Lebende Systeme sind durch einen kontinuierlichen Energiefluss gekennzeichnet, der für die körperliche Entwicklung, Wundheilung und unsere Immunantwort auf Krankheiten wie Krebs unerlässlich ist. Die Messung des Energieflusses eines bestimmten Prozesses, wie der Krafterzeugung, wird jedoch durch die mehr als 10.000 verschiedenen Arten molekularer Proteine erschwert, die in jeder unserer Zellen miteinander interagieren.
Wissenschaftler am Systems Biology Institute in Yale haben eine künstliche Zelle hergestellt, um eine präzise Messung des Energieverbrauchs und der Krafterzeugung in unseren Zellen zu ermöglichen. Die Arbeit stammt aus dem Labor von Michael Murrell, außerordentlicher Professor für Biomedizintechnik und Physik veröffentlicht In Naturkommunikation.
Die künstlichen Zellen bestanden aus Schlüsselproteinen, die für die Erzeugung der Zellkraft verantwortlich sind – einem Zytoskelett, das wie die Knochen und Muskeln im menschlichen Körper fungiert und von einer Außenmembran umhüllt ist.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass die Menge der verbrauchten Energie je nach morphologischen Merkmalen variiert. Beispielsweise verbrauchten Zellen mit dickeren Zytoskeletten weniger Energie als Zellen mit verzweigter Architektur, und längere Zytoskelette übten eine höhere Kraft aus.
Die Aufklärung der Prinzipien des Energieverbrauchs wird unser Verständnis der biologischen Organisation verbessern, die verschiedenen zellulären Prozessen, einschließlich der Krebsprogression, zugrunde liegt.
Ryota Sakamoto, Postdoktorandin im Murrell Lab, war Erstautorin der Studie.
Mehr Informationen:
Ryota Sakamoto et al.: Die F-Aktin-Architektur bestimmt die Umwandlung chemischer Energie in mechanische Arbeit. Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47593-x