Сенсорная иллюзия заставляет клетки самоуничтожаться
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили, что даже лишённые мозга одноклеточные дрожжи имеют сенсорные предубеждения, которыми можно манипулировать с помощью специально созданной иллюзии. Это открытие может быть использовано для разработки новых подходов к борьбе с такими заболеваниями, как рак.
«Способность воспринимать окружающую среду и реагировать на неё — это базовый атрибут всех живых организмов, от самых больших до мельчайших, — сказал старший автор исследования Венделл Лим, PhD. — И так же обстоит дело с подверженностью ложному восприятию».
В новом исследовании, опубликованном 19 ноября 2015 года в Science Express, команда обнаружила, что дрожжевые клетки ложно воспринимают определённый временной паттерн стресса — вызванный чередованием низкого и слегка повышенного уровня натрия — как массивный, непрерывно растущий уровень стресса. В ответ микробы в итоге чрезмерно реагируют и убивают себя.
Временной паттерн стресса — «ахиллесова пята» дрожжевых клеток
Исследователи создали систему, позволяющую подвергать дрожжи мягкому стрессору — небольшому повышению соли в среде — и колебаться между повышенным и базовым уровнем с разной частотой.
Клетки могли адаптироваться, когда стресс включали и выключали каждую минуту или каждые 32 минуты. Но к их удивлению, при восьмиминутных колебаниях точно такого же уровня соли клетки быстро переставали расти и начинали гибнуть.
«Эти клетки должны были справляться с таким уровнем осмотического стресса, но на одной конкретной частоте они просто сходят с ума», — сказал первый автор исследования Амир Митчелл, PhD.
Используя математическое моделирование и эксперименты, в которых он изменял молекулярную структуру пути митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), опосредующего систему солевого восприятия клеток, Митчелл выявил сенсорное заблуждение: из-за особенностей настройки пути MAPK клетки интерпретируют восьмиминутные колебания как постоянно увеличивающуюся концентрацию соли. Это приводит к чрезмерной активации защитной реакции клеток и, в конечном итоге, к их гибели.
«Мы не думаем, что они эволюционировали, чтобы иметь эту странную чувствительность. Это просто побочный эффект того, что молекулярная сигнальная сеть была оптимизирована для их естественной среды, в которой солевой стресс обычно возникает в виде постепенно увеличивающегося градиента», — пояснил Митчелл.
Можно ли использовать сенсорные иллюзии для борьбы с раком?
Исследование предполагает, что многие типы клеток, включая человеческие, могут быть предрасположены к ложному восприятию, и ими можно манипулировать с помощью тщательно сконструированных иллюзий.
Например, сигнальный путь, с помощью которого клетки рака человека реагируют на химические факторы роста, тесно связан с путем MAPK, воспринимающим стресс у дрожжей. Таким образом, выявление специфичных для клеток заблуждений может в конечном итоге быть использовано для того, чтобы заставить раковые клетки убивать себя, минимально вредя здоровым соседним клеткам.
«Как и мы, клетки имеют предвзятое восприятие, основанное на тех паттернах окружающей среды, с которыми они эволюционировали. Понимая эти предубеждения, мы можем модулировать их поведение, — сказал Лим. — Особенно поражает, насколько важна для клеток временная область. Временной паттерн, с которым мы представляем любой стимул — будь то концентрация соли, лекарства или пучки света, — может иметь решающее значение».