اتوبوس مدارس در سلول ها

سه برنده از برندگان به مطالعه ی نقش ریزکیسه ها – اتوبوس های شبیه به حباب – که مواد شیمیایی را درون سلول ها یا دیوارهای بیرونی خود حرکت می دهند پرداختند.
امسال جایزه ی نوبل علوم طبیعی یا پزشکی به تحقیقاتی اختصاص یافت که نشان داد سلول ها چگونه مواد شیمیایی را جابجا می کنند، چه داخل خود و چه از طریق دیوارهای خارجی شان. سلول ها از حباب هایی استفاده می کنند که تا حدودی شبیه به اتوبوس ها هستند. و اگر همه چیز به روال طبیعی خود پیش نرود، موجب ایجاد ترافیک شدید می شود که در نهایت این اتوبوس ها را از رساندن سرنشینان خود به مکان مناسب و در زمان مناسب باز می دارند.
از سال 1901 تاکنون، هرساله فرهنگستان پادشاهی علوم سوئد یک یا چند جایزه ی نوبل را به رشته ی زیست شناسی اختصاص می دهد. بعضی اوقات جوایز به دانشمندان یا پزشکانی که داروها، واکسن ها و یا راههای جدید جهت انجام عمل جراحی یا لوازم مفید از قبیل قلب مصنوعی می یابند تعلق می گیرد. در بقیه ی موارد، مانند جایزه ی نوبل امسال، مراسم تنها از یافته های عمده در مبحث علوم طبیعی تجلیل می نماید، که علم چگونگی فعالیت سلول ها و سایر ساختارهای بزرگتر در ارگانیسم های زنده است.
ریز کیسه ها (حباب های ابی روشن) حباب هایی هستند که مواد شیمیایی مهمی با خود حمل می کنند (نقاط ابی تیره). برندگان جایزه ی نوبل پروتئین هایی کشف نمودند (به شکل مواد چسبناک نارنجی نشان داده شده اند) که به این ریزکیسه ها کمک می کنند دیواره ی خارجی سلول (یا غشا) را خالی نمایند. پس از خالی کردن حباب ها، با غشا یکی شده و محتویات خود را به بیرون از سلول می ریزد. یکی از برندگان دریافت، زمانی که کلسیوم به سلولو های عصبی می رسد، سریعاً بستی از خود رها می سازد که از ادغام حباب خالی شده با غشا جلوگیری می نماید. با رهاسازی این بست، سلول عصبی، مواد شیمیایی ارتباطی را به نزدیکترین سلول های عصبی می فرستد. این فرآیند جهت تفکر آنی ضروری است.
در تاریخ 7 اکتبر، به سبب اقدامات شایسته ی Randy Schekman، James Rothman و Thomas Sudhof در زمینه ی سلول ها، جایزه ی نوبل علوم طبیعی و پزشکی به آنها تقدیم گردید. هر سه این دانشمندان مشغول مطالعه ی این موضوع بودند که سلول ها چگونه مواد را در خود حرکت می دهند و تولیدات شیمیایی خود را به خارج انتقال می دهند. در مراسمی در 10 اکتبر، این دانشمندان مدال هایی دریافت خواهند نمود و یک جایزه ی نقدی معادل 1.24 میلیون دلار را با هم تقسیم خواهند نمود.
سلول ها، پروتئین ها، هورمون ها و سایر مواد شیمیایی را در حباب هایی با نام ریزکیسه ها انباشته می کنند. زمانی که یک سلول می خواهد به سلول دیگر پیامی بفرستد یا نیاز دارد چیزی درون خود بسازد، یکی از این حباب ها را با محموله ی موردنظر به جایی میفرستد که این ماده مورد نیاز است.
Juleen Zierath توضیح می دهد، این فرآیند شبیه به سوار شدن به اتوبوس در هنگام صبح می باشد. وی متخصص فیزیولوژی مؤسسه ی کارولینسکا در استهکلم سوئد می باشد. وی همچنین مدتی ریاست کمیته ای را برعهده داشت که مسئول تصمیم گیری درباره ی برنده ی جایزه ی نوبل علم فیزیولوژی بود.
