מדפסת תלת מימד מדויקת של הטבע: הבנייה האמנותית של זיפי תולעים

הבנה טובה יותר של תהליך היווצרות טבעי זה מציעה פוטנציאל להתפתחויות טכניות.

מחקר בינתחומי חדש בראשות הביולוג המולקולרי פלוריאן רייבבל ממעבדות מקס פרוץ באוניברסיטת וינה מספק תובנות מרגשות על זיפי תולעת האנליד הימית Platynereis dumerilii. תאים מיוחדים, מה שנקרא צ'אטובלסטים, שולטים ביצירת הזיפים. אופן הפעולה שלהם דומה להפליא לזה של מדפסת תלת מימד טכנית. הפרויקט הוא שיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת הלסינקי, האוניברסיטה הטכנולוגית של וינה ואוניברסיטת מסריק בברנו. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת הנודע תקשורת טבע.

מדפסת תלת מימד של הטבע: תולעי זיפים יוצרות זיפים חתיכה אחר חתיכה

כיטין הוא חומר הבנייה העיקרי הן עבור השלד החיצוני של חרקים והן עבור הזיפים של תולעי זיפים כגון תולעת האנליד הימית Platynereis dumerilii. עם זאת, לתולעי הזיפים יש כיטין רך יותר – מה שנקרא בטא כיטין – שמעניין במיוחד עבור יישומים ביו-רפואיים. הזיפים מאפשרים לתולעים להסתובב במים.

איך בדיוק נוצר הכיטין לזיפים ברורים נשאר עד כה חידתי. המחקר החדש מספק כעת תובנה מרגשת לביוגנזה המיוחדת הזו.

פלוריאן רייבל מסביר: "התהליך מתחיל בקצה הזיפים, לאחריו החלק האמצעי ולבסוף בבסיס הזיפים. החלקים המוגמרים נדחפים עוד ועוד אל מחוץ לגוף. בתהליך הפיתוח הזה נוצרות בזו אחר זו את היחידות הפונקציונליות החשובות, חלק אחר חלק, מה שדומה להדפסת תלת מימד”.

ביוגנזה של זיפים בתולעים ימיות

הבנה טובה יותר של תהליכים כגון אלה טומנת בחובה גם פוטנציאל לפיתוח מוצרים רפואיים עתידיים או לייצור חומרים מתכלים באופן טבעי. בטא-כיטין מקונכיית הגב של דיונון, למשל, משמש כיום כחומר גלם לייצור חבישות פצעים נסבלות במיוחד. "אולי בעתיד יהיה אפשר גם להשתמש בתאי אנליד כדי לייצר את החומר הזה", אומר רייבל.

תפקידם של צ'אטובלסטים ביצירת כיטין

הרקע הביולוגי המדויק לכך: מה שנקרא צ'אטובלסטים ממלאים תפקיד מרכזי בתהליך זה. Chaetoblasts הם תאים מיוחדים עם מבני פני שטח ארוכים, מה שנקרא microvilli. המיקרוווילים הללו מכילים אנזים ספציפי שהמחקרים יכולים להראות שהוא אחראי ליצירת כיטין, החומר שממנו עשויים הזיפים בסופו של דבר. תוצאות החוקרים מראות משטח תא דינמי המאופיין במיקרוווילי מסודרים בצורה גיאומטרית.

למיקרוווילי הבודדים יש פונקציה דומה לחרירי מדפסת תלת מימד. פלוריאן רייבל מסביר: "הניתוח שלנו מצביע על כך שהכיטין מיוצר על ידי המיקרוווילי הבודדים של תא הצ'אטובלסט. השינוי המדויק במספר ובצורה של המיקרוווילים הללו לאורך זמן הוא אפוא המפתח לעיצוב המבנים הגיאומטריים של הזיפים הבודדים, כמו שיניים בודדות על קצה הזיפים, המדויקות עד לטווח התת-מיקרומטר". הזיפים מתפתחים בדרך כלל תוך יומיים בלבד ויכולים להיות בעלי צורות שונות; בהתאם לשלב ההתפתחות של התולעת, הם קצרים או ארוכים יותר, מחודדים יותר או שטוחים יותר.

התקדמות בטכניקות הדמיית זיפים

בנוסף לשיתוף הפעולה המקומי עם האוניברסיטה הטכנולוגית של וינה ומומחי הדמיה מאוניברסיטת ברנו, שיתוף הפעולה עם מעבדת Jokitalo באוניברסיטת הלסינקי הוכיח יתרון גדול עבור החוקרים באוניברסיטת וינה. תוך שימוש במומחיותם במיקרוסקופ אלקטרוני סריקת פנים בלוק סדרתי (SBF-SEM), החוקרים חקרו את סידור המיקרוווילי בתהליך יצירת הזיפים והציעו מודל תלת-ממדי לסינתזה של יצירת זיפים. המחבר הראשון Kyojiro Ikeda מאוניברסיטת וינה מסביר: "טומוגרפיה אלקטרונית רגילה היא מאוד אינטנסיבית, שכן חיתוך הדגימות ובדיקתן במיקרוסקופ אלקטרונים חייבים להיעשות באופן ידני. עם זאת, עם גישה זו, אנו יכולים להפוך את הניתוח לאוטומטי של אלפי שכבות באופן מהימן".

קבוצת Raible עובדת כעת על שיפור הרזולוציה של התצפית על מנת לחשוף פרטים נוספים על ביוגנזה של זיפים.