Jak silniki molekularne napędzają lokomocję komórkową

Jednym z cudów mikroskopijnego świata jest zdolność komórek do zmiany kształtu, dzielenia się, a nawet poruszania się pod wpływem własnej pary. Mechanika stojąca za tymi procesami jest napędzana przez cytoszkielet komórki, włóknistą sieć włókien aktynowych, która zapewnia rodzaj wewnętrznego rusztowania.

To rusztowanie jest usiane silnikami molekularnymi zwanymi miozyną, które chwytają włókna aktynowe i zaczynają ciągnąć, jak zespół pubowy podczas przeciągania liny. To szarpanie powoduje zmianę kształtu, podział i ruch komórki.

A jednak nie jest do końca jasne, w jaki sposób zestaw silników ciągnących te wewnętrzne włókna może napędzać ten proces, nie jest do końca jasne, szczególnie gdy silniki i włókna są zorientowane mniej więcej losowo. W szczególności jedna zagadka polega na tym, jak to szarpanie może zmienić właściwości objętościowe komórki, takie jak jej sztywność, o wiele rzędów wielkości.

Dziś mamy pewien wgląd w ten problem dzięki pracy Chase Broedersz i Fred MacKintosh z Vrije University w Amsterdamie. Ci faceci stworzyli model 2D rusztowania komórkowego zbudowanego ze sztywnych włókien i rozsianych w jego strukturze silników molekularnych. Obserwują interesujący wgląd w to, jak liniowe zachowanie silników prowadzi do nieliniowej zmiany sztywności rusztowania.

Najważniejsze jest to, że na początku naprężenia w rusztowaniu nie są równomiernie rozłożone: jest dużo luzu. Ma to duży wpływ na właściwości objętościowe komórki, zasadniczo czyniąc ją dyskietką.

Włącz silniki, a to szybko się zmieni, mówią Broedersz i MacKintosh. Silniki szybko zwijają się na luzie, a rusztowanie sztywnieje. Mówią, że wewnętrzne naprężenia generowane przez silniki wyciągają w systemie tryby zginania dyskietek, pozostawiając sztywne tryby rozciągania.

W pewnym sensie, zamiast zmieniać właściwości rusztowania, silniki po prostu ujawniają inny jego aspekt, który w inny sposób jest ukryty. W ten sposób silniki generują nieliniową zmianę sztywności, mimo że ich zachowanie jest liniowe.

Stąd nietrudno sobie wyobrazić, jak selektywne usztywnianie i zmiękczanie rusztowania komórkowego w różnych częściach komórki może prowadzić do zmian kształtu, podziału komórek, a nawet poruszania się.

To pomysł, który może mieć ciekawe implikacje, nie tylko dla naszego zrozumienia mechaniki komórkowej. Jak twierdzą Broedersz i MacKintosh, zasady te mogą zainspirować projektowanie nowatorskich aktywnych materiałów biomemetycznych o regulowanych właściwościach sprężystych.

Nowa generacja rzeczy inspirowanych technologią komórkową. Fajne!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1009.3848 : Silniki molekularne Usztywniane, nieafiniczne, półelastyczne sieci polimerowe

ukryć