Actieve en passieve celbewegingen onderscheiden zich voor het eerst

Anonim

Actieve en passieve celbewegingen onderscheiden zich voor het eerst

Wetenschap

Chris Wood

29 april 2016

2 afbeeldingen

Een nieuwe techniek voor gegevensanalyse biedt wetenschappers een beter inzicht in beweging in cellen, en identificeert wanneer een component actief wordt verplaatst (credit: MIT)

Als je nu in een cel in je lichaam kijkt, zie je dat de afzonderlijke structuren en componenten erin voortdurend in beweging zijn. Terwijl een deel van dat trillen en gedrang passief is, is andere beweging meer opzettelijk, waarbij de cel actief energie uitoefent om componenten te verplaatsen. Een nieuwe techniek voor gegevensanalyse verbetert ons vermogen om onderscheid te maken tussen deze twee soorten bewegingen, en de resultaten zouden ons begrip van celbiologie aanzienlijk kunnen verbeteren.

Wanneer u inzoomt op microscopische schaal, worden deeltjes in vloeistoffen of gassen gemakkelijk beïnvloed door hun omgeving. We leerden dit voor het eerst in 1827, toen de Schotse botanicus Robert Brown stuifmeelkorrels bestudeerde in water door een microscoop en merkte op dat de korrels kleine deeltjes bevatten die continu bewogen.

We weten nu dat het schudden van de inwendige deeltjes van de cel te wijten is aan hun interactie met watermoleculen, die bij verhoogde temperaturen eeuwigdurende kinetische energie bezitten. De deeltjes bombarderen continu grotere componenten in cellen, waardoor schijnbaar willekeurige bewegingen worden veroorzaakt. Dankzij zijn ontdekker, noemen we dit Brownse motie.

Het fenomeen komt zo vaak voor dat wetenschappers routinematig in-cel beweging afdoen zoals gebeurt bij thermisch evenwicht, waarbij het systeem geen energie uitoefent om het onderdeel te bewegen, wat, als het niet voor de Brownse beweging was, niet levend zou zijn.

Dit is echter niet altijd het geval - soms oefent een cel energie uit om een ​​component te verplaatsen. Het probleem is - hoe kunnen we trainen wanneer de ene of de andere beweging plaatsvindt?

Dat is waar de nieuwe analysemethode invalt. Ontwikkeld door onderzoekers van het MIT, in samenwerking met wetenschappers van de universiteit van Gottingen, de universiteit van München, de Vrije Universiteit Amsterdam en de Yale University, is het ontworpen om die tijden te bepalen wanneer de beweging actief is in plaats van passief, eenvoudig door naar een deeltje te kijken.

Het team gebruikte videomicroscopie om de beweging van flagellum beeld voor beeld te bestuderen, waarbij zorgvuldig werd gekeken naar de veranderingen in de ruggengraat en de verschillende vormen werden geïdentificeerd die het vormde terwijl het een volledige oscillerende cyclus passeerde. Als de flagellum in thermisch evenwicht (passief) was, dan moesten heen en weer overgangen tussen staten in evenwicht worden gebracht, maar in plaats daarvan een onbalans in de overgangen worden waargenomen, wat suggereert dat energie actief wordt verbruikt - iets dat al is bevestigd in de geval van flagellum.

Wetende dat de methode werkte, voerden de onderzoekers hetzelfde experiment uit met een niercelcilium, waar ze opnieuw een lichte onbalans in overgangen waarnamen. De resultaten waren in dat geval meer verrassend, wat aangeeft dat actieve processen de beweging van de cilium sturen, in tegenstelling tot het passieve uiterlijk.

Het onderzoek is potentieel revolutionair en biedt een ongeëvenaard inzicht in hoe cellen functioneren, en onthult actieve processen die op het eerste gezicht verre van evident zijn.

"We willen zien of bepaalde dynamiek in livingsystemen - die cellen of weefsels of hele organismen - zijn die er op het eerste gezicht uitzien alsof willekeurige thermische beweging inderdaad actief wordt aangestuurd, " zei professor-professor Professor Nikta Fakhri. "Dit is belangrijk omdat er een vitale functie verbonden moet zijn aan het proces als de cel er energie aan besteedt. "

Volledige details van het onderzoek worden online gepubliceerd in het tijdschrift Science . Voor meer informatie over de studie, kunt u de onderstaande video bekijken.

Bron: MIT

Een nieuwe techniek voor gegevensanalyse biedt wetenschappers een beter inzicht in beweging in cellen, en identificeert wanneer een component actief wordt verplaatst (credit: MIT)

Het team gebruikte videomicroscopie om de beweging van flagellum frame-voor-frame te bestuderen, waarbij zorgvuldig werd gekeken naar de beweging van de ruggengraat en de verschillende vormen werden geïdentificeerd die het had gevormd toen het door een volledige oscillatiecyclus ging (Credit: MIT)