Certains céphalopodes comme la seiche, le poulpe et la seiche ont la capacité de se camoufler en se rendant transparents et/ou en changeant de couleur. Les scientifiques veulent en savoir plus sur le mécanisme exact derrière cette capacité unique, mais les cellules de peau de seiche ne peuvent pas être cultivées en laboratoire. Des chercheurs de l’Université de Californie à Irvine ont trouvé une solution viable : répliquer en laboratoire les propriétés des cellules de peau de seiche dans des cellules de mammifères (humaines). ils présenter ses recherches Lors de la réunion de l’American Chemical Society cette semaine à Indianapolis.
“En général, il y a deux façons d’atteindre la transparence”, a déclaré Alon Gorodetsky, fasciné par le camouflage des calamars depuis environ une décennie. en conférence de presse A la réunion de l’ASS. “Une façon consiste à réduire la quantité de lumière absorbée – la coloration à base de pigments, généralement. Une autre façon consiste à modifier la façon dont la lumière est diffusée, généralement en ajustant les différences d’indice de réfraction.” Ce dernier est au centre de ses recherches en laboratoire.
La peau de la seiche est transparente et possède une couche externe de cellules pigmentaires appelées chromatophore qui contrôle l’absorption de la lumière. Chaque chromatophore est attaché aux fibres musculaires qui tapissent la surface de la peau, et ces fibres, à leur tour, sont reliées aux fibres nerveuses. Il s’agit simplement de stimuler ces nerfs avec des impulsions électriques, provoquant la contraction des muscles. Au fur et à mesure que les muscles s’étirent dans différentes directions, les cellules se dilatent avec des zones pigmentées, qui changent de couleur. Lorsque les cellules rétrécissent, les zones pigmentées rétrécissent.
Sous le chromatophore, il y a une couche séparée des montures d’iris. Contrairement aux chromatophores, l’iris n’est pas à base de pigments mais est un exemple de coloration structurelle, similaire aux cristaux d’une aile de papillon, sauf que l’iris de la seiche est plus dynamique que statique. Ils peuvent être réglés pour refléter différentes longueurs d’onde de lumière. UN papier 2012 ont suggéré que cette couleur structurelle ajustable dynamiquement de l’iris est liée à un neurotransmetteur appelé acétylcholine. Les deux couches travaillent ensemble pour produire les propriétés optiques uniques de la peau de seiche.
Ensuite, il y a les leucophores, semblables aux iris, sauf qu’ils diffusent tout le spectre de la lumière, de sorte qu’ils apparaissent blancs. Ils contiennent des protéines réfléchissantes qui s’agglomèrent généralement en nanoparticules, de sorte que la lumière est diffusée plutôt qu’absorbée ou transmise directement. Les leucophores sont communs chez les seiches et les poulpes, mais il existe plusieurs seiches femelles du genre sepioteuthis Qui contiennent des leucophores qui peuvent les “ajuster” pour ne diffuser que certaines longueurs d’onde de la lumière. Si les cellules laissent passer la lumière avec moins de dispersion, elles apparaîtront plus transparentes, tandis que les cellules deviennent opaques et plus claires en diffusant plus de lumière. Ce sont ces cellules qui ont attiré l’attention de Gorodetsky.
En 2015, le laboratoire Gorodetsky a été créé Autocollants de masquage inspirés des calamars Pendant une journée, j’ai aidé des soldats en civil, même à partir de caméras infrarouges. L’autocollant est une fine couche de camouflage flexible Capacité Choisissez un motif pour faire correspondre les réflexions infrarouges des soldats avec leur arrière-plan. Au lieu de tuer des calmars pour synthétiser la protéine réfléchissante, ils peuvent l’exprimer H. coli culture bactérienne. Ensuite, ils l’ont recouvert de ruban adhésif ménager ordinaire avec des bactéries modifiées. L’étiquetage ne peut être ajusté qu’en modifiant l’épaisseur du film bactérien. Les films minces apparaissent bleus ; Le film épais apparaît orange.
Après avoir expérimenté des versions tronquées de la protéine pour étudier son indice de réfraction et la façon dont elle diffuse la lumière, l’équipe de Gorodetsky élargit maintenant cette recherche en introduisant un gène dérivé du calmar qui code la diffraction dans les cellules humaines. L’astuce consiste à faire en sorte que les nanostructures réfléchissantes se forment de manière stable et non temporaire. L’ajout de sel au milieu de culture cellulaire provoque l’agglomération des réflexions en nanoparticules diffusant la lumière, et en augmentant progressivement la concentration en sel, les nanoparticules deviennent plus grosses, de sorte que plus de lumière est diffusée, « ajustant » essentiellement leur gradation. Ils ont pris des images détaillées en accéléré des propriétés des nanoparticules à l’aide d’une technique appelée holographe.
“Nous essayons vraiment de comprendre si les propriétés intrinsèques de ces protéines – leur indice de réfraction élevé, leur capacité à s’auto-assembler dans certaines structures – peuvent être reproduites dans les cellules de mammifères”, a déclaré Gorodetsky. «Nous avons donc conçu des cellules de mammifères pour produire de grandes quantités de cette protéine. Et nous avons trouvé que… [resulting] Les structures auto-assemblées sont très similaires à bien des égards en termes de taille et de propriétés optiques. “
Lorsque la pandémie de COVID-19 a frappé et rendu impossible le travail en laboratoire, l’étudiant diplômé de Gorodetsky, Georgy Bogdanov, a utilisé les données d’imagerie pour créer des modèles informatiques, leur permettant de faire des prédictions et de comparer les propriétés optiques des cellules de calmar et celles de leur ingénierie. homologues. cellules du lait. “Les indices de réfraction sont proportionnels, ce qui est la principale composante de ce phénomène”, explique Bogdanov. “Même si les tailles de ces particules sont également similaires, cela fournit une comparaison parfaite de la diffusion de la lumière qui se produit dans la peau des calmars et des cellules de mammifères.”
Qu’en est-il des applications potentielles ? Plus tôt cette année, nous avons signalé que des ingénieurs de l’Université de Toronto se sont inspirés de la seiche pour créer un prototype de « fenêtre liquide » qui pourrait modifier la longueur d’onde, l’intensité et la distribution de la lumière émise à travers la fenêtre, ce qui entraînerait d’importantes économies d’énergie. Une application potentielle de ses recherches, dit Gorodetsky, est l’utilisation de protéines réfléchissantes comme sondes moléculaires subcellulaires à indice de réfraction élevé, utilisées conjointement avec des techniques de microscopie avancées. De tels marqueurs génétiquement codés n’ovuleraient pas à l’intérieur des cellules humaines, permettant aux scientifiques de retracer la structure cellulaire pour mieux comprendre la croissance et le développement des cellules.
DOI : ACS Sciences et ingénierie des biomatériaux, 2023. 10.1021/acsbiomaterials.2c00088 (à propos des DOI).