Katra mūsu ķermeņa šūna katru dienu nosūta desmitiem tūkstošu molekulāro paketiņu, lai turpinātu darboties. Jaunā pētījumā pirmo reizi izdevās novērot nanomehānismu, kas atbild par šo pastāvīgo satiksmi, būtisku mehānismu, bez kura dzīve vienkārši apstātos. Šūnas no ārpuses izskatās kā vienkāršas struktūras, bet patiesībā tās ir ārkārtīgi dinamiskas vides. To iekšienē proteīni, lipīdi un ķīmiskie signāli nepārtraukti pārvietojas, ieejot un izejot, it kā tā būtu mikroskopiska pilsēta, kas nekad neguļ. Lai šī sistēma ne sabruktu, katrai šūnai ir nepārtraukti jātransportē materiāli no tās iekšienes uz virsmu, kas ir būtisks dzīves process, kas cilvēka organismā notiek miljoniem reižu katru dienu. Jau desmitiem gadu bioloģija zināja, ka šāda apmaiņa pastāv, bet nespēja precīzi izprast, kā tā organizējas. Tagad starptautisks pētījums ir atklājis trūkstošo gabaliņu: šūnu nanomašīnu, kas darbojas kā pastāvīga ziņojumapmaiņas sistēma un ļauj šūnām palikt dzīvas un aktīvas.
Neredzamais mehānisms, kas uztur šūnu dzīvi
Pētījums, ko vadīja Pompeu Fabra universitāte un veica sadarbībā ar centriem Austrijā un Vācijā, tika publicēts žurnālā Cell. Tajā zinātnieki pirmo reizi detalizēti apraksta procesu, kas pazīstams kā konstitutīvā eksocitoze, — nepārtrauktu šūnu transporta veidu, kas ļauj atbrīvot būtiskas molekulas ārpus šūnas.
Šis mehānisms ir būtisks tādu dažādu funkciju veikšanai kā hormonu, tostarp insulīna, sekrēcija, šūnu membrānas atjaunošanās, neironu savstarpējā komunikācija vai šūnu augšana un dalīšanās. Bez eksocitozes organisms vienkārši pārstātu funkcionēt.
Pārsteidzoši ir tas, ka, neskatoties uz tās nozīmi, sistēma, kas atbild par šī transporta koordinēšanu, bija palikusi apslēpta tās ārkārtīgi īslaicīgās dabas dēļ.
Nanomākslinieks, kas ir pārāk ātrs, lai to varētu novērot
Kā skaidro pētnieku komanda, galvenais šķērslis šī mehānisma izpētei bija tā dinamisms. Struktūra saliekas, darbojas un pazūd dažu sekunžu laikā, kas to padarīja praktiski neredzamu pat visprogresīvākajiem mikroskopiem. Neskatoties uz to, ka tā ir viena no lielākajām nanomākslinieku šūnās, tās īsais darbības laiks neļāva to skaidri uztvert.
Šis sasniegums bija iespējams, pateicoties jaunākās paaudzes mikroskopijas tehniku kombinācijai ar mākslīgā intelekta rīkiem, kas spēj rekonstruēt pārejošas struktūras no tūkstošiem šūnu attēlu. Šī integrācija ļāva pirmo reizi novērot sistēmas pilnīgu darbību.
„Nanomessenger”, kas piegādā tūkstošiem sūtījumu dienā
Pētnieki atklāja, ka šī nanomašīna, kas nosaukta par ExHOS, darbojas kā īsta šūnu sūtījumu sistēma. Katru dienu tā transportē no 10 000 līdz 100 000 molekulāro pūslīšu uz vienas šūnas virsmu, kur to saturs tiek kontrolēti atbrīvots.
Mehānisma centrā darbojas septiņi proteīnu komplekti, kas organizēti elastīgā gredzenā. Šī struktūra tur paketes, vadā tās līdz galamērķim un nodrošina, ka atbrīvošana notiek precīzi pareizajā brīdī. Process nav automātisks vai haotisks, bet gan ļoti koordinēts, salīdzināms ar kurjeru komandu, kam jāpārvieto smagas kravas bez kļūdu iespējas.
Sistēmai ir arī trīs kontroles punkti, kas regulē katras piegādes ātrumu un secību, novēršot kļūdas, kas varētu apdraudēt šūnu izdzīvošanu.
Tik būtiska sistēma, ka tajā gandrīz nav pieļaujamas kļūdas
ExHOS nozīme ir tik liela, ka cilvēkiem gandrīz netiek konstatētas nopietnas mutācijas. Jebkura nozīmīga izmaiņa kavētu embrija attīstību, kas izskaidro, kāpēc šis mehānisms ir saglabājies praktiski nemainīgs visā evolūcijas gaitā.
Tomēr nelielas izmaiņas dažos tā komponentos ir saistītas ar retām neiroattīstības slimībām un noteiktu metastātisku vēža veidu progresēšanu. Turklāt dažādi vīrusi un baktērijas, tostarp HIV, SARS-CoV-2 vai salmonella, izmanto eksocitozi, lai inficētu cilvēka šūnas.
Tādējādi šīs sistēmas izpratne paver jaunas iespējas pētīt, kā rodas un izplatās noteiktas patoloģijas.
Atklājums bez tūlītējas pielietojamības, bet izšķirošs
Pētījuma autori uzsver, ka atklājumam nav tiešas klīniskas pielietojamības. Tomēr tas ir būtisks solis, lai izprastu līdz šim nepieejamus šūnu procesus. Zinot, kā organizējas šī mikroskopiskā loģistika, var novērot šūnu dzīvi ar vēl nebijušu detalizētību.
Šis atklājums nevis atklāj kaut ko jaunu, bet gan nosauc un strukturē kluso darbu, kas nepārtraukti notiek katrā cilvēka ķermeņa šūnā. Sistēma, kas nedz atpūšas, nedz apstājas un reti kad kļūdās.
Pateicoties šim sīkajam nanomežģim, dzīve turpinās, mums to pat neapzinoties.
