p Frotas de máquinas microscópicas trabalham duro em suas células, realizar tarefas biológicas críticas e mantê-lo vivo. Ao combinar teoria e experimento, pesquisadores descobriram a maneira surpreendente como uma dessas máquinas, chamado de fuso, evita lentidão:congestionamento. p O fuso divide os cromossomos ao meio durante a divisão celular, garantindo que ambas as células descendentes contenham um conjunto completo de material genético. O fuso é composto por dezenas de milhares de peças rígidas, tubos ocos chamados microtúbulos conectados por motores biológicos.

p Os microtúbulos são impulsionados apenas para frente quando conectados a um vizinho apontado na direção oposta. Observações anteriores, Contudo, mostraram microtúbulos navegando a toda velocidade, mesmo quando ligados apenas a vizinhos voltados para a mesma direção. Em um novo artigo publicado em 2 de setembro em Física da Natureza , os pesquisadores fornecem uma resposta para esse quebra-cabeça. Os microtúbulos estão tão emaranhados uns com os outros que mesmo aqueles que não são ativamente lançados para a frente são arrastados a toda velocidade pela multidão.

p "É como uma faixa de pedestres da cidade de Nova York, "diz o autor principal do estudo, Sebastian Fürthauer, um cientista pesquisador do Centro de Biologia Computacional (CCB) do Flatiron Institute na cidade de Nova York. "Pessoas caminhando por caminhos diferentes estão todas misturadas, ainda assim, todos são capazes de se mover a toda velocidade e fluir suavemente uns pelos outros. "

p As descobertas ajudarão os cientistas a entender melhor a maquinaria celular que separa os cromossomos durante a divisão celular e por que esse processo às vezes dá errado. Se um fuso faz seu trabalho incorretamente, pode introduzir erros como cromossomos ausentes ou extras que podem levar a complicações como infertilidade e câncer, Fürthauer diz.

p Fürthauer e o diretor do CCB, Michael Shelley, ambos matemáticos aplicados, trabalhou no projeto ao lado de uma equipe interdisciplinar de biólogos experimentais e físicos da Universidade de Harvard, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Indiana University, e a Universidade da Califórnia, Santa Barbara.

p Um dos objetivos gerais da biofísica é vincular a atividade de componentes de pequena escala à dinâmica de grande escala de células e organismos. As propriedades dos principais componentes do fuso são relativamente bem estudadas. Os microtúbulos são longos, hastes de polímero rígidas semelhantes a canudos, cada um com uma extremidade 'menos' e uma extremidade 'mais'. Os motores moleculares se prendem e se movem ao longo dos microtúbulos usando um par de 'pés' moleculares. Motores Kinesin, por exemplo, tem dois pares de pés, um em cada extremidade. As moléculas de cinesina podem se ligar a dois microtúbulos diferentes, com cada par de pés marchando da extremidade negativa para a extremidade positiva de cada microtúbulo.

p Se as extremidades positivas e negativas de ambos os microtúbulos estiverem alinhadas, os dois pares de pés andam na mesma direção e os microtúbulos não se movem um em relação ao outro. Se os microtúbulos forem anti-alinhados, os pés se movem em direções opostas, fazendo com que os microtúbulos deslizem uns sobre os outros. O movimento coletivo de todos os microtúbulos determina o crescimento e a forma do fuso.

p Estudos anteriores focaram principalmente em situações em que os motores eram escassos. Os cientistas presumiram que essa era uma representação precisa do que acontece nas células reais. Em tal cenário, o movimento de um microtúbulo dependeria da orientação de seus vizinhos. Microtúbulos alinhados com seus vizinhos permaneceriam parados enquanto aqueles que desafiaram a multidão avançariam.

p Fusos reais, Contudo, não exiba este comportamento esperado. Microtúbulos cercados por vizinhos voltados para a mesma direção ainda se movem a toda velocidade. Então, o que os está empurrando para frente?

p Fürthauer e colegas investigaram como os microtúbulos se moveriam coletivamente se o sistema fosse embalado com muitos motores, resultando em muitas conexões entre microtúbulos. Eles desenvolveram uma teoria matemática de como as tensões mecânicas se desenvolvem no coletivo quando os microtúbulos são empurrados e puxados uns contra os outros pelos numerosos motores.

p Sua teoria prevê que os microtúbulos se alinham, com cada microtúbulo voltado para uma das duas direções opostas. Onde microtúbulos de orientação oposta se misturam, eles são impulsionados para a frente conforme o esperado. Microtúbulos em outros lugares, a teoria afirma, estão tão emaranhados com seus vizinhos que também são puxados para o passeio. Cada microtúbulo, Portanto, move-se precisamente na velocidade dos motores ambulantes, independentemente de seu lugar na multidão.

p Os experimentos conduzidos pelos pesquisadores usando microtúbulos e abundantes motores de cinesina corresponderam a essas previsões. Adicionalmente, a teoria e os experimentos combinaram fusos do mundo real:nos ovos de sapos africanos com garras, microtúbulos em fusos movem-se aproximadamente à mesma velocidade que os motores que os conectam costumam andar.

p O comportamento do fuso do sapo é "muito sugestivo de que a biologia real vive no regime que vemos em nossos experimentos, "Fürthauer diz." Com este novo entendimento, agora podemos perguntar:Como podemos construir um fuso? Podemos reconstruir esta máquina biológica complexa em uma simulação de computador, ou mesmo no tubo de ensaio? ”Ele e seus colegas estão esperançosos de que estão se aproximando.