Каждая клетка нашего тела постоянно активна. Клетки населены множеством различных молекул, неустанно взаимодействующих друг с другом, чтобы поддерживать работу механизма — вашего тела.
В течение одной минуты почти все молекулы внутри клетки перемещались для выполнения различных задач в клетке.«Внутри клетки наблюдается большая активность и большой трафик.
И это на самом деле одна из величайших загадок науки: как эти постоянные процессы молекулярного транспорта могут выполняться с такой точностью и согласованностью», — говорят исследователи Ахим Шролль и Даниэль Вустнер из Университета Южная Дания спросит.Ахим Шролл — профессор прикладной математики факультета математики и информатики.
Дэниел Вустнер — доцент и главный исследователь кафедры биохимии и молекулярной биологии.Вместе с докторантом Кристианом В. Хансеном из факультета математики и информатики они разработали новую модель, которая позволяет отслеживать активный трафик внутри отдельной ячейки.
Их работа опубликована в журнале Computing and Visualization in Science.Неправильное движение может быть фатальнымМодель важна, потому что иногда процессы молекулярного транспорта не выполняются должным образом, что может вызвать заболевания.«Последствия могут быть фатальными.
Многие заболевания развиваются из-за нарушения транспорта или скопления белков в клетке. Это имеет место при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона. Поэтому важно изучать активность молекул в клетках», — говорит Дэниел. Вюстнер.
Исследователи начали свою работу с изучения живых клеток под микроскопом и наблюдения за тем, как такие факторы, как температура и биохимические реакции, заставляют молекулы двигаться внутри клетки. Эти наблюдения были «переведены» в математическую модель, основанную на дифференциальных уравнениях.
«Таким образом, теперь у нас есть компьютерная модель, которая позволяет нам моделировать то, что происходит внутри живой клетки. Мы знаем термины« in vivo »и« in vitro »(в живом организме и в пробирке) — здесь мы исследуем вещи «in silico», в компьютере », — объясняет Ахим Шолль.Что именно сделали исследователи?Молекулы можно заставить светиться зеленым, чтобы вы могли видеть их в микроскоп.
Они появятся в виде зеленой массы, указывающей на то, что вы смотрите в клетку, полную зеленых молекул.Для получения дополнительной информации исследователи установили переключатель включения / выключения внутри камеры.
Каждый раз, когда движущаяся молекула проходила через переключатель, ее зеленый цвет погас. Постепенно все больше и больше молекул в клетке становились темными — признак того, что все больше и больше молекул прошло через переключатель.Этот трафик был «преобразован» в математическую модель, поэтому теперь исследователи могут использовать компьютер для изучения молекулярного трафика в клетке и посмотреть, что произойдет, если условия изменятся.
Одним из примеров может быть то, что молекулам становится труднее проникнуть через мембрану, поэтому им требуется больше времени, чтобы добраться до переключателя.В реальном времени большинство молекул проходит через переключатель примерно за одну минуту. Примерно через 10 минут все прошло, и зеленых огней больше нет.Большинство молекул проходят быстро, но при определенных условиях последние замедляются.
Одна из причин заключается в том, что некоторые молекулы сильнее связаны с определенной структурой. Другая причина может заключаться в том, что им нужно преодолеть барьер.