Elektriciteit is een belangrijk ingrediënt in levende lichamen. We weten dat spanningsverschillen belangrijk zijn in biologische systemen; ze sturen het kloppen van het hart aan en laten neuronen met elkaar communiceren. Maar decennia lang het was niet mogelijk om spanningsverschillen te meten tussen organellen - de met membraan omhulde structuren in de cel - en de rest van de cel.

Een baanbrekende technologie gecreëerd door UChicago-wetenschappers, echter, stelt onderzoekers in staat om in cellen te kijken om te zien hoeveel verschillende organellen spanningen gebruiken om functies uit te voeren.

"Wetenschappers hadden lange tijd gemerkt dat geladen kleurstoffen die worden gebruikt voor het kleuren van cellen, vast zouden komen te zitten in de mitochondriën, " legde afgestudeerde student Anand Saminathan uit, de eerste auteur van het artikel, die werd gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie . "Maar er is weinig werk gedaan om het membraanpotentieel van andere organellen in levende cellen te onderzoeken."

Het Krishnan-lab in UChicago is gespecialiseerd in het bouwen van kleine sensoren om in cellen te reizen en verslag uit te brengen over wat er gebeurt, zodat onderzoekers kunnen begrijpen hoe cellen werken - en hoe ze afbreken bij ziekte of aandoeningen. Eerder, ze hebben zulke machines gebouwd om neuronen en lysosomen te bestuderen, onder andere.

In dit geval, ze besloten de techniek te gebruiken om de elektrische activiteiten van de organellen in levende cellen te onderzoeken.

In de membranen van neuronen, er zijn eiwitten die ionenkanalen worden genoemd en die fungeren als toegangspoorten voor geladen ionen om de cel binnen te gaan en te verlaten. Deze kanalen zijn essentieel voor neuronen om te communiceren. Eerder onderzoek had aangetoond dat organellen vergelijkbare ionkanalen hebben, maar we wisten niet zeker welke rollen ze speelden.

De nieuwe tool van de onderzoekers, genaamd Voltair, maakt het mogelijk om deze vraag verder te onderzoeken. Het werkt als een voltmeter die het spanningsverschil meet van twee verschillende gebieden in een cel. Voltair is opgebouwd uit DNA, wat betekent dat het direct de cel in kan en toegang krijgt tot diepere structuren.

In hun eerste studies, de onderzoekers zochten naar membraanpotentialen - een verschil in spanning binnen een organel versus buiten. Ze vonden bewijs voor dergelijke mogelijkheden in verschillende organellen, zoals trans-Golgi-netwerken en recycling-endosomen, waarvan eerder werd gedacht dat ze helemaal geen membraanpotentialen hadden.

"Dus ik denk dat het membraanpotentiaal in organellen een grotere rol zou kunnen spelen - misschien helpt het organellen te communiceren, " zei prof. Yamuna Krishnan, een expert in op nucleïnezuur gebaseerde moleculaire apparaten.

Hun studies zijn slechts het begin, de auteurs zeiden; Voltair biedt onderzoekers op veel gebieden een manier om vragen te beantwoorden die ze nog nooit hebben kunnen stellen. Het kan zelfs in planten worden gebruikt.

"Deze nieuwe ontwikkeling zal in ieder geval gesprekken op gang brengen, en kan zelfs een nieuw onderzoeksgebied inspireren, ' zei Saminathan.