L'elettricità è un ingrediente chiave nei corpi viventi. Sappiamo che le differenze di voltaggio sono importanti nei sistemi biologici; guidano il battito del cuore e consentono ai neuroni di comunicare tra loro. Ma per decenni, non è stato possibile misurare le differenze di voltaggio tra gli organelli, le strutture avvolte nella membrana all'interno della cellula, e il resto della cellula.

Una tecnologia pionieristica creata dagli scienziati di UChicago, però, consente ai ricercatori di scrutare le cellule per vedere quanti diversi organelli utilizzano le tensioni per svolgere funzioni.

"Gli scienziati avevano notato da molto tempo che i coloranti carichi usati per colorare le cellule si bloccavano nei mitocondri, " ha spiegato lo studente laureato Anand Saminathan, il primo autore dell'articolo, che è stato pubblicato in Nanotecnologia della natura . "Ma è stato fatto poco lavoro per studiare il potenziale di membrana di altri organelli nelle cellule vive".

Il laboratorio Krishnan di UChicago è specializzato nella costruzione di minuscoli sensori per viaggiare all'interno delle cellule e riferire su ciò che sta accadendo, in modo che i ricercatori possano capire come funzionano le cellule e come si degradano in caso di malattie o disturbi. In precedenza, hanno costruito tali macchine per studiare neuroni e lisosomi, tra gli altri.

In questo caso, hanno deciso di utilizzare la tecnica per studiare le attività elettriche degli organelli all'interno delle cellule vive.

Nelle membrane dei neuroni, ci sono proteine ​​chiamate canali ionici che fungono da gateway per gli ioni carichi per entrare ed uscire dalla cellula. Questi canali sono essenziali per la comunicazione dei neuroni. Ricerche precedenti avevano dimostrato che gli organelli hanno canali ionici simili, ma non eravamo sicuri dei ruoli che interpretavano.

Il nuovo strumento dei ricercatori, chiamato Voltair, permette di approfondire questa domanda. Funziona come un voltmetro che misura la differenza di tensione di due diverse aree all'interno di una cella. Voltair è fatto di DNA, il che significa che può entrare direttamente nella cellula e accedere a strutture più profonde.

Nei loro studi iniziali, i ricercatori hanno cercato potenziali di membrana, una differenza di tensione all'interno di un organello rispetto all'esterno. Hanno trovato prove di tali potenziali in diversi organelli, come le reti trans-Golgi e il riciclaggio degli endosomi, che in precedenza si pensava non avessero affatto potenziali di membrana.

"Quindi penso che il potenziale di membrana negli organelli potrebbe svolgere un ruolo più importante, forse aiuta gli organelli a comunicare, " ha detto il prof. Yamuna Krishnan, un esperto in dispositivi molecolari a base di acido nucleico.

I loro studi sono solo l'inizio, gli autori hanno detto; Voltair offre ai ricercatori in molti campi un modo per rispondere a domande che non sono mai stati in grado di porre. Può essere utilizzato anche nelle piante.

"Questo nuovo sviluppo avvierà almeno delle conversazioni, e può anche ispirare un nuovo campo di ricerca, "disse Samatano.