Για να κατανοήσουν πως λειτουργούν τα κύτταρα, οι επιστήμονες μελετούν πως συνεργάζονται τα διαφορετικά συστατικά τους – από τα μεμονωμένα μόρια έως τα πολλαπλά οργανίδια. Χρησιμοποιώντας παραδοσιακές τεχνικές δομικής βιολογίας, μπορούν πλέον να παρατηρήσουν μεμονωμένα μόρια, μεγεθύνοντας μεμονωμένα άτομα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ωστόσο, αυτή η προσέγγιση παρέχει μόνο στατικά στιγμιότυπα των μορίων. Για να συμπεράνουν πως συμπεριφέρονται οι μοριακές δομές στο κυτταρικό τους περιβάλλον, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αντ ‘αυτού την κρυοηλεκτρονική τομογραφία. Σε αντίθεση με άλλες δομικές προσεγγίσεις, ωστόσο, αυτή η τεχνική δεν τους επιτρέπει να παρατηρήσουν τις ατομικές λεπτομέρειες.
Η παρατήρηση της μυστικής ζωής των μορίων σε ατομικό επίπεδο στο φυσικό τους περιβάλλον φαινόταν έτσι αδύνατη, μέχρι τώρα.
Ο Όμιλος EMBL Hamburg’s Kosinski Group από το Αμβούργο, το Εργαστήριο Beck στο Ινστιτούτο Βιοφυσικής Max Planck και το Mahamid Group, μαζί με το Advanced Light Microscopy Facility στο EMBL Heidelberg έχουν καλύψει αυτό το τεχνολογικό χάσμα. Χρησιμοποιώντας μοριακή μοντελοποίηση και τομογραφία κρυοηλεκτρονίου, οραματίστηκαν πως μια τεράστια μοριακή μηχανή που ονομάζεται σύμπλεγμα πυρηνικών πόρων (nuclear pore complex ή εν συντομία NPC) κινείται μέσα στα κύτταρα.
Το NPC είναι μια δομή σε σχήμα ντόνατ που βρίσκεται στη μεμβράνη του πυρήνα του κυττάρου και περιέχει χίλιες πρωτεΐνες. Λειτουργεί ως σημείο ελέγχου προκειμένου να ελέγχει ποιες πρωτεΐνες εισέρχονται και εξέρχονται από τον πυρήνα, και επομένως παίζει κρίσιμο ρόλο σε πολλές θεμελιώδεις κυτταρικές διεργασίες. Πολλοί ιοί , όπως ο HIV και ο ιός της γρίπης, παραβιάζουν το NPC για να εισέλθουν στον πυρήνα.
Συνδυάζοντας μαθηματικά μοντέλα και δεδομένα τομογραφίας, οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα βίντεο που δείχνει πως το NPC διαστέλλεται και συστέλλεται στα ζωντανά κύτταρα ως απόκριση στις αλλαγές στο κυτταρικό περιβάλλον. Οι προκύπτουσες γνώσεις σχετικά με αυτήν τη μοριακή συμπεριφορά θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων αντιικών φαρμάκων στο μέλλον.
Η παρατήρηση δομικών αλλαγών σε ένα τόσο μεγάλο συγκρότημα σε ατομικό επίπεδο θα ήταν αδύνατη χωρίς το Assembline, ένα λογισμικό που αναπτύχθηκε ειδικά από τον Όμιλο Kosinski Group για να αντιμετωπίσει αυτήν την πρόκληση. Το Assembline επιτρέπει τη δομική μοντελοποίηση συνδυάζοντας δεδομένα που λαμβάνονται από διάφορες πειραματικές τεχνικές. Συνδέει τις λειτουργίες πολλών υπαρχόντων προγραμμάτων σε ένα εργαλείο, γεγονός που το καθιστά ένα «ελβετικό σουγιά» για τη μελέτη μοριακών συμπλεγμάτων. Το λογισμικό έχει ήδη αποδειχθεί χρήσιμο για τη μελέτη άλλων μεγάλων συμπλεγμάτων, όπως το σύμπλεγμα ESX-5 που εμπλέκεται στη φυματίωση. Είναι επίσης ανοιχτού κώδικα και ελεύθερα διαθέσιμο για χρήση από την επιστημονική κοινότητα.
Αυτή η εργασία είναι ένα παράδειγμα της προσέγγισης του EMBL για τη μελέτη της ζωής σε ένα πολυσύνθετο πλαίσιο σε διάφορες κλίμακες, η οποία είναι η ουσία του επερχόμενου προγράμματος EMBL Molecules to Ecosystems. Το EMBL είναι επίσης αφιερωμένο στην ανοιχτή επιστήμη και μάλιστα η δωρεάν διαθεσιμότητα του Assembline συμβάλλει στο να καταστήσει τους επιστημονικούς πόρους ελεύθερα προσβάσιμους σε ολόκληρη την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα, και χωρίς διακρίσεις.
Διάβασε ακόμη: Τι είναι B2B (Business-to-business) στο ηλεκτρονικό εμπόριο
