Komórki eukariotyczne – te, które tworzą większość znanego nam życia, w tym wszystkie zwierzęta, rośliny i grzyby – to wysoce ustrukturyzowane obiekty.

Komórki te gromadzą i utrzymują własne, mniejsze, wewnętrzne części: związane z błoną organelle, takie jak jądra, które przechowują informacje genetyczne lub mitochondria, które wytwarzają energię chemiczną. Ale wiele pozostaje do odkrycia na temat tego, jak organizują się w te przedziały przestrzenne.

Fizycy z Washington University w St. Louis przeprowadzili nowe eksperymenty, które pokazują, że komórki eukariotyczne mogą skutecznie kontrolować średnie fluktuacje wielkości organelli. Wykazując, że rozmiary organelli są zgodne z uniwersalną skalą, którą naukowcy przewidują teoretycznie, ich nowe ramy sugerują, że organelle rosną losowo z ograniczonej puli cegiełek budulcowych.

Badanie zostało opublikowane 6 stycznia w Listy z przeglądu fizycznego.

„W naszej pracy sugerujemy, że etapy wzrostu organelli – dalekie od uporządkowanego montażu „cegiełka po cegle” – zachodzą w wybuchach stochastycznych” – powiedział Shankar Mukherji, adiunkt fizyki w Arts & Sciences.

„Takie wybuchy zasadniczo ograniczają precyzję, z jaką kontrolowany jest rozmiar organelli, ale także utrzymują szum w rozmiarze organelli w wąskim oknie” – powiedział Mukherji. „Wybuchowy wzrost zapewnia ogólny mechanizm biofizyczny, dzięki któremu komórki mogą utrzymywać przeciętnie niezawodne, ale plastyczne rozmiary organelli”.

Organelle muszą być wystarczająco elastyczne, aby komórki mogły rosnąć lub kurczyć się zgodnie z wymaganiami środowiska. Mimo to wielkość organelli musi mieścić się w pewnych granicach. Biolodzy zidentyfikowali wcześniej pewne czynniki molekularne, które regulują rozmiary organelli, ale to badanie dostarcza nowych informacji na temat ilościowych zasad leżących u podstaw kontroli wielkości organelli.

Podczas gdy w badaniu wykorzystano pączkujące drożdże jako organizm modelowy, zespół jest podekscytowany możliwością zbadania, w jaki sposób te mechanizmy składania są wykorzystywane w różnych gatunkach i typach komórek. Mukherji powiedział, że planują zbadać, czego te wzorce solidności mogą nas nauczyć o tym, jak wykorzystać montaż organelli do zastosowań bioinżynieryjnych i jak wykryć defekty w biogenezie organelli w kontekście choroby.

„Wzorzec solidności wielkości organelli jest wspólny dla pączkujących drożdży i ludzkich komórek iPS” – powiedział Mukherji. „Mechanizmy molekularne leżące u podstaw tych wybuchów nie zostały jeszcze w pełni wyjaśnione i prawdopodobnie będą specyficzne dla organelli i potencjalnie specyficzne dla gatunku”.