Gudrās šūnas un bioloģiskie komunikācijas ceļi

Mūsu organisms ir neticami gudrs. Lai tas darbotos kā vajag, ik sekundi notiek nepārtraukta komunikācija starp mūsu ķermeņa šūnām pa īpašiem cēļiem, kas ir specifiski katram komunikācijas veidam un mērķim. Kādi tie ir - lasi rakstā!

Bioloģiskie ceļi

Šūnu savstarpējā komunikācija ir komplicēts vairāku darbību kopums, ko šūnā veic molekulas, lai notiktu kādas izmaiņas, piemēram, gēnu "ieslēgšana vai izslēgšana" vai rastos produkts, piemēram, jaunas molekulas kā tauki vai olbaltumvielas. Lai organisms darbotos pilnvērtīgi un būtu vesels, daudzām lietām ir jāstrādā kopā dažādos līmeņos - orgāniem, šūnām, gēniem. Mūsu organisma iekšienē šūnas komunicē viena ar otru caur bioloģiskajiem komunikācijas ceļiem (biological pathways).

Mūsu ķermenī gan no iekšienes, gan ārpuses, šūnas nepārtraukti saņem norādes no dažādiem faktoriem, piemēram, traumas, infekcijas, stress vai ēdiena trūkums. Lai reaģētu uz šīm norādēm, šūnas sūta un saņem signālus īpašu molekulu veidā, tādā veidā komunicējot viena ar otru. Šāda molekulu apmaiņa ļauj šūnām sazināties un mijiedarboties vienai ar otru caur bioloģiskajiem ceļiem, lai rezultātā varētu paveikt nepieciešamās darbības un mainītu šūnas fizioloģisko stāvokli. Katrai organisma darbībai ir savs ceļš, kā notiek komunikācija starp šūnām vai pat orgāniem līdz vēlamajam rezultātam.

Bioloģiskie ceļi var darboties gan nelielos, gan lielos attālumos. Piemēram, dažas šūnas sūta signālus blakus šūnām, lai labotu lokālus bojājumus, piemēram, nobrāzumu uz ceļa. Citas šūnas ražo vielas, piemēram, hormonus, kas ar asinsrites palīdzību nonāk tālākās mērķa šūnās, piemēram, citā orgānā.

Tādā veidā tiek kontrolēta cilvēka reakcija uz ārpasauli. Daži bioloģiskie ceļi ietekmē to, kā organisms reaģēs uz narkotiskām vielām, bet citiem liela loma ir apaugļošanās procesā, kad apaugļotā olšūna pārveidojas embrijā. Gandrīz jebkuras mūsu kustības, reakcijas uz gaismu, temperatūru, laikapstākļiem, vai, piemēram, acu mirkšķināšanu, nosaka šūnu komunikācija.

Šūnu savstarpējā komunikācija

Bioloģiskie ceļi šūnu komunikācijā ir ļoti daudzveidīgi. Vispazīstamākie ir vielmaiņas ceļi, gēnu kodēšana un signālu pārraide. Vielmaiņas ceļos ar enzīmiem izraisa ķīmiskās reakcijas, kas notiek mūsu ķermenī. Piemēram, kad šūnas uzņemto pārtiku sadala enerģijas molekulās, kuras var uzglabāt vēlākai lietošanai. Gēnu kodēšanas ceļos darbojas regulējošie proteīni ar noteiktu gēnu ieslēgšanas un izslēgšanas funkciju. Tas ir būtiski, jo gēni "parāda" šūnām kādus, kā un kad ražot proteīnus, kas ir svarīga sastāvdaļa teju ikvienā mūsu ķermeņa darbībā. Proteīni jeb olbaltumvielas veido muskuļus un orgānus, palīdz ķermenim kustēties un aizsargā mūs no mikrobiem. Signālu pārraides ceļi pārvieto signālu no šūnas ārpuses uz iekšieni, lai izraisītu šūnā kādu darbību, visbiežāk olbaltumvielu ražošanas uzsākšanu vai šūnas kustību.

