p Jerzy Blawzdziewicz, professor, presidente associado e diretor de estudos de pós-graduação no Departamento de Engenharia Mecânica, e Siva Vanapalli, um professor associado e membro do corpo docente Bill Sanderson no Departamento de Engenharia Química da Edward E. Whitacre Jr. College of Engineering da Texas Tech University, teve seu artigo de pesquisa, "As manobras de rolagem são essenciais para a reorientação ativa de Caenorhabditis elegans em mídia 3-D, "publicado recentemente no Anais da Academia Nacional de Ciências ( PNAS ) p C. elegans, uma lombriga de um milímetro, é um poderoso organismo modelo usado em investigações de processos biológicos fundamentais conservados entre as espécies. Pesquisadores de todo o mundo medem o comportamento locomotor desse nematóide para obter informações sobre diversas áreas de estudo, como mutações genéticas, biologia muscular, controle neural do movimento e avaliação da nutrição, exercício e efeitos de drogas.

p A maioria dos resultados de pesquisas usando leituras locomotivas foi baseada em descrições bidimensionais (2-D) do movimento do nematóide. Em laboratórios, C. elegans é geralmente cultivado em uma superfície de gel de ágar, e os modelos 2-D fornecem muitas informações úteis. Contudo, alguns dos comportamentos do worm, como cavar e nadar, requerem uma abordagem investigativa tridimensional (3-D).

p Além disso, em seu habitat natural, que é úmido, decomposição de matéria orgânica, o nematóide se move em um ambiente 3-D complexo. Ainda, até agora, não houve estudos quantitativos abrangentes sobre a marcha 3-D do verme.

p Em seu jornal, Blawzdziewicz, Vanapalli e sua equipe identificaram e quantificaram as principais manobras que o nematóide usa para explorar o espaço 3-D. Seu esforço de pesquisa colaborativa foi baseado nas contribuições vitais de dois alunos de doutorado em engenharia mecânica, Alejandro Bilbao e Amar Patel, que obteve resultados teóricos, e de um pesquisador de pós-doutorado em engenharia química, Mizanur Rahman, quem conduziu os experimentos.

p "Estamos observando a forma como este minúsculo animal se move em seu ambiente e que tipo de manobras ele está executando, "Blawzdziewicz disse." Em 2-D, o nematóide impulsiona seu corpo usando ondulações laterais e gira, aumentando momentaneamente a amplitude da ondulação em um lado. Nós descobrimos isso, para se reorientar em 3-D, o nematóide realiza uma manobra de rolamento, que se assemelha a um rolo acrobático de avião. O animal gira com eficiência em torno do eixo de sua trajetória (executando a parte 3-D de seu movimento), em seguida, retoma as curvas 2-D em um novo plano de ondulação. Registramos esse novo padrão de comportamento e teoricamente analisamos sua eficiência, frequência e significado. "

p O genoma de C. elegans foi o primeiro totalmente sequenciado, e o sistema neural do nematóide é completamente mapeado. Isso ajuda nos estudos de pesquisa porque agora é o modelo animal preferido para várias doenças.

p O curto período de gestação e envelhecimento de C. elegans é outro benefício do uso do animal.

p "É um verme transparente, então você pode ver através dele, que tem suas vantagens, e cada animal põe cerca de 300 ovos, "Vanapalli disse." Cada animal vive cerca de três semanas, então, nesse curto espaço de tempo, você pode monitorar um grande número de nematóides. Se você pensar em estudos de envelhecimento, que é uma das áreas em que Jerzy e eu estamos interessados, um dos principais objetivos é entender quais mutações genéticas e quais drogas podem melhorar a saúde neuromuscular à medida que o animal envelhece. Um rato vive por dois anos, então é muito tempo para rastrear, uma experiência muito longa. Mas aqui, são três semanas.

p "Pretendemos usar nossa análise de locomoção 3-D para caracterizar a saúde dos sistemas nervoso e muscular em vermes que envelhecem. A abordagem 3-D é uma ferramenta mais sensível em comparação com a avaliação da locomoção de C. elegans em 2-D."

p As investigações do grupo de pesquisa Texas Tech já representam um novo, questão importante e em aberto de como as posturas corporais 3-D envolvidas nas manobras de rolagem são acionadas por, essencialmente, uma rede bidimensional de conexões neurais.

p C. elegans tem quatro fileiras de músculos ao longo de seu corpo, portanto, a atuação em qualquer direção deve ser possível. Contudo, neurônios motores na maior parte do corpo têm conexões simétricas com os músculos ventrais ou dorsais, e por causa dessas conexões simétricas, geralmente pensa-se que C. elegans é incapaz de acionar movimentos 3-D, exceto no segmento da cabeça de seu corpo.

p "Nossa análise mostra que todo o corpo do nematóide é capaz de movimentos 3-D, "Blawzdziewicz disse." Surge então a questão de como o neurônio motor conectado a dois músculos pode enviar sinais diferentes para obter uma resposta assimétrica nesses músculos. "

p A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, os Institutos Nacionais de Saúde e a NASA.

p Uma das simulações demonstrando a geometria e a mecânica das curvas 2-D e manobras de roll 3-D na natação é mostrada abaixo.