Новое революционное открытие в области клеточной биологии бросает вызов долгосрочным представлениям о том, как функционируют клетки. Исследователи из Онкологического центра Моффитта обнаружили, что помимо ДНК, клетки используют еще одну сложную систему коммуникации, позволяющую им быстро реагировать на изменения окружающей среды.
Содержание
Загадочная скрытая система
На протяжении десятилетий ученые считали, что ДНК – основной носитель информации в клетках, определяющий синтез белков и поведение клеток. Однако новое исследование, опубликованное в журнале iScience, предлагает совершенно новую перспективу. Оказывается, клетки обладают скрытой негеномной системой коммуникации, которая работает параллельно с ДНК и позволяет им быстро реагировать на внешние сигналы.
В основе этой системы лежат ионные градиенты – разница концентраций ионов по разные стороны клеточной мембраны. Поддержание этих градиентов требует значительных энергетических затрат со стороны клетки. Однако, как выяснили исследователи, ионные градиенты – не просто побочный продукт биохимических процессов, а настоящие хранилища информации, позволяющие клеткам непрерывно отслеживать изменения в окружающей среде.
Быстрая реакция на изменения
Когда клетка получает внешний сигнал, специальные ионные каналы в мембране открываются, позволяя ионам проникать внутрь или выходить наружу. Этот поток ионов, таких как натрий, калий и кальций, запускает целую цепочку реакций вблизи мембраны, передавая сигнал вглубь клетки. Таким образом, клетка может молниеносно среагировать на изменения в своем окружении.
Ключевую роль в этом процессе играет цитоскелет – внутренний каркас клетки, состоящий из микротрубочек и микрофиламентов. Как оказалось, белки цитоскелета являются отличными проводниками ионов, что позволяет им действовать подобно электрическим цепям, быстро передавая сигналы от мембраны к различным органеллам, включая митохондрии и ядро. Это обеспечивает скоординированную реакцию всей клетки.
Революция в понимании клеточной биологии
Открытие негеномной системы коммуникации в клетках имеет далеко идущие последствия для наших представлений о клеточной биологии и медицины. Оно объясняет, как клетки могут реагировать на изменения окружающей среды с гораздо большей скоростью и точностью, чем это было бы возможно, если бы они полагались только на инструкции, закодированные в ДНК.
“Наше исследование показывает, что клетки используют трансмембранные ионные градиенты как средство коммуникации, позволяющее им быстро ощущать и реагировать на изменения в окружающей среде”, – объясняет соавтор исследования Дипеш Нираула. “Эта сложная сеть позволяет клеткам принимать быстрые и обоснованные решения, критически важные для их выживания и функционирования”.
Понимание работы этой системы может революционизировать терапию заболеваний. Воздействуя на компоненты ионной коммуникационной системы, можно будет более эффективно исправлять те нарушения, которые приводят к развитию болезней. Кроме того, исследование предполагает, что нарушения в негеномной системе коммуникации могут играть ключевую роль в развитии рака, открывая новые пути для изучения этого заболевания.
Переосмысление наших знаний
Значение открытия выходит далеко за рамки медицины. Оно может привести к пересмотру наших фундаментальных представлений о функционировании многоклеточной жизни. Клетки в организме полагаются на общение для координации действий и поддержания здоровья тканей. Новые данные указывают на существование дополнительного уровня взаимодействия между клетками, расширяя наше понимание того, как они работают в составе тканей и органов.
Более того, ученые предполагают, что хорошо изученные ионные потоки в нейронах – это всего лишь частный случай более общей коммуникационной сети. Это может означать необходимость пересмотра некоторых наших знаний о нервных процессах и открыть новые подходы к лечению неврологических расстройств.
Проверка теории в будущих исследованиях
Исследователи подтвердили, что их модель согласуется с различными экспериментальными данными, и определили ряд предсказаний, которые можно проверить в будущих исследованиях. Они надеются, что эти новые открытия положат начало экспериментам, призванным подтвердить новую теорию и пролить свет на сложности процесса принятия решений клетками.
“Это исследование бросает вызов неявному предположению в биологии о том, что геном является единственным источником информации, а ядро действует как своего рода центральный процессор”, – говорит соавтор исследования Роберт Гатенби из Онкологического центра Моффитта. “Мы представляем совершенно новую информационную сеть, которая позволяет быструю адаптацию и сложное общение, необходимое для выживания клеток и, вероятно, глубоко вовлеченное в межклеточную сигнализацию, обеспечивающую функционирование многоклеточных организмов”.
Это открытие значительно расширяет наше понимание того, как функционируют клетки, и может стать отправной точкой для многих будущих исследований в области клеточной биологии и медицины. Похоже, мы только начинаем постигать невероятную сложность и изощренность систем, поддерживающих жизнь на клеточном уровне.
Читайте также: Что если код ДНК – это искусственный интеллект?
