Kalamar deri hücrelerini laboratuvarda kültürlemek mümkün değildir; bu yaklaşım bir çözüm sunar.
 |
| Bazı mürekkep balıkları kendilerini şeffaf hale getirerek ve/veya renklerini değiştirerek kamufle etme yeteneğine sahiptir. |
Mürekkep balığı, ahtapot ve kalamar gibi bazı kafadanbacaklılar kendilerini şeffaf hale getirerek ve/veya renklerini değiştirerek kamufle etme yeteneğine sahiptir. Bilim adamları, bu eşsiz yeteneğin altında yatan kesin mekanizmalar hakkında daha fazla bilgi edinmek isterler, ancak kalamar deri hücrelerini laboratuvarda kültürlemek mümkün değildir. Kaliforniya Üniversitesi, Irvine'deki araştırmacılar uygulanabilir bir çözüm keşfettiler: kalamar derisi hücrelerinin özelliklerini laboratuvarda memeli (insan) hücrelerinde kopyalamak. Araştırmalarını bu hafta Indianapolis'te düzenlenen Amerikan Kimya Topluluğu toplantısında sundular.
ACS toplantısında bir medya brifinginde, "Genel olarak, şeffaflığı elde etmenin iki yolu vardır," dedi, yaklaşık son on yıldır kalamar kamuflajına hayran olan UC Irvine'den Alon Gorodetsky. "Bir yol, ne kadar ışığın emildiğini azaltmaktır - tipik olarak pigment bazlı renklenme. Diğer bir yol, tipik olarak kırılma indeksindeki farklılıkları değiştirerek ışığın nasıl dağıldığını değiştirmektir." İkincisi, laboratuvar araştırmasının odak noktasıdır.
Kalamar derisi yarı saydamdır ve ışık emilimini kontrol eden kromatoforlar adı verilen pigment hücrelerinin dış tabakasına sahiptir. Her kromatofor, cildin yüzeyini kaplayan kas liflerine bağlanır ve bu lifler de bir sinir lifine bağlanır. Bu sinirleri elektriksel darbelerle uyarmak, kasların kasılmasına neden olmak basit bir meseledir. Ve kaslar farklı yönlerde çektikleri için hücre, rengi değiştiren pigmentli alanlarla birlikte genişler. Hücre küçüldüğünde, pigmentli alanlar da küçülür.
 |
| 2015 yılında, Alon Gorodetsky'nin UC Irvine'deki laboratuvarı kalamar yansıtan proteinlerle "görünmezlik çıkartmaları" yarattı. |
Kromatoforların altında ayrı bir iridofor tabakası vardır. Kromatoforların aksine, iridoforlar pigment bazlı değildir, ancak bir kalamarın iridoforlarının statik değil dinamik olması dışında, bir kelebeğin kanatlarındaki kristallere benzer yapısal bir renk örneğidir. Farklı dalga boylarındaki ışığı yansıtacak şekilde ayarlanabilirler. 2012 tarihli bir makale, iridoforların bu dinamik olarak ayarlanabilir yapısal renginin, asetilkolin adı verilen bir nörotransmitter ile bağlantılı olduğunu öne sürdü. İki katman, kalamar derisinin benzersiz optik özelliklerini oluşturmak için birlikte çalışır.
Ve sonra iridoforlara benzer lökoforlar var, tek farkları beyaz görünecek şekilde ışığın tüm spektrumunu dağıtıyorlar. Tipik olarak nanopartiküller halinde kümelenen, böylece ışığın emilmesi veya doğrudan iletilmesi yerine dağılması için bir araya toplanan yansıma proteinleri içerirler. Lökoforlar çoğunlukla mürekkep balığı ve ahtapotlarda bulunur, ancak Sepioteuthis cinsinin bazı dişi kalamarlarında yalnızca ışığın belirli dalga boylarını dağıtmak için "ayarlayabildikleri" lökoforları vardır. Hücreler ışığın çok az saçılmayla geçmesine izin verirse, daha şeffafken, hücreler çok daha fazla ışık saçarak opak ve daha belirgin hale gelir.Bunlar Gorodetsky'yi ilgilendiren hücrelerdir.
