Тайнствени капчици, открити в клетките, пренаписват историята на функционирането на живота
Ново изследване разкрива по какъв начин клетките подреждат хаоса благодарение на молекулярни капчици.
През 2009 година екип от биофизици, управителен от Антони Хайман от Института за молекулярна клетъчна биология и генетика „ Макс Планк “, направи ненадейно изобретение, което промени метода, по който се учат клетките. Изследвайки Р-гранулите – дребни клъстери от протеини и РНК в ембриона на почвен червей, учените откриват, че тези структури се сгъстяват в единия завършек на клетката, сходно на водни капки, и се разтварят в другия. Това събитие наподобява е обвързвано с фазовите преходи, сходни на тези, при които течността се трансформира в пара или противоположното.
Първоначално откритието се възприема като необичаен биологичен феномен. Последвалите проучвания обаче демонстрираха, че биомолекулярните кондензати, както бяха наречени по-късно, участват в съвсем всяка клетка и играят решаваща роля за поддържането на живота. Те спомагат за организирането на клетъчните процеси, поправят развалени ДНК молекули, защищават клетките от стрес и вземат участие в генната регулация. За разлика от класическите мембранни органели като митохондриите, кондензатите обезпечават безмембранна организация, която дава на клетките неповторима еластичност.
Биомолекулярните кондензати се образуват от слабите взаимоотношения сред молекулите на протеините и РНК. Много от тези протеини имат по този начин наречените „ лепкави “ области, които им разрешават да се събират в плътни капчици. Молекулите на РНК, заради своята конструкция, също играят значима роля при образуването на кондензати. Тези структури са способни да бъдат течни, гелообразни или даже съвсем твърди като желе, което ги прави универсални принадлежности за клетката.
Една от главните функционалности на кондензатите е способността им да събират молекулите на едно място, с цел да правят комплицирани биохимични процеси. Така да вземем за пример при топлинен стрес протеините в кондензатите се разгъват, сигнализирайки на клетката да създаде защитни молекули. Кондензатите също по този начин оказват помощ на клетките да се оправят с увреждането на ДНК. Когато молекула на ДНК се раздра, кондензатите основават самобитно „ лепило “, което задържа повредените сектори дружно, до момента в който ензимите ги възстановят. В някои случаи тези структури контролират интензивността на гените, като събират ДНК, РНК и протеините на едно място, позволявайки по-бърз синтез на нужните молекули.
Въпреки значимостта им, неправилното действие на кондензатите може да докара до съществени болести. Например при заболяването на Алцхаймер протеините от кондензатите могат да образуват токсични елементи, които убиват мозъчните кафези. Разбирането на механизмите, които стоят зад образуването на тези структури, към този момент води до създаването на нови способи за лекуване. Някои учени създават медикаменти, които могат да контролират образуването на кондензати, с цел да се борят с невродегенеративните болести, рака и даже вирусните инфекции.
Стартъпи като Dewpoint Therapeutics и Nereid Therapeutics интензивно изследват евентуалните приложения на кондензатите в медицината. Те създават медикаменти, които могат да въздействат върху образуването и стабилността на кондензатите, с цел да предотвратят неправилното им действие. Някои от проучванията към този момент са довели до медикаменти, които се подлагат на клинични изпитвания.
Интересът към кондензатите предхожда актуалното им проучване. Още през 30-те години на XIX век учените следят мистериозни структури в клетките, които по-късно са наречени ядра. Но едвам през 2011 година става допустимо да се потвърди, че тези формирания са кондензати, способни на фазови преходи. Днес учените допускат, че сходни структури са изиграли значима роля в зараждането на първите кафези. Те са могли да провеждат молекулите и да основат условия за възникването на първите биологични процеси.
Кондензатите са значими и за разбирането на произхода на живота. Възможно е те да са били ранни прототипи на клетките, като са осигурявали организацията и отбраната на молекулите преди появяването на комплицираните протеини и РНК. Възможно е тези структури да са се образували по натурален път посредством физични процеси, което ги прави основна стъпка към появяването на живота на Земята.
Съвременните проучвания не престават и учените се стремят да схванат по какъв начин тъкмо действат кондензатите и какви механизми контролират тяхното формиране. Тази област към този момент се е трансформирала в нов стадий в проучването на клетъчната биология и предлага огромни вероятности за медицината. Биомолекулните кондензати оферират нова вероятност за клетъчния живот, където хаосът на молекулите се трансформира в подредени структури, които поддържат живота.
