وأخيرًا، تمثل الدراسة التي أجرتها جامعة تورنتو إنجازًا كبيرًا في علم الأحياء الخلوي. ومن خلال استخدام التكنولوجيا المتطورة والأساليب الحسابية المتقدمة، اكتشف الباحثون تصميم الرقصات المعقدة للبروتينات داخل خلايا الخميرة خلال دورة الخلية. لا تعمل هذه الدراسة التاريخية على تعزيز فهمنا للعمليات البيولوجية الأساسية فحسب، بل تفتح أيضًا إمكانات كبيرة لحل المشكلات الطبية الصعبة في المستقبل.
ظهرت هذه المقالة للمرة الأولى في جامعة تورنتو
