Według nowych badań przeprowadzonych w Japonii do komórek chomika wprowadzono wytwarzające energię chloroplasty z alg, umożliwiając tym komórkom fotosyntezę światła. Wcześniej sądzono, iż łączenie chloroplastów (zawierających chlorofil struktur w komórkach roślin i alg) z komórkami zwierzęcymi nie jest możliwe i iż chloroplasty nie przetrwają ani nie będą funkcjonować. Wyniki wykazały jednak, iż działanie fotosyntetyczne trwało co najmniej dwa dni. Technika ta może być przydatna w inżynierii sztucznych tkanek. Tkanki mogą mieć problemy ze wzrostem z powodu braku tlenu, ale dodanie komórek nasyconych chloroplastami może umożliwić dostarczanie tlenu i energii poprzez ekspozycję na światło i fotosyntezę.
Czy chciałbyś być zasilany energią słoneczną? A co by było, gdyby tak jak rośliny czy algi samo leżenie na słońcu pomogło Ci zyskać energię (i to nie tylko dzięki zawartości witaminy D)? Może się to wydawać science fiction, ale niektóre zwierzęta już wykorzystały tę sprytną sztuczkę. Na przykład małże olbrzymie żyją w symbiozie z glonami. Glony zawierają chloroplasty, dzięki czemu mogą fotosyntetyzować światło w żywność i tlen. Podczas gdy małże są domem dla glonów, glony dostarczają energii, która pomaga rozwijać się ich sympatycznym gospodarzom.
Jednak w przeciwieństwie do roślin i glonów komórki zwierzęce nie zawierają chloroplastów. I tak jest do tej pory, ponieważ naukowcy wykazali, iż możliwe jest funkcjonalne połączenie tych dwóch rozwiązań.
„O ile nam wiadomo, jest to pierwsze odnotowane wykrycie fotosyntetycznego transportu elektronów w chloroplastach wszczepionych do komórek zwierzęcych” – powiedział profesor Sachihiro Matsunaga z Uniwersytetu Tokijskiego, współautor artykułu badawczego. Fotosyntetyczny transport elektronów generuje energię chemiczną i jest niezbędny do wielu funkcji komórkowych roślin i alg. „Myśleliśmy, iż chloroplasty zostaną strawione przez komórki zwierzęce w ciągu kilku godzin od wprowadzenia. Odkryliśmy jednak, iż działają one choćby przez dwa dni i iż zachodzi transport elektronów w procesie fotosyntezy”.
Zespół wstawił chloroplasty z czerwonych alg do hodowanych komórek pochodzących od chomików. Naukowcy zbadali strukturę chloroplastów w komórkach dzięki kilku technik obrazowania, w tym mikroskopii konfokalnej, mikroskopii superrozdzielczej i mikroskopii elektronowej. Zmierzyli także i potwierdzili, iż transport elektronów w procesie fotosyntezy zachodzi dzięki impulsów światła (technika zwana fluorometrią z modulacją amplitudy impulsów).
„Wierzymy, iż ta praca będzie przydatna w inżynierii komórkowej i tkankowej” – powiedział Matsunaga. „Tkanki hodowane w laboratorium, takie jak sztuczne narządy, sztuczne mięso i prześcieradła skóry, składają się z wielu warstw komórek. Istnieje jednak problem polegający na tym, iż nie mogą one zwiększyć swojego rozmiaru z powodu niedotlenienia (niskiego poziomu tlenu) wewnątrz tkanki, co zapobiega podziałowi komórek. Dzięki zmieszaniu komórek z wszczepionymi chloroplastami tlen może być dostarczany do komórek w procesie fotosyntezy poprzez napromienianie światłem, poprawiając w ten sposób warunki wewnątrz tkanki i umożliwiając ich wzrost” – wyjaśnił.
Zespół kontynuuje badania nad stworzeniem „płaskich” komórek, które mogą zapewnić zwierzętom korzystne cechy roślin. W tym badaniu stwierdzono, iż komórki zwierzęce zawierające chloroplasty charakteryzowały się zwiększoną szybkością wzrostu, co sugeruje, iż chloroplasty stanowią źródło węgla (paliwo) dla komórek gospodarza. Naukowcy sugerują, iż przyszłe badania mogłyby zbadać procesy związane z wymianą substancji między komórką gospodarza a chloroplastami, a także to, jakie dodatkowe substancje są wytwarzane.
Matsunaga powiedział: „Oczekujemy, iż komórki planimalne zmienią zasady gry, co w przyszłości może pomóc nam w osiągnięciu„ zielonej transformacji ” w kierunku społeczeństwa bardziej neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla. Będziemy w dalszym ciągu rozwijać innowacyjne biotechnologie, aby osiągnąć zrównoważoną gospodarkę społeczeństwa i redukcja emisji dwutlenku węgla.”
