Найшвидші руки у світі. Вчені розшифрували найблискавичніший рух клітин

Raphidocystis Contractilis — тип тварини з групи Heliozoa, що мешкає в прісній, солонуватій і морській воді. Ці організми відомі як "сонячні черв'яки" через їхні пальцеподібні руки, або аксоподії, які розходяться в сторони та надають їм вигляду сонця.

Аксоподії сонячних черв'яків складаються зі специфічного білка тубуліна, який утворює мікротрубочки. Попри його здатність швидко втягувати руки у відповідь на подразники, механізм такого швидкого скорочення рук залишався загадкою, пише SciTechDaily.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Із цією метою група дослідників, що включає професора Мотонорі Андо, доктора Рісу Ікеда з Лабораторії клітинної фізіології і доцента Маюко Хамада з Морського інституту Ушимадо, вивчила механізм, який був задіяний в одному з найшвидших рухів клітин у живому світі.

Тож із чого все почалося? Поділяючи мотиви свого дослідження, професор Андо каже: "Нещодавно в різних гідросферах префектури Окаяма було виявлено велику кількість геліозойних організмів, із чого стало зрозуміло, що кілька видів сонячних черв'яків живуть у тому самому середовищі. Ми намагаємося розгадати їхні таємниці та поступово розширюємо горизонти наших знань".

Автори розпочали своє дослідження з маркування білка тубуліна та спостереження за його рухом до й після скорочення. Вони виявили, що перед скороченням тубуліни систематично розташовувалися по всій довжині аксоподій, але після скорочення цих специфічних "рук" вони швидко накопичувалися на поверхні клітини. Це навело вчених на думку, що під час швидкого відсмикування аксоподій мікротрубочки миттєво розпадаються на тубулін. Однак деградація мікротрубочок, як правило, не є швидким явищем, вона прогресує досить повільно.

Як же сонячний черв'як міг так швидко досягти цієї зміни? Дослідники припустили, що це можливо, якщо мікротрубочки одночасно розщеплюються в кількох місцях. Щоб підтвердити свою гіпотезу, автори вирішили знайти білки та гени, які беруть участь у миттєвому розщепленні мікротрубочок у сонячних хробаків.

Дослідники виконали аналіз генів, що працюють у певний час у клітині, й ідентифікували близько 32 000 генів у сонячних черв'яків. Цей набір генів був найбільш схожий на той, що виявлений у найпростіших (одноклітинних організмів), за якими йдуть багатоклітинні організми (багатоклітинні організми з добре диференційованими клітинами, включаючи людей та інших тварин).

Гомологічний і філогенетичний аналіз отриманого набору генів виявив кілька генів (і відповідних їм білків), що беруть участь у руйнуванні мікротрубочок. Серед них найважливішими були катанін р60, кінезин і сигнальні білки кальцію. Катанін р60 бере участь у контролі довжини аксоподії.

Виявили, що серед ідентифікованих кінезинів кінезин-13, основний білок, що дестабілізує мікротрубочки, відіграє важливу роль у швидкому скороченні аксоподій. Гени передачі сигналів кальцію регулюють надходження іонів кальцію в клітину з її оточення та "запуск" відсмикування аксоподій.

Дослідники також помітили відсутність генів, пов'язаних із утворенням і рухливістю джгутиків, що вказує на те, що аксоподії сонячних черв'яків не походять від джгутиків. Хоча багато генів залишаються некласифікованими, нещодавно встановлений набір генів стане орієнтиром для майбутніх досліджень, спрямованих на розуміння їхньої аксоподіальної рухливості.

Аксоподії сонячних черв'яків функціонують як чутливий сенсор. Вони можуть виявляти найдрібніші зміни в навколишньому середовищі, наприклад, присутність іонів важких металів і протиракових препаратів. Обговорюючи своє бачення майбутнього, професор Андо ділиться: "Ми вважаємо, що аксоподіальна реакція геліозоя може бути використана як показник для розробки пристроїв тимчасового виявлення та моніторингу забруднення навколишнього середовища та водопровідної води. Її також можна використовувати як нову систему біоаналізу для первинного скринінгу протипухлинних препаратів. У майбутньому ми плануємо продовжити спільну роботу над покращенням фундаментальних і прикладних досліджень цих організмів".

Геліозої ще раз довели, що одна клітина має величезний потенціал змінити світ.

Раніше Фокус писав про мікроби зі щупальцями. Вчені успішно виростили в лабораторії стародавніх мікробів і зробили їхні докладні зображення, вони можуть здивувати вас.