Chất lỏng bên trong nhân tế bào nhớt gấp 300 lần mật ong, đó là kết luận của Alexandra Zidovska và các cộng sự tại Đại học New York ở Mĩ, những người vừa kiểm tra các kết quả của một phép đo trước đây bằng một kĩ thuật mới không xâm hại mẫu. Đội nghiên cứu đã theo dõi chuyển động mini của các cấu trúc bên trong nhân tế bào để tìm hiểu thêm về cơ học nhân tế bào. Nghiên cứu của họ có thể đem lại sự hiểu biết tốt hơn về các biến đổi xảy ra trong tế bào ở người cùng với các bệnh như ung thư và chứng Alzheimer.
Ngoài việc chứa ADN, nhân tế bào còn chứa các chuỗi phân tử ARN mang thông tin giữa nhân và các trạm sản xuất protein, cho phép các quá trình quan trọng bên trong tế bào diễn ra suôn sẻ. Để hiểu được hệ thống này hoạt động như thế nào, các nhà sinh học cần phải biết độ nhớt của môi trường mà các chuỗi ARN chuyển động trong đó.
Các nghiên cứu trước đây đã đo độ nhớt này bằng cách dùng kim tiêm những hạt nhỏ vào trong nhân rồi khống chế chuyển động của chúng bằng từ trường. Kĩ thuật này gây xâm hại tế bào, cho nên người ta không chắc các kết quả thu được từ nó có giống như trong các tế bào khỏe mạnh, không bị xâm hại hay không.
Chuyển động chậm: các ảnh chụp hiển vi theo trình tự thời gian mô tả sự kết hợp của các nucleoli (màu đỏ) bên trong nhân tế bào người với chromatin đánh dấu huỳnh quang (màu lục). (Ảnh: Christina Caragine và Alexandra Zidovska/NYU)
Đội Zidovska đã khắc phục vấn đề này bằng cách quan sát chuyển động của nucleoli, những cấu trúc hình cầu gồm các phân tử ARN và protein dính nùi với nhau và có mặt tự nhiên trong nhân tế bào và hành xử giống như những giọt chất lỏng. Để quan sát chuyển động của chúng thật chính xác, các nhà nghiên cứu làm biến đổi các tế bào sao cho nucleoli của chúng mang chất đánh dấu huỳnh quang màu đỏ, còn phần còn lại của nhân mang chất đánh dấu màu lục. Dưới kính hiển vi, sự tương phản rõ nét giữa các cấu trúc cho phép họ quan sát những dao động bé tí trên các bề mặt nucleoli. Họ còn nhìn thấy các nucleoli va chạm và kết hợp với nhau, đó là một quá trình chưa từng được chứng kiến trực tiếp trước đây.
Bằng cách đo biên độ của các dao động bề mặt như thế, Zidovska và các cộng sự tính ra được sức căng bề mặt của nucleoli. Giá trị này cực kì thấp – khoảng 50.000 lần nhỏ hơn sức căng bề mặt của một giọt nước lơ lửng trong không khí.
Đội nghiên cứu còn đo xem hình dạng của hai nucleoli đang kết hợp thay đổi như thế nào theo thời gian, và tìm thấy chúng thường mất khoảng 15 phút để kết hợp hoàn toàn. Họ lưu ý đây là một quá trình chậm trên cấp thời gian tế bào. Từ các nguyên lí kết hợp do sức căng bề mặt chi phối, đội khoa học kết luận rằng môi trường bao xung quanh nhân tế bào có độ nhớt khoảng 3000 pascal-giây. Giá trị này cực kì cao, bằng khoảng 30 triệu lần độ nhớt của nước, và nhớt hơn mật ong khoảng 300 lần. Các kết quả của đội khớp với dữ liệu thu được bằng các kĩ thuật xâm hại và biết được như vậy giúp chúng ta bớt mù mờ hơn về cơ học lưu chất bên trong nhân tế bào.
Chứng Alzheimer và một số bệnh ung thư gắn liền với các biến đổi về kích cỡ và hình dạng của các nucleoli và do đó kĩ thuật mới trên có thể đem lại những ứng dụng y học. “Chúng tôi cho rằng nếu tiếp tục phát triển hướng tiếp cận này thì nó có thể có tiềm năng to lớn cho việc chẩn đoán bệnh lẫn liệu pháp điều trị bệnh,” Zidovska nói.
Zidovska và các cộng sự của bà hiện đang nghiên cứu mối liên hệ khả dĩ giữa cơ tính của các bộ phận tế bào và cách thông tin di truyền được xử lí trong tế bào.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Nguồn: physicsworld.com
