16:16 2023-01-26
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Fluctuațiile termice și modurile de oscilație găsite pentru a determina absorbția bacteriilor în celule
_ Fluctuațiile și oscilațiile termice moduri găsite pentru a determina absorbția bacteriilor în celule
Cum și cu ce efort o bacterie – sau un virus – intră într-o celulă și provoacă o infecție? Cercetătorii de la Freiburg au adus acum o contribuție importantă la răspunsul la această întrebare.
O echipă condusă de fizicianul Prof. Dr. Alexander Rohrbach și colaboratorul său Dr. Yareni Ayala a reușit să arate cum fluctuațiile termice ale unei bacterii model iar modurile de oscilație ale membranei unei celule model influențează energia cu care bacteriile model se acoperează și intră în membrană. Rezultatele tocmai au fost publicate în jurnalul Nature Communications.
„Pentru a înțelege cum o bacterie sau un virus intră într-o celulă, vă puteți imagina o bomboană lipicioasă pe un balon dischetă, clătinat. Când un copil scutură cauciucul. În jurul balonului, bomboanele se lipesc și mai strâns de suprafața sa”, a spus Rohrbach, profesor de -Bio- și Nano-Fotonică la Departamentul de Inginerie Microsisteme de la Universitatea din Freiburg.
În laboratorul său, laserul și biofizicienii au creat un experiment similar pentru a studia fizica proceselor de infecție. Balonul clătinat corespunde unei vezicule uni-lamelare gigant (GUV), care servește ca o celulă model biologic. Vezicula cu membrană are dimensiunea unui grăunte minuscul de nisip de aproximativ 20 de micrometri în diametru.
Boloanele lipicioase de aici corespunde unei particule mici, rotunde, de un micrometru, care servește ca o bacterie model și este adusă în contact. cu membrana. Cercetătorii folosesc pensete laser nu numai pentru a captura și ține particula prin intermediul forțelor optice, ci și pentru a o apropia de membrană în pași mici, pentru a o contacta și chiar pentru a o deforma până când particula se strecoară în bula membranei.
Folosind penseta optică și împrăștierea luminii laser, nu numai forțele și energiile necesare pot fi măsurate, ci și mișcările termice ale particulei, care sunt necesare pentru absorbția acesteia. Bula de membrană și particula sunt în soluție apoasă la temperatura camerei în timpul experimentului. Moleculele de apă împușcă în toate direcțiile în lichid, ciocnind cu particula și determinând-o să efectueze o mișcare tremurătoare caracteristică numită mișcare browniană sau fluctuații termice.
În același timp, moleculele de apă extrem de dinamice excită bula de membrană să oscileze (așa-numitele moduri de membrană) cu amplitudini și lungimi de undă diferite, care apar și sunt amortizate din nou complet independent unul de celălalt.
„Presupunem”, spune Alexander Rohrbach, „că membranele plasmatice ale celulele vii din corpul nostru efectuează, de asemenea, oscilații similare excesiv de amortizate și interacționează cu bacteriile care se mișcă termic, ceea ce în anumite circumstanțe duce apoi la absorbția particulelor și la infectarea celulei."
Cât de puternic se înfășoară o bomboană în sine. un balon clătinat depinde de lipiciitatea bomboanelor și de starea cauciucului balonului. În mod similar, o membrană celulară are numeroși receptori care se leagă în mod specific la liganzii unor bacterii apropiate, de exemplu.
Aici, fizicienii de la Freiburg, în colaborare cu grupul condus de profesorul dr. Winfried Römer, au reușit să schimbe atât membranele celulei model și variază învelișul bacteriilor model pentru a studia influența fluctuațiilor termice la diferite forțe de adeziune („lipiciune”). Römer este profesor de biologie sintetică a proceselor de semnalizare la Universitatea din Freiburg.
„La început, am fost puțin dezamăgiți”, admite Rohrbach, „pentru că datele de fluctuație ale particulei din capcana laser cu greu diferă vizibil pentru distanțe diferite față de membrană sau pentru membrane diferite.”
Acest lucru sa întâmplat în ciuda faptului că cercetătorii au înregistrat semnale la intervale de microsecunde, permițându-le să înregistreze schimbări minute în mișcarea particulei. Abia atunci când au analizat datele în mod diferit, au apărut brusc diferențe semnificative în modelele de mișcare, care acum trebuiau înțelese - cu ajutorul metodelor matematice și simulărilor pe computer, pe care fizicienii le folosesc pentru a-și testa concepția despre fenomene complexe și interpretările pe care le au. rezultă din ele.
În modelele matematice, suprapunerea multor moduri de oscilație joacă un rol decisiv. Aici, fizica unei chitare ajută la întrebarea care moduri de oscilație sunt suprimate și care sunt amplificate: dacă creșteți tensiunea unei coarde de chitară, frecvențele modurilor de oscilație devin mai mari în medie.
Dacă tensiunea bulei membranei este crescută de o presiune internă mai mare sau de o compoziție chimică diferită a moleculelor de membrană, bula oscilând în moduri mai mari în medie. Dacă scurtați lungimea de oscilație a coardei unei chitare sau viori cu degetul, anumite moduri fundamentale dispar sau sunt suprimate, iar tonul devine din nou mai ridicat.
Dacă acum bacteria intră în contact cu bule de membrană, oscilațiile fundamentale sunt din ce în ce mai suprimate și supraviețuiesc doar moduri cu frecvențe mai mari, adică lungimi de oscilație mai scurte. Deoarece fiecare mod de oscilație al bulei de membrană are propria sa amortizare sau frecare, simulările computerizate pot fi folosite pentru a estima amortizarea și amplitudinea însumată a tuturor modurilor de supraviețuire.
Atât măsurătorile, cât și simulările pe computer au arătat că energia necesar pentru deformarea membranei de către particulă până la absorbția sa completă în interiorul bulei de membrană scala puternic odată cu rigiditatea și, mai ales, cu amortizarea mișcărilor membranei.
Aceste modele matematice și măsurătorile mișcării. cu un milion de poziții de particule pe secundă poate confirma, de exemplu, de ce bacteriile cu anumite proteine (liganzi) pe suprafața lor se leagă mai ușor de celulele cu anumiți receptori membranari.
Cel mai important, totuși, modelele matematice pot poate fi folosit pentru a explica modul în care o membrană mai puternică, fluctuantă și mai puțin umezită reduce costul energiei și crește astfel probabilitatea ca bacteria să fie absorbită, ceea ce corespunde unei creșteri risc de infectare a celulei.
Comentarii:
Adauga Comentariu