التقيت بباو فورموزا الأردن (باو فورموزا الأردن) لأسأله عما يفعلونه هناك في الجامعة.
التقيت بباو فورموزا الأردن (باو فورموزا الأردن) لأسأله عما يفعلونه هناك في الجامعة.
باو هو إسباني كاتالوني ولد في برشلونة، وجاء إلى إسرائيل للتدريب لمدة أربعة أشهر لإكمال أطروحة الدكتوراه في الفيزياء الحيوية في مجموعة البروفيسور مارتا إيبانييس ميغويز. أجريت المقابلة باللغة الإنجليزية وقمت بترجمتها بأفضل ما أستطيع. في برشلونة، باو هو مُنظِّر يعمل عادةً باستخدام قلم الرصاص والورق والكمبيوتر. وقد جاء إلى إسرائيل لإجراء التجارب مع مجموعة الدكتور ديفيد شيبرينسيك في كلية علوم الحياة بجامعة تل أبيب، والتي تجمع بين النظرية والتجارب.
باو أيضًا راقصة هاوية ومولعة بشكل خاص بالرقص الحديث وليندي هوب. وجد في أوقات فراغه في إسرائيل مجتمعًا نابضًا بالحياة من الراقصين من كلا النوعين.
أسير الحرب، فماذا تفعل هناك؟
بشكل عام، نهتم بدراسة النظم البيولوجية، مثل الأنسجة النباتية والحيوانية، وذلك بالاستعانة بأدوات مأخوذة من مجال الفيزياء والرياضيات. البروتينات، التي هي اللبنات الأساسية للخلية، ذات أهمية كبيرة بالنسبة لنا. على سبيل المثال، ندرس ديناميكياتها داخل الخلية بمساعدة النماذج الفيزيائية. يمكن أن يوفر هذا النهج معلومات وتنبؤات كمية ودقيقة يصعب الحصول عليها من العمل البيولوجي القياسي.
إحدى الظواهر التي ندرسها هي الترتيب المكاني للخلايا في الأنسجة. في بداية عملية تطور الأنسجة، تكون جميع الخلايا متشابهة، ولكنها تتمايز لاحقًا إلى أنواع مختلفة من الخلايا. على سبيل المثال، هناك أنسجة حيث يمكن لبعض الخلايا أن تتمايز إلى خلايا عصبية والبعض الآخر لا. وإذا فحصنا توزيع الخلايا العصبية في الأنسجة، فسنجد أنها موزعة بشكل منتظم وفي بنية منظمة، عندما لا تلامس الخلايا العصبية بعضها البعض (انظر الشكل).
السؤالان الرئيسيان هما: كيف يتم اختيار الخلايا لتصبح خلايا عصبية، وكيف يتم الحفاظ على الترتيب المكاني أثناء عملية تطوير الأنسجة.
هل الإجابات على هذه الأسئلة معروفة؟
نعم جزئيًا، وهي أيضًا مرتبطة بنفس الآلية.
يشير الترتيب المكاني من السؤال الثاني إلى ضرورة مرور نوع معين من المعلومات بين الخلايا. الخلية التي تقرر أن تصبح خلية عصبية تحتاج إلى التواصل والتنسيق مع بيئتها حتى تكون الوحيدة. وهذا هو في الواقع الموضوع الذي ندرسه: كيف يتسبب الاتصال بين الخلايا في تكوين الترتيب المكاني في الأنسجة.
كيف "تتحدث" الخلايا فعليًا مع بعضها البعض؟
واللغة بيوكيميائية، وهي لغة التفاعلات بين البروتينات. في الحالة التي ندرسها، يرتبط البروتين الموجود على جدار إحدى الخلايا ببروتين من نوع آخر يطابقه تمامًا، ويوجد على جدار خلية مجاورة. وينتج عن التفاعل بين البروتينين سلسلة من التفاعلات الكيميائية، وفي نهايتها يزيد أو ينقص معدل إنتاج أي بروتين في الخلية استجابةً لذلك.
فكيف يمكن لمثل هذه "المحادثة" أن تنتج ترتيبًا مكانيًا للخلايا في الأنسجة؟
في نظام الاتصال بين الخلايا الذي ندرسه، على سبيل المثال، الخلية التي على وشك أن تصبح خلية عصبية تنتج بروتينًا يسمى "دلتا". يصل البروتين إلى جدار الخلية ويرتبط ببروتين آخر على جدار الخلية المجاورة يسمى "الشق". وينتج التفاعل بينهما إشارة كيميائية حيوية في الخلية المجاورة تؤدي إلى انخفاض نشاط الجين المسؤول عن تكوين بروتين "دلتا". وبما أن شرط التمايز إلى خلية عصبية هو التركيز العالي لـ "دلتا"، فمن المؤكد أن الخلية المجاورة لن تصبح أيضًا خلية عصبية. أي أن هناك تنافساً بين الخلايا، والخلية التي تفوز بالأقوى "تنقل" إلى جميع جيرانها أنها تصبح خلية عصبية. وهذا سيمنعهم من التمايز بطريقة مماثلة، وتسمى هذه العملية في اللغة المهنية "التثبيط الجانبي".
أين يأتي نهج الفيزياء الحيوية هنا؟
سأحاول أن أشرح من خلال القياس. تخيل غابة يعيش فيها مجموعتان من السكان في نفس الوقت: الأرانب والذئاب. تتكاثر الذئاب بمعدل معين يعتمد على عاداتها في التكاثر، ولكن أيضًا على كمية الأرانب التي تأكلها. تتكاثر الأرانب بمعدل أسرع، لكن عددها يعتمد أيضًا على عدد الذئاب الجائعة. نحن مهتمون بوصف عدد الأرانب والذئاب مع مرور الوقت.
