O nouă tehnică bazată pe lumină dezvăluie funcționarea internă a celulelor
Celulele umane se adaptează constant la condiții în schimbare, menținând în același timp stările interne necesare supraviețuirii, dar modul în care reușesc să combine adaptabilitatea cu stabilitatea rămâne neclar.
O echipă de cercetători, inclusiv de la Universitatea din Tokyo, a folosit pentru prima dată o tehnică bazată pe lumină, numită spectroscopie Raman, pentru a crea instantanee ale întregului peisaj proteic din interiorul unei celule E. coli, într-un mod nedistructiv.
Analiza datelor le-a permis cercetătorilor să prezică modul în care abundențele proteinelor se schimbă în anumite condiții, ceea ce anterior putea fi realizat doar prin extragerea proteinelor țintă. Astfel, au observat cum abundențele diferitelor proteine variază în funcție de funcțiile de bază sau de adaptabilitatea situațională.
Toate organismele vii sunt formate din celule, iar mecanismele moleculare din interiorul acestora sunt esențiale pentru supraviețuire. Biomoleculele, inclusiv ARN-ul, proteinele și altele, au roluri specializate și îndeplinesc o gamă variată de funcții.
Proteinele susțin funcțiile vitale prin preluarea și metabolizarea nutrienților din mediu, sintetizând noi molecule pentru creștere și diviziune, și transmit informații pentru a răspunde la mediu. Având în vedere importanța lor, cercetătorii își propun să caracterizeze modul în care abundențele proteinelor se schimbă în diverse condiții și cum aceste abundențe sunt coordonate în interiorul celulelor.
Pentru a explora abundența proteinelor din celule, tehnica cunoscută sub numele de „proteomică” este adesea utilizată pentru a crea un set de date numit profil proteomic. Totuși, abordarea standard necesită extragerea proteinelor pentru a le cuantifica, ceea ce este distrugător și necesită multe etape laborioase. „Dar am găsit o modalitate mai bună”, a spus Yuichi Wakamoto.
Wakamoto a adăugat: „Am demonstrat că profilurile proteomice celulare pot fi deduse nedistructiv prin simpla expunere a celulelor la lumină și analiza spectrelor Raman, un tip de lumină dispersată de celule care transmite profilurile lor moleculare.”
După această descoperire, Wakamoto, împreună cu cercetătorul Ken-ichiro F. Kamei și echipa lor, a dorit să înțeleagă de ce este posibil să se prezică compoziția proteică a unei celule din măsurătorile de lumină Raman sau spectre. Au constatat că raporturile de abundență ale multor proteine sunt coordonate global pe o gamă de condiții.
A apărut un model cu un nucleu mare de proteine al căror raport de abundență rămâne constant și susține funcțiile celulare de bază. Grupuri mai mici de proteine tind să varieze mai mult în funcție de schimbările de mediu, ceea ce ajută celula să se adapteze. Această structură ierarhică explică modul în care celulele pot rămâne stabile, în timp ce răspund flexibil la noi condiții, iar acest studiu demonstrează că spectroscopia Raman poate fi un instrument puternic pentru explorarea complexității mecanismelor celulare.
„Cea mai mare provocare pentru noi a fost conectarea și unificarea celor două domenii de studiu, optica, în acest caz spectroscopia Raman, și omica, sau proteomica, care s-au dezvoltat independent. Au fost necesare multe măsurători, analize de date și analize matematice pentru a ne convinge că corespondența între spectrele Raman celulare și profilurile omice este reală și are o fundație solidă,” a spus Kamei. „Este posibil ca prin aplicarea metodei noastre să putem prezice schimbările timpurii în stările celulare asociate cu bolile și fundamentele moleculare care determină aceste schimbări. De asemenea, este important să aprofundăm modul în care acest model al raporturilor proteice, pe care îl numim conservarea stoichiometriei, apare. Acest lucru este evident și în tipuri de celule dincolo de E. coli, inclusiv celule umane, astfel că este intrigant și probabil important.”
