Метаболизм клеток оказался нестабильным и хаотичным

Исследователи из института AMOLF (Фонд фундаментальных исследований материи, FOM) обнаружили, что метаболизм — процесс преобразования молекул в клетке — протекает нерегулярно. Поскольку метаболизм является двигателем всей биологической активности клеток, эта нестабильность может играть роль в таких заболеваниях, как рак. Результаты исследования опубликованы 3 сентября 2014 года в журнале Nature.

До сих пор учёные предполагали, что клеточная "фабрика" работает постоянно и регулярно. Однако команда профессора Сандера Танса обнаружила, что метаболическая активность клеток колеблется непредсказуемым образом, что делает её функционирование ещё более сложным.

Исследование на E. coli

Исследователи пришли к такому выводу благодаря двум подходам:

  1. Они сфокусировались на отдельных реакциях, например, на этапе расщепления сахара. Связав флуоресцентные белки с ферментами, они смогли регистрировать как количество ферментов, так и скорость реакции.
  2. Физики разработали новую автоматизированную микроскопическую технику для отслеживания скорости роста отдельных клеток E. coli во время их роста и размножения.

Было обнаружено, что случайные колебания в производстве ферментов впоследствии приводили к изменению скорости роста клеток E. coli. Изменение количества ферментов меняло скорость реакции расщепления, и эти флуктуации передавались пошагово всем последующим реакциям, подобно эстафетной палочке, что в итоге нарушало рост клетки.

Значение и новые вопросы

По словам Танса, это первое исследование динамики и стабильности метаболизма. Открытие поднимает ряд вопросов:

  • Биологический рост оказался гораздо более хаотичным, чем считалось ранее, и аналогичен экономическому росту с его непредсказуемыми колебаниями.
  • Активно ли клетки работают над ограничением этого хаоса? Если да, то как?
  • Почему эволюция не смогла полностью подавить этот хаос, чтобы все клетки могли всегда расти быстро?
  • Играют ли вариации в метаболизме роль в заболеваниях, где нерегулярный рост является характерным признаком, например, при раке?

Исследование было софинансировано Нидерландской организацией научных исследований (NWO).