Nepoznati mehanizam samoorganizacije aktivne materije, ključan za deobu bakterijskih ćelija, prati koncept „umiranja radi poravnanja“: filamenti koji nisu usklađeni „umiru“ spontano kako bi formirali prstenastu strukturu u središtu ćelije koja se deli. Studija vođena od strane Šarićeve grupe na Institutu za nauku i tehnologiju Austrije (ISTA) objavljena je u časopisu Nature Physics. Ovo istraživanje može imati značajnu primenu u razvoju sintetičkih materijala za samoregeneraciju.
Pitanje kako neživa materija postaje živa i sama se organizuje kako bi nas održala živima postavlja se kao jedno od ključnih pitanja. Sposobnost samoorganizacije, koja uključuje spontano formiranje i razlaganje biološki aktivne materije, predstavlja bitan aspekt života. Međutim, mehanizmi kojima molekuli „znaju“ kako da se organizuju i rasporede ostaju izazov za istraživače.
Tim istraživača predvođen profesorkom Anđelom Šarić i doktorantom Christianom Vanhille Camposom sa ISTA bavi se ovim fenomenom u kontekstu bakterijske deobe. Razvili su računarski model za proučavanje proteina FtsZ, koji je primer aktivne materije.
Tokom procesa deobe ćelija, FtsZ se spontano formira u prstenastu strukturu u centru bakterijske ćelije koja se deli. Iako je poznato da ovaj FtsZ prsten, nazvan „prsten za deobu bakterija“, pomaže u formiranju novog zida koji razdvaja ćerke ćelije, fizički aspekti samoorganizacije FtsZ-a do sada su ostali nedovoljno objašnjeni.
Sada, modelari iz Šarićeve grupe udružuju snage sa eksperimentatorima iz grupe Seamus Holden sa Univerziteta u Warwicku, Velika Britanija, i grupom Martina Loosea sa ISTA, kako bi istražili neočekivane mehanizme samoorganizacije. Njihovi računarski modeli prikazuju kako neusklađeni FtsZ filamenti reaguju na prepreke putem procesa koji uključuje „umiranje“ i ponovno sastavljanje, favorizujući formiranje prstena bakterijske deobe. Ova otkrića mogu imati praktičnu primenu u razvoju sintetičkih materijala za samoregeneraciju.
FtsZ formira proteinske filamente koji se spontano sastavljaju i rastu, stvarajući kontinuirani tok. Ovaj proces, poznat kao „traka za trčanje“, uključuje stalno dodavanje i uklanjanje podjedinica na suprotnim krajevima filamenta. Iako su neki proteini koji rade na „traci za trčanje“ poznati u različitim oblicima života, poput bakterija, životinja ili biljaka, detalji ovog procesa ostaju predmet istraživanja.
Prethodne teorije su sagledavale „traku za trčanje“ kao oblik samopokreta, modelirajući je kao filamente koji se kreću napred. Međutim, istraživanja Anđele Šarić i njenog tima otkrila su da neusklađeni FtsZ filamenti „umiru“ kada naiđu na prepreku, što predstavlja nov pristup u razumevanju samoorganizacije aktivne materije.
Ugrađivanjem geometrije ćelije i zakrivljenosti filamenta u svoj model, istraživači su pokazali kako smrt neusklađenih FtsZ filamenata doprinosi formiranju prstena bakterijske deobe. Ovi rezultati podržani su fizičkim teorijama molekularnih interakcija i potvrđeni su u saradnji sa eksperimentalnim grupama.
U skladu sa duhom saradnje i sinergije između različitih istraživačkih grupa, Šarić ističe važnost otvorenog razgovora i deljenja podataka kako bi se istražila pitanja koja prevazilaze pojedinačne oblasti istraživanja. Samoorganizacija materije pokretana energijom predstavlja fundamentalni proces u fizici, a tim predvođen Šarić sada istražuje novu vrstu aktivne materije sa potencijalom za praktičnu primenu u razvoju sintetičkih materijala za samoregeneraciju.
