Микроскоп позволяет управлять движением внутри живых клеток

Простое движение внутри биологических клеток, такое как течение цитоплазмы (жидкого содержимого клетки), считается важным для клеток и развития сложных организмов. Однако из-за отсутствия подходящих инструментов эту гипотезу до сих пор не удавалось проверить.

Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка (MPI-CBG) в Дрездене нашли способ вызывать и контролировать движение внутри живых клеток и ранних эмбрионов. Команда под руководством Морица Крайзинга использовала микроскопы не просто для наблюдений, а для активного управления ключевыми процессами развития в эмбрионах червей с помощью новой клеточно-биологической техники FLUCS (focused-light-induced-cytoplasmic-streaming). Этот новый подход открывает путь к систематическому пониманию развития сложных организмов и защиты от сбоев и болезней. Результаты опубликованы в журнале Nature Cell Biology.

Проблема поляризации эмбриона

Для развития организма из оплодотворенной яйцеклетки биомолекулы должны перемещаться к определенным участкам внутри эмбриона. Ключевой пример — поляризация эмбриона, определяющая, где у червя вырастут голова и хвост. До сих пор оставалось неясно, какие транспортные механизмы определяют эту поляризацию, так как не было возможности двигать содержимое эмбриона, не повредив его.

Решение: технология FLUCS

Команда Морица Крайзинга в сотрудничестве с другими группами MPI-CBG, а также с факультетом математики и Биотехнологическим центром Дрезденского технического университета, добилась успеха с помощью неинвазивной лазерной технологии FLUCS. Она позволяет индуцировать контролируемые потоки в живых эмбрионах.

Ведущий автор исследования Маттеус Митташ заявляет: "С FLUCS микроскопия растущих эмбрионов становится по-настоящему интерактивной". С помощью реалистичных компьютерных симуляций исследователям даже удалось обратить ось "голова-хвост" у эмбрионов червей, что привело к инвертированному развитию.

Значение и перспективы

Руководитель исследования Мориц Крайзинг заключает: "Возможность активно перемещать содержимое биологических клеток поможет понять, как эти клетки меняют форму, двигаются, делятся, реагируют на внешние сигналы и, в конечном счете, как возникают целые организмы под влиянием движения на микроуровне".

С медицинской точки зрения, FLUCS может улучшить понимание дефектов развития, помочь в экстракорпоральном оплодотворении (ЭКО), клонировании организмов и открытии новых лекарств.