Цікавості

Одноклітинний водний організм Sріrоstоmum аmbіguum здатен за менш ніж п’ять мілісекунд стиснутися до чверті своєї довжини — приблизно у 200 разів швидше, ніж людина встигає моргнути. Команда біофізиків описала, як саме це відбувається, і показала, що за рекордну швидкість відповідає незвичайна білкова мережа, активована іонами кальцію. Про роботу розповідає видання SсіТесhDаіly.

Гігант серед одноклітинних і його надшвидкий рух

Sріrоstоmum аmbіguum — це гігантський інфузорій, одноклітинний організм, вкритий віями (циліями), за допомогою яких він плаває. Серед інфузорій він вирізняється тим, що може скорочуватися зі швидкістю близько 100 довжин тіла за секунду і майже миттєво повторювати цей рух.Таке скорочення, ймовірно, допомагає організму тікати від хижаків або передавати сигнали іншим інфузоріям. Людські м’язові волокна можуть вкорочуватися на подібну частку довжини, але роблять це приблизно у десять разів повільніше, тому Sріrоstоmum давно привертає увагу дослідників, які вивчають, як біологічні системи створюють швидкий рух без звичайних м’язів.За словами Мері Елтінг (Маry Еltіng), доцентки біофізики з Університету штату Північна Кароліна і однієї з кореспондентських авторок роботи, ключова відмінність полягає в тому, що саме живить скорочення і як виглядає «механіка» всередині клітини. Розуміння цих процесів може допомогти створювати синтетичні системи, які наслідують швидкість і силу цього одноклітинного організму.

«Рибальська сітка» з білків замість м’язових волокон

Щоб з’ясувати, яка структура забезпечує таке скорочення, дослідники досліджували Sріrоstоmum за допомогою електронної та імунофлуоресцентної мікроскопії. Вони побачили, що рух запускають іони кальцію, а саму силу створює характерна внутрішньоклітинна структура, схожа на рибальську сітку.На відміну від багатоклітинних тварин, одноклітинні, зокрема Sріrоstоmum, не мають м’язових волокон. Замість цього у них є міонеми — волокнисті структури з кальцій-зв’язувальних білків центрину (сеntrіn) та Sfі1. У Sріrоstоmum ці міонеми утворюють сітчасту «рибальську» мережу вздовж зовнішньої частини клітини.Коли починається скорочення, ця мережа миттєво стягується, «підтягаючи» клітину всередину, а потім повертається до початкової конфігурації. Геометрія сітки дозволяє організму рівномірно вкорочуватися по всій довжині, а не деформуватися нерівномірно.Елтінг пояснює, що така геометрія захищає внутрішні органели — «органи» одноклітинної істоти — під час надшвидкого руху. Ключову роль відіграє білок Sfі1 у складі міонем: він може переходити зі стану жорсткості до гнучкості. У присутності іонів кальцію Sfі1 втрачає жорсткість і збирається в клубок, схожий на «кулю мокрих спагеті». Це змушує сітку стягуватися і різко скорочує організм.Здатність Sfі1 змінювати свій фізичний стан дає механічне пояснення, як мережа може скорочуватися настільки швидко. Замість того щоб покладатися на ту ж енергетичну систему, що й людські м’язи, Sріrоstоmum реагує безпосередньо на сигнал кальцію.

Кальцій замість «пального» для м’язів

Скорочення людських м’язів залежить від аденозинтрифосфату (АТФ) — молекули, яка зберігає і вивільняє енергію в клітинах. У Sріrоstоmum працює принципово інший механізм.Елтінг порівнює його з переходом від бензинового до електричного двигуна: АТФ у м’язах зазнає хімічних перетворень і «згорає», як пальне, тоді як іони кальцію в Sріrоstоmum діють радше як електричний струм. Водночас дослідники ще не знають, що саме створює «напругу», яка запускає цей струм, і як система повертається у вихідний стан, щоб скорочення могло повторюватися.Це «перезавантаження» — одна з головних відкритих загадок. Зазвичай кальцій-запущені реакції очікувано працюють один раз, якщо немає спеціального механізму, що відновлює систему. Проте Sріrоstоmum здатен скорочуватися знову і знову на великій швидкості.Тепер команда вивчає, що саме ініціює кальцієвий сигнал і як організм відновлює роботу мережі після кожного скорочення. Розуміння цих аспектів руху, за словами дослідників, є ключем до створення швидкодіючих штучних м’язів, які працюватимуть без АТФ і наслідуватимуть унікальну «рибальську» архітектуру білкової сітки Sріrоstоmum аmbіguum.Стаття Одноклітинний організм скорочується у 200 разів швидше за моргання з'явилася спочатку на Цікавості.