Процесс деления клетки впервые воссоздан вне самой клетки

Новаторский эксперимент, проведённый в Чикагском университете, помог учёным понять физику процессов, благодаря которым клетка осуществляет свою деятельность. Ведь до сих пор некоторые этапы самого фундаментального явления биологии – деления клетки – оставались для исследователей загадкой.

Поясним. Клетки способны перемещаться в пространстве. Но самые сложные передвижения происходят внутри них самих. Это непрерывные процессы доставки различных компонентов и питательных веществ, последующее изменение формы клетки и, конечно, её деление.

"Механизмы, позволяющие организмам двигаться и менять форму – неотъемлемая часть всего живого и за всем этим стоят физические процессы. Но, несмотря на всю их важность для понимания биологии, большая часть этих процессов мало изучена", – объясняет важность проблемы профессор Маргарет Гардел (Margaret Gardel).

Одним из главных участников деления клеток является актин – белок, строящий каркас клетки и отвечающий за её форму.

Авторов новой научной работы интересовали физические явления, управляющие активностью этого важного белка. Поэтому они обратились к главной методике, используемой в науке – взяли только необходимые компоненты и попробовали воспроизвести интересующие их процессы вне клетки.

"Понимание того, как делятся клетки, – это самый базовый аспект в попытках создать живое. Это то, в чём мы пытаемся разобраться уже несколько столетий", – поясняет профессор Гардел в пресс-релизе университета Чикаго.

В процессе эксперимента искусственно выделенный актин самопроизвольно принимал форму миндалевидной капли. Затем исследователи добавляли к актину миозин – основной белок мышечной ткани. Именно он является "мотором" клетки и отвечает за её движение.

Оказалось, что при смешивании этих двух главных белков, молекулы миозина в считанные минуты "обнаруживали" середину актиновой капли и ровно в этом месте расщепляли её пополам.

По словам профессора Гардел, учёные были потрясены, увидев произошедшее. Конструкция, которую сформировали актин и миозин, в точности напоминала так называемое веретено деления — структуру, обеспечивающую деление клетки.

Опишем подробнее, что же происходило во время эксперимента. Продолговатые молекулы актина стремятся расположиться параллельно друг другу, образуя миндалевидную каплю (это наиболее энергетически выгодное положение). Более длинные молекулы миозина предпочитают собираться в центре этой структуры, чтобы также выстроиться параллельно молекулам актина.

По мере того как молекулы миозина скапливаются в центре актиновой капли, они начинают склеиваться и образовывать крупные кластеры. Эти кластеры поворачиваются относительно нитей актина, образуют перетяжку и впоследствии разделяют каплю пополам.

Молекулы миозина (белые) собираются в центре актиновой капли (красная) и делят её пополам. Видео Weinrich et al.

Значение новой научной работы трудно переоценить, ведь эксперимент группы Гардел впервые столь детально повторил картину, происходящую при делении живой клетки.

Наблюдать такое явление не только захватывающе, но и полезно для понимания важнейшего биологического процесса. Несмотря на то, что в делении живой клетки участвуют иные типы белков, сам механизм, весьма вероятно, основан на тех же принципах.

"Это именно то, что ты должен понимать, чтобы создавать такие вещи, как, например, искусственные ткани для лечения ран", – считает профессор Гардел.

Полученные результаты говорят о том, что в основе сложных биологических процессов лежат простые физические принципы. В дальнейшем эта находка учёных может привести к созданию новых искусственных материалов для самых разных областей применения.

Научная работа исследовательской группы профессора Маргарет Гардел опубликована в издании PNAS.