Roma – Si chiama Lacrymaria olor il primo esempio di origami cellulare. La scoperta, descritta su Science, si deve a Manu Prakash, professore associato di bioingegneria all’Università di Stanford e allo studente del suo laboratorio, Eliott Flaum. I ricercatori, studiando il comportamento dell’organismo unicellulare, un protista a vita libera, hanno rilevato un nuovo meccanismo geometrico precedentemente sconosciuto in biologia, diventando i primi a spiegare come una cellula così semplice possa produrre una morfodinamica così incredibile, un piegamento e dispiegamento, che ricorda un origami, alla scala di una singola cellula, più e più volte, senza alcun errore. È la geometria. Il comportamento della L. olor è codificato nella sua struttura citoscheletrica, proprio come il comportamento umano è codificato nei circuiti neurali. “Questo è il primo esempio di origami cellulare”, ha detto Prakash. “Stiamo pensando di chiamarlo lacrygami”, ha continuato Prakash. Nello specifico, si tratta di un sottoinsieme dell’origami tradizionale, noto come “origami a curva”. Il tutto si basa su una struttura di microtubuli sottili ed elicoidali, ovvero nervature che si avvolgono all’interno della membrana cellulare. Queste costole di microtubuli sono racchiuse in una delicata membrana diafana, che definisce il modello di piega dei picchi in una serie di pieghe a monte e a valle. “Ci sono cose nella vita che si possono guardare e poi non si possono più guardare”, ha detto Prakash, richiamando un video della sua ultima attrazione, in cui si è imbattuto giocando con il suo Foldscope di carta.
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Un confronto fianco a fianco di lacrymaria olor, uno straordinario ciliato con il “collo” esteso e retratto. I ricercatori hanno scoperto che questo morphing è reso possibile da pieghe simili a quelle di un origami, in cui i microtubuli definiscono le pieghe del ripiegamento.
Credito: laboratorio Prakash
“Dal momento in cui Manu me l’ha mostrata, sono rimasto affascinato da questa cellula”, ha raccontato Flaum, studente del laboratorio Prakash. I due scienziati hanno trascorso gli ultimi sette anni a studiare ogni mossa della Lacrymaria olor. “La prima volta che sono tornato con una micrografia a fluorescenza, mi ha lasciato senza fiato”, ha affermato Flaum. L’organismo è molto più di una bella immagine: una singola cellula a forma di goccia nuota in una goccia d’acqua di stagno. In un attimo, un lungo e sottile “collo” fuoriesce dall’estremità inferiore bulbosa. E continua ad andare avanti. E continua. Poi, altrettanto rapidamente, il collo si ritrae, come se nulla fosse. “In pochi secondi, da una cellula di appena 40 micron dalla punta alla coda è spuntato un collo che si estende per 1500 micron o più verso il mondo”, ha affermato Prakash. “È l’equivalente di un essere umano di 2 metri e mezzo che proietta la sua testa per più di 200 metri”, ha aggiunto Prakash. “Il tutto da una cellula priva di sistema nervoso”, ha precisato Prakash. “È un comportamento incredibilmente complesso”, ha asserito Prakash. Gli scienziati hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione e altre tecniche di indagine all’avanguardia per dimostrare che ci sono in realtà 15 di questi nastri di microtubuli rigidi ed elicoidali che avvolgono la membrana cellulare di L. olor, un citoscheletro. Questi tubuli si arrotolano e si srotolano, producendo lunghe proiezioni e retrazioni, annidandosi su sé stessi come i soffietti di una fisarmonica elicoidale compressa. Il filamento di membrana si ripiega all’interno della cellula in pieghe ordinate e ben definite. “Quando si accumulano pieghe sull’angolo elicoidale in questo modo, si può immagazzinare una quantità infinita di materiale”, ha spiegato Flaum. “La biologia l’ha capito”, ha sottolineato Flaum. “L’eleganza sta nell’aritmetica: è matematicamente impossibile che questa struttura si dispieghi in un altro modo e, viceversa, che si ritragga in un solo modo”, ha sostenuto Prakash, che è rimasto colpito dalla robustezza dell’architettura. “Nel corso della sua vita, L. olor eseguirà questa proiezione e ritrazione 50.000 volte senza alcun difetto”, ha osservato Prakash. “La L. olor è vincolata dalla sua geometria a piegarsi e dispiegarsi in questo modo particolare”, ha evidenziato Prakash. La chiave è un fenomeno matematico poco studiato che si verifica nel punto preciso in cui le costole si attorcigliano e la membrana ripiegata inizia a dispiegarsi. È una singolarità: un punto in cui la struttura è piegata e dispiegata allo stesso tempo. “Si dispiega e si piega ogni volta in corrispondenza di questa singolarità, agendo come un controllore”, ha notato Prakash. “È la prima volta che viene descritto un controllore geometrico del comportamento in una cellula vivente”, ha specificato Prakash. Un tema costante che attraversa il lavoro del Prakash Lab è il profondo senso di meraviglia e giocosità che si traduce nell’energica curiosità necessaria per perseguire un’idea così a lungo. Si tratta, per dirla con Prakash, di scienza vecchia scuola. Lui la chiama anche biologia ricreativa. “Abbiamo iniziato con un rompicapo”, ha spiegato Prakash. “Ellie e io ci siamo posti una domanda molto semplice: Da dove viene questo materiale? E dove va a finire? Come campo di gioco abbiamo scelto l’Albero della Vita e sette anni dopo, eccoci qui”, ha concluso Prakash. Per quanto riguarda le applicazioni pratiche, l’ingegnere Prakash sta già immaginando una nuova era di “macchine viventi” in microscala che potrebbero trasformare qualsiasi cosa, dai telescopi spaziali ai robot chirurgici in miniatura in sala operatoria. (30Science.com)
