Gdzie odnaleźć dobry model błony sześciennej?
Sześcienne błony biologiczne to błony o najbardziej skomplikowanej strukturze. Zaobserwowano je w wielu trudno dostępnych tkankach, np. w siatkówce wiewiórecznika – małego ssaka, który wbrew swojej nazwie nie jest kuzynem wiewiórki, a bliżej mu do naczelnych. Naukowcy potrzebują jednak bardziej dostępnego źródła błon sześciennych, z którego mogliby pobierać duże próbki do badań i szukać odpowiedzi na wiele otwartych wciąż pytań. Badacze z Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego pod kierunkiem dr hab. Łucji Kowalewskiej skupili się na ciałach prolamellarnych – uporządkowanych, regularnych sieciach trójwymiarowych, błoniastych rurek, występujących we wczesnych stadiach rozwoju rośliny, gdy nie ma ona jeszcze kontaktu ze światłem.
– Ciała prolamellarne są łatwo dostępne i można zgromadzić dużą ich biomasę, bo rozwijają się w uprawianych w ciemności siewkach wszystkich roślin okrytonasiennych. Dlatego ciała prolamellarne stanowią taki dobry model do badania błon sześciennych nie tylko pod kątem strukturalnym, ale też biochemicznym, gdzie wymagana jest stosunkowo duża ilość próbki, żeby móc przeprowadzić oznaczenia np. zawartości poszczególnych składników – tłumaczy badaczka.
Jak taka struktura powstaje w układzie biologicznym?
Nauka ma przed sobą tysiące pytań otwartych, często bardzo podstawowych. Jednym z nich jest rozszyfrowanie ścieżek strukturalnych tworzenia się ciał prolamellarnych. Wiadomo, że struktury typu błon sześciennych powstają w szczególnych okolicznościach, np. stresu, głodu, zmiany odczynu pH czy oświetlenia, ale nie wiadomo jak! Właśnie tym podstawowym zagadnieniem zajmuje się zespół prof. Łucji Kowalewskiej.
Do tej pory ograniczenia obrazowania biologicznego w nanoskali nie pozwalały na odtworzenie etapów powstawania ciał prolamellarnych. Nadzieję na lepsze poznanie tego procesu daje nie tylko obecny postęp w technikach analizy dostępnych danych obrazowych, ale, a być może przede wszystkim, podejście interdyscyplinarne. Ponieważ ani mikroskopia elektronowa, ani tomografia elektronowa nie dają idealnych rezultatów, na pomoc biologii przybywa matematyka, ta całkiem teoretyczna (topologia i geometria różniczkowa) i ta stosowana, pozwalająca stworzyć oprogramowanie komputerowe do odtworzenia tego mechanizmu, krok po kroku.
Zespół biologów z UW współpracuje z matematykami z Poczdamu i Perth, którzy za pomocą modelowania matematycznego opisują wzorami strukturę przestrzenną i jej potencjalne zmiany w czasie. Obliczenia pozwalają na dokładne oszacowanie wewnętrznej i zewnętrznej objętości ciała prolamellarnego, jak również jego powierzchnię. A to bardzo ważne informacje z punktu widzenia wykorzystania tych badań podstawowych.
Przemysł, farmacja, produkcja żywności…
„Estetyka może być pomocna w życiu” – Zbigniew Herbert pisząc ten wers raczej nie myślał o ciele prolamellarnym, ale to zdanie poety bardzo dobrze je opisuje – matematyczne piękno jego struktury może mieć bardzo konkretne zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Dogłębne poznanie procesu jego powstawania pozwoli na odtworzenie go i wykorzystanie np. w produkcji leków o wydłużonym czasie uwalniania lub w dostarczaniu chemioterapeutyków. Kluczem do sukcesu byłoby zamknięcie cząsteczek leku w „kapsule”, z której poprzez błonę o odpowiednio zaprojektowanej strukturze byłyby one uwalnianie po konkretnym czasie. Przemysł żywnościowy też skorzystałby na bardziej optymalnym „zakonserwowaniu” zapachu i smaku np. zimnej czekolady, która nie smakuje tak samo dobrze jak ciepła.
