تتيح الأوريغمي المنحني والتجميعات الطوبولوجية فرط الشد من L. olor

يعرض البروتين أحادي الخلية تنوعًا ملحوظًا من النماذج وينجزون مجموعة واسعة من الوظائف ، بما في ذلك الصيد فريسة حية في البيئات الديناميكية.لاكريماريا أولور، وهو ciliate المفترس ، يطارد فريسته من خلال إطلاق proboscis مثل الرقبة يمكن أن يمتد بشكل عكسي أكثر من 30 ضعف طول جسمه الأصلي في<30 s and perform this task repeatably (more than 20,000 times in its life cycle). Such large-scale morphodynamics-an ability to shapeshift in real time-can be quantified by the large strain and strain rate seen in a single cell. Fundamental limits of morphodynamics and how geometry encodes behavior in single cells remain largely unknown.

يعرض Protists استراتيجيات ملحوظة لتزدهر في جميع المنافذ البيئية تقريبًا في كوكبنا ، من أعماق البحر إلى تيارات النهر. على الرغم من أن العلاقة بين الشكل والوظيفة هي الأساس للدراسات البيولوجية ، إلا أننا لا نزال لدينا فهم ضعيف عندما يتعلق الأمر بشرح التنوع المورفولوجي المتفجر للبروتست. من خلال تطبيق عدسة من الهندسة ، استكشفنا العلاقة بين النموذج والوظيفة في بروتست مميز ،ل. أولور، والتي من المعروف أنها تلتقط الفريسة من خلال ديناميات proscis الشبيه بالرقبة فائقة. مع ظهور أدوات التصوير المتطورة المختلفة ، قمنا بتعيين مكونات خلوية تحت الخلوية مثل الهيكل الخلوي القشري والهندسة المعمارية للأغشية لهذه الخلية التي تم اكتشافها في مختلف الحالات المورفولوجية ، بما في ذلك حالة متعاقدة ومتوسعة. نظرًا لأن الهندسة خالية من المقياس ، يمكن التقاط الميزات الأساسية للهندسة المعمارية للغشاء الخلوي في نموذج اوريغامي مادي. في هذا العمل ، نوضح كيف يمكن للفرد الطوبولوجي في هذه الهندسة التحكم في التحول المادي للخلية. يعد نشر نتوء يشبه الرقبة من خلال اوريغامي المقياس الخلوي أحد أكبر معدلات الإجهاد والتمديد التي لوحظت في خلية واحدة.

قمنا بمقارنة أكبر معدلات الإجهاد والإجهاد المعروفة في مورفوديكات الخلية الواحدة وتحديدهال. أولوركخارج. مع التصوير عالي الدقة ، اكتشفنا أن هذا التمديد الخطي مدعوم من خلال بنية حلزونية للهيكل الخلوي القشري المكون من نطاقات الأنابيب الدقيقة في طبقات متعددة تشكل طيات الغشاء. يخزن هذا الهندسة المعينة كلاً من خيوط الغشاء والأنابيب الدقيقة اللازمة للنشر السريع لبروزوشيس طويل ، وتشكيل اوريغامي تجعد منحني. يتم التحكم في الانتقال الحاد بين الحالة المطوية والمسلفة في هذا الأوريغامي الخلوي المنحني من خلال وجود اثنين من المفردات الطوبولوجية: "D-CONE" (مخروط قابل للتطوير) و "تويست المفرد" لفرقة microtubule. لقد قمنا أيضًا ببناء نموذج مقاس لهذا اوريغامي للكشف عن كيفية قيام الديناميات المقترنة لـ D-CON و Twist Twist-tiptal إلى طبيعة nonaffine (التخزين المؤقت) لهذا الأوريغامي القابل للنشر. يكشف عملنا عن كيفية استخدام الخلية الطوبولوجية من قبل خلية للتحكم في نشر المكونات دون الخلوي وتكشف الطبيعة المجسدة للسيطرة على السلوك من خلال الهندسة في هذا ciliate.

مع استمرار الدراسات الحديثة في تسليط الضوء على الأدوار البيئية المهمة للبروتين ، أصبح من الأهمية بمكان فهم أصول السلوك المعقد في هذه الخلايا المفردة الرائعة. تم بذل الكثير من الجهد على رسم الخرائط للتنوع الوراثي لهذه الخلايا ، لكننا ما زلنا نعرف القليل جدًا عن التنوع المورفولوجي (الهندسي) ووظائفه في البروتين بشكل عام. عن طريق تعيين الهندسة الخلوية للهيكل الخلوي منل. أولور، اكتشفنا التحكم الهندسي في سلوك التحول الشديد في خلية واحدة. كمثال حي على اوريغمي المنحني المنحني من الأنابيب الدقيقة ، يفتح فهمنا الأعمق لهذا الهيكل أبوابًا جديدة لتوليف مواد هندسة بيولوجية قائمة على الهيكل الخلوي مع خصائص قابلة للتحويل مثل قابلية النشر. يوفر عملنا أيضًا مصدر إلهام مباشر للبوروبوتات الدقيقة القابلة للنشر والهندسة المعمارية للفضاء الخفيفة. قد تكون المخططات التي كنا نبحث عنها لجلب الوكالة والسيطرة المضمنة في microbotics مخبأة في مرأى من البصر في التنوع الهندسي للبروت المحبيين.