Een natuurkundige aan de Universiteit van Arkansas heeft de geldigheid verdedigd van de Stokes-Einstein-vergelijking, een van de beroemdste vergelijkingen van Albert Einstein, in verband met de biologie. Het onderzoek zal wetenschappers helpen om antibioticaresistentie en de mechanische eigenschappen van kankercellen beter te begrijpen.

Yong Wang, assistent-professor aan het Fulbright College of Arts and Sciences, werkte met eiwitten in levende bacteriën en testte de 117 jaar oude vergelijking, die bewijs leverde voor de realiteit van atomen en moleculen. Hij ontdekte dat de beroemde vergelijking geldig bleef om te verklaren hoe moleculen in bacteriën bewegen.

"Bacterieel cytoplasma is geen simpele soep," zei Wang. "Onze studie toonde aan dat het misschien meer lijkt op spaghetti met tomatensaus en gehaktballen."

Cytoplasma is het overvolle en complexe materiaal in bacteriën. Het heeft hoge concentraties van grote biologische moleculen, waaronder miljoenen eiwitten, koolhydraten en zouten, en allerlei soorten polymeren en filamenten, zoals DNA en RNA.

Wang ontdekte dat hoewel de vergelijking van Einstein niet klopte voor de beweging van eiwitten in levende bacteriën, deze geldig bleef door rekening te houden met de verstrengelde polymeren en filamenten in bacteriën.

De zogenaamde Einstein-relatie - ook wel de Stokes-Einstein-vergelijking genoemd - is een van Einsteins belangrijkste onderzoeksprestaties in zijn 'jaar van wonderen' 1905. De vergelijking wordt gekarakteriseerd als een stochastisch model voor de mobiliteit van deeltjes door vloeistof. Brownse beweging, wat betekent dat deeltjes willekeurig bewegen vanwege botsingen met omringende moleculen. Het belangrijkste was dat de theorie vroeg empirisch bewijs leverde voor de realiteit van atomen en moleculen.

In de afgelopen twee decennia hebben wetenschappers de geldigheid van de theorie echter in twijfel getrokken, aangezien deze van toepassing is op wat zich in levende cellen en bacteriën bevindt. De studie van Wang draagt ​​bij aan deze kennis en helpt de huidige controverse op te lossen.

Wat nog belangrijker is, het biedt een basis voor het beoordelen van de mechanische eigenschappen van cellen en bacteriën op basis van de Einstein-relatie. Dit zou wetenschappers moeten helpen de antibioticaresistentie van bepaalde micro-organismen en de mechanische eigenschappen van kankercellen te begrijpen, die verschillen van de mechanische eigenschappen van normale, gezonde cellen.

Over deze studie, die werd gepubliceerd in Physical Review Letters , werkte Wang samen met Lin Oliver, professor en voorzitter van de afdeling Natuurkunde, en Asmaa Sadoon, doctoraalstudent in het micro-elektronica-fotonica-programma. + Verder verkennen

Bacteriën onder de loep nemen