Живая клетка похожа на оживлённый город: по её улицам непрерывно движутся грузы, а транспортные потоки регулируются так, чтобы всё необходимое попадало в нужное место вовремя. Но если за городом можно наблюдать с вертолёта, то за внутренностями клетки долгое время удавалось следить лишь через узкую щель — микроскоп показывал только плоскую картинку. В новой работе исследователи расширили обзор до полного трёхмерного пространства.

Они разработали метод, который анализирует серию объёмных снимков клетки, сделанных с короткими промежутками времени. Сравнивая, как меняется картина от кадра к кадру, алгоритм вычисляет, куда и с какой скоростью движутся частицы, как быстро они перемешиваются за счёт диффузии и насколько плотно упакованы в каждой точке. Метод проверили на искусственных данных, где параметры движения были известны заранее, и на микроскопических пластиковых шариках в геле. Результаты совпали с ожиданиями, что подтвердило надёжность подхода.

Затем метод применили к митохондриям — энергетическим станциям клетки — внутри растущей пыльцевой трубки камелии. Выяснилось, что транспорт организован как двустороннее движение: в центральной части трубки митохондрии плывут в одном направлении, а ближе к краям — в противоположном, причём обратный поток быстрее. Кроме того, в центре частицы плотнее и движутся более упорядоченно, тогда как у периферии они рассеиваются и перемешиваются активнее. Такая картина напоминает фонтан: струя бьёт вверх, а затем растекается в стороны и опускается вниз по краям.

Новый метод позволяет увидеть не только митохондрии, но и более мелкие пузырьки-везикулы, которые переносят вещества внутри клетки. Их оказалось примерно в десять раз больше, чем митохондрий, но картина потоков похожа. Это значит, что внутриклеточный транспорт устроен по общим принципам, и теперь их можно изучать в деталях. Понимание этих процессов важно для медицины: сбои в транспорте внутри клеток связаны с нейродегенеративными заболеваниями, например болезнью Альцгеймера. Возможно, новый инструмент поможет раньше замечать такие нарушения.