در سال ۲۰۱۲ همه چیز تغییر کرد. گروهی از پژوهشگران به سرپرستی فوسا میاکه از دانشگاه ناگویا در ژاپن نشان دادند که افزایش ناگهانی آشکاری در سطح کربن ۱۴ در حلقه‌های یک درخت سدر ژاپنی دیده می‌شود که مربوط به سال‌های ۷۷۵-۷۷۴ پس از میلاد است. پژوهش بعدی نه تنها تأیید کرد که این افزایش ناگهانی در نمونه‌های چوب سراسر جهان که به این دوره تعلق دارند، وجود دارد، بلکه حداقل پنج جهش مشابه را شناسایی کرد که قدمت آن‌ها به ۷۱۱۶ سال قبل از میلاد هم می‌رسید. پژوهشگران افزایش در سطح کربن ۱۴ را با فعالیت طوفان خورشیدی مرتبط دانسته‌اند، اما این فرضیه هنوز درحال بررسی است.
علت جهش‌ها هرچه بود، این «رویدادهای میاکه» به پژوهشگران این امکان را داد تا با شناسایی یک رویداد خاص میاکه و سپس شمارش حلقه‌های درخت که پس از آن تشکیل شدند، به‌طور دقیق سالی را که در آن این مصنوعات چوبی ساخته شده بود، تعیین کنند. کایتمز می‌گوید پژوهشگران حتی می‌توانند بر اساس ضخامت بیرونی‌ترین حلقه، فصلی را که در آن درخت قطع شد، نیز مشخص کنند.
باستان‌شناسان اکنون روش مذکور را برای سکونتگاه‌های عصر نوسنگی و مکان‌های فوران آتشفشانی به کار می‌برند و دی امیدوار است که بتواند از آن برای مطالعه امپراتوری مایا در آمریکای میانه استفاده کند. دی خوش‌بین است که در طی دهه آینده بتوانیم قدمت بسیاری از تمدن‌های باستانی را تا سطح سالِ دقیق تعیین کنیم و روند توسعه تاریخی آن‌ها را به‌طور دقیق ازنظر زمانی مشخص کنیم. جستجوی میاکه برای شاخص‌های تاریخی ادامه دارد. او می‌گوید: «به دنبال جهش‌های دیگر کربن ۱۴ در طول ۱۰ هزار سال گذشته هستیم که شبیه رویداد ۷۷۵-۷۷۴ باشد.»
متابولومیکس سلول تک
متابولومیکس (مطالعه لیپیدها، کربوهیدرات‌ها و سایر مولکول‌های کوچکی که سلول را هدایت می‌کنند) در ابتدا مجموعه روش‌هایی برای شناسایی متابولیت‌ها در جمعیتی از سلول‌ها یا بافت‌ها بود، اما اکنون به سطح سلول‌های انفرادی رسیده است.
دانشمندان می‌توانند از چنین داده‌هایی که در سطح سلولی به دست می‌آید، برای رفع پیچیدگی‌های عملکردی در جمعیت‌های وسیع سلول‌های ظاهرا یکسان استفاده کنند. اما این انتقال با چالش‌های دلهره‌آوری همراه است.
متابولوم شامل تعداد زیادی مولکول با خواص شیمیایی متنوع است. تئودور الکساندروف، پژوهشگر متابولومیکس در آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی اروپا در هایدلبرگ آلمان می‌گوید برخی از این مولکول‌ها بسیار زودگذر با سرعت تغییر و تبدیل کمتر یک ثانیه هستند و تشخیص آن‌ها می‌تواند دشوار باشد: درحالی‌که توالی‌یابی RNA سلول تک می‌تواند نزدیک به نیمی از مولکول‌های RNA تولید شده در سلول یا ارگانیسم را شناسایی کند، بیشتر تجزیه‌و‌تحلیل‌های متابولیک فقط بخش کوچکی از متابولیت‌های یک سلول را پوشش می‌دهند. اطلاعات از دست‌رفته می‌تواند شامل بینش‌های زیستی حیاتی باشد.
