![]() |
Наше тело состоит из триллионов различных клеток, каждая из которых выполняет свою уникальную функцию, поддерживая нашу жизнь. Как клетки перемещаются внутри этих чрезвычайно сложных систем? Откуда они знают, в каком направлении расти? И как они вообще стали такими сложными? Подобные простые, но глубокие вопросы лежат в основе фундаментальных исследований, ориентированных на любопытство и направленных на изучение фундаментальных принципов природных явлений. Одним из важных примеров является процесс перемещения клеток или организмов в ответ на химические сигналы окружающей среды, также известный как хемотаксис. Группа исследователей из трех различных исследовательских подразделений Окинавского института науки и технологий (OIST) объединилась, чтобы ответить на основные вопросы о хемотаксисе, создав синтетические капли для имитации этого явления в лаборатории, что позволило им точно изолировать, контролировать и изучать это явление. Их результаты, которые помогают ответить на вопросы о принципах движения в простых биологических системах, опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
Напряжение на поверхностиХотя процесс создания капель может показаться не самой сложной задачей, имитация биологических процессов, максимально приближенных к реальности, при сохранении точного контроля над всеми переменными, безусловно, является таковой. Синтетические капли без мембраны содержат очень высокую концентрацию бычьего сывороточного альбумина BSA, чтобы имитировать тесноту внутри клеток, а также уреазу — фермент, катализирующий расщепление мочевины до аммиака. Аммиак является основным веществом, то есть имеет высокое значение pH. По мере того как фермент постепенно катализирует производство аммиака, он диффундирует в раствор, создавая вокруг капли «ореол» более высокого pH, что, в свою очередь, позволяет каплям обнаруживать другие капли и мигрировать друг к другу. Исследователи обнаружили, что ключом к пониманию хемотаксиса капель является pH-градиент, поскольку он способствует эффекту Марангони, который описывает, как молекулы перетекают из областей с высоким поверхностным натяжением в области с низким. Поверхностное натяжение — это мера энергии, необходимой для удержания молекул на поверхности вместе, подобно клею. При увеличении pH этот клей ослабевает, заставляя молекулы раздвигаться и снижая поверхностное натяжение, что, в свою очередь, облегчает движение молекул. Вы можете увидеть это, добавив мыло с высоким pH в один конец ванны с негазированной водой: вода потечет к концу с мылом из-за эффекта Марангони. Когда две синтетические капли находятся достаточно близко, их ореолы взаимодействуют, повышая pH в среде между ними, что заставляет их двигаться вместе. Поскольку поверхностное натяжение на противоположных концах капель еще сильно, они сохраняют свою форму до тех пор, пока их поверхности не соприкоснутся, и силы когезии внутри капель не преодолеют поверхностное натяжение, заставив их слиться. Поскольку крупные капли производят больше аммиака и имеют большую площадь поверхности (что снижает поверхностное натяжение), они притягивают к себе капли меньшего размера. Совместная работа над древним супом и биотехнологии будущегоБлагодаря разработке этих капель исследователи продвинулись вперед в ответе на основные вопросы о биологическом движении — при этом они получили представление о направленном движении самых ранних форм жизни в первобытном супе миллиарды лет назад, а также о создании новых биологически вдохновленных материалов. Наши знания о том, как выглядела жизнь миллиарды лет назад, в лучшем случае расплывчаты. Известная гипотеза гласит, что жизнь зародилась в океанах, когда органические молекулы постепенно собирались и становились более сложными в «первобытном супе» — и этому мог способствовать хемотаксис благодаря эффекту Марангони. По словам профессора Лаурино, „для капель было бы полезно иметь такой механизм миграции в гипотетическом сценарии зарождения жизни“. Эта миграция могла бы запустить формирование примитивных метаболических путей, в которых ферменты катализируют различные вещества, что в конечном итоге создает химический градиент, который сближает капли, приводя к появлению более крупных и сложных сообществ». Исследование также указывает на будущее, давая подсказки для новых технологий.
