Деца, косачки, самолети, влакове, автомобили - почти всичко вдига шум. И ако двама калифорнийски учени са прави, то също правят живи клетки. В последните експерименти, използващи граничната наука за нанотехнологиите, изследователите откриха доказателства, че клетките от дрожди издават един вид скърцане, докато клетките на бозайниците могат да отделят друг. Изследванията, макар и все още предварителни, са потенциално „революционни“, както твърди един учен, и е възможно, предполагаемо отдалечено медицинско приложение, вече се преследва: някой ден мисленето продължава, като слушате звуците, които вашите клетки могат да кажат лекар, преди да се появят симптоми, независимо дали сте здрави или сте на път да се разболеете.
Свързано съдържание
- Може ли нанотехнологията да спаси живота?
Основателят на изследването на клетъчните звуци или „соноцитологията“, както той го нарича, е Джим Гимзевски, 52-годишен химик от UCLA, допринесъл за изложбата на музей на изкуствата за молекулярната структура. Идеята за звука на клетките му дойде през 2001 г., след като медицински изследовател му каза, че когато живите сърдечни клетки се поставят в чаша на Петри с подходящи хранителни вещества, клетките ще продължат да пулсират. Гимжевски започна да се чуди дали всички клетки могат да бият и ако е така, дали такива малки вибрации ще издадат засичащ звук. В крайна сметка, разсъждава той, звукът е само резултат от сила, която натиска върху молекулите, създавайки вълна под налягане, която се разпространява и регистрира, когато удари тъпанчето. Той също така обоснова, че макар шум, генериран от клетка, да не се чува, той може да бъде открит от особено чувствителен инструмент.
Гимжевски е много подходящ за справяне с въпроса, тъй като е експерт по инструментално оборудване - той е изградил свои микроскопи - и е удобно у дома в света на безкрайните. Лидер в нанотехнологиите или науката за манипулиране на отделни атоми и молекули за изграждане на микроскопични машини, Гимзевски преди това е работил в изследователската лаборатория на IBM в Цюрих, Швейцария, където той и колегите му са изградили въртящ се молекулен витъл с 1, 5 нанометра или 0, 0000015 милиметра в диаметър. Те също така построиха най-малкия абакус в света, който имаше като мъниста отделни молекули с диаметър по-малък от единичен нанометър. Ако не друго, подвизите, които получиха признание, показаха, че много напечено обещанието на нанотехнологиите има основа в действителност.
За първия си поход към соноцитологията Гимзевски получи клетки от дрожди от колеги по биохимия в UCLA. (Той "изглежда, " той си спомня, когато обясни защо иска клетките.) Работейки със студента Андрю Пелинг, Гимзевски измисли начин за тестване на клетъчен шум с нанотехнологичен инструмент, наречен микроскоп с атомна сила (AFM). Обикновено AFM създава визуално изображение на клетка, като прекарва много мъничката си сонда, като самата тя е толкова малка, че върхът й е микроскопичен, върху повърхността на клетката, измерва всяка чупка и кухина на нейната външна мембрана. Компютърът преобразува данните в картина. Но изследователите от UCLA държат мъничката сонда на АФМ във фиксирано положение, лежейки я леко върху повърхността на клетъчната мембрана „като запис на игла“, казва Пелинг, за да открият всякакви генериращи звук вибрации.
Двойката установи, че клетъчната стена се издига и пада три нанометра (около 15 въглеродни атома, подредени един върху друг) и вибрира средно 1000 пъти в секунда. Разстоянието, на което се движи клетъчната стена, определя амплитудата или силата на звуковата вълна, а скоростта на движението нагоре-надолу е нейната честота или стъпка. Въпреки че силата на звука на дрожди от клетъчни клетки беше твърде ниска, за да се чуе, Гимзевски казва, че честотата му е била теоретично в обхвата на човешкия слух. „Значи всичко, което правим, е да увеличим силата на звука“, добавя той.
Гимжевски (държейки модел на въглеродна молекула в своята UCLA лаборатория) използва атомно-силов микроскоп, за да "слуша" живи клетки. (Дебра Ди Паоло) Честотата на клетките с дрожди, които изпитваните изследователи винаги е била в същия висок диапазон, „около C-остър до D над средния C по отношение на музиката“, казва Пелинг. Разпръскването на алкохол върху клетка с дрожди, за да го убие, повдига терена, докато мъртвите клетки излъчват слаб, бучещ звук, който според Гимзевски вероятно е резултат от случайни атомни движения. Двойката откри също, че клетките от дрожди с генетични мутации издават малко по-различен звук от нормалните клетки на дрожди; това прозрение насърчава надеждата, че техниката може в крайна сметка да бъде приложена при диагностициране на заболявания като рак, който се смята, че произхожда с промени в генетичния състав на клетките. Изследователите са започнали да тестват различни видове клетки от бозайници, включително костни клетки, които имат по-ниска стъпка от клетките на дрожди. Изследователите не знаят защо.
Малко учени са запознати със соноцитологичната работа на Гимзевски и Пелинг, която не е публикувана в научната литература и е разгледана подробно. (Изследователите са представили своите открития в рецензирано списание за публикуване.) От уста на уста предизвикаха скептицизъм, както и възхищение. Учен, запознат с изследването, Херман Гауб, председател на приложната физика в LudwigMaximilianUniversity в Мюнхен, Германия, казва, че звуците, за които Гимжевски смята, че клетъчните вибрации могат да имат друг произход. "Ако източникът на тази вибрация ще бъде открит вътре в клетката, това би било революционно, зрелищно и невероятно важно", казва Гауб. „Има обаче много потенциални [звукови] източници извън клетката, които трябва да бъдат изключени.“ Пелинг се съгласява и казва, че той и Гимзевски правят тестове, за да изключат възможността други молекули във флуида, къпещи клетките, или дори върхът на самия микроскоп, да генерират вибрации, които тяхната сонда поема.
Ратнеш Лал, невролог и биофизик от Калифорнийския университет в Санта Барбара, който е изучавал пулсациите на сърдечните клетки, поддържани живи в чиния, казва, че нанотехнологичният опит на Гимзевски може да е ключът за установяване дали клетките произвеждат звук. "Крайната надежда е да се използва това в диагностиката и профилактиката", казва Лал и добавя: "Ако има някой в света, който може да го направи, той може."
Гимжевски признава, че трябва да се свърши още работа. Междувременно откритията привлякоха вниманието на неговия колега от UCLA Майкъл Teitell, патолог, специализиран в ракови заболявания на лимфоцитите, вид на белите кръвни клетки. Подлага на човешки и миши мускулни клетки и костни клетки на лекарства и химикали, които предизвикват генетични и физически промени; След това Гимзевски ще се опита да „изслуша“ променените клетки и да ги различи по звуците им.
Teitell казва, че мисълта за откриване на рак в най-ранните му клетъчни етапи е вълнуваща, но дали технологията ще работи като диагностичен инструмент, остава да видим (или чуем). Той не иска да препродаде идеята: „Може да се окаже, че всички тези сигнали ще бъдат толкова мишмаш, че няма да можем да идентифицираме ясно един от друг.“
Гимжевски се надява, че работата ще има практическо приложение, но той е развълнуван толкова много от лова, колкото от улова. "Какъвто и да е резултатът", казва той, "преди всичко съм воден от любопитство и вълнение към феномена на клетъчното движение - какво вдъхнови природата да създаде такъв механизъм и наистина да разбере в дълбочина какво означават тези красиви звуци." Самата възможност той да е открил нова характеристика на клетките, с всички интригуващи въпроси, които повдига, е, казва той, „вече повече от достатъчен подарък“.
