Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez University of Massachusetts Amherst ogłosił niedawno w czasopiśmie Current Biology, że ameba o nazwie Naegleria wyewoluowała bardziej wyraźne zestawy tubulin wykorzystywanych do określonych procesów komórkowych, niż wcześniej sądzono. Ich wgląd ma wiele implikacji, od opracowania metod leczenia infekcji związanych z jedzeniem mózgu po lepsze zrozumienie, w jaki sposób życie na Ziemi wyewoluowało tak ogromną różnorodność.
Większość życia na Ziemi opiera się na szeregu polimerów zwanych mikrotubulami, składających się z tubuliny, które wykonują szeroki zakres zadań wewnątrz komórek. Te mikrotubule są jak 2×4 komórki i są używane we wszystkim, od pomagania komórce w poruszaniu się, po transport żywności i odpadów w komórce oraz zapewnianie strukturalnego wsparcia komórki.
Mikrotubule pomagają również w mitozie, kiedy pojedyncza komórka dzieli się na dwie, najpierw duplikując swoje chromosomy, a następnie ciągnąc każdy zestaw na przeciwne strony komórki, zanim podzieli się na dwie części. Jednym z kluczowych momentów w mitozie jest moment, w którym wrzeciono złożone z mikrotubul chwyta chromosomy i pomaga rozdzielić je na dwa identyczne zestawy.
W tym miejscu pojawia się Naegleria. Biolodzy wiedzieli wcześniej, że Naegleria używa specyficznego rodzaju tubuliny podczas mitozy. Ale nowe badanie, prowadzone przez Katrinę Velle, doktorkę z biologii na UMass Amherst i główną autorkę artykułu, pokazuje, że Naegleria wykorzystuje również trzy dodatkowe odrębne tubuliny, szczególnie podczas mitozy. Jedna para tubulin jest wykorzystywana tylko podczas mitozy, podczas gdy druga, tubulina wiciowata, specjalizuje się w ruchu komórkowym. Autorzy badania porównali następnie tubuliny i zbudowane przez nie struktury ze sobą oraz z częściej badanymi gatunkami.
Konsekwencje tej pracy są ekscytujące i wahają się od praktycznych do teoretycznych. Na przykład, zespół badał gatunek Naeglerii gruberi, blisko spokrewniony z Naeglerią fowleri – amebą, która potrafi pożreć mózg. „Jeśli zrozumiemy podstawową biologię Naeglerii”, mówi Velle, „możemy nauczyć się ją zabijać, opracowując leki skierowane przeciwko unikalnym tubulinom ameby”.
Ale Naegleria pomaga nam również zrozumieć podstawowe zasady rządzące życiem na ziemi. „Wszystkie organizmy muszą się replikować” – mówi Lillian Fritz-Laylin, profesor biologii na UMass Amherst i starszy autor artykułu. „Wiemy, jak procesy replikacji działają w przypadku niektórych komórek, ale jest ogromny zestaw, którego nie rozumiemy. Naegleria pozwala nam przetestować zasady, które wymyślili naukowcy, aby sprawdzić, czy się tu trzymają”.
Aby przeprowadzić badania, zespół polegał częściowo na najnowocześniejszym sprzęcie mikroskopowym w Instytucie Stosowanych Nauk Przyrodniczych UMass Amherst (IALS), który łączy głęboką i interdyscyplinarną wiedzę ekspercką z 29 wydziałów kampusu UMass Amherst w celu tłumaczenia podstawowe badania nad innowacjami korzystnymi dla ludzkiego zdrowia i dobrego samopoczucia. Zespół wyhodował komórki Naeglerii, wybarwił je różnymi chemikaliami, aby tubuliny świeciły, a następnie wykonał trójwymiarowe zdjęcia o bardzo wysokiej rozdzielczości, które pozwoliły im mierzyć, liczyć i analizować różne struktury mikrotubul.
„Większość mojej kariery spędziłam na badaniu wrzecion mitotycznych bardziej powszechnych komórek, takich jak komórki ssaków” – mówi Patricia Wadsworth, profesor biologii na UMass Amherst i jedna ze starszych autorek artykułu. „Narzędzia współczesnej biologii pozwalają nam badać bardziej zróżnicowane komórki, takie jak Naegleria, która jest pod pewnymi względami podobna, ale także bardzo różna”.
Badania były wspierane przez wybitne międzynarodowe instytucje, w tym Narodowy Instytut Alergii i Chorób Zakaźnych National Institutes of Health, National Institute of General Medical Sciences National Institutes of Health, Smith Family Foundation Award for Excellence in Biomedical Science, Narodowa Fundacja Nauki, Chorwacka Fundacja Nauki, Europejska Rada ds. Badań Naukowych, Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego – Program Operacyjny na rzecz Konkurencyjności i Spójności: Centrum Doskonałości QuantiXLie i IPSted oraz Fundacja Roberta A. Welcha .
„Ludzie często myślą o technologii napędzającej naukę” – mówi Fritz-Laylin. „Ale w tym przypadku pytania, na które próbujemy odpowiedzieć, są tak fundamentalne dla funkcjonowania życia na Ziemi i tak interesujące dla tak wielu specjalizacji naukowych, że potrzebowaliśmy zebrać międzynarodowy zespół różnych ekspertów. W tym przypadku współpraca , praca zespołowa i skuteczna komunikacja napędzały naukę”.