Lo studio di UGA fornisce la prima prova degli orologi biologici in diverse celle

Uno dei fenomeni più esperti della natura è nuoto del pesce di comportamento collettivo nei banchi, locuste che marciano insieme, affollamento degli uccelli. La stessa cosa accade in esseri umani, con le diverse celle che sincronizzano nei ritmi circadiani, parte di un orologio biologico che dice ai nostri organismi quando mangiare, dormire o riprodurrsi.

Come questo accade è qualcosa di un mistero, ma la nuova ricerca dall'università di Georgia fa luce su questo problema, con un gruppo piombo da Jonathan Arnold che fornisce per la prima volta la prova che le diverse celle hanno orologi.

Il comportamento collettivo è un campo di ricerca relativamente nuovo, in parte perché richiede tante discipline che lavorano insieme, ma le implicazioni non sono necessariamente nelle nuove aree, con molti che rientrano nella salute pubblica e nella medicina. L'emergenza che il vostro organismo ritiene dopo il viaggio e l'interruzione del vostro ritmo circadiano usuale ha conseguenze se persiste col passare del tempo, come fa per i piloti ed i sorveglianti di volo. La gente che lavora i secondi turni affronta le simili emissioni.

Le associazioni sono state indicate fra l'orologio ed il trattamento del cancro e la maggior conoscenza dell'orologio ha potenziale per l'indirizzo dei termini come la sindrome del tramonto, che i pazienti anziani di cause con demenza o Alzheimer da diventare hanno agitato o confuso nella sera e nella sera.

Il gruppo di Arnold ha isolato le diverse celle della neurospora crassa, un tipo di muffa di pane rosa ed ha trovato i tre beni che indicano la presenza di orologio: la capacità di risistemarsi in risposta ad indicatore luminoso; la capacità di tenere tempo malgrado le fluttuazioni di temperatura; e ritmo circadiano, che regolamenta i trattamenti interni sopra un ciclo quotidiano.

“Questi sono i beni fondamentali di un orologio biologico, ma finora, nessuno lo ha indicato che questi beni sostengono per gli unicellulari,„ ha detto.

La ricerca del gruppo è stata pubblicata in IEEE Access, un giornale interdisciplinare pari-esaminato di aperto Access dall'istituto degli ingegneri elettronici ed elettrotecnici.

L'orologio può anche essere sfruttato per la fabbricazione la terapeutica biologica e dei materiali di base chimici, secondo Arnold, professore della genetica nell'istituto universitario di Franklin delle arti e delle scienze.

“Secondo gli organismi usati, dovete sfruttare il loro comportamento del tipo di orologio per assicurarsevi per ottenere il molto materiale che state provando ad ottenere fatto,„ ha detto.

Un'altra applicazione sta usando la natura per ispirare i nuovi generi di metodi di assistenza tecnica che costruiscono gli sciami robot, per esempio.

“Che cosa se avete migliaia di robot che state provando ad ottenere di cooperare?„ Arnold ha detto. “Alcuni dei principi che potrebbero fare che il lavoro sta andando uscire dai progetti come questo.„

Nel marzo 2020, l'istituto di UGA di bioinformatica ospiterà un simposio su comportamento collettivo che esplorerà queste domande e più.

Arnold ha cominciato a lavorare alla parte posteriore cellulare dell'orologio nel 1999, collaborando con Heinz-Bernd Schüttler, un professore di fisica nell'istituto universitario di Franklin. Nel 2004, hanno stato sovvenzionato del National Science Foundation per sviluppare i nuovi strumenti nella biologia di sistemi per caratterizzare l'orologio. Quel progetto continua, ma da allora si sono ramificati fuori (con il finanziamento supplementare del NSF) per esaminare che cosa sta accadendo in unicellulari.

Per cercare questi beni in diverse celle, Arnold e Schüttler hanno stabilito un gruppo pluridisciplinare con la facoltà da quattro laboratori; la genetica, fisica, assistenza tecnica e biochimica.

Leidong Mao, professore nella facoltà di ingegneria di UGA e nel membro del centro a ricupero di scienze biologiche, ha sviluppato le unità microfluidic utilizzate per esaminare le celle ai disgaggi differenti.

La maggior parte dei studi sono stati fatti su un'intera persona o organismo, secondo Arnold. Il gruppo di UGA ha sviluppato un disgaggio della misura differente, facendo uso dell'altrettanto come quattro unità differenti.

“Non c' è un'unità che stia andando fornire tutte le risposte che volete,„ lui ha detto. “Ecco perché costruire è così importante perché dovete sviluppare i nuovi modi di rivolgere le domande differenti.„

Il gruppo egualmente ha aumentato il numero medio delle celle esaminate. La maggior parte dei studi esaminano le centinaia o forse mille celle al massimo, Arnold ha detto. Il suo gruppo ha esaminato più di 40.000 celle per capire la quanta variazione era presente e che cosa è accaduto alla variazione come le celle cominciano comunicare a vicenda.

“Questo è un gioco di numeri,„ ha detto. “Dovete potere esaminare quello molte celle realmente per vedere come la sincronizzazione sta avendo luogo.„

Con la presenza di orologi in unicellulari stabiliti, il gruppo continua il suo lavoro con lo scopo di spiegazione come gli orologi sincronizzano in celle. Ci sono due teorie primarie. Uno è una teoria fisica che diffonde; un ritmo esterno, come un rullo di tamburo irregolare può sincronizzare gli orologi delle cellule. L'altra è una teoria chimica che suggerisce che le celle inviino un segnale coordinare l'un l'altro il loro comportamento.

Un altro membro di gruppo, l'arte Edison, applicherà la sua competenza della biochimica per esplorare le domande circa la segnalazione chimica in celle. Edison è studioso di Alliance della ricerca della Georgia e professore eminenti della biochimica e della biologia molecolare nell'istituto universitario di Franklin. Il gruppo egualmente include i dottorandi dalle statistiche, dalla bioinformatica, dalla chimica, dalla fisica, dalla genetica, dall'assistenza tecnica e dall'entomologia.

“Il successo in materia dipende dalle discipline molto differenti che vengono insieme a farlo accadere,„ Arnold ha detto.