קרומיות תאים מסייעות לסינתזה של חומרים

קרומיות תאים מצליחות לעמוד בפני רמות גבוהות של מתיחה וכיפוף, אולם רק לאחרונה מדענים התחילו להעריך כראוי את הארגון והפונקציות התועלתיות האצורות בקרומיות אלו. קבוצת מחקר בינתחומית מנסה לנצל את העקרונות הללו בכדי לפתח מערכות סינתטיות המורכבות מקרומיות פשוטות ונוזלים מורכבים

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
קרומיות תאים מצליחות לעמוד בפני רמות גבוהות של מתיחה וכיפוף, אולם רק לאחרונה מדענים התחילו להעריך כראוי את הארגון והפונקציות התועלתיות האצורות בקרומיות אלו. קבוצת מחקר בינתחומית מנסה לנצל את העקרונות הללו בכדי לפתח מערכות סינתטיות המורכבות מקרומיות פשוטות ונוזלים מורכבים.

כל התאים בעולם החי מורכבים למעשה מ”בלונים” רכים הגדושים במים, בחלבונים ובדנ”א, המוקפים בקרומיות שמנוניות. קרומיות אלו עומדות בפני רמות גבוהות של מתיחה וכיפוף, אולם רק לאחרונה מדענים התחילו להעריך כראוי את הארגון והפונקציות התועלתיות האצורות בקרומיות אלו. קבוצת מחקר מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון מנסה לנצל את העקרונות הללו במערכות סינתטיות המורכבות מקרומיות פשוטות ונוזלים מורכבים. ממצאי המחקר, שפורסמו לאחרונה בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences, חושפים כי פרמטרים שלא זכו להערכה בעבר יכולים לעצב חומרים רכים כגון קרומיות ביולוגיות. “מה שאנו מנסים לעשות זה לנצל עקרונות של עיצוב הנכללים בתוך חיידקים ולראות אם ניתן לתרגם אותם למערכות סינתטיות,” אומר החוקר הראשי.

חוקרים סברו בעבר כי הלחץ שבו עומדות הקרומיות הוא בעל תפקיד חשוב עבור האופן שבו האורגניזמים שולטים בהרכבי החומרים הנמצאים באזורים שונים על גבי פני שטח התאים שלהם. למשל, מאמר אחד חקר את האופן שבו אנרגיות אלסטיות בקרומית עשויות להניע רכיבים תאיים מוגדרים לקצוות של תאי חיידקים. במסגרת המחקר שלהם, המדענים יצרו מעטפת סינתטית זעירה המכונה בשם שלפוחית, המורכבת מחומרים הדומים לקרומיות העוטפות את התאים החיים. הכדוריות הזערוריות מהוות קירוב לקרומיות ביולוגיות, מבלי שהמנגנונים הפנימיים המורכבים או שהרכיבים החיצוניים יעוותו את תוצאות המחקר. על מנת לכווץ, ללחוץ ולהפעיל מאמץ על כדוריות הקרומיות, החוקרים הטבילו את החומרים בנוזל מיוחד מסוג גביש נוזלי. גבישים נוזליים, כמו אלו המשמשים באופן נפוץ בצגים של שעונים דיגיטליים, יכולים להתקיים במצבים שונים. כמו רוב הנוזלים, הרכיבים שבתוכם נעים בחופשיות לכל הכיוונים. יחד עם זאת, בטמפרטורות או בתנאים אלקטרומגנטים מסוימים, המולקולות המרכיבות את הגביש הנוזלי מאמצות לעצמן כיווניות זהה, מה שמוביל למצב שבו כולן פונות לאותו הכיוון.

החוקרים גילו כי שינוי המצב של הגביש הנוזלי, בתוכו היו הכדוריות השמנוניות שדימו את הקרומיות הביולוגיות, גרם לעיוותים באותן כדוריות. אולם – לא כל הכדוריות הגיבו באותו אופן. בעוד שהכדוריות הגדולות נותרו בצורתן המקורית, כדוריות קטנות יותר התכווצו והפכו לשטוחות יותר, בדומה לכדור פוטבול. “באופן כללי, כאשר אנו חושבים על קרומיות, אנו מתייחסים בעיקר לכוחות הקשורים לאלסטיות”, מציין החוקר הראשי. “אולם, מתברר כי ליכולת העקמומיות של הקרומיות אין כל קשר לצורות שלהן”. בניגוד לציפיות, תחרות בין מתח הפנים לבין האלסטיות של הגביש הנוזלי גורמת לעיוות הכדוריות, ללא כל קשר לקשיחות או לגמישות המקורית של קרומיות התאים. “בשום שלב עד כה לא חשבנו כי מתח הפנים יהיה רלוונטי כחלק מפתרון החידה הזו”. החוקרים מקווים להמשיך ולגלות מהו המקור למתח הפנים של המערכת הנבדקת. בנוסף, הם מתכוונים לחקור האם כוחות דומים יוכלו להשפיע על הרכיבים שבתוך הקרומיות.

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר