(PhysOrg.com) - cilios, diminutas estructuras similares a pelos que realizan hazañas como limpiar los restos microscópicos de los pulmones y determinar la ubicación correcta de los órganos durante el desarrollo, moverse de formas misteriosas. Sus movimientos de batido están sincronizados para producir ondas metacrónicas, similar en apariencia a "la ola" creada en grandes estadios cuando los miembros de la audiencia usan sus manos para producir un patrón de movimiento alrededor de todo el estadio.

Debido a la importancia de las funciones ciliares para la salud, Existe un gran interés en comprender el mecanismo que controla los patrones de batido de las cilias. Pero aprender exactamente cómo se coordina el movimiento de los cilios ha sido un desafío.

Eso puede estar comenzando a cambiar como resultado de la creación, por un equipo de investigadores de Brandeis, de estructuras artificiales similares a cilios que ofrece de manera espectacular un nuevo enfoque para el estudio de los cilios.

En un artículo reciente publicado en la revista Ciencias , El profesor asociado de física Zvonimir Dogic y sus colegas presentan el primer ejemplo de un sistema microscópico simple que se autoorganiza para producir patrones de latidos similares a los cilios.

"Hemos demostrado que existe un nuevo enfoque para estudiar la paliza, ”Dice Dogic. "En lugar de deconstruir la estructura en pleno funcionamiento, podemos empezar a crear complejidad desde cero ".

La complejidad de estas estructuras presenta un gran desafío ya que cada cilio contiene más de 600 proteínas diferentes. Por esta razón, la mayoría de los estudios previos de cilios han empleado un enfoque de arriba hacia abajo, intentar estudiar el mecanismo de los golpes deconstruyendo las estructuras en pleno funcionamiento mediante la eliminación sistemática de componentes individuales.

El equipo interdisciplinario estuvo integrado por el estudiante de posgrado en física Timothy Sánchez y el estudiante de posgrado en bioquímica David Welch, quien trabajó con la bióloga Daniela Nicastro y Dogic. Su sistema experimental estaba compuesto por tres componentes principales:filamentos de microtúbulos:pequeños cilindros huecos que se encuentran tanto en células animales como vegetales. proteínas motoras llamadas kinesina, que consumen combustible químico para moverse a lo largo de los microtúbulos y un agente aglutinante que induce el ensamblaje de filamentos en haces.

Sánchez y sus colegas descubrieron que, bajo un conjunto particular de condiciones, estos componentes muy simples se organizan espontáneamente en haces activos que laten de manera periódica.

Además de observar el batir de bultos aislados, los investigadores también pudieron ensamblar un denso campo de haces que sincronizaban espontáneamente sus patrones de latido en ondas viajeras.

Los procesos de autoorganización de muchos tipos se han convertido recientemente en un foco de atención de la comunidad física. Estos procesos varían en escala, desde funciones celulares microscópicas y enjambres de bacterias hasta fenómenos macroscópicos como bandadas de pájaros y atascos de tráfico. Desde experimentos controlables con aves, las multitudes en los estadios de fútbol y el tráfico son prácticamente imposibles de realizar, los experimentos descritos por Sánchez y sus colegas podrían servir como modelo para probar una amplia gama de predicciones teóricas.

Además, la reproducción de una funcionalidad biológica tan esencial en un sistema simple será de gran interés para los campos de la biología celular y evolutiva, Dogic dice. Los hallazgos también abren una puerta para el desarrollo de uno de los principales objetivos de la nanotecnología:diseñar un objeto que sea capaz de nadar de forma independiente.