人間の細胞をハッキングしてイカの皮膚細胞のように機能させると、カモフラージュの鍵が開ける Ars Technica

イカ、タコ、イカなどの一部の頭足類は、自分自身を透明にしたり、色を変えたりすることで、自分自身をカモフラージュする能力を持っています。 科学者は、このユニークな能力の背後にある正確なメカニズムについてもっと知りたいと考えていますが、イカの皮膚細胞を実験室で培養することはできません. カリフォルニア大学アーバイン校の研究者は、実行可能な解決策を発見しました。それは、実験室で哺乳類 (ヒト) 細胞でイカの皮膚細胞の特性を複製することです。 彼ら 彼らの研究を発表しました 今週インディアナポリスで開催されたアメリカ化学会で。

「一般的に言えば、透明性を実現するには 2 つの方法があります」と、過去 10 年ほどイカのカモフラージュに魅了されてきた Alon Gorodetsky 氏は述べています。 メディアブリーフィング中に ACSミーティングにて。 「1つの方法は、吸収される光の量を減らすことです。通常、顔料ベースの着色です。もう1つの方法は、通常、屈折率の違いを調整して、光の散乱方法を変更することです。」 後者は、彼の研究室の研究の焦点です。

イカの皮は透明で、色素細胞の外層が特徴です。 色素胞 光の吸収をコントロールします。 各色素胞は、皮膚の表面を覆う筋線維に付着しており、これらの線維は神経線維に接続されています。 これらの神経を電気インパルスで刺激し、筋肉を収縮させるという単純な問題です。 筋肉はさまざまな方向に緊張するため、細胞は色素沈着領域とともに拡大し、色が変化します. 細胞が収縮するにつれて、色素沈着領域が収縮します。

クロマトフォアの下には、虹彩マウントの別の層があります。 クロマトフォアとは異なり、虹彩は色素ベースではなく、蝶の羽の結晶に似た構造色の例ですが、イカの虹彩は静的ではなく動的です. それらは、さまざまな波長の光を反射するように調整できます。 a 論文 2012 は、虹彩のこの動的に調整可能な構造色が、アセチルコリンと呼ばれる神経伝達物質に関連していることを示唆しています。 2 つの層が連携して、イカの皮のユニークな光学特性を生み出します。

次に、虹彩に似た白色素胞がありますが、光のスペクトル全体を散乱させるため、白く​​見えます。 通常はナノ粒子に凝集する反射タンパク質が含まれているため、光が直接吸収または透過されるのではなく散乱されます。 ロイコフォアは主にイカとタコに見られますが、属のメスのイカもいます。 セピオテウス 特定の波長の光のみを散乱するように「調整」できるロイコフォアが含まれています。 細胞が光をほとんど散乱させずに通過させると、細胞はより透明に見えますが、細胞はより多くの光を散乱させることで不透明になり、より透明になります。 これらは、ゴロデツキーが興味を持っている細胞です。

2015年、ゴロデツキー研究所が設立されました イカをイメージしたマスキングシール 赤外線カメラからでも、兵士が変装するのを助けるために一日。 ステッカーはカモフラージュの薄く柔軟な層でした 能力 兵士の赤外線反射を背景に合わせてパターンを取得します。 反射タンパク質を合成するためにイカを殺す代わりに、彼らはそれを表現することができます H. 大腸菌 細菌培養。 次に、通常の家庭用梱包テープに相当するものを、改変されたバクテリアで覆いました。 ラベリングは、細菌膜の厚さを変更することによってのみ調整できます。 薄膜は青色に見えました。 厚いフィルムはオレンジ色に見えました。

屈折率とそれがどのように光を散乱させるかを研究するためにタンパク質の切断されたバージョンをすでに実験してきたが、ゴロデツキーのチームは現在、回折をコードするイカ由来の遺伝子をヒト細胞に導入することによってその研究を拡大している. 秘訣は、反射ナノ構造を一時的ではなく安定的に形成することでした。 細胞培養培地に塩を加えると、反射率が光散乱ナノ粒子に凝集し、塩濃度を徐々に増加させることにより、ナノ粒子が大きくなり、より多くの光が散乱され、本質的に調光が「調整」されました。 彼らは、ナノ粒子の特性の詳細なタイムラプス画像を撮影しました。 ホログラフィー.

「私たちは、これらのタンパク質の固有の特性、つまり、高い屈折率、特定の構造に自己集合する能力など、哺乳類の細胞で複製できるかどうかを理解しようとしていました. 「そこで、このタンパク質を大量に作るように哺乳類の細胞を操作したところ、… [resulting] 自己組織化構造は、サイズと光学特性の点で多くの点で非常に似ていました。 “

COVID-19 のパンデミックが発生し、研究室で作業することができなくなったとき、Gorodetsky の大学院生である Georgy Bogdanov は、画像データを使用して計算モデルを作成し、予測を行い、イカ細胞とその操作された細胞の光学特性を比較できるようにしました。乳腺細胞。 「屈折率は同等であり、これがこの現象の主な要素です」とボグダノフは言いました。 「これらの粒子のサイズも似ていますが、イカの皮膚と哺乳類の細胞で発生する光の散乱を完全に比較できます。」

潜在的なアプリケーションについてはどうですか？ 今年の初めに、トロント大学のエンジニアがイカに触発されて、ウィンドウを透過する光の波長、強度、分布を変更できる「液体ウィンドウ」のプロトタイプを作成し、エネルギー コストを大幅に削減したことを報告しました。 彼の研究の潜在的な応用の 1 つは、高度な顕微鏡技術と組み合わせて使用​​される、高屈折率の細胞内分子プローブとして反射タンパク質を使用することである、と Gorodetsky 氏は述べています。 このような遺伝的にコード化されたマーカーは、ヒト細胞内で排卵しないため、科学者は細胞構造を追跡して細胞の成長と発生をよりよく理解することができます。

DOI: ACS バイオマテリアル サイエンス & エンジニアリング、2023 年。 10.1021/acsbiomaterials.2c00088 （DOIについて）。