Клетки любят есть округлое и вытянутое
Поглощая частицы из окружающей среды, клетки обращают внимание на их форму.
Простейшие организмы, состоящие всего из одной-единственной клетки, питаются с помощью фагоцитоза: натолкнувшись на какую-нибудь вкусную частицу, одноклеточное выпячивает мембрану, окружает ей кусочек пищи и втягивает его в таком мембранном конверте в себя. (Аналогичный захват капельки жидкости называется пиноцитозом.) Дальше в мембранном пузырьке с едой, оказавшемся внутри клетки, начинаются пищеварительные процессы. Точно так же, кстати говоря, ведут себя макрофаги и иммунные лейкоциты, задача которых – поглощать бактерии, обломки погибших клеток и подозрительные чужеродные вещества, появившиеся в организме.
До сих пор биологи, рассматривая процесс поглощения клеткой частиц, представляли эти частицы как условные сферы. Но на самом-то деле клетки сталкиваются не только со сферическими объектами – и бактерии, и всевозможные частицы могут быть палочковидными, изогнутыми, какой-то сложной неправильной формы и т. д. И тут возникает вопрос: как клетка сама относится к форме того, что она хочет съесть? Предпочитает ли она овальное цилиндрическому или прямое изогнутому?
Дэвид Ричардс (David M. Richards) из Экстереского университета и Роберт Эндрес (Robert G. Endres) из Имперского колледжа Лондона утверждают, что клеткам действительно не всё равно, какой формой обладает фагоцитируемая частица. В своей статье в Proceedings of the National Academy of Sciences исследователи обращают внимание на два важных момента, сопровождающих процесс поглощения.
Во-первых, как мы сказали, клетка в процессе фагоцитоза формирует чашеобразное выпячивание мембраны, и физические процессы, происходящие при этом в мембране, похожи на те, которые описывает задача Стефана – так называют особую краевую задачу (то есть систему математических уравнений), рассказывающую об изменениях фазового состояния вещества, когда граница между фазами изменяется со временем (как например, при таянии льда). Во-вторых, если иммунная клетка сталкивается с опасным объектом, она выделяет некие сигнальные молекулы, которые влияют на мембранные рецепторы и тем самым помогают мембране изогнуться так, чтобы успешно связать и проглотить вредную частицу.
Если учесть и физические процессы в мембране, описываемые задачей Стефана, и молекулярные процессы, связанные сигнальными молекулами, то можно увидеть, что какие-то формы клетка будет глотать более охотно, а какие-то – менее. Например, что-то вытянутое, эллипсоидное или цилиндрическое она съест более охотно, чем обычную сферу; но если эллипс ляжет на мембрану боком, то клетка съесть его не сможет. Какая-нибудь более сложная геометрия тоже вызовет затруднения: если клетка попытается втянуть в себя что-то вроде песочных часов (например, какую-нибудь другую клетку в процессе деления), то такие «песочные часы» остановятся на полпути.
Всё это вполне согласуется с некоторыми экспериментальными наблюдениями: например, известно, что некоторых бактерий иммунные клетки поглощают с большей эффективностью, чем других, и дело тут, видимо, не только в особых маскировочных умениях микробов, но и в их геометрии. В перспективе такую модель фагоцитоза можно было бы использовать в фармакологии: разрабатывая наночастицы с лекарством внутри, предназначенные для попадания внутрь клетки, необходимо следить, чтобы частицы были подходящей формы, иначе клетка не захочет их проглотить.
