Учёные из Массачусетского Университета (США), Университета Миннесоты (США), Принстонского университета (США), Амхерстского колледжа (США), Калифорнийского технологического института (США), Университета Алькалы (Испания) и других научных организаций изучили, как амёбы рода Naegleria перемещаются в пространствах разной конфигурации и степени ограниченности.

Поскольку работа с болезнетворной и смертельно опасной Naegleria fowleri в подобных экспериментах была бы опасной, то в экспериментах принимала участие её непатогенная родственница Naegleria gruberi, которая не вызывает первичного амёбного менингоэнцефалита.

Авторы исследования хотели выяснить не столько способность амёбы к передвижение в таких узких пространствах, сколько то - как меняется её поведение при переходе из свободного пространства к тесным и сложным микросредам. Для этого они создали несколько экспериментальных имитаций разных вариантов окружающей среды.

В первом варианте амёбы свободно перемещались по стеклянной поверхности.

Во втором их помещали между двумя плоскими покровными стёклами, расстояние между которыми составляло 5 микрометров, из-за чего амёба оказывалась сжатой сверху и снизу.

В третьем варианте использовали искусственные микроканалы шириной 2, 4, 6 и 8 микрометров, высотой 5 микрометров, где клетка была ограничена не только сверху и снизу, но и с боков.

В четвёртом варианте учёные проверили поведение амёб в трёхмерной экспериментальной среде. Для этого они помещали амёб в гель из набухших полимерных частиц на основе Carbopol - синтетического полимера, который при набухании в воде образует мягкую вязкую структуру из множества микроскопических частиц диаметром около 5 микрометров, между которыми оставались многочисленные промежутки, что позволяло амёбам перемещаться не только на плоскости, как в первых трёх вариантах эксперимента, но и в третьем измерением. Кроме того, по своим размерам и механическим свойствам эта среда напоминала влажный мелкодисперсный осадок на дне водоёма.

Наблюдение за клетками проводили с помощью оптической микроскопии и видеосъёмки с использованием дифференциально-интерференционно контрастного метода - DIC. Данный метод позволяет получать изображение прозрачных живых клеток без их окрашивания - специальная оптическая система усиливает небольшие различия в том - как проходит свет через разные участки клетки, благодаря чему становятся хорошо заметны её контуры, выступы и изменения формы, что особенно характерно для амёб, поскольку их движение связано с постоянным изменением поверхности клетки.

В отдельных экспериментах использовали также фазово-контрастную микроскопию - метод, который превращает небольшие различия оптической плотности прозрачных объектов в различия яркости изображения, позволяя наблюдать живые клетки без окраски.

А для изучении движения амёб в трёхмерной полимерной среде применяли последовательную съёмку по глубине, и затем восстанавливали положение клеток в пространстве.

Для анализа траекторий движения амёб использовали программу ImageJ с дополнительным модулем TrackMate, который автоматически определяет положение отдельных клеток на последовательных изображениях и связывает эти положения в траектории движения.

Сперва учёные выяснили, что для движения амёба может образовывать два разных типа выступов клеточной мембраны.

Первый тип выступов - широкие и относительно плоские выросты, внутри которых находится сеть белка актина. Актин способен создавать механическое усилие, выдвигающее передний край клетки вперёд.

Второй тип выступов - блебы - мембранные пузыревидные выпячивания, возникающие при локальном отделении клеточной мембраны от расположенного под ней актинового каркаса. В этом случае мембрана выпячивается вперёд, после чего клетка использует это изменение формы для перемещения.

На свободной стеклянный поверхности Naegleria использовала оба типа движения, причём отдельные амёбы могли одновременно формировать разные выступы на разных участках мембраны.