Hvad hjerneædende amøber kan fortælle os om mangfoldigheden af ​​liv på jorden og evolutionær historie

Et internationalt team af forskere, ledet af University of Massachusetts Amherst, annoncerede for nylig i tidsskriftet Current Biology at en amøbe kaldet Naegleria har udviklet mere distinkte sæt tubuliner, brugt til specifikke cellulære processer, end tidligere antaget. Deres indsigt har et væld af implikationer, som spænder fra at udvikle behandlinger for hjernespisende infektioner til bedre at forstå, hvordan livet på jorden udviklede sig i en sådan enorm mangfoldighed.

Meget af livet på jorden er afhængig af en række polymerer kaldet mikrotubuli, sammensat af tubulin, for at udføre en lang række opgaver inde i deres celler. Disse mikrotubuli er som cellens 2x4'er og bruges i alt fra at hjælpe cellen med at bevæge sig, til at transportere mad og affald inde i cellen og give cellen strukturel støtte.

Mikrotubuli hjælper også med mitose, hvilket er, når en enkelt celle deler sig i to ved først at duplikere sine kromosomer og derefter trække hvert sæt til modsatte sider af cellen, før de deler sig i to. Et af de vigtigste øjeblikke i mitose er, når en spindel, der består af mikrotubuli, griber fat i kromosomerne og hjælper med at adskille dem i to identiske sæt.

Det er her, Naegleria kommer ind i billedet. Biologer havde tidligere vidst, at Naegleria bruger en bestemt slags tubulin under mitose. Men det nye studie, ledet af Katrina Velle, en postdoc i biologi ved UMass Amherst og papirets hovedforfatter, viser, at Naegleria også anvender tre yderligere distinkte tubuliner specifikt under mitose. Et par tubuliner bruges kun under mitose, mens det andet, flagellat tubulin, er specialiseret i cellulær bevægelse. Forfatterne af undersøgelsen sammenlignede derefter tubulinerne og de strukturer, de bygger med hinanden og dem fra mere almindeligt studerede arter.

Implikationerne af dette arbejde er spændende og spænder fra det praktiske til det teoretiske. For eksempel studerede holdet en art af Naegleria, Naegleria gruberi, som er tæt beslægtet med Naegleria fowleri - en amøbe, der kan æde din hjerne. "Hvis vi kan forstå den grundlæggende biologi af Naegleria," siger Velle, "kan vi lære at dræbe den ved at udtænke lægemidler, der er målrettet mod amøbens unikke tubuliner."

Men Naegleria hjælper os også med at forstå de grundlæggende regler, der styrer livet på jorden. "Alle organismer skal replikere sig selv," siger Lillian Fritz-Laylin, professor i biologi ved UMass Amherst og seniorforfatter af papiret. "Vi ved, hvordan replikationsprocesserne fungerer for nogle celler, men der er et stort sæt, som vi ikke forstår. Naegleria lader os teste de regler, videnskabsmænd har fundet på for at se, om de holder her."

For at udføre deres forskning stolede holdet delvist på det avancerede mikroskopiudstyr på UMass Amherst's Institute for the Applied Life Sciences (IALS), som kombinerer dyb og tværfaglig ekspertise fra 29 afdelinger på UMass Amherst campus til at oversætte grundlæggende forskning i innovationer, der gavner menneskers sundhed og velvære. Holdet dyrkede Naegleria-cellerne, farvede dem med forskellige kemikalier, så tubulinerne ville gløde, og tog derefter ekstremt høj opløsning 3D-fotografier, som gjorde det muligt for dem at måle, tælle og analysere de forskellige mikrotubuli-strukturer.

"Jeg har brugt det meste af min karriere på at studere mitotiske spindler af mere almindelige celler, som pattedyrceller," siger Patricia Wadsworth, professor i biologi ved UMass Amherst og en af ​​papirets seniorforfattere. "Værktøjerne i moderne biologi giver os mulighed for at udforske mere forskelligartede celler, som Naegleria, der på nogle måder ligner hinanden, men også meget forskellige."

"Folk tænker ofte på teknologi, der driver videnskab," siger Fritz-Laylin. "Men i dette tilfælde er de spørgsmål, vi forsøger at besvare, så grundlæggende for, hvordan livet på jorden fungerer, og af så stor interesse for så mange videnskabelige specialer, at vi var nødt til at samle et internationalt hold af forskellige eksperter. I dette tilfælde samarbejde , teamwork og effektiv kommunikation drev videnskaben."