Raphidocystis kontraktilis należy do Heliozoa, grupy eukariontów powszechnie występujących w wodach słodkich, słonawych i morskich. Organizmy z tej grupy mają ramiona przypominające palce — aksopodia — które wychodzą promieniście z ich ciała, nadając im wygląd przypominający słońce. Dlatego są one również znane jako „robaki słoneczne”. Każde axopodium składa się z białek, heterodimerów alfa-beta tubuliny, które tworzą włókna zwane mikrotubulami. R. kontraktilis może bardzo szybko wycofać axopodia w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne. Jednak mechanizm leżący u podstaw tego szybkiego skracania ramion pozostaje tajemnicą.

W tym celu zespół naukowców, w tym profesor Motonori Ando, ​​dr Risa Ikeda (obaj z Laboratorium Fizjologii Komórki) i profesor nadzwyczajny Mayuko Hamada (z Instytutu Morskiego Ushimado) z Uniwersytetu Okayama w Japonii, zbadał mechanizm zaangażowany w jeden z najszybszych ruchów komórek w świecie żywym.

Więc, gdzie to wszystko się zaczęło? Dzieląc się motywacją ich badań, profesor Ando mówi: „Niedawno odkryto szeroką gamę heliozoanów w różnych hydrosferach w prefekturze Okayama, co jasno pokazuje, że kilka gatunków robaków słonecznych zamieszkuje to samo środowisko. Staramy się rozwikłać tajemnice wokół tych pierwotniaków i stopniowo poszerzać horyzonty naszej wiedzy”.

Autorzy rozpoczęli badania od znakowania immunologicznego białka tubuliny i obserwowania jego ruchu przed i po skurczu axopodium. Odkryli, że przed skróceniem tubuliny układały się systematycznie na całej długości axopodium, ale po wycofaniu axopodium te szybko gromadziły się na powierzchni komórki. To doprowadziło ich do przekonania, że ​​podczas szybkiego wycofania axopodium mikrotubule natychmiast rozpadły się na tubulinę. Jednak degradacja mikrotubul na ogół nie jest zjawiskiem szybkim; postępuje raczej wolno.

Jakże więc mógł R. kontraktilis osiągnąć tę zmianę tak szybko?

Naukowcy postawili hipotezę, że byłoby to możliwe, gdyby mikrotubule podzieliły się w wielu miejscach jednocześnie. Aby zweryfikować swoją hipotezę, autorzy postanowili znaleźć białka i geny zaangażowane w natychmiastowe rozszczepianie mikrotubul w R. kontraktilis. Ich odkrycia zostały opublikowane w Internecie w The Dziennik mikrobiologii eukariotycznej w dniu 21 listopada 2022 r.

Badacze wykonali od nowa sekwencjonowanie transkryptomu (analiza genów ulegających ekspresji w określonym czasie w komórce) i zidentyfikowanie blisko 32 000 genów w R. kontraktilis. Ten zestaw genów był najbardziej podobny do tego występującego u pierwotniaków (które są organizmami jednokomórkowymi), a następnie metazoanów (organizmów wielokomórkowych z dobrze zróżnicowanymi komórkami; obejmuje to ludzi i inne zwierzęta).

Analiza homologiczna i filogenetyczna uzyskanego zestawu genów ujawniła kilka genów (i odpowiadających im białek) zaangażowanych w rozrywanie mikrotubul. Wśród nich najważniejszymi były katanina p60, kinezyna i białka sygnalizujące wapń. Katanina p60 była zaangażowana w kontrolowanie długości ramienia aksopodialnego. Znaleziono kilka duplikatów genów kinezyny. Wśród zidentyfikowanych kinezyn stwierdzono, że kinezyna-13, główne białko destabilizujące mikrotubule, odgrywa ważną rolę w szybkim skurczu aksopodiów. Geny sygnalizujące wapń regulują wnikanie jonów wapnia do komórki z jej otoczenia i indukcję wycofania axopodium.

Naukowcy zauważyli również brak genów związanych z tworzeniem i ruchliwością wici, co wskazuje, że axopodia R. kontraktilis nie wyewoluowały z wici. Chociaż wiele genów pozostaje niesklasyfikowanych, nowo utworzony zestaw genów będzie służył jako punkt odniesienia dla przyszłych badań mających na celu zrozumienie ruchliwości axopodialnej R. kontraktilis.

Heliozoan axopodia może działać jako czuły czujnik. Potrafią wykrywać drobne zmiany w swoim otoczeniu, np. obecność jonów metali ciężkich i leków przeciwnowotworowych. Omawiając swoją wizję przyszłości, profesor Ando mówi: „Uważamy, że reakcja axopodialna heliozoa może być wykorzystana jako wskaźnik do opracowania tymczasowych urządzeń do wykrywania i monitorowania zanieczyszczenia środowiska i wody wodociągowej. Może być również używany jako nowy system testów biologicznych do podstawowych badań przesiewowych nowych leków przeciwnowotworowych. W przyszłości planujemy kontynuować współpracę jako zespół w celu usprawnienia badań podstawowych i stosowanych nad tymi organizmami”.

Heliozoany po raz kolejny udowodniły, że pojedyncza komórka ma ogromny potencjał, by zmienić świat. Życzymy autorom powodzenia w urzeczywistnianiu wizji!

O Uniwersytecie Okayama w Japonii

Jako jeden z wiodących uniwersytetów w Japonii, Okayama University ma na celu stworzenie i ustanowienie nowego paradygmatu dla zrównoważonego rozwoju świata. Uniwersytet Okayama oferuje szeroką gamę kierunków akademickich, które stają się podstawą zintegrowanych szkół wyższych. To nie tylko pozwala nam prowadzić najbardziej zaawansowane i aktualne badania, ale także zapewnia wzbogacające doświadczenie edukacyjne.

Strona internetowa:

O profesorze Motonori Ando z Uniwersytetu OkayamaJaponia

Profesor Motonori Ando jest profesorem na Wydziale Edukacji Naukowej Uniwersytetu Okayama w Japonii. Ma szeroki zakres zainteresowań badawczych, począwszy od rozstępów naczyniowych, cytoszkieletu, ruchu komórek, transportu błonowego i wielu innych. Prof. Ando ma na swoim koncie blisko sto publikacji z ponad tysiącem cytowań. Był członkiem wielu szanowanych gremiów i został uhonorowany wieloma nagrodami i wyróżnieniami. Obecne badanie reprezentuje jego najnowszą pracę badawczą.