Ультрабыстрая коммуникация позволяет водным клеткам синхронно выпускать токсины

Исследователи из Стэнфордского университета, наблюдая за одноклеточным организмом Spirostomum через Foldscope — микроскоп за $1.75 собственного изобретения, — обнаружили его способность к сверхбыстрому сокращению. Это наблюдение привело к открытию новой формы коммуникации между клетками, описанной в статье в журнале Nature от 10 июля.

Без прямого контакта и без электрических или химических сигналов отдельные клетки Spirostomum могут координировать свои ультрабыстрые сокращения так тесно, что целые группы сжимаются практически одновременно. Это реакция на хищников, заставляющая клетки синхронно выпускать парализующие токсины.

Механизм гидродинамической связи

Используя высокоскоростную съемку, ученые установили, что сокращение происходит за 5 миллисекунд (человеческий глаз моргает за 100–400 миллисекунд), а клетка испытывает перегрузку около 14 g. При сокращении мешочки с токсином отделяются от краев клетки.

Исследователи выяснили, что клетки общаются посредством гидродинамических потоков:

• Первая сократившаяся клетка создает поток жидкости.
• Этот поток запускает сокращение следующей клетки, и возникает распространяющаяся триггерная волна, проходящая через всю колонию.
• Скорость такой коммуникации достигает метров в секунду, хотя длина каждой клетки всего 1–4 миллиметра.

Эксперимент с отсасыванием жидкости через маленькое отверстие имитировал действие хищника. Он показал, что причиной сокращения, вероятно, является специфическое напряжение тела клетки, вызывающее открытие ионных каналов, управляемых механическим напряжением.

Значение открытия

Это открытие представляет новый вид биологической сигнализации между клетками. Исследователи полагают, что такой способ гидродинамической коммуникации может быть более универсальным и использоваться другими организмами, поскольку генерация и сенсорика потоков критически важны для выживания в водной среде.

Работа — пример того, как простые инструменты, такие как Foldscope, и исследования в естественной среде обитания (в данном случае в солоноватых водах залива Пало-Альто) могут привести к фундаментальным открытиям. Лаборатория Пракаша планирует продолжить изучение Spirostomum и провести масштабное исследование биоразнообразия в этом районе.