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Los principios de la ciencia de la alimentación ayudan a científicos a entender funcionamientos internos de divisiones celulares

Los investigadores del remedio de Johns Hopkins denuncian que los principios de la ciencia de la alimentación les han ayudado a determinar cómo las gotitas inusuales dentro de las células tirante ordenadas y evitan disolver en el descanso del interior gelatinoso de la célula.

Los investigadores dicen que su trabajo podría avance la comprensión científica de la evolución de la célula y ayudar a científicos en la comida y la industria química a desarrollar mejores maneras de guardar mezclas líquidas de la separación.

Las células de todos los organismos vivos esperan una colección de mini máquinas biológicas llamadas los organelos. Estas estructuras ejecutan las mitocondrias de la central eléctrica de la célula, el núcleo inteligente y otras operaciones, todas con una banda definida y los embalaron en una membrana. Sin embargo, hay otras piezas de la célula que aparecen como “gotas viscosas, membrana-libres,” pero responden a propósitos distintos, tales como genes de regulación, enviando señales o los sitios de almacenamiento químicos para las moléculas especializadas.

Los científicos tienen pensamiento largo que estas gotitas algo que desconcertaban pudieron ser una versión primordial de organelos, y el Johns Hopkins-llevó al equipo de investigación trabajado con los tornillos sin fin del laboratorio para estudiarlos más lejos.

Un parte sobre las conclusión del equipo de investigación sobre estas gotitas, que se llaman los condensados biomoleculares, aparece de sept. el 10 en ciencia.

Espero que este trabajo ayude a convencer a científicos de que los condensados biomoleculares son divisiones celulares altamente sofisticadas. Encontramos que han regulado papeles y que responden al ambiente, apenas como otros organelos. Y encontramos que tienen membranas, apenas no el tipo que nos utilizan a ver.”

Geraldine Seydoux, Ph.D., el profesor de Huntington Sheldon en descubrimiento médico y vice decano para la investigación básica en la Facultad de Medicina y el investigador de la Universidad John Hopkins en el Howard Hughes Medical Institute

Los condensados biomoleculares eran “gránulos primero aparados” en los años 70 por los científicos que utilizaron microscopia electrónica para mirar más de cerca en las estructuras en muchos organismos, incluyendo las criaturas squiggly llamadas los elegans de la C., cuya biología relativamente simple les ha hecho un modelo común del laboratorio para estudiar todo de tecnología moderna del gen-corte a la estructura de la proteína. Los condensados en los tornillos sin fin, que parecen resistentes y similares en aspecto a los granos de la arena, se conocen como gránulos de P.

En 2014 en el laboratorio de Seydoux, el estudiante de tercer ciclo Jennifer Wang conducto análisis genéticos para encontrar una proteína llamada MEG-3 en gránulos del tornillo sin fin P. Los experimentos de Wang mostraron que otra proteína, PGL-3, crea las gotitas del líquido viscoso, la “base” de los gránulos de P, y que MEG-3 vuela sin rumbo definido en el exterior del gránulo de P, haciendo los pequeños “atados” esa cubierta la superficie de los gránulos de P.

“Qué no entendíamos éramos estas proteínas podríamos apenas retrasarse en el exterior de los gránulos de P con todo ser tan integral a estabilizar el interior de los gránulos,” dice Seydoux.

El misterio estaba todavía sin resolver cuando, en enero de 2020, Seydoux buscaba las palabras correctas para describir sus observaciones. Ella Googled “macizo que estabilizan líquidos” y referencias encontradas al concepto de la ciencia de la alimentación de emulsiones de Pickering. “Tenía un momento de OMG cuando leí más sobre este fenómeno,” digo Seydoux.

Una emulsión es una mezcla de dos líquidos que no se mezclen normalmente bien, como el aceite y el agua. Una emulsión de Pickering es tal mezcla se estabiliza que, como el cartón diario de leche del colmado.

La leche de vaca sin procesar es naturalmente inestable, y las gotitas gordas en leche tienden a glom juntas para reducir la superficie total entre las moléculas gordas. Las moléculas gordas - o la crema - suben a la capota y a parte del suero, o al líquido acuoso en la leche.

Para evitar la separación de la leche y estabilizar el líquido, los procesadores de la lechería activan la leche a través de una pequeña aguja, que rompe hacia arriba las gotitas gordas, las recubre con una proteína llamada caseína y las evita crear una capa cremosa de moléculas gordas fundidas.

Seydoux dice que ocurrió a ella que MEG-3 pudo actuar de una manera muy similar al efecto de la caseína en la leche, bajando la tensión de superficie de las gotitas para guardarlas de fundir junto. Y la tendencia de MEG-3 de permanecer alrededor de la superficie de los gránulos de P sugirió a ella que actuara como clase de membrana, ella agrega.

En sus experimentos, Seydoux y sus personas mostraron que las gotitas PGL-3 recubiertas con el retén MEG-3 se separaron uniformemente en las diapositivas de cristal, con dos veces tantas gotitas comparadas con los condensados sin recubrimiento que funden juntos, formando menos y gotitas más grandes en la diapositiva de cristal.

“Esto es un fenómeno bien conocido en ciencia de la alimentación, y ahora vemos que puede también suceso dentro de una célula,” decimos Seydoux.

Seydoux y sus personas también dirigieron las células de huevo del tornillo sin fin que faltaron MEG-3 y vieron que los gránulos sin recubrimiento de P disolvieron más despacio. Esto y otros experimentos, dice Seydoux, sugieren que MEG-3 no sólo estabiliza las gotitas en condiciones normales pero también permite que respondan las gotitas más rápidamente cuando las condiciones ambientales cambian.

Las personas de Seydoux de estudiantes postdoctorales, incluyendo el especialista Andrew Folkmann de la proyección de imagen de la célula y el bioquímico Andrea Putnam, ayuda buscada para terminar sus estudios de un experto en la química física que podría conducirlos con la física de las emulsiones de Pickering.

Varios meses después de agregar al ventilator Lee de Chiu del bioengineer de la universidad imperial de Londres a las personas, él les ayudó para determinar un componente faltante en su modelo del tornillo sin fin MEG-3: una enzima llamó MBK-2 que ayuda al líquido dentro de los gránulos de P llega a ser menos viscoso.

“Junto, estos experimentos ofrecen una explicación para cómo esta sopa primordial dentro de las células puede montar en las divisiones que resisten el fundir juntas y que responden a las señales de entrada de desarrollo,” dice Seydoux.

Las personas proyectan otros estudios para determinar la estructura física exacta de MEG-3 y a los detalles adicionales sobre cómo trabaja. Si otros estudios critican fuera, MEG-3 podría ofrecer un recurso renovable para desarrollar las emulsiones de Pickering en la comida e industria química, él dice.

Seydoux y las personas han archivado patentes en el uso de MEG-3 como herramienta para desarrollar las emulsiones de Pickering.

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Journal reference:

Folkmann, A.W., et al. (2021) Regulation of biomolecular condensates by interfacial protein clusters. Science. doi.org/10.1126/science.abg7071.