Бактерии обитают практически в любой среде на Земле: в почве, воде, кислых горячих источниках и даже в наших собственных кишечниках. Многие из них участвуют в таких фундаментальных процессах, как ферментация, разложение и фиксация азота. Однако ученые не понимают фундаментального процесса, происходящего в клетках бактерий: как они организуются перед делением. Вождение против серфингаПри делении клетка делится на две «дочерние клетки» с тем же генетическим материалом, что и у исходной клетки. В ходе этого процесса происходит репликация ДНК и других клеточных компонентов, а затем этот «груз» переправляется на противоположные стороны клетки. Когда все готово, клетка делится посередине, образуя две идентичные дочерние клетки. Способ доставки клеточного груза у эукариот (тип клеток животных, растений, грибов и некоторых одноклеточных организмов) хорошо известен. Белковые моторы движутся по «магистралям» из белков, называемых актиновыми нитями и микротрубочками, и тянут ДНК и органеллы к противоположным сторонам клетки. У бактерий нет ни микротрубочек, ни актиновых нитей, но им все же удается координировать движение внутри клетки. Еще будучи студентом, Энтони Веккиарелли, доктор философии, считал поразительным тот факт, что «мы не знаем, как движутся вещи внутри клетки в целой области жизни». В настоящее время, являясь сотрудником кафедры биологической химии Медицинской школы Мичиганского университета и доцентом кафедры молекулярной, клеточной биологии и биологии развития Мичиганского университета, Веккьярелли вместе с группой исследователей провел исследование, целью которого было более глубокое понимание организации и координации движения внутри бактериальной клетки. Исследователи Мичиганского университета обнаружили, что некоторые бактерии доставляют клеточный груз, «перемещаясь» с помощью белков, называемых АТФазами ParA/MinD. Эти белки, или «системы позиционирования», даже предназначены для перевозки одного клеточного компонента — у каждого груза есть своя собственная „доска для серфинга“. Эти движения, или «реакции позиционирования», могут влиять друг на друга, давая ключ к разгадке того, как бактерии координируют сложные движения в клетке перед ее делением. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Модельная бактерияДля достижения этой цели исследовательской группе сначала пришлось найти бактерию для изучения, поскольку модельные виды, обычно используемые в исследованиях для понимания биологических процессов, не обладают большим количеством систем позиционирования.
Использование методов биоинформатики для просеивания генетической информации среди бактерий стало первым шагом к определению распространенности активных систем сегрегации.
Исследовательская группа выбрала для изучения бактерию Halothiobacillus neapolitanus, поскольку она имеет семь различных систем позиционирования для семи различных грузов. Аспирантка Веккьярелли, Лиза Т. Пулианмакал, научилась культивировать этот вид бактерий в лаборатории и флуоресцентно маркировать пять грузов, что позволило исследователям проследить за их перемещением в живых клетках в процессе роста и деления клеток. Затем она удалила каждую систему позиционирования, чтобы показать, как каждая из них предназначена для определенного груза. Следующим шагом стал подход на уровне систем, позволяющий увидеть, как эти грузы взаимодействуют друг с другом. Системно-биологический подходЧасто исследователи фокусируются на одном биологическом процессе. Они вносят мутацию и затем смотрят, изменился ли этот конкретный процесс. При таком подходе можно упустить косвенные последствия этой мутации. Данное исследование является одним из первых, в котором используется системно-биологический подход к изучению пространственной организации в клетке бактерии.
Будущие примененияПолученные результаты открывают новые перспективы для биотехнологических разработок. Каждая система позиционирования состоит из АТФазы и ее адаптерного белка, или доски для серфинга, которая соединяется с грузом. Это дает возможность разработать инструмент синтетической биологии, позволяющий исследователям позиционировать любой груз по своему усмотрению путем соединения с адаптером.
Исследователи также планируют изучить перемещение грузов в микробах, имеющих медицинское значение, таких как патогены, или бактерии, вызывающие заболевания.
22.08.2023 |
Биосфера
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника | |
Поприветствуем новый вид крабов-отшельник... |
Ученые выяснили, как защитить томаты от надвигающейся жары | |
Сорта томатов, которые дают урожай в очен... |
Palaeontology: Птицу ужаса, останки которой нашли в Южной Америке, съел кайман | |
Окаменелость вымершей гигантской плотоядной пт... |
Nature Chemistry: Протоклетки помогут биохимикам понять, как зародилась жизнь | |
Короткие липиды могли стать основой первых кле... |
В Бурятской ГСХА создают добавки в корм для пчел из лекарственных растений | |
Кормовые добавки с лекарственными растени... |
Впервые хлоропласты, внедренные в животные клетки, работали двое суток | |
Ранее считалось, что совместить хлороплас... |
Российские биологи обнаружили бактерий, дышащих кислородом под землей | |
Новые бактерии класса Limnochordia обнаружили,... |
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем | |
Есть много анекдотов о том, как дики... |
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными | |
Раньше африканские гигантские крысы умели нахо... |
Communications Biology: Ученые впервые зафиксировали многомиллионное хищничество | |
Рыбы, которые в силу эволюционного поведе... |
JVIM: ИИ находит шумы в собачьем сердце с точностью 90% | |
Алгоритм, изначально разработанный для лю... |
PNAS: Эпоху динозавров запустил лед, а вовсе не пламя | |
201,6 миллиона лет назад произошло массов... |
Российские ученые: Моржи на Ямале вышли на лежбище раньше обычного | |
Учёные завершили восьмую экспедицию на се... |
RSTB: Социальные виды, включая людей, живут и размножаются дольше | |
Социальные виды живут дольше и размножают... |
Science: Человечество повлияло на эволюцию сменивших окраску веснянок | |
Новозеландские веснянки изменили цвет в о... |
Science: Водные насекомые заменят пауков и мух в пищевой цепи | |
Животные должны получать достаточное количеств... |
Nature Communications: Новый метод уменьшает количество пор в растениях | |
Химическое соединение, которое регулирует плот... |
Мобильные сети и Bluetooth помогут исследователям улучшить слежение за животными | |
Учёные нашли способ преодолеть ограничения в&n... |
IPS&M: Инвазивные деревья могут приносить владельцам участков доход | |
На брёвнах инвазивных деревьев можно выращиват... |
PRSBBS: Садовые цветы спасают опылителей от голода в межсезонье | |
Сады — это стабильный и н... |
Палеонтологи СПбГУ обнаружили родичей европейского дракона-ольма в Казахстане | |
Ученые из Санкт-Петербургского государств... |
Университет Уппсалы: Потепление климата разрушает фотосинтез | |
Фотосинтез — основа всего живого на... |
AdFM: Сгруппировавшиеся фаги стали еще эффективнее бить бактерий | |
Неожиданный результат при подготовке обра... |
FEtho: Физический изъян стебельчатоглазые мухи компенсируют агрессией | |
У самцов стебельчатоглазых мух с бол... |
BioScience: Интродуцентные растения приводят за собой чужеродных насекомых | |
Распространение неместных растений &mdash... |
В МГУ нашли новый вид дрожжей, который помогает насекомым разрушать древесину | |
Насекомые очищают лес, питаясь ослабленными и&... |
FFGC: Из-за потепления ученые создают для бабочек-монархов новые зимовки | |
Бабочки-монархи — одно из чуде... |
Science: Голодные бактерии берут своих жертв на абордаж | |
В мировом океане обитает множество бактерий, и... |
BMC Biology: Благодаря баркодированию ДНК открыты сотни новых видов | |
Земля — очень разнообразная планета... |
ES&E: Пингвины в Африке охотно размножаются в искусственных гнездах | |
Искусственные гнезда способствуют размножению ... |