Jaapanis loodi kimäärid - liha kasvab neis vaid päikesevalguse toel

Abivalmid hamstrid. Kloroplastide peremeesloomarakud kasvatati CHO-K1 rakuliinist, mis pärines emaselt hiina hamstrilt. Neid rakke kasutatakse sageli biotehnoloogia ja toksikoloogia uuringutes. Foto: © Simol1407/ Envato Elements/The University of Tokyo

Jaapani teadlased on saavutanud läbimurde, luues hübriidrakke, mis võimaldavad loomadel energiat päikesevalgusest omastada, sarnaselt taimedele. See tehnoloogia võib tuua kaasa olulisi arenguid elundite ja kudede kasvatamisel siirdamisteks või laboris kasvatatud liha tootmiseks.

Looma- ja taimerakkude sees on energia tootmiseks erinevad struktuurid. Loomadel täidavad seda funktsiooni mitokondrid, mis muundavad toidust saadava keemilise energia rakkudele kasutatavaks. Taimede ja vetikate puhul on energia tootmise allikaks aga kloroplastid, mis teostavad fotosünteesi, et ammutada energiat päikesevalgusest ja toita seeläbi rakke.

Tokyo Ülikooli teadlaste juhitud uuringus sisestati loomarakkudesse kloroplaste ja leiti, et need jätkasid fotosünteesi toiminguid vähemalt kahe päeva jooksul. Kloroplastid pärinesid punavetikatest ja loomarakkude kultuur oli pärit hamstritelt.

Varasemates uuringutes on kloroplastide siirdamist katsetatud pärmi puhul, andes sellele seeneliigile uue fotosünteesi võime. Loomarakkudesse siirdamine on aga keerukam ja uuenduslikum saavutus.

Uurimisrühm kasvatas hamstrirakke ja isoleeris kloroplastid, lastes neil koos eksisteerida kaks päeva. Seejärel kontrolliti klorofülli olemasolu loomarakkudes, et veenduda, kas kloroplastid olid rakku edukalt üle võetud. Klorofüll, mis on kloroplastides keskne ühend ja tavaliselt loomades puudub, toimib eduka siirdamise indikaatorina. Lisaks sellele helendab see teatud lainepikkusega valguse käes.

Kui teadlased valgustasid rakke spetsiifilise laserkiirega, nähti hamstrirakkudes kiiresti klorofülli ja kloroplastide olemasolu. Teise tehnika, impulsi amplituudmodulatsiooni fluoromeetria, abil kinnitati, et kloroplastid jätkasid fotosünteesi.

Superresolutsiooniga fluorestsentsmikroskoopia pilt. See fluorestsentskujutis näitab kloroplaste (magenta/lilla värv), mis on edukalt hamstri rakkudesse integreeritud, kusjuures esile on tõstetud ka muud loomaraku tunnused (tuumad helesinised ja organellid kollakasrohelised). Foto: R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe jt. / 2024 Proceedings of the Japan Academy, B-seeria

Nii palju kui teame, on see esimene kord, kui tuvastatakse fotosünteetiline elektronide transport kloroplastides, mis on loomarakku siirdatud, selgitas uuringu juhtivautor professor Sachihiro Matsunaga. Oletati, et loomarakud lagundavad kloroplastid mõne tunni jooksul pärast siirdamist. Kuid teadlaste üllatuseks jätkus kloroplastide funktsioneerimine kuni kaks päeva ja fotosünteesi elektronide transport toimis.

Veelgi huvitavam on see, et teadlased märkasid hamstrirakkude kiirenenud kasvu juhul, kui need olid kloroplastidega koos kasvatatud. See viitab võimalusele, et kloroplastid pakuvad uut süsinikuallikat ja võivad avada uusi rakendusi hübriidrakkude jaoks.

See töö on kasulik rakutöötlus- ja koetehnoloogias. Laboris kasvatatud koed, näiteks kunstlikud elundid, liha ja nahakihtide lehed, koosnevad mitmest rakukihist. Siiski tekib probleem, et nad ei saa hapnikuvaeguse tõttu kasvada, mis takistab rakkude jagunemist. Kloroplastidega rikastatud rakkude lisamine võimaldaks fotosünteesi kaudu valgustades rakkudesse hapnikku toimetada, parandades seeläbi koesiseseid tingimusi ja võimaldades kasvamist.

Allikas: New Atlas