Chloroplasty, części Uważa się, że liczba komórek umożliwiających fotosyntezę roślinom i glonom powstała ponad miliard lat temu, kiedy fotosyntetyzujące cyjanobakterie żyły w symbiozie z innymi prymitywnymi organizmami komórkowymi.
Powtórzenie rozwoju tej zdolności fotosyntezy w innych komórkach dzisiaj – poprzez umieszczenie chloroplastów w komórkach zwierzęcych – było wcześniej uważane za niemożliwe: komórki zwierzęce rozpoznają chloroplasty jako ciała obce i trawią je. Jednak japoński zespół badawczy zmienił to myślenie. Opracowano technikę izolowania fotosyntetycznie aktywnych chloroplastów z prymitywnych alg Cyanidioschyzon i przeszczepiają je do komórek jajnika chomika chińskiego (CHO), rodzaju hodowanej linii komórek zwierzęcych, i nadal zachowują swoją funkcjonalność.
„Według naszej wiedzy po raz pierwszy potwierdzono fotosyntetyczny transport elektronów w chloroplastach przeszczepionych do komórek zwierzęcych” – dodał. wyjaśnia Yukihiro Matsunaga, profesor na Uniwersytecie Tokijskim. Transport elektronów to kluczowy proces, w wyniku którego rośliny i glony wytwarzają energię chemiczną, wspierając różne funkcje komórkowe.
Zespołowi badawczemu Matsunagi udało się przenieść chloroplasty poprzez promowanie fagocytozy przez komórki CHO, czyli procesu, w którym komórki trawią i rozkładają obce substancje.
Następnie zespół badawczy wykorzystał fluorescencyjną mikroskopię laserową i mikroskopię o super rozdzielczości, aby uchwycić obrazy przekrojów poprzecznych komórek i obserwować zachowanie zarówno komórek, jak i chloroplastów. Odkryli, że chloroplasty wchłonięte przez komórki CHO były obecne w cytoplazmie – cieczy wypełniającej wnętrze komórki, a niektóre z nich otaczały jądro komórkowe. Po pobraniu chloroplastów komórki CHO wykazywały oznaki normalnego zachowania, na przykład kontynuowały podział.
Dalsze obserwacje za pomocą mikroskopu elektronowego wykazały, że struktura błony tylakoidów chloroplastów – w której zlokalizowane są enzymy niezbędne do fotosyntezy – utrzymywała się przez co najmniej dwa dni. Pomiary aktywności fotosyntetycznej za pomocą obrazowania mikroskopowego i modulacji impulsów również potwierdziły, że transport elektronów w procesie fotosyntezy był w tym okresie normalny. Jednak czwartego dnia po transferze struktura błony tylakoidów zapadła się i aktywność fotosyntetyczna chloroplastów znacznie spadła.
Badania te wskazują na nowe możliwości w inżynierii tkankowej. Sztuczne narządy, sztuczne mięso i warstwy skóry wykonane z wielu warstw komórek mają ograniczony wzrost, gdy tkanka jest wystawiona na działanie niskiego poziomu tlenu. Gdyby można było dodać komórki zawierające chloroplasty, możliwe byłoby dostarczanie tlenu do tkanki i pobudzanie wzrostu po prostu poprzez naświetlanie jej światłem.
Aby to osiągnąć, potrzebna jest jednak technologia, która umożliwi przeszczepionym chloroplastom dłuższe utrzymanie aktywności fotosyntetycznej w komórkach zwierzęcych. Według zespołu badawczego w przyszłości konieczne będzie również ilościowe określenie ilości tlenu wytwarzanego przez przeszczepione chloroplasty oraz ilości dwutlenku węgla związanego w komórkach zwierzęcych, czego można dokonać za pomocą techniki zwanej znakowaniem izotopowym.
Zespół badawczy będzie teraz kontynuował badania, których ostatecznym celem będzie stworzenie „płaskich” komórek o właściwościach roślinnych. Jeśli to możliwe, komórki planimalne mogą zmienić zasady gry w wielu branżach, w tym w badaniach medycznych, produkcji żywności i wytwarzaniu energii.
Ta historia pierwotnie pojawiła się w PRZEWODOWA Japonia i został przetłumaczony z języka japońskiego.
