Исследование бросает вызов традиционным теориям о том, как клетки обнаруживают электрические поля

Новое исследование Университета Хьюстона показывает, что клетки невероятно чувствительны к электрическим полям — гораздо больше, чем предполагали старые научные теории.

"Наше исследование ставит под сомнение давние предположения о пределах электрического восприятия клеток и объясняет, как клетки обнаруживают электрические поля с замечательной чувствительностью", — сообщает Яшашри Кулкарни, профессор машиностроения и аэрокосмической техники в UH, в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Новый взгляд на "шумовой порог"

Десятилетиями учёные считали, что клетки не могут обнаруживать очень слабые электрические поля из-за "теплового шума" — крошечных случайных движений, вызванных теплом. Считалось, что этот "шумовой порог" задаёт предел того, что клетки могут почувствовать.

Роль активной материи

Исследование Кулкарни и аспиранта Ананда Мэтью предлагает новое объяснение: активная материя внутри клеточной мембраны может вывести систему из равновесия, обеспечивая повышенную электрическую чувствительность.

"Биологические мембраны не пассивны, — сказала Кулкарни. — Они содержат активные белки и другие компоненты, которые постоянно потребляют энергию, создавая динамичные, неравновесные среды. Наши результаты показывают, что эти активные процессы могут фундаментально изменить то, как клетки реагируют на механические и электрические стимулы".

Теоретическая модель

Исследователи создали новую теоретическую модель, используя неравновесную статистическую механику — науку, изучающую системы, всегда потребляющие энергию. Модель объясняет, как электромеханические мембраны в клетках движутся и изменяются в своей активной, наполненной энергией среде.

Анализ показывает, что эти энергопотребляющие процессы могут привести к драматическому увеличению электрической чувствительности, предлагая теоретическую модель, согласующуюся с экспериментальными наблюдениями во многих биологических системах.

Перспективы применения

"Понимание того, как клетки могут активно реагировать на окружающую среду, может способствовать разработке медицинских устройств следующего поколения, биосенсоров и методов лечения различных заболеваний, — сказал Мэтью. — Используя концепцию активной материи, мы можем начать проектировать системы, имитирующие или даже превосходящие сенсорные возможности, найденные в природе".