p (PhysOrg.com) - Cilia, minúsculas estruturas semelhantes a cabelos que realizam proezas como limpar detritos microscópicos dos pulmões e determinar a localização correta dos órgãos durante o desenvolvimento, mover-se de maneiras misteriosas. Seus movimentos de pulsação são sincronizados para produzir ondas metacrônicas, semelhante em aparência à "onda" criada em grandes arenas quando o público usa as mãos para produzir um padrão de movimento em todo o estádio. p Devido à importância das funções ciliares para a saúde, há grande interesse em compreender o mecanismo que controla os padrões de batimento dos cílios. Mas aprender exatamente como o movimento dos cílios é coordenado tem sido um desafio.

p Isso pode estar começando a mudar como resultado da criação, por uma equipe de pesquisadores da Brandeis, de estruturas semelhantes a cílios artificiais que oferece dramaticamente uma nova abordagem para o estudo de cílios.

p Em um artigo recente publicado na revista Ciência , O professor associado de física Zvonimir Dogic e colegas apresentam o primeiro exemplo de um sistema microscópico simples que se auto-organiza para produzir padrões de batimento ciliares.

p “Mostramos que há uma nova abordagem para estudar o espancamento, ”Diz Dogic. “Em vez de desconstruir a estrutura totalmente funcional, podemos começar a construir a complexidade do zero. ”

p A complexidade dessas estruturas apresenta um grande desafio, pois cada cílio contém mais de 600 proteínas diferentes. Por esta razão, a maioria dos estudos anteriores de cílios empregou uma abordagem de cima para baixo, tentando estudar o mecanismo de batimento, desconstruindo as estruturas em pleno funcionamento por meio da eliminação sistemática de componentes individuais.

p A equipe interdisciplinar era formada pelo estudante de graduação em física Timothy Sanchez e o estudante de graduação em bioquímica David Welch que trabalhou com a bióloga Daniela Nicastro e Dogic. Seu sistema experimental era composto de três componentes principais:filamentos de microtúbulos - pequenos cilindros ocos encontrados em células animais e vegetais, proteínas motoras chamadas cinesina, que consomem combustível químico para se mover ao longo dos microtúbulos e um agente de agrupamento que induz a montagem de filamentos em feixes.

p Sanchez e colegas descobriram que, sob um determinado conjunto de condições, esses componentes muito simples se organizam espontaneamente em feixes ativos que batem de maneira periódica.

p Além de observar o espancamento de feixes isolados, os pesquisadores também foram capazes de montar um campo denso de feixes que sincronizavam espontaneamente seus padrões de batimento em ondas viajantes.

p Processos de auto-organização de muitos tipos tornaram-se recentemente um foco da comunidade da física. Esses processos variam em escala de funções celulares microscópicas e enxames de bactérias a fenômenos macroscópicos, como bando de pássaros e engarrafamentos. Desde experimentos controláveis ​​com pássaros, multidões em estádios de futebol e tráfego são virtualmente impossíveis de conduzir, os experimentos descritos por Sanchez e colegas podem servir como um modelo para testar uma ampla gama de previsões teóricas.

p Além disso, a reprodução de tal funcionalidade biológica essencial em um sistema simples será de grande interesse para os campos da biologia celular e evolutiva, Dogic diz. As descobertas também abrem uma porta para o desenvolvimento de um dos principais objetivos da nanotecnologia - projetar um objeto que seja capaz de nadar independentemente.