Работа по созданию и анализу синтетических капель — это результат сочетания глубоко интегрированной междисциплинарности и человеческого фактора, лежащего в основе научной работы. Проект начался во время пандемии коронавируса, когда сотрудник отдела белковой инженерии и эволюции находился в карантине вместе с сотрудником отдела сложных жидкостей и потоков. Они начали общаться, и хотя оба подразделения представляют две разные области — биохимию и механику, соответственно, — проект развивался параллельно. В конце концов к проекту присоединились сотрудники отдела микро/био/нанофлюидики, которые провели сложные измерения поверхностного натяжения капель. Уникальная недисциплинарная исследовательская среда в OIST стала катализатором сотрудничества. По словам профессора Лаурино, «этот проект никогда не смог бы существовать, если бы мы были разделены по факультетам. Это было непростое сотрудничество, потому что мы общаемся в своей области совершенно по-разному, но физическая близость значительно облегчила его». Алессандро Бевилаква присоединяется:
На этом их сотрудничество не заканчивается — скорее, эта работа является началом плодотворного партнерства между тремя подразделениями.
25.04.2024 |
Биосфера
![]() | |
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам | |
Деревья в бразильском Атлантическом лесу ... |
![]() | |
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики | |
Исследователи из Казанского государственн... |
![]() | |
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции | |
Исследователи из Virginia Tech нашли новы... |
![]() | |
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита | |
Выращивать кальмаров в аквакультуре пытаю... |
![]() | |
Animal Behaviour: Собаки лучше свиней реагируют на звуки человека | |
Способность собак чувствовать боль человека мо... |
![]() | |
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями | |
Муравьи известны своим сложным социальным пове... |
![]() | |
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника | |
Студенты второго курса Института радиоэлектрон... |
![]() | |
Scientific Reports: Кошки до того похожи на людей, что помогут лечить ожирение | |
Домашние кошки могут помочь в изучении ож... |
![]() | |
Палеонтологи: в Калининградской области росли пальмы, секвойи и дубы | |
Калининградская область — регион с&... |
![]() | |
Ученые СПбГУ: Бактериальные споры способны пережить падение из космоса | |
Математики Санкт-Петербургского государственно... |
![]() | |
Учёные БФУ участвовали в изучении миграций морских позвоночных в позднем мелу | |
Учёные Балтийского университета имени Канта вм... |
![]() | |
Animal Biotelemetry: Меховые метки улучшат технологию слежения за медведями | |
Благодаря новым приборам для отслеживания... |
![]() | |
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось | |
Международная группа исследователей под р... |
![]() | |
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта | |
Учёные из Дании и США впервые в... |
![]() | |
Геоботаники СПбГУ бьют тревогу: азиатские дубы угрожают флоре Абхазии | |
Ученые из Санкт-Петербурга выяснили, что&... |
![]() | |
Frontiers in Veterinary Science: Открыт способ отучить кошек царапать мебель | |
Многие владельцы кошек сталкиваются с тем... |
![]() | |
Ученый объяснил, как планктон выживает в турбулентных потоках | |
Как движутся частицы в турбулентных жидко... |
![]() | |
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления? | |
Соединения магния — распространенны... |
![]() | |
Увидеть живьем — большая удача: натуралист снял в Казани скрытное насекомое | |
В последние дни апреля во время лесн... |
![]() | |
FCOSC: Изменение среды объясняет геномные вариации африканской лесной лягушки | |
Даже широко распространенные виды могут оказат... |
![]() | |
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь | |
Группа ученых из Университета Нагоя, Япон... |
![]() | |
PNAS: Огненные муравьи вдохновили на создание идеального адаптивного материала | |
Огненные муравьи создают плоты, чтобы пережить... |
![]() | |
Nature: Орангутан первым среди животных лечился припаркой из целебных трав | |
Орангутан с острова Суматра удивил ученых... |
![]() | |
Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться | |
В результате климатического кризиса глобальное... |
![]() | |
Низкоинтенсивный выпас лучше для биоразнообразия, но не для землепользователей | |
Выпас как домашних, так и диких... |
![]() | |
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне | |
Наше тело состоит из триллионов различных... |
![]() | |
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному | |
Исследователь из Мельбурнского университе... |
![]() | |
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали | |
Болтливые белки, очаровательные нутрии и ... |
![]() | |
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад | |
По мнению исследовательской группы под ру... |
![]() | |
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет | |
Микросателлиты — ценный инструмент ... |