Очерченный пейзаж кончика пальца, в возрасте лица, высушенных фруктов: Это живущие проявления сморщивания. Путем исследования бактериальных сообществ, известных как биопленки, исследователи, возможно, получили сведения, как они иногда красивые, иногда надоедливые структуры возникают.
В новом исследовании ученые показали, что они могут управлять самосборкой биопленок и смертью клеток в них, для формирования определенных проектов — работа, которая может привести к полезному методу для разработки ткани.Биопленки формируются, когда бактерии растут на поверхности и придерживаются вместе. Микроорганизмы производят леса, сделанные из протеинов, крахмалов и других молекул; эти леса держат клетки на месте, как они делятся, пока постепенно видимый шарик не появляется.
Биопленка может развить различные особенности, такие как горные хребты, сформированные сгибами в лесах. Эти особенности могут быть впечатляющими: Если бы бактерии были человечески-размер, то горные хребты были бы так же высоки как Chrysler Building Нью-Йорка.Биолог систем Гурол Суель в Калифорнийском университете, Сан-Диего, хотел понять то, что генерирует горные хребты, которые, как думают, помогают питательным веществам обмена биопленки более эффективно. Суель и его коллеги сочли мертвые клетки накопленными под горными хребтами, но не знали, который был на первом месте: смертельные случаи клеток или сворачивание лесов.
Для решения этой проблемы цыпленка-или-яйца Суель и его коллеги сначала намереваются исследовать некроз клеток в биопленках. Бригада сделала много мутантов Бациллы subtilis, бактерии почвы. Каждый мутант пропускал ген, который, как думают, был вовлечен в формирование биопленки.
В каждом случае бригада отметила, улучшил ли ген или запретил некроз клеток. Бригада также отслеживала то, когда и где клетки умерли.
В целом, был образец к смерти клеток, они обнаружили: Только определенные участки клеток распались бы.И после тех разложенных участков клетки, морщины появились в тех местах, Suel и его коллеги сообщают на этой неделе в раннем онлайновом выпуске Продолжений Национальной академии наук. И когда клетки мутанта не умирали так же часто как нормальный, они нашли, биопленка сморщилась меньше.Группа тогда измерила механические свойства биопленки и также посмотрела на то, как клетки мутанта и их леса, перемещенные как биопленка, выросли.
Гены, изменившие жесткость лесов, влияли, как хорошо морщины сформировались, они нашли. Это показывает, что «существует взаимодействие между генетическими процессами и физическими аспектами», говорит Джим Хэзелофф, синтетический биолог в Кембриджском университете в Соединенном Королевстве, не связанный с исследованием.«Впервые, эта бумага предлагает механизм для строительства структуры», включающей и некроз клеток и механические силы, говорит Кен Бейлес, микробиолог в университете Медицинского центра Небраски в Омахе, не связанный с работой. «Это обеспечивает очень простую модель, чтобы помочь вести нас для понимания намного более сложных процессов».Кроме того, говорит Джерард Марккс, биохимический инженер в университете Хериот-Уотта в Соединенном Королевстве, не связанный с работой, исследование «дает нам понимание того, как процессы развития могут работать в больших многоклеточных организмах, таких как растения и животные».
Суель думает, переполняя в биопленке, приводит к упадку клеток. Леса ограничивают клетки, когда они растут, и они переполнены вместе, во многом как наездники на Токио, метро выдвинуто в уже переполненные автомобили.
Кислород истощен, и отходы накапливаются, вызывая некроз клеток. Между тем большая напряженность растет в лесах из-за бокового сжатия.
Когда клетки высыхают, они уменьшают ту напряженность и застежки биопленки вертикально, в конечном счете создавая морщину.Путем установления клеток в различных удельных весах на лабораторном блюде исследователи обнаружили, что они могли заставить морщины вырасти в определенных образцах, таких как буквы алфавита.
Метод может быть полезным, поскольку инженеры-химики пытаются использовать биопленки для обработки биологических топлив и других ценных химикатов. «Это – одна из нескольких демонстраций, что мы можем управлять трехмерной структурой [появляющейся] из популяции живых клеток», говорит Суель.