يمكننا كتابة مجموعة من المعادلات، تصف إحداها معدل التغير في عدد الذئاب اعتمادًا على العوامل الأخرى (بما في ذلك عدد الأرانب). والثاني سوف يصف معدل التغير في عدد الأرانب (بما في ذلك الاعتماد على عدد الذئاب). يمكننا الآن حل مجموعة المعادلات، التي تسمى معادلات المعدل، والحصول على وصف لديناميات نظام الذئاب والأرانب، بالنظر إلى معلمات المشكلة.
وبطريقة مماثلة، يمكن ترجمة قصة بروتيني "نوتش" و"دلتا" إلى مجموعة من المعادلات ويمكن دراسة الخصائص الديناميكية لهذه العملية كميًا. ومن خلال هذا النموذج يمكن عمل تنبؤات واختبارها تجريبيا.
أخبرني عن المشروع الذي عملت عليه مؤخرًا
تعد شبكية العين النامية في جنين الفقاريات أحد الأنظمة التي تحدث فيها عملية "التثبيط الجانبي" أثناء التمايز إلى خلايا عصبية. هناك معلومات من دراسات سابقة حول هذه العملية، لكن لا يزال من غير الواضح كيف تحدث بالضبط. في بداية العملية، تكون جميع الخلايا التي تشكل شبكية العين متطابقة. عند نقطة معينة، يصل بروتين خاص من شبكية العين (في اللغة المهنية: المورفوجين) الذي يتسبب في قيام مجموعة من الخلايا في المركز ببدء عملية "التثبيط الجانبي" فيما بينها. بعضها سوف يتمايز إلى خلايا عصبية ونتيجة لذلك سوف يفرز المزيد من المورفوجين. سيؤدي هذا الإجراء إلى قيام المزيد من الخلايا، البعيدة عن المركز، ببدء عملية "التثبيط الجانبي" وما إلى ذلك. وبهذه الطريقة تتم عملية تمايز خلايا الشبكية في دوائر متزايدة حول نقطة البداية (انظر الشكل).
أردنا التحقق من دور بروتين "دلتا" في العملية، خاصة في المناطق التي لم تصل إليها بعد عملية "التثبيط الجانبي"، وماذا يحدث إذا لم يتم إنتاجه بكمية كافية. ركز البحث على شبكية أجنة الكتاكيت، لكن من الممكن أن يمتد إلى كائنات حية أخرى. ومن الصعب جدًا إنتاج شبكية العين بطريقة مضبوطة لا يوجد فيها "دلتا" في المناطق المناسبة للتجربة. ما اخترنا القيام به بدلاً من ذلك هو إنتاج نموذج رياضي تقريبي ومبسط يحاكي النظام باستخدام أقل عدد ممكن من العناصر. في هذا النموذج سيكون من السهل "حذف" "الدلتا" من مناطق معينة. لقد قمنا بحل النموذج، لمعلمات مختلفة، بمساعدة برمجة الكمبيوتر. وكانت الخطوة الأولى هي التأكد من إمكانية إعادة إنتاج النتائج التي تم الحصول عليها في التجربة على الأنسجة الحقيقية بمساعدة البرنامج. وكانت الخطوة الثانية هي تشغيل البرنامج بدون "دلتا" في المناطق غير المتمايزة.
ماذا اكتشفت عن دور "دلتا" في النظام؟
لقد اكتشفنا ثلاثة أشياء رئيسية تسوء في نمو الشبكية بدون "دلتا" في المناطق غير المتمايزة. الأول هو أنه في ظل ظروف معينة قد يتم تكوين عدد كبير جدًا من الخلايا العصبية. والثاني هو أن منطقة التمايز لم تعد تنمو بشكل دائري، أي بسرعة متساوية في جميع الاتجاهات. والثالث هو أن توسع منطقة التمايز يحدث بشكل أسرع من الحالة الطبيعية. وأي من هذه المشاكل الثلاث ستؤدي إلى كارثة في تطور جنين حقيقي. ولذلك، فإن فهم هذا الدور الذي يلعبه بروتين "دلتا" قد يكون مفيدًا لأولئك الذين يدرسون تطور الخلايا العصبية والأمراض المرتبطة بها، وسيكون من المثير للاهتمام اختبار النتائج النظرية في التجربة.
--------------------
لمزيد من القراءة:
المقال الفني حول عمل باو على تطوير شبكية العين (يتطلب إذنًا):
باو فورموزا-الأردن، ومارتا إيبانييس، وسول آريس، وخوسيه ماريا فرادي. “تنظيم التمايز العصبي في واجهة الموجة العصبية”. التنمية، 139، 2321-2329 (2012) دوى:10.1242/dev.076406
البرنامج 8 من البودكاست الموصى به "The Beehive" حول موضوع ذي صلة (وليس من قبيل الصدفة...):هل يستطيع عالم الأحياء إصلاح جهاز راديو؟
---------------------
يسعدني أن ألتقي وأتحدث مع أي طالب بحث (ربما أنت؟) يرغب في المشاركة ويخبرني قليلاً عما يفعله (وكل ذلك مقابل محادثة ليست طويلة جدًا). يمكنك التواصل معي عبر نموذج الاتصال بنا.
حان الوقت لتخبر الجميع بما تفعله، ربما سيفهمون هذه المرة أيضًا 🙂
