Revoliucinis atradimas neuronų tyrimuose
Kinijos mokslininkai pirmą kartą istorijoje užfiksavo, kas vyksta milisekundžių dalimis smegenyse. Jie stebėjo momentą, kai neuronai keičiasi signalais. Šis įvykis yra vadinamas „bučiniu“, ir nuo jo priklauso visas mūsų sąmonės darbas.
Ilgamečio ginčo sprendimas
Daugiau nei pusę amžiaus neurobiologai diskutuodavo apie vieną fundamentalią problemą: kaip sinaptinės vezikulės, mažyčiai burbuliukai neuronų viduje, išskiria neuromediatorius? Buvo dvi teorijos. Pirma – „bučinys ir pabėgimas“: vezikulė greitai prisiliečia prie membranos, išspaudžia turinį ir atšoka. Antra – „visiškas susiliejimas“: burbuliukas visiškai ištirpsta membranoje.
Naujos technologijos galimybės
Problema buvo ta, kad visas procesas trunka milisekundes ir vyksta nanometrų lygmenyje. Įprasta mikroskopija to nepagavo – procesas yra per greitas ir per mažas. Kinijos Mokslo ir technologijų universiteto komanda praleido 15 metų kurdama ypatingą kamerą. Tai kriogeninė elektroninė tomografija su laikiniu sprendimu. Sistema gali užšaldyti gyvas ląsteles tiksliai reikiamu momentu ir fiksuoti jų struktūrą nanometrų tikslumu.
Kaip vyko eksperimentas
Mokslininkai augino žiurkių neuronus, įterpė šviesą jautrius baltymus (optogenetika), aktyvavo ląsteles šviesos blyksniu ir akimirksniu užšaldė mėginį skystu etanu. Tikslumas – iki milisekundės. Eksperimentas leido gauti daugiau nei 1000 tomogramų – trimatės sinapsių nuotraukos, užfiksuotos skirtingais etapais.
Ką atrado tyrėjai
Per 4 milisekundes vezikulė suformuoja porą apie 4 nanometrų pločio. Tai – „bučinys“ – kontakto momentas. Per šią porą išsiveržia neuromediatoriaus molekulės. Toliau seka „suspaudimo“ fazė – vezikulė sumažėja perpus, išstumdama turinį. Iki 70 milisekundžių dauguma suspaustų burbuliukų atsiskiria ir grįžta į darbą. Tai ypač greitas pakartotinis naudojimas. Dalelė vezikulių visgi visiškai susilieja su membrana, tačiau tokių yra mažuma.
Naujasis mechanizmas
Mokslininkai atrastą mechanizmą pavadino „kiss-shrink-run“ (bučinys-suspaudimas-pabėgimas). Tai sujungia abi senas teorijas – pasirodė, kad abi modeliai buvo iš dalies teisūs. Tokia schema užtikrina neįtikėtiną efektyvumą. Neuronas gali perduoti signalus beprotišku greičiu, nes suspaustos vezikulės greitai atlaisvina vietą naujoms. Be to, tai yra kokybės kontrolė: tuščios vezikulės pasitraukia ir netrukdo, garantuodamos signalo perdavimo tikslumą.
Ateities tyrimų perspektyvos
Technologija atveria duris kitų ypač greitų procesų ląstelėse tyrinėjimui – virusų invazijai, ląstelių sekrecijai ir daugeliui kitų procesų.
