Naukowcy uzyskują wgląd w wewnętrzne życie komórek

Nieustannie zmieniający się kształt wnętrza komórek ogranicza nasze zrozumienie tego, co widzimy pod mikroskopem. Nowy model komputerowy opracowany na uniwersytecie w Kopenhadze pozwala naukowcom przewidzieć, jak będą się rozwijać najbardziej dynamiczne elementy komórki. Postęp ten może w przyszłości odegrać ważną rolę w zrozumieniu choroby Alzheimera, Parkinsona, raka i innych.

Komórki są najmniejszymi żywymi elementami wszystkich organizmów. Zapewniają, że procesy biologiczne w ludzkim ciele działają tak, jak powinny. Aby każda komórka mogła funkcjonować prawidłowo, jej różne funkcje są rozmieszczone w małych przedziałach molekularnych, które ciągle zmieniają kształt, więc trudno jest uchwycić cokolwiek poza chwilowymi migawkami z życia toczącego się wewnątrz komórek. To sprawia, że trudno jest określić, czy dana komórka rozwinie defekty, które mogą prowadzić do chorób, takich jak rak, choroba Alzheimera i Parkinsona.

Naukowcy z Linderstrøm-Lang Centre for Protein Science na Wydziale Biologii Uniwersytetu Kopenhaskiego opracowali nowy model komputerowy, który może pomóc badaczom lepiej zrozumieć i przewidzieć sposób organizacji komórek. Model ten może symulować, jak białka w komórkach współpracują ze sobą przy wykonywaniu ważnych zadań.

- Od ponad stu lat wiemy, że ludzkie komórki są wysoce zorganizowane i że różne funkcje biologiczne znajdują się w różnych przedziałach komórkowych. W ciągu ostatnich 10 lat dowiedzieliśmy się o nowym typie organizacji w komórkach, który jest całkowicie odmienny od struktur, które znaliśmy wcześniej. Jednakże, ponieważ te nowo odkryte struktury są dość dynamiczne i ciągle zmieniają swój kształt i skład, trudno jest zrozumieć, jak są one połączone i co rządzi ich powstawaniem. Dlatego opracowaliśmy algorytm, który może przewidzieć ich właściwości - wyjaśniał profesor Kresten Lindorff-Larsen.

Narzędzie to zaawansowany model komputerowy, oparty na pomiarach biofizycznych i sztucznej inteligencji, który pozwala badaczom symulować różne scenariusze, w których cząsteczki komórek oddziałują ze sobą. Kresten Lindorff-Larsen porównuje to do tego, jak prognozowana jest pogoda dla aplikacji pogodowych.

- Komórka nie jest po prostu workiem, w którym wszystko dzieje się przypadkowo. Jest ona niezwykle zorganizowana i bardzo zatłoczona. Zbiera wiele swoich cząsteczek w małe kropelki, zgodnie z procesem, nad którym współpracują. Po zakończeniu często ponownie się rozdzielają. Trwa to do momentu pojawienia się defektu, który uniemożliwia prawidłowe wykonanie zadania. Nasz nowy model komputerowy jest w stanie opisać jeden z procesów leżących u podstaw tej organizacji z niespotykaną dotąd szczegółowością - wyjaśniał Giulio Tesei, habilitant z zakresu nauk biomolekularnych.

Defekty wewnątrz komórek objawiają się w wielu różnych chorobach, w tym nowotworach, chorobie Alzheimera i Parkinsona. Przybliżając komórkę mózgową pacjenta z chorobą Parkinsona, można zauważyć, że nieprawidłowe białka zlepiają się ze sobą w formie wydłużonych pałeczek. Jest to proces, który wielu lekarzy i naukowców obserwowało i badało już wcześniej, ale teraz będzie łatwiejszy do zrozumienia i być może w końcu będzie można go leczyć.

Źródło: University of Copenhagen