Aktiva och passiva rörelser i cellen skiljer sig för första gången

Anonim

Aktiva och passiva rörelser i cellen skiljer sig för första gången

Vetenskap

Chris Wood

29 april 2016

2 bilder

En ny dataanalyssteknik gör det möjligt för forskare att bättre förstå rörelse i cellerna, identifiera när en komponent flyttas aktivt (kredit: MIT)

Om du såg in i någon cell i din kropp just nu märker du att de enskilda strukturerna och komponenterna i det hela tiden rör sig om. Medan en del av det ryckande och jostling är passiv, är annan rörelse mer avsiktlig, med cellen som aktivt utövar energi för att flytta komponenter. En ny dataanalyssteknik förbättrar vår förmåga att skilja mellan dessa två typer av rörelser, och resultaten kan avsevärt förbättra vår förståelse av cellbiologi.

När du zoomar ner till den mikroskopiska skalan, kan partiklar i vätskor eller gaser lätt påverkas av omgivningen. Vi lärde oss först detta år 1827, när skotsk botaniker Robert Brown studerade pollenkorn i vatten genom ett mikroskop och märkte att kornen innehöll små partiklar som rörde sig kontinuerligt.

Vi vet nu att jiggling av cellens inre partiklar beror på deras växelverkan med vattenmolekyler, som vid förhöjda temperaturer har evig kinetisk energi. Partiklarna bombarderar kontinuerligt större komponenter inuti celler, vilket orsakar till synes slumpmässig rörelse. Tack vare sin upptäckare kallar vi den här bruniska rörelsen.

Fenomenet är så vanligt att forskare rutinmässigt avvisar rörelsen i cellen som förekommer vid termisk jämvikt, då systemet inte utövar energi för att flytta komponenten, som om den inte var för den bruniska rörelsen, skulle vara livlös.

Detta är dock inte alltid fallet - ibland utövar en cell energi för att flytta en komponent runt. Problemet är - hur tränar vi ut när en eller annan typ av rörelse inträffar?

Det är där den nya analysmetoden går in. Utvecklad av forskare vid MIT, i samarbete med forskare vid Göttingen universitet, Universitetet i München, Free University Amsterdam och Yale University, är det utformat för att välja ut de tiderna när rörelsen är aktiv snarare än passiv, helt enkelt genom att titta på en partikel.

Laget använde videomikroskopi för att studera rörelsen av flagellum ram-för-ram, tittar noggrant på förändringarna i ryggraden och identifierar de olika formerna som den bildade när den passerade genom en komplett oscillatorisk cykel. Om flagellumet var i termisk jämvikt (passiv), då skulle fram och tillbaka övergångar mellan staterna balanseras, men i stället observerades en obalans i övergångarna, vilket tyder på att energi används aktivt - något som redan bekräftats i fall av flagellum.

Att veta att metoden fungerade gjorde forskarna sedan samma experiment med en njurcellcilium, där de återigen observerade en liten obalans i övergångar. Resultaten i det fallet var mer överraskande, vilket indikerar att aktiva processer driver cilins rörelse, i motsats till dess passiva utseende.

Forskningen är potentiellt revolutionerande, vilket ger en oöverträffad inblick i hur celler fungerar, avslöjar aktiva processer som är långt ifrån uppenbara vid första anblicken.

"Vi vill se om speciell dynamik i livslängdssystemen - det är de celler eller vävnader eller hela organismer - som ser vid första anblicken som slumpmässig termisk rörelse är faktiskt aktivt drivna", säger pappers medförfattare professor Nikta Fakhri. "Detta är viktigt eftersom det måste finnas en vital funktion som är kopplad till processen om cellen spenderar energi på den. "

Fullständig information om forskningen publiceras online i tidskriften Science . För mer om studien kan du titta på videon nedan.

Källa: MIT

En ny dataanalyssteknik gör det möjligt för forskare att bättre förstå rörelse i cellerna, identifiera när en komponent flyttas aktivt (kredit: MIT)

Laget använde videomikroskopi för att studera rörelsen av flagellum ram-för-ram, tittar noggrant på rörelsen i ryggraden och identifierar de olika formerna som den bildade när den passerade genom en komplett oscillatorisk cykel (Kredit: MIT)