دانشمندان موجودی خلق کردند که نیازی به تنفس ندارد

برخلاف گیاهان، جانوران از فتوسنتز برای ساخت اکسیژن محروم هستند؛ مغز ما برای تولید مقادیر زیادی از انرژی به اکسیژن وابسته است. دانشمندان در پژوهشی که روز ۱۳ اکتبر در مجله‌ی iScience منتشر شد، روشی برای استفاده از فتوسنتز و تأمین اکسیژن نورون‌ها ارائه کردند. آن‌ها سیانوباکتری یا جلبک‌های سبز را به بچه قورباغه‌های Xenopus Laevis تزریق کردند و حیوانات را از اکسیژنی که باعث فعالیت مغزی می‌شود محروم کردند. سپس با قرار دادن این حیوانات در مقابل نور، میکروب‌ها تولید اکسیژن از کربن‌‌ دی‌اکسید را آغاز کردند و فعالیت مغز از سر گرفته شد. به گفته‌ی دیانا مارتینز، دانشمند عصب‌شناسی دانشگاه روان نیوجرسی که در این پژوهش مشارکتی ندارد:

مؤلفان از رویکرد آزمایشی قابل بازسازی برای بررسی تأثیر فعال‌سازی ارگانیزم‌های فتوسنتزی به‌عنوان راهی برای تولید مستقیم اکسیژن در مغز استفاده کردند. این پژوهش گامی مهم در استفاده از منابع طبیعی برای حل اختلال‌های آسیب‌شناختی مثل حمله‌ی قلبی و سکته است که اکسیژن مغز را تخلیه می‌کنند.

هانس استراکا، عصب‌شناس دانشگاه لودویگ ماکسیمیلان مونیخ (LMU) و گروهش به مصرف اکسیژن مغز علاقه‌مند هستند. آن‌ها در ابتدا سر بچه قورباغه را حذف کردند و آن‌ را به مدت چند روز در محیط آبی دارای اکسیژن و مواد مغذی زنده نگه داشتند. سپس استراکا و جورگ نیکلسون زیست‌‌شناس گیاهی LMU روی این پرسش تمرکز کردند: آیا می‌توان موجودات میکروسکوپی فتوسنتزی ساخت که اکسیژن مغز خود را تولید می‌کنند؟

در مرحله‌ی بعدی آزمایش میرا چاوز روزاس، پژوهشگر پست دکترا از دانشگاه برن سوئیس، جلبک‌های سبز (Chlamydomonas reinhardtii) و سیانوباکتری‌ها (Synechocystis sp. PCC6803) را پرورش داد که هر دو با قرار گرفتن در معرض نور، اکسیژن تولید می‌کنند. دانشجوی فارغ‌التحصیل دیگری به نام سوزان اوزوگور از آزمایشگاه استراکا، بلافاصله پس از شکل‌گیری باله‌های جلویی بچه قورباغه‌ها مجموعه‌ای از جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها را در قلب آن‌ها تزریق کرد. قلب‌ قورباغه‌ها میکروب‌ها را به عروق مختلف از جمله عروق مغزی پمپ می‌کنند.

بر اساس مشاهدات، تراکم اکسیژن در بطن مغزی حیوانات بر اثر تابش نور افزایش یافت. در ابتدا رگه‌های جلبک و سیانوباکتری به جانداران تزریق شد. وقتی پژوهشگرها اکسیژن را از آب آن‌ها خارج کردند، فعالیت مغزی جانداران بر اساس اندازه‌گیری‌های الکتریکی اعصاب متوقف شد؛ اما فعالیت مغزی آن‌ها با قرار دادن حیوانات در معرض نور از سر گرفته شد. با خاموش کردن نور، فعالیت عصبی مجدداً متوقف شد.

آزمایش با موفقیت همراه بود؛ اما به گفته‌ی مارتینز، هنوز مشخص نیست بتوان از این یافته‌ها برای درمان شرایطی مثل فقر اکسیژن مغز استفاده کرد. او در پژوهش خود می‌نویسد:

اولین مسئله این است که قورباغه‌های Xenopus laevis شفاف هستند و نور به‌راحتی می‌تواند از پوست آن‌ها عبور و دستگاه فتوسنتزی را برای تولید اکسیژن فعال کند. استفاده از این مکانیزم در حیوانات پیچیده‌تر کمی دشوار است؛ زیرا نور به‌راحتی نمی‌تواند از پوست آن‌ها عبور کند و برای فعال‌سازی ارگانیزم‌های فتوسنتزی به عروق برسد. علاوه بر این، با اینکه اکسیژن کم می‌تواند مشکل‌ساز شود، اکسیژن زیاد هم می‌تواند آسیب‌های مغزی را تشدید کند. در نتیجه ناتوانی در کنترل سطوح اکسیژن از طریق ارگانیزم‌های فتوسنتزی می‌تواند به اندازه‌ی هیپوکسی (کم اکسیژنی) مخرب باشد.

در طول دهه‌ی گذشته چند پروژه برای بررسی روابط پیوند مصنوعی با جلبک اجرا شدند تا به این ترتیب بتوانند فیزیولوژی مهره‌داران را دست‌کاری کنند.

کندی معتقد است روش‌هایی که در آن‌ها میکروب به‌صورت مصنوعی به سلول یا بافت‌ها برای تغییر عملکرد آن‌ها تزریق می‌شود به‌شدت نامنظم هستند و در مقایسه با روش‌های دست‌کاری ژنتیکی مثل کریسپر که ژن را هدف قرار می‌دهند، به‌درستی موشکافی نشده‌اند. ناشناخته‌ها و همچنین نمونه‌های جلبک پاتوژنی این روش را بسیار پرخطر می‌سازند اما جذابیت زیادی دارند.