Группа биологов из Китая, США и Германии научила бактерии своеобразному фокусу (кратко о нем мы уже писали). Стартуя из центра чашки Петри, колония разрасталась, формируя идеальные кольца – волны плотности. Такой узор, конечно, авторы эксперимента создали не для забавы.

Одним из важнейших вопросов в биологии развития является механизм, за счёт которого делящиеся клетки формируют правильные (в частности периодические) структуры, череду позвонков или строго определённое количество пальцев, к примеру. Механизм контроля тут ещё не понятен до конца, и вот теперь учёные попробовали смоделировать его в необычном опыте.

Биологи использовали методы генной инженерии и сконструировали, а затем и собрали генетические модули, которые связали плотность расположения клеток на подложке из агара с их подвижностью.

Рис. 1. Учёные делали снимки колонии с
определённой периодичностью (фото с сайта
hku.hk).

Один из таких генетических блоков синтезирует химический сигнал ацил-гомосерин лактон (AHL), сообщает Technology Review. По мере того как плотность населения в колонии растёт, это вещество накапливается, заставляя клетки прекратить плавание и осесть на месте.

Нескольким клеткам по краям колонии удаётся уйти чуть дальше других, а поскольку AHL не распространяется далеко, процесс начинается заново. Новая порция колонии принимается активно двигаться, пока следующая волна плотности клеток не наберёт критического количества AHL и не сформирует второе кольцо.

Так авторы показали, как клетки могут формировать правильные структуры без всякого внешнего управления.

Более того, учёные составили математическую модель процесса и на её основе рассчитали, какие модификации нужно сделать в генах, чтобы произвольно менять число колец в запрограммированном на уровне генов шаблоне.

Эту часть теории авторы работы также проверили на практике, заставив бактерии формировать нужные им узоры.

Рис. 2. Научившись тонкому управлению разрастанием и дифференциацией клеток, люди могли бы серьёзно продвинуться в таких областях, как клеточная терапия и выращивание органов из стволовых клеток. На снимке мы видим колонию, не сформировавшую ни одного кольца, а также образцы, создавшие одно, два и пять колец с плотным расположением клеток (фото с сайта hku.hk).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Chenli Liu1, Xiongfei Fu, Lizhong Liu, Xiaojing Ren, Carlos K.L. Chau, Sihong Li, Lu Xiang, Hualing Zeng, Guanhua Chen, Lei-Han Tang, Peter Lenz, Xiaodong Cui, Wei Huang, Terence Hwa6, Jian-Dong Huang Sequential Establishment of Stripe Patterns in an Expanding Cell Population. – Science. – 14 October 2011. – Vol. 334. – no. 6053. – pp. 238–241; DOI:10.1126/science.1209042.