Zierath می گوید، فرض کنید تمام علامت های اتوبوس ها حذف می شد. شما نمی دانستید این اتوبوسی که سوار شدید شما را به مدرسه می برد یا به مرکز شهر می روید یا اینکه به جایی در خارج از شهر می روید. و این که نمی دانستید قرار است چند ساعت در این اتوبوس در سفر باشید. وی همچنین می گوید، حباب هایی که درون سلول مانند اتوبوس عمل می کنند، به مواد شیمیایی بستگی دارند که با عنوان پروتئین های حمل شناخته می شوند. پروتئین ها مواد شیمیایی هستند که بیشتر عملیات را در سلول ها بر عهده دارند. پروتئین های حمل به حباب ها می گویند مسافران خود را به کجا برده و چه زمانی اجازه ی پیاده شدن به آنها را بدهند. شرکت های حمل و نقل بسیار به خود می بالند که بسته هایی را که مردم به یکدیگر ارسال می کنند به موقع تحویل می دهند. اما آن‌چه که مهم تر است این است که سلول ها همه چیز را به محل صحیح و دقیقاً در زمانی که مورد نیاز هستند ارسال می کنند.
این تحویل دهنده های سلولی، مواد شیمیایی را که حامل پیغامی از مغز هستند که سلول های مغزی جهت صحبت با هم از آن استفاده می کنند حرکت می دهند. سلول های سیستم ایمنی مواد شیمایی را به بیرون می فرستند تا با عفونت ها بجنگند. سایر سلول ها هورمون هایی ترشح می کنند که به بدن کمک می کنند بداند چه زمانی میزبان وظایفی باشد که بدن شما را زنده و سالم نگه می دارند. این فعالیت ها از رشد و تصمیم در این باره که شما گرسنه هستید یا خیر تا تشخیص زمان خواب شما متفاوت اند.
Edwin McCleskey، دانشمند موسسه ی پزشکی هاوارد هاگز می گوید: "نمی توانید فرایندی را که این قدر اساسی است باز نگه دارید." "اگر آن را دستکاری کنید، می میرید."
در اواخر دهه ی 60 و اوایل دهه ی 70، دانشمندان حباب هایی را از طریق میکروسکوپ مشاهده می کردند که با سرعت در سلول در حال حرکت بودند. در آن زمان، آنها نمی دانستند سلول ها از کجا می دانند که حباب های حامل مواد شیمایی را چه زمانی و به کجا بفرستند.
برندگان جایزه ی نوبل سال 2013، پروتئین هایی کشف نمودند که بسته ها را دسته بندی نموده و آنها را در جایی که بدان نیاز دارند تحویل می دهند.

آنچه که تحقیقات آنها کم داشت

Randy Schekman استاد داشنگاه کالیفرنیا در برکلی می باشد. وی می خواست دریابد سلول ها چگونه مواد شیمیایی مانند انسولین را ترشح می کنند. انسولین هورمونی است که در کنترل میزان انرژی مورد استفاده ی بدن کمک می کند. افراد مبتلا به دیابت یا به اندازه ی کافی انسولین تولید نمی کنند یا به شکل مؤثر از آن استفاده نمی کنند.
به جای مطالعه در این باره که افراد چگونه از سلول های خود انسولین ترشح می کنند، Schekman به مطالعه ی مخمرها پرداخت. مخمرها، ارگانیسم های تک سلولی هستند که جهت پختن نان، تخمیر آبجو و همچنین در ساخت شراب مورد استفاده هستند. دانشمندان علاقه دارند با مخمرها در آزمایشگاه کار کنند زیرا مخمرها بسیار سریع رشد می کنند. با این‌که چندان وجه تشابهی بین انسانها و مخمرها وجود ندارد، ساختمان داخلی سلول های مخمرها و سلول های انسان بسیار شبیه به هم می باشند. این سلول ها همچنین کارهای اساسی بسیار مشابهی انجام می دهند.
