Flote de maşinării microscopice muncesc în celule, efectuând sarcini biologice critice. Cercetătorii au descoperit modul surprinzător prin care una din aceste maşinării, numită fus, evită încetinirile: congestia.
Fusul divide cromozomii pe jumătate în timpul diviziunii celulare, asigurând că noile celule conţin un set complet de material genetic. Fusul este făcut din zeci de mii de tubi rigizi, goi, numiţi microtubuli, conectaţi prin motoare biologice.
Microtubulii sunt lansaţi doar când sunt conectaţi la un vecin îndreptat în direcţia opusă. Observaţiile anterioare, oricum, au arătat microtubulii deplasându-se la cea mai mare viteză chiar şi când au fost legaţi de vecinii îndreptaţi în aceeaşi direcţie. Într-o nouă lucrare publicată în "Nature Physics", cercetătorii au arătat că microtubulii sunt atât de încurcaţi unii de alţii încât şi cei care nu sunt lansaţi activ înainte ajung traşi la viteză maximă de către mulţime.
"E ca o stradă din New York City. Persoanele ce merg în direcţii diferite sunt amestecate laolaltă, totuşi fiecare este capabil să se mişte la viteza maximă şi să treacă uşor unul de celălalt", a spus autorul principal al studiului Sebastian Furthaurd, cercetător la Flatiron Institute's Center for Computational Biology (CCB) din New York City, citat de sciencedaily.com.
Descoperirile vor ajuta oamenii de ştiinţă să înţeleagă mai bine maşinăria celulară ce separă cromozomii în timpul diviziunii celulare şi de ce acest proces eşuează uneori. Dacă un fus îşi face treaba incorect, poate implica erori ca pierderea sau adăugarea unor cromozomi în plus, ceea ce poate duce la complicaţii ca infertilitatea sau cancerul, se precizează în concluziile studiului.
Unul din scopurile biofizicii este de a lega activitatea componentelor la scară mică de dinamica la scară largă la celule şi organisme. Proprietăţile principale ale componentelor fusului sunt relativ bine studiate. Microtubulii sunt tije polimerice lungi, rigide, asemănătoare paielor, fiecare cu un capăt cu minus şi unul cu plus. Motoarele moleculare mişcă microtubulii folosind o pereche de "picioare" moleculare. De exemplu, motorul kinezinei are două perechi de picioare, una la fiecare capăt. Moleculele de kinezină se pot ataşa de doi microtubuli diferiţi, cu fiecare pereche de picioare mergând de la capătul cu minus la capătul cu plus al fiecărui microtub.
Dacă capetele cu plus şi minus ale ambilor microtubuli sunt aliniate, cele două perechi de picioare merg în aceeaşi direcţie şi microtubuli nu se mişcă relativ unul faţă de celălalt. Dacă microtubulii nu sunt aliniaţi, picioarele se mişcă în direcţii opuse, ceea ce face ca microtubulii să alunece unul pe lângă altul. Mişcarea colectivă a tuturor microtubulilor determină creşterea şi formarea fusului.
În noul studiu, cercetătorii au investigat cum s-ar mişca microtubulii colectiv dacă sistemul ar fi fost echipat cu multe motoare, rezultând în multe conexiuni între microtubuli. Au dezvoltat o teorie matematică asupra modului prin care stresul mecanic se dezvoltă în colectiv când microtubulii sunt împinşi şi traşi de numeroasele motoare.
Teoria lor prezice că microtubulii se aliniază, cu fiecare microtub orientat înspre una sau două direcţii opuse. Când microtubulii de orientări diferite se amestecă, sunt lansaţi în faţă, la fel cum era de aşteptat. Microtubulii, conform teoriei, sunt atât de amestecaţi cu vecinii lor astfel încât sunt şi ei traşi. Prin urmare, fiecare microtub se mişcă exact la viteza motoarelor, indiferent de locul lui în mulţime.
Experimentele efectuate de cercetători folosind microtubuli şi motoare abundente de kinezină s-au potrivit cu aceste preziceri. În plus, teoria şi experimentele s-au potivit cu fusurile din viaţa reală: în ouăle broaştelor africane cu gheare, microtubulii din fus se mişcă la aceeaşi viteză cu motoarele ce le îi conectează.
