Учёные из США выяснили, как одноклеточный организм Spirostomum ambiguum сжимает своё тело до четверти первоначальной длины менее чем за пять миллисекунд – в сотни раз быстрее моргания. В основе этого механизма лежит уникальная белковая сеть и ионы кальция, что в будущем может помочь в разработке более быстрых искусственных мышц.
Spirostomum ambiguum – это гигантская инфузория, которая использует для плавания реснички. Она способна сокращаться со скоростью около 100 длин своего тела в секунду и быстро повторять это движение, предположительно для защиты от хищников. Мышечные волокна человека могут сокращаться в схожих пропорциях, но делают это примерно в 10 раз медленнее. Эта разница и привлекла внимание исследователей, изучающих механизмы сверхбыстрых движений.
С помощью электронной и иммунофлуоресцентной микроскопии команда биофизиков детально изучила строение инфузории. Вместо мышечных волокон, как у животных, она использует волокнистые структуры – мионемы. Они состоят из белков центрина и Sfi1 и образуют вокруг всего организма сеть, напоминающую рыболовную.
Процесс запускают ионы кальция. Под их воздействием белок Sfi1 теряет жёсткость и сворачивается, из-за чего вся белковая сеть резко стягивается внутрь. По словам учёных, такая «сетчатая» геометрия позволяет инфузории сжиматься равномерно, защищая внутренние органеллы от повреждений при столь резком движении.
Механизм принципиально отличается от того, как работают мышцы человека, которые получают энергию из аденозинтрифосфата (АТФ). Исследователи сравнивают это с разницей между бензиновым и электрическим двигателем: АТФ «сгорает» в ходе химической реакции, тогда как ионы кальция действуют подобно электрическому току.
Пока остаётся неясным, что служит источником «напряжения» для этого тока и как система «перезаряжается» для повторного сокращения. Ответы на эти вопросы могут стать ключом к созданию искусственных мышц, которые будут работать без АТФ. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
