Ученые разгадали тайну организации бактерий перед делением клетки

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 серфинга

При 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 бактерия

Для 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.

Многие модели, которые мы используем для понимания работы бактерий, предполагают отсутствие какой-либо сложной организации для всех этих грузов, — поясняет Веккьярелли.

Есть некоторые бактерии, например, обычная кишечная палочка, которая, похоже, сегрегирует свои хромосомы без активной системы сегрегации.

Использование методов биоинформатики для просеивания генетической информации среди бактерий стало первым шагом к определению распространенности активных систем сегрегации.

Мы обнаружили, что более трети всех секвенированных бактерий действительно кодируют несколько систем позиционирования для нескольких разнородных грузов в одной клетке. E. coli является исключением из нормы, — поясняет Веккиарелли.

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 подход

Часто 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.

Мы обнаружили, что существует множество перекрестных связей, взаимозависимостей и координации между этими процессами организации, — говорит Веккьярелли.

Вот почему так важен подход системной биологии.

Будущие применения

Полученные 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.

Теперь, когда мы определили пять различных систем позиционирования, которые работают вместе, мы надеемся разработать набор инструментов синтетической биологии для позиционирования широкого спектра синтетических и природных грузов в бактериях для биотехнологических применений, — объясняет Веккьярелли.

Исследователи также планируют изучить перемещение грузов в микробах, имеющих медицинское значение, таких как патогены, или бактерии, вызывающие заболевания.

Для бактериальных патогенов понимание того, как сломать доску для серфинга, может помочь нам разработать новые антибиотики, — заключает Веккиарелли.

22.08.2023


Подписаться в Telegram



Биосфера

Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника

Поприветствуем новый вид крабов-отшельник...

Ученые выяснили, как защитить томаты от надвигающейся жары
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
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
Nature Chemistry: Протоклетки помогут биохимикам понять, как зародилась жизнь

Короткие липиды могли стать основой первых кле...

TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
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
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными

Раньше африканские гигантские крысы умели нахо...

JVIM: ИИ находит шумы в собачьем сердце с точностью 90%
JVIM: ИИ находит шумы в собачьем сердце с точностью 90%

Алгоритм, изначально разработанный для лю...

PNAS: Эпоху динозавров запустил лед, а вовсе не пламя
PNAS: Эпоху динозавров запустил лед, а вовсе не пламя

201,6 миллиона лет назад произошло массов...

RSTB: Социальные виды, включая людей, живут и размножаются дольше
RSTB: Социальные виды, включая людей, живут и размножаются дольше

Социальные виды живут дольше и размножают...

Science: Водные насекомые заменят пауков и мух в пищевой цепи
Science: Водные насекомые заменят пауков и мух в пищевой цепи

Животные должны получать достаточное количеств...

Nature Communications: Новый метод уменьшает количество пор в растениях
Nature Communications: Новый метод уменьшает количество пор в растениях

Химическое соединение, которое регулирует плот...

IPS&M: Инвазивные деревья могут приносить владельцам участков доход
IPS&M: Инвазивные деревья могут приносить владельцам участков доход

На брёвнах инвазивных деревьев можно выращиват...

AdFM: Сгруппировавшиеся фаги стали еще эффективнее бить бактерий
AdFM: Сгруппировавшиеся фаги стали еще эффективнее бить бактерий

Неожиданный результат при подготовке обра...

Science: Голодные бактерии берут своих жертв на абордаж
Science: Голодные бактерии берут своих жертв на абордаж

В мировом океане обитает множество бактерий, и...

ES&E: Пингвины в Африке охотно размножаются в искусственных гнездах
ES&E: Пингвины в Африке охотно размножаются в искусственных гнездах

Искусственные гнезда способствуют размножению ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Journal of International Development: Холодильник — все еще символ достатка
Journal of International Development: Холодильник — все еще символ достатка
Nature Communications: Наночастицы с оснасткой находят белки в плазме крови
Nature Communications: Наночастицы с оснасткой находят белки в плазме крови
B&B: Разработан неинвазивный биосенсор для ранней диагностики заболеваний почек
B&B: Разработан неинвазивный биосенсор для ранней диагностики заболеваний почек
EMBO: Открыта связь между генной мутацией и митохондриальными заболеваниями
EMBO: Открыта связь между генной мутацией и митохондриальными заболеваниями
Ученые выяснили, как защитить томаты от надвигающейся жары
Ученые выяснили, как защитить томаты от надвигающейся жары
Energy & Fuels: Отработанное масло пустят в ход — на переработку в биодизель
Energy & Fuels: Отработанное масло пустят в ход — на переработку в биодизель
JACS: Чтобы отследить реакцию убийцы озона на свет, пришлось обогнать молекулы
JACS: Чтобы отследить реакцию убийцы озона на свет, пришлось обогнать молекулы
EUSEM: Половина всех пациентов с сепсисом умирает в течение двух лет
EUSEM: Половина всех пациентов с сепсисом умирает в течение двух лет

Новости компаний, релизы

На старт! Внимание! MITEX!
Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
Школьных учителей приобщат в современной науке