Internett av celler: Den neste revolusjonen?
Evolution news; 6. november 2017,
Bilde 1. Fra video om mulig cellekommunikasjon her.
Celler er de grunnleggende enhetene i biologi. De har lenge virket som individer. Visst, kommuniserer de, som mennesker, og de bygger strukturer sammen og deler på arbeidet med arbeidsdeling. Men lik fabrikkarbeidere som går hjem på slutten av dagen, kan celler behandles som selvstendige enheter med egne liv å leve. For evolusjonære biologer deler celler seg alene og utvikler seg selvstendig. Er det ikke et av de grunnleggende premissene i moderne biologisk vitenskap?
Pass på: den neste biologiske revolusjonen kommer. Naturen kaller det "Internett av celler" -her; og sier at det har biologer (rykte)summende.
Revolusjonen begynte, skriver Monya Baker, da biologer la merke til at proteiner som ble utviklet til å forekomme i visse celler, syntes helt å ha "teleportert" til en annen gruppe celler. Så kom oppdagelsen av molekylære nanotuber som synes å overføre genetisk informasjon og til og med organeller mellom celler. Gradvis syntes celler å tape sin uavhengighet.
- Yamashitas rør sluttet seg til en voksende katalog over kryptiske rørledninger mellom celler. Lengre rør, rapportert i pattedyrceller, ser ut til å transportere ikke bare molekylære signaler, men mye større last, for eksempel virale partikler, prioner eller til og med mitokondrier, cellens energegenererende strukturer. Disse observasjonene tyder på et uventet nivå av tilkobling mellom celler, sier Amin Rustom, en nevobiolog ved Universitetet i Heidelberg i Tyskland, som først så slike rør som en kandidatstudent for nesten 20 år siden. Hvis det er riktig, sier han, "det ville forandre alt i medisinske applikasjoner og biologi, fordi det ville forandre hvordan vi ser vev ".
Et kort videoklipp avslører hva som synes å være "interstate highways" som strekker seg ut og forbinder celler, og leverer materiale mellom dem. Konseptet med intercellulær traffikk gjennom kanaler er kontroversielt, fordi ingen vet nøyaktig hva som blir transportert og hvor ofte dette skjer. Nanorørene, bare 200 nm i diameter (bred nok til å transportere protein avfall), har blitt observert i laboratoriet, men ikke like tydelig i levende organismer. De er vanskelig å se. Hva gjør de?
Baker forteller laboratoriefunn i 2004 som viste "noe enda mer radikalt : nanorør i pattedyrceller som syntes å flytte gods som organeller og vesikler frem og tilbake." Siden da har flere "membran nanorør" blitt funnet.
Bilde 2. Slikt skjer inni cellen
I mellomtiden har andre laboratorier rapportert celleforbindende rør i nevroner, epitelceller, mesenkymale stamceller, flere typer immunceller og flere kreftformer. Ytterligere typer rør er også blitt oppdaget. I 2010 rapporterte Gerdes og hans team at noen rør slutter i knutepunkter: portinnganger som gir den neuronlignende evnen av å sende elektriske signaler og kan også videreformidle peptider og RNA-molekyler.
"Cellens internett" kan også forklare hvordan sykdoms formidlere, for eksempel virus, sprer seg mellom vevsceller, eller hvordan kreftceller kaprer sine naboer. Ikke alle hopper ombord på det nye paradigmet, fordi implikasjonene er store. Eliseo Eugenin ved Rutgers Medical School
- mener at andre forskere er skeptiske til nanorør fordi de ikke er i stand til å forene seg med ideen om at celler stadig utveksler materialer, inkludert genetisk informasjon. "Vår definisjon av en celle faller fra hverandre," sier Eugenin. "Det er derfor folk tror ikke på disse rørene, fordi vi må endre definisjonen av en celle."
Bilde 3. Hvordan bygges en celle?
Løpet er i gang for å overbevise skeptikere med bedre bildebehandling av funksjonell transport innen multicellulære organismer. Baker sier ikke mye om evolusjonen. Hun merker seg at en forsker spekulerte: "Membranproteser kan ha utviklet seg først, og høyere organismer kunne ha begynt å oppgradere dem for å lage nevroner for mer kompliserte funksjoner." Slike personifiseringsspråk er ikke spesielt nyttig for materialister. Baker svinger raskt og sier: "De fleste forskere som studerer disse cellulære rørledninger bryr seg mindre om deres evolusjonære opprinnelse enn om deres rolle i menneskers helse og sykdom." Som sådan ser "Internett av celler" ut som det vil være en velsignelse for designforskning, og en utfordring for darwinistisk evolusjon.
Deling av genetisk informasjon
En egen artikkel i PNAS diskuterer "Intercellulær mRNA-traffikk via membran-nanorørlignende utvidelser i pattedyrceller. "Legg merke til hvordan dette laget av amerikanere og israelere beskriver funnet som en revolusjonerende utvikling i biologi:
- mRNA-molekyler overfører genetisk informasjon i celler, som begynner fra gener i kjernen til ribosomer i cellekroppen, der de blir oversatt til proteiner. Her viser vi en modus for overføring av genetisk informasjon fra en celle til en annen. I motsetning til tidligere publikasjoner som antyder at mRNA overføres via ekstracellulære vesikler, gir vi visuelle og kvantitative data som viser at mRNA overfører via membran nanorør og direkte celle til celle kontakt. Vi forutsier at denne prosessen har en viktig rolle i regulering av lokale cellemiljøer med hensyn til vevsutvikling og vedlikehold og cellulære responser på stress, interaksjoner med parasitter, vevstransplantasjoner og tumor-mikromiljøet.
Teamet innrømmer at "Den biologiske betydningen av mRNA-overføring mellom celler er fortsatt ukjent," men konseptet med deling av genetisk informasjon mellom celler ser ut til å reversere langvarige antagelser om cellers uavhengighet.
Når det gjelder hva celler deler, kommer mange muligheter til tankene. For eksempel kan overføring av mRNAer involvert i celledifferensiering under embryonisk utvikling virke som middel til å indusere eller undertrykke naboceller. "Å forestille seg den raske overføringen av genetisk informasjon via "nanotubulære motorveier "mellom celler åpner opp mange nye veier for forskning." Å bestemme omfanget av denne prosessen og desifrere mekanismen og fysiologisk utfall av mRNA-overføring vil være målet for fremtidige studier," konkluderer de.
Mer bevis
Hormoner og signalmolekyler har lenge vært kjent for å reise mellom celler, men direkte transport ved kontakt er ganske ny. Science Daily rapporterte om arbeid på Vanderbilt for å lære hvordan celler kommuniserer under sårheling -her. Cellens signaler er "overraskende komplekse", sier overskriften. En hypotese hadde vært at cellene sendte proteiner til sine naboer som trigger dem til å øke kalsiumnivåene.
-Den andre hypotesen foreslår at utløsersignalet sprer seg fra celle til celle gjennom knutepunkt, spesialiserte intercellulære forbindelser som direkte knytter sammen to celler på steder der de berøres. Disse er mikroskopiske porter som tillater nabo celler å utveksle ioner, molekyler og elektriske impulser raskt og direkte.
"Det som er ekstremt spennende er at vi fant bevis på at cellene bruker begge mekanismer," sa Shannon. "Det viser seg at cellene har en rekke forskjellige måter å signalisere skade på. Dette kan gi dem mulighet til å skille mellom ulike typer skade."
Konsekvenser for designforskning
Darwinistiske teori forutsetter en slags "utvelgingsenhet" i biologi. Evolusjonister har lenge diskutert om utvelgings-enheten er et gen, en celle, en organisme eller (foreslått mindre vanlig ) en populasjon av organismer. Neo-Darwinismen har lenge fokusert på celler som enheter for utvelging, fordi det er der genetiske mutasjoner finner sted som kan være fordelaktige. Vesentlig for teorien er imidlertid en viss grad av uavhengighet for utvalgsenheten, slik at det ser ut som en gunstig variasjon kan seire i kampen for eksistensen.
Hvis organismer rutinemessig deler sin informasjon, er alle evolusjonære spill imidlertid av. Det vil ikke være konkurranse dersom alle spillerne deler fordelen. Vi så dette sammenfallet da bevis vokste for voldsom horisontal genoverføring mellom mikrober og deretter mellom høyere organismer. Noen biologer betraktet eksistensen av en "kvasi-art" der en populasjon raskt kunne komme seg fra individuelle påkjenninger på grunn av informasjonsdeling.
"Cellens internett" har mer likhet med "sky-deling" enn til klassiske oppfatninger av darwinistisk evolusjon. Hvis funksjonell informasjon rutinemessig deles over sammenveving av celler, ser det mye mer ut som samarbeid enn konkurranse. Utsikter for forskning i dette varme nye paradigmet virker åpent for ikke-darwinistiske fortolkninger.
Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund