Chuyển động trong tế bào chủ động và thụ động được phân biệt lần đầu tiên

Anonim

Chuyển động trong tế bào chủ động và thụ động được phân biệt lần đầu tiên

Khoa học

Gỗ Chris

Ngày 29 tháng 4 năm 2016

2 hình

Một kỹ thuật phân tích dữ liệu mới đang cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về chuyển động bên trong các tế bào, xác định khi nào một thành phần đang được di chuyển tích cực (Tín dụng: MIT)

Nếu bạn nhìn vào bên trong bất kỳ tế bào nào trong cơ thể của bạn ngay bây giờ, bạn sẽ nhận thấy rằng các cấu trúc và thành phần riêng lẻ trong nó liên tục di chuyển xung quanh. Trong khi một số co giật và chen lấn đó là thụ động, chuyển động khác có chủ ý hơn, với tế bào tích cực sử dụng năng lượng để di chuyển các thành phần. Một kỹ thuật phân tích dữ liệu mới đang cải thiện khả năng phân biệt giữa hai loại chuyển động này và kết quả có thể cải thiện đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về sinh học tế bào.

Khi bạn phóng to xuống quy mô hiển vi, các hạt trong chất lỏng hoặc khí dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh. Chúng tôi lần đầu tiên biết được điều này vào năm 1827, khi nhà thực vật học người Scotland Robert Brown nghiên cứu các hạt phấn hoa trong nước thông qua kính hiển vi và nhận thấy rằng các hạt chứa các hạt nhỏ di chuyển liên tục.

Bây giờ chúng ta biết rằng sự rung lắc của các hạt bên trong của tế bào là do sự tương tác của chúng với các phân tử nước, ở nhiệt độ cao, sở hữu động năng vĩnh cửu. Các hạt liên tục bắn phá các thành phần lớn hơn bên trong các tế bào, gây ra chuyển động dường như ngẫu nhiên. Nhờ người phát hiện ra nó, chúng tôi gọi đây là chuyển động Brown.

Hiện tượng này phổ biến đến mức các nhà khoa học thường xuyên loại bỏ chuyển động trong tế bào là xảy ra ở trạng thái cân bằng nhiệt, với hệ thống không tạo ra năng lượng để di chuyển thành phần, nếu không có chuyển động Brown, thì sẽ vô hiệu.

Tuy nhiên, điều này tất nhiên không phải luôn luôn như vậy - đôi khi một tế bào đang sử dụng năng lượng để di chuyển một thành phần xung quanh. Vấn đề là - làm thế nào để chúng ta giải quyết khi một hoặc loại chuyển động khác xảy ra?

Đó là nơi mà phương pháp phân tích mới bước vào. Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại MIT, hợp tác với các nhà khoa học tại Đại học Gottingen, Đại học Munich, Đại học Free Amsterdam và Đại học Yale, nó được thiết kế để chọn ra những thời điểm đó khi chuyển động đang hoạt động chứ không phải thụ động, chỉ đơn giản bằng cách nhìn vào một hạt.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi video để nghiên cứu chuyển động của từng khung hình, xem xét cẩn thận các thay đổi trong xương sống của nó và xác định các hình dạng khác nhau mà nó hình thành khi nó đi qua một chu kỳ dao động hoàn chỉnh. Nếu cột cờ ở trạng thái cân bằng nhiệt (thụ động), thì sự chuyển đổi qua lại giữa các trạng thái nên được cân bằng, nhưng thay vào đó quan sát thấy sự mất cân bằng trong quá trình chuyển đổi, cho thấy năng lượng đang được tích cực sử dụng - điều gì đó đã được xác nhận trong trường hợp của lá cờ.

Biết rằng phương pháp này có hiệu quả, các nhà nghiên cứu sau đó đã tiến hành thí nghiệm tương tự với một cilium tế bào thận, nơi họ một lần nữa quan sát thấy sự mất cân bằng nhẹ trong quá trình chuyển đổi. Kết quả trong trường hợp đó đáng ngạc nhiên hơn, chỉ ra rằng các quá trình hoạt động thúc đẩy sự chuyển động của cilium, trái ngược với sự xuất hiện thụ động của nó.

Nghiên cứu này có khả năng mang tính cách mạng, cung cấp một cái nhìn sâu sắc vô song về cách thức hoạt động của các tế bào, phát hiện ra các quy trình hoạt động khác xa với cái nhìn rõ ràng ngay từ cái nhìn đầu tiên.

Giáo sư Nikta Fakhri cho biết: "Chúng tôi muốn xem liệu động lực cụ thể trong các hệ thống sinh vật - là những tế bào hoặc mô hoặc toàn bộ sinh vật - nhìn thoạt nhìn giống như chuyển động nhiệt ngẫu nhiên thực sự được thúc đẩy tích cực". "Điều này rất quan trọng vì phải có một chức năng quan trọng được kết nối với quá trình nếu tế bào dành năng lượng cho nó. "

Chi tiết đầy đủ của nghiên cứu được công bố trực tuyến trên tạp chí Khoa học . Để biết thêm về nghiên cứu, bạn có thể xem video dưới đây.

Nguồn: MIT

Một kỹ thuật phân tích dữ liệu mới đang cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về chuyển động bên trong các tế bào, xác định khi nào một thành phần đang được di chuyển tích cực (Tín dụng: MIT)

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi video để nghiên cứu chuyển động của từng khung hình, xem xét cẩn thận chuyển động của xương sống và xác định các hình dạng khác nhau mà nó hình thành khi nó đi qua một chu kỳ dao động hoàn chỉnh (Tín dụng: MIT)