Предпосылки и методология
Для передвижения зеленая водоросль имеет на своей клеточной поверхности два нитевидных жгутика.
На самом деле водоросли используют эти жгутики для плавания, но они также могут использовать их, чтобы прикрепляться к поверхностям и скользить по ним. Теперь исследователи хотели выяснить, как можно управлять движением и адгезией водорослей. «Мы обнаружили, что белки на поверхности клеток, которые участвуют в этом процессе, модифицированы определенными сахарами.
Если эти сахарные цепи в белках изменяются, это позволяет изменить их свойства », – объясняет Майкл Хипплер из Института биологии и биотехнологии растений при Университете Мюнстера. Затем эксперты описывают такие белки как N-гликозилированные – модификацию, при которой углеводы состыкованы с аминогруппами.
Изменения этих модификаций сахара путем генетического манипулирования водорослями показали, что сила адгезии водорослей и, как следствие, любая адгезия к поверхностям были уменьшены. При этом скольжение по поверхности клеток не изменилось.
Значительно уменьшенная сила, с которой мутанты прилипают к поверхности, поэтому в лабораторных условиях все еще достаточна для обеспечения скольжения.
Чтобы изучить эти процессы, исследователи сначала использовали так называемый инсерционный мутагенез и метод CRISPR / Cas9 для деактивации генов, которые кодируют ферменты, относящиеся к процессу N-гликозилирования. «Следующим шагом был анализ сахарных модификаций этих генетически измененных штаммов водорослей с использованием методов масс-спектрометрии», – говорит Майкл Хипплер, объясняя подход команды. Чтобы визуализировать скольжение клеток, исследователи использовали специальный метод оптической микроскопии – флуоресцентную микроскопию полного внутреннего отражения (TIRF).
Этот метод часто используется для исследования конструкций, расположенных очень близко к поверхности. Для этого флуоресцентный белок был экспрессирован в жгутиках водорослей, чтобы сделать жгутики и скольжение клеток видимыми.
Чтобы измерить, сколько силы было приложено для прикрепления отдельных клеток к поверхности, была использована атомно-силовая микроскопия и измерения адгезии микропипеток были проведены в сотрудничестве с группами из Ливерпульского университета (Великобритания) и Института динамики и самобытности Макса Планка. -Организация в Геттингене. «Это позволило нам убедиться, что силы адгезии в нанометровом диапазоне уменьшаются за счет изменения модификаций протеинового сахара», – добавляет Кайяо Хуанг.
Два жгутика зеленой водоросли напоминают, например, не только жгутики сперматозоидов, но и другие подвижные жгутики. Их обычно называют «ресничками», они также встречаются в организме человека, например, в дыхательных путях. «Если мы перенесем наши открытия на человеческие клетки, белки, модифицированные сахаром, можно будет использовать для изменения взаимодействия сперматозоидов или ресничек со всеми видами поверхностей», – говорят Кайяо Хуанг и Майкл Хипплер.