ایده ی Schekman این بود که اگر بتواند برخی از پروتئین هایی که حباب ها حمل می کنند را بشکند، ممکن است موجب ترافیک در آن سلول گردد. سپس می توانست ببیند انباشتگی ها در کجا اتفاق می افتند. این به وی می گفت که پروتئین در کجا کار می کند و سرنخ هایی از نوع حمل و نقل انجام گرفته از سوی ان به دست می داد. بنابراین وی و همکارانش مجموعه ای از مخمرها تهیه نمودند، که هر کدام دارای پروتئین جداگانه ای بود. این پروتئین های خرد شده به قطع باعث ایجاد ترافیک در بخش های مختلف سلول یا در راههای مختلف می شدند. با درک این مطلب که راز پشت این ترافیک ها چیست، Schekman توانست 23 پروتئین فعال در صدور محموله ها به خارج از سلول ها را شناسایی نماید.
Rothman James در دانشگاه یل در نیوهاون تدریس می کند. وی هم‌چنین علاقه مند به مسأله ی ارسال بسته ها حول سلول ها بود، اما روش دیگری را انتخاب نمود. Rothman سلول های همستر را باز نمود و سپس تکه های آن را در یک لوله ی آزمایش قرار داد. ریزکیسه های حباب مانند، در لوله ی آزمایش حرکت می کردند – البته وی برخی از پروتئین ها را خارج نمود. پس از آن دیگر حباب ها قادر به حرکت نبودند. با اضافه نمودن و حذف نمودن پروتئین ها گوناگون، Rothman دریافت کدام پروتئین ها؛ محموله ها را در سلول های همستر حرکت می دادند. این پروتئین ها، در سلول های انسان هم همین وظیفه را برعهده دارند.
Rothman و Schekman دریافتند؛ بسیاری از پروتئین ها که مسئول حرکت ریزکیسه ها در سلول های همستر و انسان می‌باشند همان پروتئین هایی هستند که در مخمر فعال می باشند. این اکتشاف بدین معنی بود که این نوع کنترل ترافیک بسیار قدیمی است، بدین معنا که با تکامل انسان‌ها این فرآیند هم پیشرفت نمود. در نتیجه، سلول های قارچ ها، گیاهان و حیوانات همگی از یک وسیله جهت اجرای این فرآیند استفاده می کنند. Thomas Sudhof در دانشگاه استنفورد پالو آلدو کالیفرنیا کار می کند. وی در این باره تحقیق نمود که سلول های مغز چگونه به این سرعت با هم ارتباط برقرار می کنند. سلول‌های مغزی از طریق ترشح بسته های شیمیایی با نام پیام رسان های عصبی با هم صحبت می کنند. یک سول مغزی در کمتر از یک هزارم ثانیه یک پیام شیمیایی را خارج می سازد. این سرویس تحویل سریع، عمل‌کرد مغز را ممکن می سازد.
McCleskey می گوید: "هر بچه مدرسه ای بیولوژی سریع بدن را تحسین می کند." "هر حرکتی که آنها قادر به انجام هستند، هر احساسی که دارند نتیجه ی این سرعت عمل بیولوژیک است".
Sudhof مغز و سلول های عصبی را در موش ها بررسی نمود تا دریابد که این ترشح سریع چگونه عمل می کند.
وی دریافت، زمانی که کلسیم به سلول وارد می شود، موجب ترشح نوعی بست پروتئینی می شود. این امر حباب ها را قادر می‌سازد به سرعت با پوشش خارجی سلول های مغز که به نام غشا شناخته می شوند ترکیب شوند. همانطور که عمل آمیزش اتفاق می افتد، حباب ها، پیام رسانان عصبی خود را به خارج از سلول می فرستند. که البته این عمل پیام های سلول ها را – پچ‌پچ های مغز – به سلول های همسایه می رساند.

خبرهای خوب اول به گوش می رسند

کمیته ی جایزه ی نوبل، تصمیم خود را درباره ی برنده اتخاذ نموده و در نهایت برندگان را فرا می خواند. این اتفاق به وقت سوئد در ساعت 4:30 صبح برای James Rothman اتفاق افتاد. زمانی که از او سؤال شد این تماس از سوی کمیته چه احساسی به او داد، وی گفت: "باعث شد از خواب بیدار شده و احساس خوبی داشته باشم."
Schekman پذیرفت که دانشمندان عموماً درباره ی چیزهای هوشمندانه ای که می خواهند در زمان دریافت جایزه ی نوبل بگویند فکر می کنند. اما تمام این چیزها از مغز او پرید، زمانی که ساعت 1:30 صبح با او تماس گرفته شد. تنها چیزی که او توانست بگوید در حالی که به دور همسر خود می رقصید این بود: "آه خدای من"
Sudhof آخرین نفری بود که فهمید این جایزه را برده است. کمیته ی نوبل نتوانست با او صحبت کند، زیرا در حال رانندگی به یک شهر کوچک در اسپانیا بود تا در یک کنفرانس علمی شرکت نماید. زمانی که بالاخره با او تماس گرفته شد، پاسخ او این بود: "من آن قدر مفتخر شدم که با کلمات قابل بیان نیست. من به معنای واقعی کلمه قدرت تکلم را از دست دادم."
و هم اکنون بردن یک جایزه ی نوبل به معنای افتخارات بیشتر برای وی می باشد. معلم علوم دبیرستان وی از دانشگاه غربی انهایم کالیفرنیا ایمیلی به او ارسال نموده و گفت وی هم اکنون تایگر وودز را هم به عنوان معروف ترین فارغ التحصیل این دبیرستان کنار زده است. و رئیس دانشگاه برکلی سریعاً به وی اعلام نمود که هم اکنون صلاحیت بالاترین افتخار دانشگاه را کسب نموده است: فضای پارک آزاد در محوطه ی دانشگاه تا آخر عمر.

کلمات کلیدی
غشای سلول درون یک سلول را از خارج آن جدا می کند. برخی از ذرات اجازه دارند از درون غشا عبور کنند.
دیابت بیماری که در آن بدن یا مقدار خیلی کمی هورمون انسولین تولید می کند (که با عنوان دیابت نوع 1 شناخته می‌شود) یا حضور انسولین را نادیده می گیرد (که با عنوان دیابت نوع 2 شناخته می شود).
انسولین هورمون تولید شده در پانکراس (یکی از اندام های سیستم گوارشی بدن) که به بدن کمک می کند گلوکوز را به عنوان سوخت بدن مورد استفاده قرار دهد.
پیام‌رسان عصبی یک ماده ی شیمیایی که در انتهای یک رشته ی عصبی ترشح می شود. این ماده انگیزشی را به عصب، سلول ماهیچه ای یا ساختار دیگر انتقال می دهد.
فیزیولوژی شاخه ای از بیولوژی که در رابطه با فعالیت های روزانه ی ارگانیسم های موجودات زنده و چگونگی فعالیت بخش‌های مختلفشان می باشد.
پروتئین ها ترکیبات تهیه شده از یک یا چند زنجیره ی طولانی آمینو اسید. پروتئین ها یکی از بخش های اساسی تمام ارگانیسم های زنده هستند. پروتئین ها، اساس سلول های زنده، ماهیچه ها و بافت ها می باشند. همچنین درون سلول ها فعالیت می کنند. در بین پروتئین های خودکفای شناخته شده می توان به هموگلوبین ها در خون و پادتن ها اشاره نمود که تلاش دارند با عفونت ها مبارزه کنند. داروها هم با چسبیدن به پروتئین ها عمل می کنند.
ریزکیسه ها ساختارهای حباب مانند درون سلول ها. ریزکیسه ها در غشا جای می گیرند و محموله هایی از پروتئین یا سایر موادشیمیایی که یک سلول جهت انجام فعالیت های خود نیاز دارد حمل می کنند.
مخمر قارچ های تک سلولی که می توانند کربوهیدارت ها را (مانند شکر)، مخمر نموده و کربن دی اکسید و الکل تولید نمایند. هم‌چنین نقش بسیار مهمی در رسیدن محصولات پخته شده بازی می کنند.