Šādas molekulas, kas veic šo komunicēšanas funkciju sauc par signālmolekulām, tās ir īpašas molekulas, kas paredzētas, lai vajadzīgo informāciju nodotu citām šūnām. Tā pat šūnām ir tā saucamie receptori, kas savukārt darbojas kā antenas uz šūnas virsmas, kas uztver garām peldošās signālmolekulas. Katra veida signālmolekula spēj nodot ziņu tikai tām šūnām, kurām ir attiecīgie receptori, citas molekulas konkrētajam receptoram nevar piesaistīties. Kad signāls iekļūst šūnā, sāk darboties iekšējie šūnas signālproteīni, kas attiecīgi izsauc vēlamo darbību.

Signālmolekulas var būt proteīni, peptīdi, aminoskābes, nukleotīdi, retinoīdi, tauksābes u.c. Komunikācijā išķir arī dažādus signāla pārneses veidus, piemēram, sinaptiskā, parakrīnā, kontaktatkarīgā vai endokrīnā pārnese. Sinaptiskā komunikācija nodrošina kontaktu starp nervu šūnām un mērķšūnām, process parasti ir ātrs, savukārt, piemēram, endokrīnā komunikācija ir lēns process. Endokrīno šūnu hormoni nokļūst asinritē un ceļo līdz vietai, kur atrodas mērķšūnas. Hormonu signālus uztver tikai mērķšūnas ar attiecīgajiem receptoriem.

Šūnu komunikācijas nozīme slimību attīstībā un ārstēšanā

Bioloģisko ceļu struktūras ir sarežģīti mehānismi. Tiem nav noteiktu ceļu vai robežu, tie mijiedarbojas kopā viens ar otru, veidojot bioloģisko tīklu, lai veiktu vēlamos uzdevumus. Šie ceļi ne vienmēr darbojas korekti. Ja kaut kas noiet greizi, tas var rezultēties kādā slimībā.

Laboratorijas apstākļos, veicot pētījumus ar kultivētām šūnām, baktērijām, drozofilām, pelēm un citiem organismiem, zinātniekiem izdevies atklāt daudzus svarīgus bioloģiskos ceļus. Daudzas no bioloģisko ceļu modeļu sistēmām ir tādas pašas vai līdzīgas kā cilvēkam. Tomēr joprojām liela daļa signālu ceļu vēl nav atklāti. Tikai apjomīgi pētījumi daudzu gadu garumā ļautu identificēt un izprast visu molekulu sarežģītos savienojumus un mijiedarbību visos bioloģiskajos ceļos. Pētot bioloģiskos komunikācijas ceļus, var daudz uzzināt par slimībām, identificējot, kādi gēni, olbaltumvielas un citas molekulas ir iesaistītas konkrētajā ceļā, var iegūt norādes par to, kas notiek nepareizi brīdī, kad parādās slimība. Var arī salīdzināt noteiktus ceļus veselam cilvēkam un kādam ar slimību, lai atklātu traucējuma vietu. Parasti problēmas, kas saistītas ar atšķirīgiem posmiem kādā vienā komunikācijas ceļā, var izraisīt vienu un to pašu slimību. Līdz ar to, uzzinot, kurš ceļš ir saistīts ar konkrētu slimību un kurš posms tiek traucēts katram pacientam, var iegūt personalizētākas stratēģijas slimības diagnostikā, ārstēšanā un profilaksē.

Jau tagad tiek strādāts pie tā, lai noteiktu, kurā brīdī sākas vēža šūnu straujā attīstība (piemēram, leikēmijas gadījumā kļūdaina olbaltumviela liek ražot lielu daudzumu jaunu kaitīgo šūnu) un kā to ārstēt. Lai gan darbības ir ļoti kompleksas, tās pētot un analizējot, var sniegt nopietnu pienesumu šādu smagu slimību veiksmīgā ārstēšanā. Pastāv medikamenti, ar kuru palīdzību noteiktus ceļus var izslēgt vai ieslēgt, tādā veidā ārstējot slimības rašanās iemeslu.

Jau šobrīd ir izveidotas dažādas bioloģisko komunikācijas ceļu datubāzes, ko var izmantot tālākā pētniecībā. Piemēram, Reactome nonāk bioloģijas ekspertu analizēti un secīgi uzrakstīti bioloģiskie šūnu savstarpējās komunikācijas ceļi, kuru pareizību pirms publicēšanas pārbauda citi neatkarīgi eksperti. Šāda informācija gan diagrammu, gan aprakstu veidā ir brīvi pieejama citiem jomas pētniekiem un speciālistiem.