Зеленые водоросли оказались перспективны в борьбе с муковисцидозом

Группа ученых из Пенсильванского университета (Филадельфия, США) и Колледжа Хаверфорд (Хаверфорд, США) обнаружила, что в вязкоэластичных жидкостях клетки движутся совершенно не так, как в ньютоновских. Работа может помочь в разработке новых способов лечения болезней типа муковисцидоза. Статья о работе опубликована в журнале Scientific Reports.
Важной структурной составляющей легких является мерцательный эпителий - внутренний слой клеток, выстланный ресничками. Его основное назначение состоит в том, чтобы удалять попавшие с воздухом частички пыли, бактерии, а также образующуюся слизь. При муковисцидозе, среди прочего, нарушается функционирование этих ресничек, и слизь начинает накапливаться в легких.
Эта слизь, как и большинство биологических жидкостей, не является ньютоновской (не обладает одной и той же вязкостью вне зависимости от скорости объекта в ней) - она проявляет как вязкие свойства, присущие жидкостям, так и упругие, присущие твердым телам. Поэтому исследователи приготовили две серии жидкостей: в одной все жидкости были ньютоновские, в другой серии - вязкоупругие. Составы подобрали так, чтобы как вязкие, так и упругие свойства изменялись в широком диапазоне.
Полученные жидкости тонкими пленками расположили между натянутыми проволочками, и запустили в каждый раствор по небольшой колонии хламидомонад (Chlamydomonas reinhardtii), одноклеточных зеленых водорослей. После этого в микроскоп наблюдали за движением двух ее хлыстообразных жгутиков. Благодаря им она способна к активному перемещению в жидкостях, и как предположили авторы работы, движением этих жгутиков можно достаточно корректно приблизить движение ресничек в мерцательном эпителии.

Оказалось, что в ньютоновских жидкостях при увеличении вязкости частота колебаний жгутиков увеличивается, но динамика, то есть положение жгутика в определенный момент цикла, остается прежней. Иная картина наблюдается в вязкоупругих жидкостях: здесь характер движения резко меняется. При этом итоговая скорость хламидомонады снижается в сравнении с ньютоновскими жидкостями - даже при небольшой упругой компоненте. При этом, что удивило исследователей, при увеличении упругости частота колебаний также возрастает.

В настоящий момент рабочая группа разрабатывает “искусственные реснички”, чтобы выяснить, является изменение “стиля плавания” пассивной реакцией на изменение свойств среды, или же клетка "намеренно" меняет характер движений жгутика. Это важно для разработки новых путей лечения болезней, связанных с образованием избытка жидкостей. Кроме того, они рассчитывают узнать, отличается ли движение группы клеток от движения одиночных.

Алексей Чепига