Ludzkie komórki mogą stać się "niewidzialne"? Zaskakujący eksperyment bioinżynierów z Kalifornii
Kałamarnica kalifornijska – Doryteuthis opalescens – stała się inspiracją do badań dla inżynierów biomolekularnych z Kalifornii. Kałamarnica z tego gatunku potrafi nie tylko zmienić kolor skóry, ale również sprawić, że części jej ciała stają się niewidoczne. Teraz ten „element niewidzialności” naukowcy przenieśli na ludzkie komórki.
- Katarzyna Grzelak
Używając specjalnych białek znalezionych w komórkach kałamarnicy kalifornijskiej, naukowcom udało się zastosować je w ludzkich komórkach nerki. Ich odkrycie może pomóc nam lepiej zrozumieć różne procesy komórkowe zachodzące w żywej tkance.
– Nasze badania koncentrują się na projektowaniu i inżynierii systemów komórek i tkanek o kontrolowanych właściwościach do przesyłania, odbijania i pochłaniania światła – wyjaśnił inżynier biomolekularny Atrouli Chatterjee z University of California (UCI).
Kałamarnice to nie jedyne zwierzęta, które korzystają ze zdolności do zmiany skóry w przezroczystą. Jaszczurki szybujące (Draco sumatranus, zwane też latającymi smokami) wykorzystują przezroczystość skóry, aby zwrócić na siebie uwagę. Czyli odwrotnie do kałamarnic, które zmieniają barwę skóry, aby się ukryć.
Umiejętność tę posiadają jedynie samice kałamarnicy kalifornijskiej. A zmiana właściwości tkanek nie dotyczy całej powierzchni ciała, a białego pasa biegnącego wzdłuż grzbietu zwierzęcia. Kałamarnice potrafią zmienić kolor tego fragmentu skóry z białego na niemal całkowicie przezroczysty. Dokonują tego za pomocą wyspecjalizowanych komórek zwanych leukoforami, czyli komórek barwnikowych skóry, posiadających białka zwane refleksynami. W zależności od sposobu ułożenia tych białek zmienia się sposób, w jaki światło w ich obrębie jest przenoszone lub odbijane.
Nie jest to przypadkowy proces: kałamarnice mogą zmieniać rozmieszczenie tych wysoce refrakcyjnych białek w swoich komórkach, używając organicznej substancji chemicznej zwanej acetylocholiną.
Sterowane solą
Naukowcy postanowili sprawdzić, czy podobna „sztuczka” jest możliwa w przypadku ludzkich tkanek. W tym celu zmodyfikowane genetycznie ludzkie komórki nerki, aby wytworzyć refleksyny w cytoplazmie komórek.
Przy użyciu ilościowej mikroskopii fazowej naukowcy wykazali, że białka zmieniły sposób, w jaki światło rozprasza się w skonstruowanych w laboratorium komórkach, porównując je ze zwyczajnymi komórkami nerkowymi.
Następnie badacze wystawili komórki z refleksynami na działanie chlorku sodu. Zaobserwowali, że nowe komórki potrafią dostosować poziom przepuszczanego lub odbijanego światła. Sól sprawiła, że cząsteczki refleksyny puchły i zmieniły sposób ułożenia białek.
Im większa zawartość soli w roztworze, jakim potraktowano komórki, tym więcej światła zostaje rozproszone i tym bardziej nieprzejrzyste stają się komórki.
„Reakcja refleksyny na sól wykazała powierzchowne podobieństwo do wywołanego acetylocholiną sterowania nieprzezroczystością dla warstw zawierających leukofor u kałamarnic D. opalescens” – napisali autorzy w raporcie podsumowującym wyniki badań.
Szansa dla kolejnych badań
Zespół twierdzi, że ich sukces stanowi podstawę do dalszych eksperymentów inżynierii biomolekularnej, m.in. testowania innych mechanizmów pochodzących od kałamarnic na tkankach ssaków. Na przykład zmiany koloru.
Nowe odkrycie umożliwia także dalsze badanie mechanizmów leżących u podstaw niezwykłych umiejętności różnych przedstawicieli świata zwierząt. Do tej pory hodowanie komórek skóry głowonogów w laboratorium było bardzo trudne.
Możliwe przyszłe zastosowania wyników badań mogą obejmować obrazowanie całych żywych tkanek z lepszą przejrzystością. Pozwoli to na odkrycie mechanizmów, zjawisk i elementów, które wcześniej nie były widoczne – wskazuje zespół.
Za przykład podaje badania nad białkiem zielonej fluorescencji u meduz. Obecnie stosowane powszechnie w mikroskopii fluorescencyjnej.
– Nasze odkrycia mogą dać wiele ekscytujących możliwości w dziedzinie biologii, materiałoznawstwa i bioinżynierii – podsumowują badacze.
Badanie zostało opublikowane w Nature Communications.
Katarzyna Grzelak