جاناتان سویدلر، شیمیدان دانشگاه ایلینوی در اربانا شمپین می‌گوید: «متابولوم بخش فعال سلول است. وقتی درحال مطالعه بیماری خاصی باشید، اگر می‌خواهید وضعیت سلول را بدانید، باید بتوانید متابولیت‌ها را بررسی کنید.»
بسیاری از آزمایشگاه‌هایی که درزمینه‌ی متابولومیکس فعالیت می‌کنند، روی سلول‌های جداشده کار می‌کنند. آن‌ها سلول‌ها را در مویرگ‌ها به دام می‌اندازند و با استفاده از طیف‌سنجی جرمی آن‌ها را به صورت جداگانه تجزیه‌و‌تحلیل می‌کنند. درمقابل، روش‌های تصویربرداری طیف‌سنجی جرمی اطلاعات فضایی را دراین‌باره ثبت می‌کنند که چگونه تولید متابولیت‌های سلولی در مکان‌های مختلف یک نمونه متفاوت است.
برای مثال، پژوهشگران می‌توانند از روشی به نام MALDI (واجذب-یونش لیزری به کمک ماتریس) استفاده کنند که در آن پرتو لیرز از برش‌های بافتی می‌گذرد و متابولیت‌ها را برای تجزیه‌و‌تحلیل به کمک طیف‌سنجی جرمی آزاد می‌کند. این روش مختصات فضایی را که متابولیت‌ها در نمونه از آن منشا می‌گیرند، نیز ثبت می‌کند.
در تئوری، هر دو روش می‌توانند صدها ترکیب را در هزاران سلول را تعیین کنند، اما به‌گفته‌ی سویدلر دستیابی به آن معمولا به سخت‌افزارهای سفارشی و پیشرفته زیادی نیاز دارد که با هزینه بالایی همراه است.
اکنون، محققان درحال عمومی‌سازی این فناوری هستند. در سال ۲۰۲۱، گروه الکساندروف نرم‌افزار منبع‌باز SpaceM را معرفی کرد. این نرم‌افزار با استفاده از داده‌های تصویربرداری میکروسکوپ نوری، استفاده از طیف‌سنج جرمی تجاری استاندارد را برای ایجاد پروفایل متابولمیکس فضایی سلول‌های کشت‌شده ممکن می‌سازد.
تیم الکساندروف از SpaceM برای مشخص کردن صدها متابولیت از ده‌ها هزار سلول انسان و موش استفاده کردند و از روش‌های ترانسکریپتومیک تک‌سلولی استاندارد برای تقسیم‌بندی سلول‌ها به گروه‌های مختلف استفاده کردند. الکساندروف می‌گوید او درمورد ایده تهیه اطلس‌های متابولیک (مشابه اطلس‌هایی که برای ترانسکریپتومیکس ایجاد شده است) برای تسریع پیشرفت در این حوزه اشتیاق دارد.
مدل‌های رویان آزمایشگاهی
در سطح سلولی، سفر از تخمک بارورشده تا رویانی که کاملا شکل گرفته است، به‌طور دقیقی برای انسان و موش تشریح شده است. اما ماشین‌آلات مولکولی هدایت‌کننده مراحل اولیه این فرایند هنوز به‌خوبی شناسایی نشده است. اکنون افزایش مطالعات روی مدل‌های امبریوئید (مد‌ل‌هایی که از رویان تقلید می‌کنند) به پر کردن این شکاف‌های دانش کمک می‌کند و به پژوهشگر دید واضح‌تری از رویدادهای حیاتی اولیه‌ای می‌دهد که می‌توانند موفقیت یا شکست رشد رویان را تعیین کنند.
برخی از پیچیده‌ترین مدل‌ها از آزمایشگاه ماگدالنا زرنیکا گوتز، زیست‌شناس موسسه فناوری کالیفرنیا در پاسادنا و دانشگاه کمبریج بریتانیا می‌آید. او و تیمش در سال ۲۰۲۲ نشان دادند که می‌توانند به‌طور کامل از سلول‌های بنیادی رویانی، رویان‌های موش مرحله لانه‌گزینی را تولید کنند.
دیدگاهتان را بنویسید