Aktivní a pasivní pohyby v buňkách se poprvé rozlišují

Anonim

Aktivní a pasivní pohyby v buňkách se poprvé rozlišují

Věda

Chris Wood

29. dubna 2016

2 obrázky

Nová metoda analýzy dat umožňuje vědcům lépe porozumět pohybu uvnitř buněk a identifikovat, kdy je součást aktivně přesouvána (Credit: MIT)

Pokud jste se právě teď dívali do nějaké buňky v těle, všimli byste si, že jednotlivé struktury a součásti v něm se neustále pohybují. Zatímco některé z těchto záškubů a převrácení jsou pasivní, jiné pohyby jsou více záměrné, přičemž buňka aktivně vyvíjí energii k pohybu komponent. Nová technika analýzy dat zlepšuje naši schopnost rozlišovat mezi těmito dvěma druhy pohybu a výsledky by mohly významně zlepšit naše chápání buněčné biologie.

Když se přiblížíte k mikroskopické stupnici, částice uvnitř kapalin nebo plynů jsou snadno ovlivněny okolím. Nejprve jsme se o tom dozvěděli v roce 1827, když skotský botanik Robert Brown studoval mikroskop mikroorganismem ve vodě a všiml si, že zrna obsahují malé částice, které se pohybují nepřetržitě.

Nyní víme, že převrácení vnitřních částic buňky je způsobeno jejich interakcí s molekulami vody, které mají při zvýšených teplotách trvalou kinetickou energii. Částice nepřetržitě bombardují větší součásti uvnitř buněk a způsobují zdánlivě náhodný pohyb. Díky svému objevovateli nazýváme Brownian pohyb.

Tento fenomén je tak běžný, že vědci běžně odmítají pohyb v buňkách, jak se vyskytuje při tepelné rovnováze, přičemž systém nevyvíjí energii k pohybu součásti, která by nebyla pro Brownianův pohyb, byla by neživá.

To ovšem není samozřejmě vždycky - někdy buňka vyvíjí energii k pohybu komponenty kolem. Problémem je, jak se vypořádáme, když se vyskytne jeden nebo druhý typ pohybu?

To je místo, kde vstupuje nová analytická metoda. Vyvinuli je badatelé z MIT ve spolupráci s vědci na univerzitě v Gottingenu, na univerzitě v Mnichově, na Free University v Amsterodamu a na univerzitě Yale. když je pohyb spíše aktivní než pasivní, jednoduše při pohledu na částici.

Tým použil videomikroskopii ke studiu pohybu flagellum frame-by-frame, pozorně sledoval změny v jeho páteří a identifikoval různé tvary, které vytvořil, když prošel celým cyklem oscilací. Je-li flagellum v tepelné rovnováze (pasivní), pak přechody mezi státy by měly být vyrovnané, ale místo toho pozorovaly nerovnováhu v přechodech, což naznačuje, že energie je aktivně vyčerpána - něco, co již bylo potvrzeno případ flagellum.

Vzhledem k tomu, že tato metoda fungovala, vědci pak provedli stejný experiment s ledvinným ciliem, kde znovu zaznamenali nepatrnou nerovnováhu v přechodech. Výsledky v tomto případě byly překvapivější, což naznačovalo, že aktivní procesy řídí pohyb cilium, a to na rozdíl od jeho pasivního vzhledu.

Výzkum je potenciálně revoluční a poskytuje jedinečný pohled na to, jak fungují buňky, odhalování aktivních procesů, které nejsou na první pohled zdaleka zřejmé.

"Chceme zkontrolovat, zda se v živých systémech - ať už buňkách nebo tkáních nebo celých organismech - na první pohled podíváme jako na náhodný tepelný pohyb skutečně aktivně řízené, " uvedla profesorka Nikta Fakhriová. "To je důležité, protože musí existovat životně důležitá funkce spojená s procesem, pokud buňka vynakládá energii na něj. "

Podrobnosti o výzkumu jsou zveřejněny online v časopise Science . Další informace o studii naleznete v níže uvedeném videu.

Zdroj: MIT

Nová metoda analýzy dat umožňuje vědcům lépe porozumět pohybu uvnitř buněk a identifikovat, kdy je součást aktivně přesouvána (Credit: MIT)

Tým využíval videomikroskopie ke studiu pohybů flagellum frame-by-frame, pozorně sledoval pohyb jeho páteře a identifikoval různé tvary, které vytvořil, když prošel celým oscilačním cyklem (Credit: MIT)