L’interno di una cellula vivente è pieno di molecole grandi e complesse. Una nuova ricerca su come queste molecole potrebbero organizzarsi spontaneamente potrebbe approfondire la nostra comprensione di come le cellule gestiscono la loro biochimica essenziale nello spazio affollato. Questa ricerca potrebbe anche far luce su come sono apparsi i primi sistemi viventi e su come hanno evoluto le loro complessità.
Le cellule eucariotiche contengono strutture organizzate, o organelli, delimitate da una membrana lipidica. Un esempio sono i mitocondri, che generano energia nelle cellule. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno scoperto che oltre a questi organelli, gruppi di molecole possono formarsi spontaneamente in organelli temporanei, privi di membrana, per svolgere una funzione specifica.
“Potrebbero esserci semplici meccanismi fisici per creare ‘organelli di design’ specializzati su richiesta”, ha affermato Atul Parikh, professore di ingegneria biomedica presso l’Università della California, Davis.
Utilizzando un modello semplificato di una cellula, il laboratorio di Parikh ha scoperto come le miscele di polimeri possono essere analizzate in goccioline separate in fase, come gli oli in una lampada lava, e che queste goccioline interagiscono con la membrana cellulare in modi inaspettati, tra cui influenzando la struttura esterna di la cellula. L’opera è pubblicata il 6 luglio in Chimica della natura.
Wan-Chi Su, uno studente laureato che lavora con Parikh, ha creato vescicole artificiali delle dimensioni di una cellula vivente. Si tratta essenzialmente di bolle con una membrana sintetica, contenente acqua con due polimeri disciolti in essa. Entrambi i polimeri si dissolvono in acqua ma si respingono a vicenda, quindi se mescolati insieme e lasciati a se stessi si separerebbero in due fasi, come un condimento per insalata non miscelato.
Su e Parikh hanno scoperto che quando prelevavano l’acqua dalle vescicole, i polimeri iniziavano a formare goccioline separate, come previsto. Ma invece di progredire verso goccioline sempre più grandi, hanno scoperto che la crescita veniva interrotta dalle interazioni tra le goccioline di polimero e l’interno della membrana della vescicola, creando un mosaico di goccioline.
Segnalazione all’esterno della cella
Queste interazioni hanno anche avuto un effetto sulla parte esterna della vescicola, provocando un effetto di gorgogliamento o “blebbing”. Questo sembra simile a un effetto osservato nelle cellule viventi in alcune circostanze.
“L’accoppiamento al confine cellulare interrompe prematuramente la separazione di fase e crea un mosaico di goccioline. Queste goccioline 3D all’interno della vescicola, curiosamente, riorganizzano le molecole nella membrana 2D, segnalando così anche all’esterno della vescicola”, ha detto Parikh. I ricercatori sono fiduciosi che il fenomeno sia generalmente applicabile e non specifico per questa particolare combinazione di molecole.
Il lavoro mostra come le interazioni puramente fisiche – come i polimeri si respingono o si attraggono – possono dare origine a un’organizzazione complessa in un sistema cellulare semplificato, ha detto Parikh.
“Stiamo chiarendo i principi fisici e chimici alla base della biologia”, ha detto. “Potrebbe dire qualcosa su come la vita potrebbe essere nata in primo luogo.”
Parikh e colleghi hanno in programma di espandere il lavoro a sistemi più complessi, comprese le cellule viventi.
Ulteriori autori sulla carta sono: Douglas Gettel, UC Davis; James Ho CS, Nanyang Technological University, Singapore; Andrew Rowland e Christine Keating, The Pennsylvania State University.
Il lavoro è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation e dall’Office of Science del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