2015 yılında Gorodetsky'nin laboratuvarı, bir gün askerlerin kızılötesi kameralardan bile kendilerini gizlemelerine yardımcı olmak için kalamardan ilham alan görünmezlik etiketleri yarattı. Çıkartmalar esasen ince, esnek kamuflaj katmanlarıydı ve askerlerin kızılötesi yansımasını arka planlarıyla eşleştirmek için bir desen alma potansiyeline sahipti. Yansıtıcı proteinleri toplamak için kalamar öldürmek yerine, onu e'de ifade edebilirler. coli bakteri kültürleri. Daha sonra, ev tipi koli bandı eşdeğerini modifiye edilmiş bakterilerle kapladılar. Çıkartmalar, yalnızca bakteri filminin kalınlığı değiştirilerek ayarlanabiliyordu. Daha ince filmler mavi görünüyordu; daha kalın filmler turuncu görünüyordu.
Kırılma indeksini ve ışığı nasıl saçtığını incelemek için proteinin kesik versiyonlarını zaten denemiş olan Gorodetsky'nin ekibi, insan hücrelerine yansımayı kodlayan kalamardan türetilen genleri tanıtarak bu araştırmayı genişletti. İşin püf noktası, nanoyapıları geçici olarak değil, kararlı bir şekilde oluşturmak için yansıtmaktı. Hücrelerin kültür ortamına tuz eklenmesi, reflektinin ışık saçan nanopartiküller halinde kümelenmesine neden oldu ve tuz konsantrasyonlarını kademeli olarak artırarak, nanopartiküller daha da fazla ışığın dağılması için daha büyük hale geldi, esasen opaklıklarını "ayarladı". Holotomografi adı verilen bir teknik kullanarak nanoparçacıkların özelliklerinin ayrıntılı hızlandırılmış görüntülerini aldılar.
 |
| Araştırmacılar, kalamar proteinlerini memeli hücrelerine dahil ederek, hücrelerin şeffaflığını açıktan bulutluya ayarlayabilirler. |
Gorodetsky, "Bu proteinlerin içsel özelliklerinin - yüksek kırılma indeksleri, belirli yapılara kendi kendine bir araya gelme yetenekleri - bir memeli hücresinde kopyalanıp kopyalanamayacağını gerçekten anlamaya çalışıyorduk" dedi. "Bu yüzden memeli hücrelerini bu proteini büyük miktarlarda ifade edecek şekilde tasarladık. Ve [sonuçta] kendi kendine birleşen yapıların boyutları ve optik özellikleri açısından birçok yönden çok benzer olduğunu bulduk."
COVID-19 salgını patlak verdiğinde ve laboratuvarda çalışmak mümkün olmadığında, Gorodetsky'nin yüksek lisans öğrencisi Georgii Bogdanov, görüntüleme verilerini kullanarak bir hesaplama modeli oluşturdu ve kalamar hücrelerinin tahminlerde bulunmalarını ve optik özelliklerini karşılaştırmalarını sağladı. ve onların tasarlanmış memeli hücreleri. Bogdanov, "Bu fenomenin temel bileşeni olan kırılma endeksleri karşılaştırılabilir," dedi. "Ve bu parçacıkların boyutları da benzer olsa da, bu, kalamar derisinde ve memeli hücrelerinde meydana gelen ışık saçılımının mükemmel bir karşılaştırmasını sağlıyor."
Peki ya potansiyel uygulamalar? Bu yılın başlarında, Toronto Üniversitesi'ndeki mühendislerin, bu pencerelerden iletilen ışığın dalga boyunu, yoğunluğunu ve dağılımını değiştirebilen ve böylece enerji maliyetlerinden önemli ölçüde tasarruf edebilen "sıvı pencereler" için bir prototip oluşturmak üzere kalamardan ilham aldıklarını bildirdik. . Gorodetsky, kendi araştırmasının potansiyel uygulamalarından birinin, gelişmiş mikroskopi teknikleriyle birlikte kullanılan, yüksek kırılma indisine sahip hücre altı moleküler problar olarak reflektif proteinleri kullanmak olduğunu söyledi. Bu tür genetik olarak kodlanmış etiketler, insan hücrelerinin içinde beyazlaşmaz ve bilim adamlarının hücre büyümesini ve gelişimini daha iyi anlamak için hücre yapısını izlemelerini sağlar.
Tags:
Bilim ve Keşif