Междисциплинарная группа исследователей из Университета Джорджии разработала новую технологию, которая может помочь ученым лучше понять, как отдельная клетка синхронизирует свои биологические часы с другими клетками.
В то время как ученые ранее наблюдали синхронизацию на макроскопическом уровне миллионов клеток, исследователи UGA говорят, что это первый раз, когда кто-либо смог наблюдать отдельные клетки, синхронизирующие свои циркадные ритмы друг с другом.
Циркадный ритм – это примерно 24-часовой цикл физиологического процесса живых существ, включая животных, растения и грибы. Этот ежедневный цикл связан со сном и режимами питания, выработкой гормонов, регенерацией клеток и другими биологическими действиями.
Новая микрофлюидная технология, разработанная исследователями UGA, в которой отдельные клетки инкапсулируются в капельки и маркируются флуоресцентным белком, предоставляет ученым стабильную платформу для отслеживания десятков тысяч клеток с точностью до одной клетки, по словам Чжаоцзе Дэн (Zhaojie Deng). Ph.D. кандидат инженерного колледжа и ведущий автор исследования. Выводы команды были опубликованы онлайн в октябре. 27 в журнале Scientific Reports.
В ходе исследования Дэн и ее коллеги смогли отслеживать более 25000 отдельных клеток Neurospora crassa, типа хлебной плесени, часто используемой в качестве исследовательской модели. Они не только подтвердили, что многие клетки имеют отчетливый циркадный ритм, они также наблюдали, как отдельные клетки синхронизируют свои ритмы с течением времени.
Исследователи говорят, что новый процесс, описанный в исследовании, также позволит ученым наблюдать и собирать данные из клеток в течение более длительного периода времени, чем это было возможно в прошлом.
"Эта технология позволяет нам собирать огромное количество данных, пытаясь понять суточный ритм клеток," сказал Лейдонг Мао, доцент инженерного колледжа и один из авторов исследования. "Нам удавалось стабилизировать клетки на срок до 10 дней, тогда как в прошлом ученые могли собирать данные с отдельных клеток только в течение примерно 48 часов."
Мао говорит, что мониторинг большого количества N. crassa – сложная работа, потому что каждая ячейка всего 10 микрон в диаметре. Для сравнения, среднее поперечное сечение человеческого волоса составляет около 100 микрон.
"Если вы хотите измерить десятки тысяч отдельных ячеек одновременно, каждая ячейка должна быть чрезвычайно стабильной и оставаться на месте до 10 дней, иначе вы потеряете их отслеживание," Мао сказал.
Исследователи говорят, что их результаты могут в конечном итоге привести к прогрессу в ряде областей, где циркадные ритмы организмов играют роль.
"Возможно, вы захотите использовать биологические часы водорослей, чтобы сделать биотопливные реакторы более эффективными, или вы можете захотеть понять феномен синхронизации сельскохозяйственных вредителей, таких как саранча," сказал Джонатан Арнольд, профессор факультета генетики Франклинского колледжа искусств и наук и автор-корреспондент исследования.
По словам Арнольда, исследование команды предоставляет инструменты и подходы, которые могут даже пролить свет на синхронизацию клеток в главных часах человеческого мозга. Он отмечает, что поведение основных часов человека было связано с проблемами со здоровьем, такими как болезни сердца и рак.