Природа как 3D-принтер: как щетинковые черви создают щетинки по частям
Новое междисциплинарное исследование под руководством молекулярного биолога Флориана Райбля из лабораторий Макса Перуца при Венском университете раскрывает механизм формирования щетинок у морского многощетинкового червя Platynereis dumerilii. Специализированные клетки — хетобласты — контролируют этот процесс, и их способ работы удивительно похож на работу технического 3D-принтера.
Исследование опубликовано в Nature Communications.
Как работает «биологический принтер»
Основной строительный материал щетинок — хитин (бета-хитин). Процесс их формирования долгое время оставался загадкой.
- Ключевая клетка: Центральную роль играют хетобласты — клетки с длинными выростами на поверхности (микроворсинками).
- Фермент в микроворсинках: В этих микроворсинках находится специфический фермент, ответственный за производство хитина.
- Принцип «печати»: Процесс начинается с кончика щетинки, затем формируется средняя часть и, наконец, основание. Готовые части постепенно выталкиваются из тела. Функциональные единицы создаются последовательно, часть за частью.
- «Сопла» принтера: Отдельные микроворсинки выполняют функцию, аналогичную соплам 3D-принтера. Динамичное изменение количества и формы микроворсинок с течением времени позволяет создавать сложные геометрические структуры щетинок с точностью до субмикрометрового диапазона (например, отдельные зубцы на кончике).
Щетинки обычно развиваются всего за два дня и могут иметь разную форму (короче/длиннее, острее/площе) в зависимости от стадии развития червя.
Методология и перспективы
Для исследования использовалась серийная блочно-сканирующая электронная микроскопия (SBF-SEM), которая позволила автоматизировать анализ тысяч слоев и построить 3D-модель синтеза щетинок.
Понимание этого процесса имеет потенциал для:
- Разработки будущих медицинских продуктов.
- Производства естественно разлагаемых материалов.
- Возможного использования клеток кольчатых червей для производства хорошо переносимого бета-хитина (аналогичного тому, что из панциря кальмара используют для создания раневых повязок).
Группа Райбля продолжает работу над повышением разрешения наблюдений, чтобы раскрыть еще больше деталей биогенеза щетинок.