Naukowcy na nowo definiują kryteria określające, czy komórkę uważa się za żywą, czy za martwą.
Śmierć komórkowa jest pojęciem podstawowym w naukach biologicznych. Pomimo swojego znaczenia, jego definicja różni się w zależności od kontekstu, w którym występuje i brakuje mu ogólnej definicji matematycznej.
Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego proponują nową matematyczną definicję śmierci opartą na tym, czy potencjalnie martwa komórka może powrócić do z góry określonego „reprezentatywnego stanu życia”, czyli stanów, które możemy śmiało nazwać „żywymi”. Praca badaczy może być przydatna dla badaczy biologicznych i przyszłych badań medycznych.
Choć nie lubimy o tym myśleć, śmierć w końcu dosięga nas wszystkich, niezależnie od tego, czy jesteśmy zwierzęciem, rośliną, czy nawet komórką. I chociaż wszyscy potrafimy odróżnić to, co żywe od martwego, zaskakująca może być wiedza, że śmierci na poziomie komórkowym brakuje powszechnie uznanej definicji matematycznej.
Biorąc pod uwagę, że śmierć komórki odgrywa tak ważną rolę w różnych procesach biologicznych i może mieć ważne konsekwencje dla zdrowia, niezwykle ważne jest zrozumienie, co tak naprawdę rozumiemy przez śmierć komórkową, zwłaszcza w badaniach.
Matematyczne podejście do granicy życia i śmierci
„Moim długoterminowym celem naukowym jest zrozumienie nieodłącznej różnicy między życiem a nieożywieniem, pod względem matematycznym; dlaczego przejście od nieożywionego do życia jest tak trudne, podczas gdy na odwrót jest tak łatwe” – powiedział adiunkt Yusuke Himeoka z Uniwersalnego Instytutu Biologii. „Naszym celem w tym projekcie było opracowanie matematycznej definicji i metody obliczeniowej umożliwiającej ilościowe określenie granicy życia i śmierci. Udało nam się tego dokonać, wykorzystując ważną cechę systemów reakcji biologicznych, w szczególności reakcje enzymatyczne w komórkach”.
Himeoka i jego zespół zaproponowali matematyczną definicję śmierci komórki. Opiera się na sposobie kontrolowania stanów komórkowych, w tym metabolizmu, poprzez modulowanie aktywności enzymów. Definiują stany martwe jako takie stany, z których komórki nie mogą powrócić do pozornego stanu „żywego”, niezależnie od modulacji jakichkolwiek procesów biochemicznych. To doprowadziło ich do opracowania metody obliczeniowej służącej do ilościowego określania granicy życia i śmierci, którą nazywają „promieniami stechiometrycznymi”.
Metodę opracowano skupiając się na reakcjach enzymatycznych i drugiej zasadzie termodynamiki, która stwierdza, że układy w naturalny sposób przechodzą od stanów uporządkowanych do nieuporządkowanych. Naukowcy mogliby wykorzystać te metody, aby lepiej zrozumieć, kontrolować, a nawet odwrócić śmierć komórek w kontrolowanych eksperymentach laboratoryjnych.
„Ta metoda obliczeń nie ma zastosowania do systemów autonomicznych, jednakże do systemów tworzących maszynerię sterującą, takich jak białka. Autonomia jest jedną z cech charakterystycznych systemów żywych. Chciałbym rozszerzyć naszą metodę, aby można ją było zastosować również do nich” – powiedział Himeoka. „Naiwnie wierzymy, że śmierć jest nieodwracalna, ale nie jest ona aż tak trywialna i wcale nie musi tak być. Wierzę, że jeśli śmierć stanie się bardziej pod naszą kontrolą, ludzie, nasze rozumienie życia i społeczeństwo całkowicie się zmienią. W tym sensie zrozumienie śmierci ma kluczowe znaczenie z punktu widzenia nauki i implikacji społecznych”.
Odniesienie: „Teoretyczne podstawy śmierci komórek” Yusuke Himeoka, Shuhei A. Horiguchi i Tetsuya J. Kobayashi, 27 listopada 2024 r., Badania dotyczące przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.043217
