Новая форма сотовой логистики

Биофизики из Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене показали, что в биологических системах может происходить явление, известное как диффузиофорез, который может приводить к направленному переносу частиц.


Чтобы выполнять свои биологические функции, должны гарантировать, что их логистические графики выполняются плавно, чтобы необходимые молекулярные грузы доставлялись в намеченные пункты назначения вовремя. Большинство известных транспортных механизмов в клетках основано на специфических взаимодействиях между транспортируемым грузом и энергозатратными моторными белками, которые доставляют груз к месту назначения. Группа исследователей во главе с физиком из LMU Эрвином Фреем (кафедрой статистической и биологической физики) и Петрой Швилле из Института биохимии Макса Планка впервые показала, что в клетках может иметь место даже направленная транспортировка частиц. в отсутствие молекулярных моторов. Кроме того, этот механизм может сортировать транспортируемые частицы по их размеру, как сообщается в последнем выпуске журнала. Физика природы.

Основное внимание в исследовании уделяется системе MinDE из бактерии E. coli, которая является признанной и важной моделью для формирования биологического паттерна. Два белка MinD и MinE колеблются между полюсами палочковидной клетки, и их взаимное взаимодействие на клеточной мембране в конечном итоге ограничивает плоскость деления клетки центром клетки. В этом случае исследователи реконструировали систему формирования паттернов MinDE в пробирке, используя очищенные белки Min и искусственные мембраны. Как и ожидалось из предыдущих экспериментов, когда в эту систему добавляли богатую энергией молекулу , белки Min воспроизводили колебательное , наблюдаемое в бактериальных клетках. Что еще более , экспериментаторы продемонстрировали, что многие различные типы молекул могут быть захвачены колебательными волнами, проходя через мембраны, — даже молекулы, которые не имеют ничего общего с формированием паттернов и вообще не встречаются в клетках.

Сортировочная для -оригами

Чтобы проанализировать механизм транспортировки более подробно, команда обратилась к грузам, которые состояли из ДНК-оригами и могли быть прикреплены к мембране. Эта стратегия позволяет создавать молекулярные структуры различных размеров и форм на основе программируемых взаимодействий спаривания оснований между цепями ДНК. «Эти эксперименты показали, что этот вид транспорта зависит от размера груза, и что MinD может даже сортировать конструкции по их размеру», — говорит Беатрис Рамм, постдок из отдела Петры Швилле и первый автор нового исследования. . С помощью теоретического анализа группа Фрея определила основной механизм переноса как диффузиофорез — направленное движение частиц по градиенту концентрации. В системе Min трение между грузом и диффундирующими белками Min отвечает за транспортировку груза. Таким образом, решающим фактором в этом контексте является не конкретный набор биохимических взаимодействий, как в случае транспорта через моторные белки в биологических клетках, а эффективные размеры вовлеченных частиц. «Частицы, на которые трение сильнее всего из-за их большого размера, также переносятся дальше — это то, что составляет сортировку по размеру», — говорит Андрей Гойчук, также являющийся соавтором первого автора статьи.

С этими результатами команда продемонстрировала участие чисто физической (в отличие от биологической) формы транспорта, основанного на диффузиофорезе, в системе формирования биологического паттерна. «Этот процесс настолько прост и фундаментален, что кажется вероятным, что он также играет роль в других клеточных процессах и, возможно, даже использовался в самых ранних клетках, у истоков жизни», — говорит Фрей. «А в будущем, возможно, также появится возможность использовать его для размещения молекул в определенных местах внутри искусственных минимальных клеток», — добавляет он.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments