lmnbdertyuik

چرا میتوکندری ها DNA دارند؟

یکی از بزرگترین راز های زیست شناسی سلولی این است که چرا میتوکندری ها، این ساختارهای بیضی شکل سلول های ما که برای سلول هایمان انرژی تولید می کنند، خودشان DNA دارند و چرا این DNA را هنوز هم حفظ کرده اند در حالی که هسته سلول مملو از مواد ژنتیکی است؟ در مطالعه ای که صورت گرفته است ظاهرا دانشمندان پاسخ این سوال را یافته اند.

دانشمندان گمان می کنند که میتوکندری ها ارگانیسم های تک سلولی بوده اند که بیشتر از یک میلیارد سال پیش توسط سلول های بزرگتری بلعیده شده اند. این ارگانیسم ها به جای آن که هضم شوند، در آنجا ساکن شدند و یک رابطه مفید و دو طرفه را با میزبانشان ایجاد کرده و آن را توسعه دادند که در نهایت منجر به ایجاد زندگی های گیاهی و جانوری پیچیده تر امروزی گزدید.

در طول سالیان دراز، ژنوم میتوکندری کاهش پیدا کرده است. در حال حاضر درصد عمده ای از مواد ژنتیکی سلول های ما در هسته ی سلول قرار دارد، حتی آن ژن هایی که به عملکرد میتوکندری کمک می کند. برای مثال در انسان ها، ژنوم میتوکندری تنها از ۳۷ ژن تشکیل شده است این درحالی است که در هسته بیش از ۲۰۰۰۰ ژن وجود دارد. با گذشت زمان، بسیاری از ژن های میتوکندری به درون هسته منتقل شدند. اما اگر این ژن ها قابلیت تحرک دارند، چرا میتوکندری هنوز این ژن ها را نگه داشته است؟ مخصوصا زمانی که می دانیم، جهش در برخی از این ژن ها می تواند بیماری های نادر اما خطرناکی را به وجود آورد که به تدریج مغز، شش ها، قلب، کلیه و دیگر ارگان های حیاتی بیمار را ازبین ببرد.

دانشمندان تاکنون نظریه های بسیاری را ارائه داده اند اما برای هیچکدام از آن ها داده های محکم و کافی وجود ندارد.

Iain Johnston بیولوژیست دانشگاه بیرمنگام و Ben Wiliams بیولوژیست موسسه تحقیقات بیو پزشکی دانشگاه کمبریج، از این مسئله مدلی تهیه کردند و از نظر ریاضی برای اولین بار فرضیه های مختلف را با هم مقایسه کردند. آن ها بیش از ۲۰۰۰ ژنوم میتوکندری های مختلف شامل جانوران، گیاهان، قارچ ها و آغازیان ( مانند آمیب ) را آنالیز کردند. سپس بر اساس مسیر تکاملی آن ها، الگوریتمی تهیه کردند که به کمک آن احتمال از بین رفتن ژن های مختلف و یا ترکیبات ژن ها را در زمان های خاصی محاسبه کردند.

Kith Adams زیست شناس دانشگاه بریتیش کلمبیا در ونکوور کانادا که نقشی در این تحقیق نداشت می گوید: یکی از جنبه های ابداعی و خلاقانه این تحقیق استفاده از الگو سازی است که معمولا در این نوع مطالعات انجام نمی گیرد.

میتوکندری به واسطه ی مجموعه ای از واکنش های بیوشیمیایی در طول غشا به وسیله الکترون ها، انرژی می سازد. کلید این فرایند مجموعه ای از کمپلکس های پروتئینی است که این پروتئین های کروی شکل بزرگ در غشای داخلی میتوکندری تعبیه شده است. تمام ژن های باقی مانده در میتوکندری به نحوی به تولید انرژی کمک می کنند. همچنین تیم متوجه شد، هنگامی که ژنی پروتئین مهمی برای یکی از کمپلکس ها بسازد احتمال باقی ماندنش بیشتر است. از سوی دیگر آن دسته از ژن هایی که نقش فرعی تری را در تولید انرژی دارند به هسته منتقل می کنند.

Johanston می گوید: نگهداری این ژن ها در میتوکندری، به سلول راهی برای کنترل محیطی میتوکندری می دهد. زیرا پروتئین های موثر و مهمی در میتوکندری ساخته می شود. این کنترل محیطی بدان معناست که سلول می تواند به سرعت و به طور کارامد و موثری به صورت لحظه به لحظه بر انرژی تولید شده در میتوکندری نظارت کند؛ به جای آن که مجبور باشد صد ها یا هزاران میتوکندری را به طور جداگانه تحت نظر بگیرد.

John Allen، زیست شناس کالج دانشگاهی لندن که در این مطالعه شرکت نداشت، می گوید: مثل واکنش به یک آتش سوزی است. اگر یک اتاق در یک ساختمان بزرگ آتش بگیرد، شما به مدیر ساختمان تلفن نمی کنید تا از او برای خاموش کردن آتش اجازه بگیرید. بلکه یک کپسول آتش نشانی برداشته و سعی می کنیم آتش را خاموش کنیم.

Allen می گوید: من فکر می کنم این مکانیسم بسیار بنیادی است. او در تحقیق خودش شواهدی پیدا کرده که نشان می‌دهد تولید نوع خاصی از پروتئین میتوکندری، درست در لحظه‌ای که به آن احتیاج است، به سلول کمک می‌کند تا بهتر تولید انرژی را کنترل کند. این نوع کنترل محیطی، می‌تواند برای دیگر ساختارهای سلولی ما مفید باشد. اما میتوکندری‌ها به عنوان نوعی سلول مستقل، تنها زیرمجموعه‌هایی از سلول ها هستند که مرکز کنترل خودشان را دارند.

مدل Johnston و Williams عوامل دیگری را نشان می دهند که ممکن است مهم باشند. به عنوان مثال، احتمال ساخته شدن پروتئین‌هایی که هیدروفوبیک یا اصطلاحا آب‌گریز هستند، در میتوکندری ها بیشتر است. اگر این پروتئین ها در جای دیگری در سلول ساخته شوند، گاهی اوقات می توانند در جابجایی دچار مشکل شوند، بنابراین تولید آن ها در میتوکندری بسیار کارآمدتر خواهد بود.

آرایش شیمیایی خود ژن ها نیز می تواند عامل مهم و تاثیرگذاری باشد. به عنوان مثال ژن هایی می توانند درون میتوکندری بمانند که به خاطر ترکیب شیمیایی خود در برابر شرایط سخت درون میتوکندری دوام بیاورند.

Johnston فکر می کند برنامه کامپیوتری که او و Wiliams طراحی و توسعه داده اند، می تواند کاربردهای دیگری غیر از بررسی ژنوم های میتوکندری نیز داشته باشد. این الگوریتم می تواند هر مسئله و مشکلی را که در آن ویژگی و یا صفتی در طول زمان ازبین رفته و یا به دست آمده را تجزیه و تحلیل کند؛ چه آن ها ژن باشند چه علائم بیاری. او امیدوار است به کمک این مدل مسیرهای احتمالی پیشرفت یک بیماری را پیش بینی کنند.
نمره شما به این پست