Теперь можно наблюдать за кипучей жизнью внутри клетки
Исследователи из Университета Южной Дании разработали метод, позволяющий стать наблюдателем за постоянным движением и транспортом молекул внутри живой клетки. Метод особенно важен для изучения болезней.
Внутри каждой клетки постоянно происходит активное взаимодействие множества молекул. За одну минуту почти все молекулы в клетке перемещаются для выполнения различных задач.
"Одна из великих загадок науки — как эти постоянные процессы молекулярного транспорта выполняются с такой точностью и координацией", — отмечают исследователи Ахим Шролль и Даниэль Вюстнер.
Их работа с аспирантом Кристианом В. Хансеном опубликована в журнале Computing and Visualization in Science.
Нарушения транспорта ведут к болезням
Модель важна, потому что иногда молекулярные транспортные процессы нарушаются, что может вызывать заболевания.
"Последствия могут быть фатальными. Многие болезни, такие как Альцгеймер, Паркинсон и Хантингтон, развиваются из-за нарушения транспорта или слипания белков в клетке", — говорит Даниэль Вюстнер.
Как работает метод?
Исследователи начали с наблюдений за живыми клетками под микроскопом, изучая, как температура и биохимические реакции заставляют молекулы двигаться. Эти наблюдения были "переведены" в математическую модель на основе дифференциальных уравнений.
"Теперь у нас есть компьютерная модель, позволяющая запускать симуляцию происходящего внутри живой клетки. Мы исследуем вещи in silico — в компьютере", — объясняет Ахим Шролль.
Молекулы можно заставить светиться зелёным, чтобы видеть их в микроскоп. В клетке установили "выключатель": каждый раз, когда движущаяся молекула проходила через него, её зелёный цвет гас. Постепенно в клетке становилось всё больше тёмных молекул — признак того, что они прошли через переключатель.
Этот "трафик" был переведён в математическую модель. Теперь исследователи могут использовать компьютер для изучения молекулярного движения в клетке и наблюдать, что происходит при изменении условий (например, если мембрана становится менее проницаемой).
В реальном времени большинству молекул требуется около одной минуты, чтобы пройти через переключатель. Примерно через 10 минут все молекулы проходят, и зелёного свечения не остаётся.
Большинство молекул проходят быстро, но некоторые замедляются. Одна из причин — более сильная связь с определённой структурой. Другая причина — необходимость преодолеть барьер.