Dynamiske systemer i levende celler bryder med regler – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2011 > Dynamiske systemer i l...

25. januar 2011

Dynamiske systemer i levende celler bryder med regler

Der er betydelig interesse for at forstå transport og informationsveje i levende celler. Det har afgørende betydning for både transport af f.eks. medicin ind i cellerne, regulering af cellernes livsprocesser, og deres signalering med omgivelserne. Ny forskning i biofysik på bl.a. Niels Bohr Institutet viser overraskende, at transport-mekanismerne ikke følger det forventede mønster. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Physical Review Letters.

Ny forskning viser, at transportbevægelserne i levende celler
overraskende bryder med grundlæggende begreber for
statistisk fysik. For at opklare, hvordan celler kommunikerer,
skal forskerne finde helt nye love for fysikken i levende
organismer. (Kunstnerisk gengivelse af Mette Høst)

Forskerne undersøgte fedtmolekyler, som er naturligt forekommende inde i celler. Med et særligt avanceret instrument, en optisk pincet, kunne de ved hjælp af ekstremt fokuseret laserlys holde fast i de små fedtmolekyler inde i levende gærceller. Ved at måle fedtmolekylernes bevægelser over timer kunne man observere, at de ikke opførte sig som forventet.

Fysikkens love for bevægelser

I fysikkens verden findes der noget, der kaldes de Brownske bevægelser. De ordinære Brownske bevægelser beskriver, hvordan et stof passivt spreder sig i en væske. Når man f.eks. hælder en skefuld sukker i et glas vand, vil sukkeret fordele sig jævnt i løbet af nogen tid. Ville fedtmolekylerne opføre sig 'ordinært' og simpelthen fordele sig jævnt i cellernes væske?

Under alle omstændigheder havde forskerne forventet, at ergodicitets-teoremet (læresætning), som er en almindelig anerkendt naturlov, ville være overholdt. Ergodicitets-teoremet forudsiger, at statistisk set vil resultatet af, at man slår én gang med 10 ens terninger, have samme gennemsnitlige fordeling, som hvis man slår 10 gange med èn terning.

Ergodicitets-teoremet forventes at gælde for anormale transportprocesser i uordnede materialer, f.eks. biologiske systemer. Forskerne forventede altså, at hvis man observerer transport af fedt molekyler i mange celler på èn gang, så ville man få samme resultat som ved at kigge på èn celle gentagne gange over lang tid. Man forventer et mønster.

Forskerne undersøgte fedtmolekyler, som
forekommer naturligt inde i celler. Med et særligt
avanceret instrument, en optisk pincet, kunne de
ved hjælp af ekstremt fokuseret laserlys holde
fast i de små fedtmolekyler inde i levende
gærceller.

Bryder fælles visdom

"Men hverken den ene eller den anden fælles visdom holdt stik. Det viste sig, at fedtmolekylerne brød med alle mønstre. Vores analyse af spredning af flydende fedtgranulat i levende gærceller viste, at ikke alene var udbredelsen unormal, men også bevægelsen i det relevante tidsrum var i strid med statistikken for ergodicitet. De har næsten deres egen vilje", fortæller Lene Oddershede, lektor i biofysikgruppen, Optisk Pincet på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. Her har man udført de eksperimentelle forsøg, mens det er forskere fra DTU samt Tyskland og Israel, der har arbejdet med de teoretiske beregninger.

Konklusionen er, at det er mere kompliceret, end man troede at få styr på levende systemer, og de grundlæggende begreber i statistisk fysik skal skiftes ud, når man vil analysere visse aspekter af biomolekylær dynamik i celler.

"Det er en meget vigtig viden, vi nu har fået. Det, vi troede ville passe, gælder slet ikke, så vi skal nu til at finde helt nye love for fysikken i levende organismer. Vores mål er at opklare, hvordan cellen signalerer og hvordan den kommunikerer både internt og med omgivelserne, fortæller Lene Oddershede.

Artikel i Physical Review Letters >>