Amerykańscy naukowcy badają genezę i zachowanie niedawno zidentyfikowanych struktur: biologicznych kondensatów

Amerykańscy naukowcy badają genezę i zachowanie niedawno zidentyfikowanych struktur: biologicznych kondensatów

Świat wewnątrz komórki ludzkiej stał się nieco bardziej interesujący w ostatnich latach, gdy rola nowej struktury biologicznej stała się jaśniejsza.

Od dawna uważano, że najważniejsze operacje w komórce zachodzą w organellach. „Są po to, aby wykonać określone funkcje, takie jak mitochondria wytwarzające energii, na której wszystko działa” – mówi Aleksei Aksimentiev, fizyk z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign.

Wspólne dla nich wszystkich jest to, że są otoczone błoną lipidową. Niedawno odkryli naukowcy, że istnieje organelle, które nie mają dwóch warstw lipidowych. Gromadzą się samorzutnie w postaci kropelek. A te organelle mają szczególnie funkcje.

W ostatnich latach, wraz z ulepszonymi możliwościami obrazowania, role, występowanie i zachowanie tych organelli bez błonkowych stały się jaśniejsze. W 2017 roku nadano im nazwę — biologiczne kondensaty.

Uważa się, że biologiczne kondensaty odkrywają rolę w naprawie i starzeniu DNA. Naukowcy uważają, że nieprawidłowo działające kondensaty są związane z wieloma chorobami neurologicznymi, w tym stwardnieniem zanikowym bocznym lub ALS, w którym komórki nerwowe ulegają rozpadowi, co prowadzi do utraty funkcji mięśni.

Jak spontanicznie tworzą się te organelle bez błon? Jak rekrutują inne cząsteczki, aby im pomagały?

Fizyka tego procesu wydaje się podobna do rozdziału faz, na przykład tego, jak olej i woda spontanicznie tworzą kropelki w odpowiednich warunkach, ale z pewnymi różnicami. W normalnym rozdzielaniu faz zazwyczaj motywuje temperatura. W biologii separacji jest motywowana zmiana stężeń.

Aby lepiej zrozumieć ten proces, Aksimentiev używa superkomputera Frontera wspieranego przez amerykańską National Science Fundation w Texas Advanced Computing Center, jednym z najszybszych na świecie.

W Journal of Physical Chemistry Letters Aksimentiev i jego współpracownicy opisują symulacje dynamiki molekularnej na Frontera. Naukowcom udało się symulować systemy biologiczne z milionami oddziałujących ze sobą atomów w realistycznym środowisku przez mikrosekundy lub milisekundy — skale czasowe, w których te systemy działają.

„Zaawansowane modele komputerowe pozwalają naukowcom naśladować i lepiej rozumieć procesy biologicznie rządzące całym życiem” – mówi Edward Walker, dyrektor programowy w Biurze Zaawansowanej Cyber infrastruktury NSF. System obliczeniowy Frontera, finansowany przez NSF, służy jako nieocenione narzędzie dla społeczności naukowej i inżynieryjnej naszego kraju do uruchamiania modeli komputerowych o wysokiej rozdzielczości pod względem szczegółów i czasu, niemożliwych w inny sposób.