Клетките притежават скрита негеномна система, която улеснява бързата клетъчна комуникация и вземането на решения независимо от ДНК.

Това ново революционно откритие в областта на клетъчната механика е публикувано в iScience. То оспорва ДНК-центричния възглед за клетъчните функции и открива нови пътища за медицински и научни изследвания.

Традиционният възглед в биологията винаги е поставял ДНК като централен план за функционирането на клетките, който диктува всичко - от синтеза на протеини до клетъчното поведение. Неотдавнашните открития на изследователи от Центъра за борба с рака "Мофит" обаче въвеждат различен сценарий, който предполага, че една сложна паралелна комуникационна мрежа в клетките функционира успоредно с генетичната рамка и извън нея.

Изследването е съсредоточено върху ролята на йонните градиенти или разликите в концентрациите на йони в клетъчните мембрани, за поддържането на които се изразходва значително количество енергия. Тези градиенти създават електрически потенциали, които действат като информационни хранилища, позволявайки на клетките непрекъснато да проследяват заобикалящата ги среда.

Когато са стимулирани от сигнали от околната среда, се отварят специализирани вратички в йонните канали, които позволяват потока от йони. Този поток инициира каскада от реакции в близост до мембраната, помагайки на клетката бързо да интерпретира и реагира на новата информация.

Тези градиенти не са просто биохимични процеси, а са неразделна част от сложна система за обработка на информация, която позволява на клетките бързо да усещат и да реагират на промените в околната среда, смятат изследователите.

Тази бързодействаща система зависи от потока на йони например на натрия, калия и калция през специализирани канали в клетъчната мембрана. Тези канали се отварят в отговор на външни сигнали, позволявайки на йоните да влизат или да излизат от клетката, създавайки ефект на вълна, който бързо предава сигнала навътре, предизвиквайки бързи клетъчни реакции.

Един от най-интересните аспекти на изследването е акцентът върху цитоскелета или структурната рамка в клетките.

Традиционно признат за поддържащ формата на клетките и улесняващ движението, цитоскелетът изглежда играе решаваща роля в тази сложна негеномна система.

Изследователите откриват, че състоящите се от микротубули и микрофиламенти протеини на цитоскелета служат като отличен проводник на йони. Тази способност му позволява да функционира като електрическа схема, насочвайки сигналите от клетъчната мембрана към различни органели в клетката, включително митохондриите и ядрото, за да се осигури координиран отговор.

Авторите на проучването предполагат, че тази сложна негеномна система позволява на клетките да реагират на промените в заобикалящата ги среда с прецизност и бързина, за които геномната информация, предоставяна от ДНК, може да се окаже твърде бавна.

"Нашето изследване разкрива способността на клетките да използват трансмембранните йонни градиенти като средство за комуникация, което им позволява да усещат и да реагират бързо на промените в заобикалящата ги среда", обяснява д-р Дипеш Нираула (Dipesh Niraula), доктор на науките, специалист по приложни изследвания в катедрата по машинно обучение и съавтор на изследването. Тази сложна мрежа позволява на клетките да вземат бързи и информирани решения, които са от решаващо значение за тяхното оцеляване и функциониране."

Последиците от това откритие са дълбоки. Разбирането на тази система може да доведе до революция в лечението на болести. Като се насочат към компонентите на тази йонна комуникационна система, новите терапии биха могли по-ефективно да коригират грешките в комуникацията, които водят до развитие на болести.

Това изследване също така предполага, че смущенията в тази негеномна комуникационна система могат да играят решаваща роля в развитието на заболявания като рака, което открива нови пътища за медицински проучвания.

Изследването е важно и поради потенциала му да промени фундаменталното ни разбиране за многоклетъчния живот - перспектива, която е едновременно вдъхновяваща и интригуваща. Клетките в един организъм разчитат на комуникация, за да координират действията си и да поддържат здравето на тъканите. Тези неотдавнашни открития предполагат още едно ниво на взаимодействие, което разширява разбирането ни за това как клетките функционират в по-широкия контекст на тъканните и органните системи.

Освен това изследователите предполагат, че добре проучените йонни потоци, наблюдавани в невроните, всъщност са специализиран случай на тази по-широка комуникационна мрежа. Това би могло да означава преосмисляне на някои от знанията ни за неврологичните процеси и намиране на нови аспекти за подход към неврологичните разстройства.

Изследователите потвърждават, че техният модел съответства на различни експериментални открития и определят няколко прогнози, които могат да бъдат проверени чрез бъдещи проучвания. Очакванията са тези нови открития да подготвят почвата за предстоящи експерименти, които да потвърдят тази нова теория и да изяснят допълнително сложността на начина, по който клетките вземат решения.

"Това изследване оспорва широко приетотот предположение в биологията, че геномът е единственият източник на информация и че ядрото действа като един вид централен процесор“, заявява съавторът на изследването от Програмата за биология и еволюция на рака "Мофит", д-р Робърт Гейтенби (Robert Gatenby).

"Представяме изцяло нова мрежа от информация, която позволява бърза адаптация и сложна комуникация, необходима за оцеляването на клетките и вероятно дълбоко включена в междуклетъчното сигнализиране, което позволява функционирането на многоклетъчните организми."

Справка: Modeling non-genetic information dynamics in cells using reservoir computing; Dipesh Niraula, Issam El Naqa, Jack Adam Tuszynski;  iScience 2024 ; https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109614 

Източник: Cells Have a Mysterious Hidden Communication System Independent of DNA, New Study Suggests, The Intelligence Brief 

Още по темата

29/04/2024

Животът

Изкуствените клетки, създадени с помощта на програмируема ДНК технология, действат като живи

23/06/2023

Медицина

Микроби, обитаващи тумора: Изненадваща нова граница в лечението на рака

27/07/2021

Човекът

Може ли квантовата физика да обясни съзнанието?

09/05/2015

Животът

Кандидат за липсващото звено в еволюцията на многоклетъчните е открит на дъното на океана