Шаг к человеку-невидимке? Созданы человеческие клетки с выключателем прозрачности

Благодаря новому исследованию фантазии о человеке-невидимке стали ближе к реальности.

Благодаря новому исследованию фантазии о человеке-невидимке стали ближе к реальности.
Фото Pixabay.

Механизм управления прозрачностью биологи позаимствовали у кальмара вида Doryteuthis opalescens.

Механизм управления прозрачностью биологи позаимствовали у кальмара вида Doryteuthis opalescens.
Фото Wikimedia Commons.

На микроизображении внутриклеточной среды скопления белков рефлексинов показаны тёмными точками (некоторые из них отмечены стрелками). Справа более холодные тона соответствуют большей прозрачности.

На микроизображении внутриклеточной среды скопления белков рефлексинов показаны тёмными точками (некоторые из них отмечены стрелками). Справа более холодные тона соответствуют большей прозрачности.
Иллюстрация Atouli Chatterjee/UCI.

Благодаря новому исследованию фантазии о человеке-невидимке стали ближе к реальности.
Механизм управления прозрачностью биологи позаимствовали у кальмара вида Doryteuthis opalescens.
На микроизображении внутриклеточной среды скопления белков рефлексинов показаны тёмными точками (некоторые из них отмечены стрелками). Справа более холодные тона соответствуют большей прозрачности.

Учёные, вдохновившись способностями кальмаров, создали человеческие клетки с необычными свойствами. Они могут менять степень своей прозрачности по команде экспериментаторов. В перспективе биологи надеются получить клетки, которые можно по желанию сделать полностью прозрачными, а потом вернуть в исходное состояние.

Прочитав о таком впечатляющем результате, мы сразу вспомнили фантастическую историю человека-невидимки.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications группой во главе с Элоном Городецким (Alon Gorodetsky) из Калифорнийского университета в Ирвайне.

Чтобы понять, что же было сделано учёными, вспомним, что в мире есть множество прозрачных животных. Однако очень мало существ, способных управлять своей прозрачностью. Такой способностью славятся, в частности, головоногие. Так, самки кальмаров вида Doryteuthis opalescens могут на время делать свои ткани прозрачными, чтобы ускользнуть от внимания хищников.

Теперь исследователи решили придать подобные свойства человеческим клеткам. Зачем? Во-первых, это красиво.

"Тысячелетиями люди были очарованы прозрачностью и невидимостью, вдохновлявшими [людей на] философские спекуляции, произведения научной фантастики и многие академические исследования, – рассказывает первый автор статьи Атроули Чаттерджи (Atrouli Chatterjee) из Калифорнийского университета в Ирвайне. – Наш проект, который, безусловно, относится к области науки, направлен на разработку и конструирование клеточных систем и тканей с контролируемыми свойствами пропускания, отражения и поглощения света".

Но, разумеется, учёными движет не только любопытство. Система управления прозрачностью клеток может стать замечательным инструментом для экспериментаторов.

В своё время исследование механизма свечения медуз привело к появлению такого мощного метода как оптогенетика. Он позволяет буквально поклеточно проверить, где вырабатывается тот или иной интересный исследователям белок (белки — основной рабочий инструмент живой клетки). Этот подход уже помог сделать огромное количество открытий и привёл к появлению массы важных разработок. Чего-то подобного можно ожидать и от метода, позволяющего менять прозрачность клеток.

Механизм управления прозрачностью биологи позаимствовали у кальмара вида Doryteuthis opalescens.

У представителей вида D. opalescens есть специализированные клетки для управления цветом и прозрачностью тела. Они называются лейкофоры. В состав этих клеток входят лейкосомы – органеллы, содержащие белки, известные как рефлектины. Они-то и меняют свои оптические свойства, подчиняясь действию химических стимулов.

Экспериментаторы создали генетически модифицированные клетки человеческих почек, внедрив в их ДНК гены, отвечающие за синтез рефлектинов.

Оказалось, что, когда человеческая клетка вырабатывает рефлектины, те самостоятельно организуются в тела, подобные лейкосомам.

"Мы были удивлены, обнаружив, что клетки не только экспрессируют рефлексин, но также упаковывают белок в сфероидальные наноструктуры и распределяют их по телу клетки, – признаётся Городецкий. – Благодаря количественной фазовой микроскопии мы смогли определить, что белковые структуры имели другие оптические характеристики по сравнению с цитоплазмой внутри клеток. Иными словами, они оптически вели себя почти так же, как в своих родных лейкофорах головоногих".

На микроизображении внутриклеточной среды скопления белков рефлексинов показаны тёмными точками (некоторые из них отмечены стрелками). Справа более холодные тона соответствуют большей прозрачности.

Но заставить клетку синтезировать белки, влияющие на её цвет и прозрачность, – это полдела. Нужно ещё научиться управлять оптическими свойствами этих белков.

В качестве управляющего стимула биологи использовали обыкновенную поваренную соль (NaCl). Опыты показали, что концентрация хлорида натрия влияет на прозрачность рефлектинов, а значит, и клеток в целом. Чтобы увеличить их прозрачность, нужно уменьшить концентрацию соли в цитоплазме, и наоборот.

Сейчас созданные экспериментаторами клетки ещё уступают своим "коллегам" из организма головоногих по способности менять прозрачность. Но авторы надеются "отточить их навыки" в последующих исследованиях.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, как группа Городецкого создала адаптивный материал для космических одеял, прообразом которого тоже послужила кожа кальмара. Также мы сообщали, что биологи раскрыли "нервный" секрет маскировки каракатиц. Писали мы и о том, что осьминоги способны видеть свет кожей.