Придание бактериям экстремальных форм демонстрирует устойчивость клеточного деления
Исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что бактериальные клетки можно модифицировать, превратив их из простых палочек в сложные формы, не встречающиеся в природе. Работа ученых из Окинавского института науки и технологий (OIST) демонстрирует, насколько устойчивыми могут быть эти формы жизни.
Исследование сосредоточено на белке FtsZ — главном регуляторе деления клеток у бактерий. На ранних этапах деления FtsZ действует как каркасный белок, вокруг которого собираются другие белки деления. Тысячи молекул FtsZ объединяются в середине клетки, образуя кольцеобразную структуру, известную как Z-кольцо.
В модельной бактерии Escherichia coli Z-кольца формируются в месте деления клетки. Доктор Билл Сёдерстрём из отдела структурной клеточной биологии задался вопросом, всегда ли это так: «Это кольцо образуется по окружности в середине клетки, но я хотел узнать, насколько важна сама форма клетки для его создания. Если бы клетка не была палочковидной, было бы Z-кольцо все еще круглым?»
Вдохновившись примером выращивания арбузов в форме куба, команда решила проверить, смогут ли палочковидные бактериальные клетки вырасти в кубы. Для этого использовалась существующая технология микроразмерных каркасов, ранее разработанных в OIST. Доктор Александр Бадрутдинов из лаборатории микрофабрикации OIST модифицировал дизайн каркаса, придав ему квадратную форму.
Бактериальные клетки поместили в новые «квадратные дома» и добавили химические вещества, снижающие структурную целостность клеток, чтобы помочь им принять форму каркаса. Бактерии адаптировались и выросли в форме кубов, а их Z-кольца превратились в Z-квадраты.
Это открыло новые возможности. Были созданы каркасы других форм: сердца, треугольники, пятиугольники, кресты, полумесяцы и даже звезды. Бактерии успешно принимали каждую из этих форм, и их Z-кольца повторяли контур каркаса.
«На самом деле, мы делали эти дополнительные формы ради интереса, — отметил доктор Сёдерстрём, — но в основе этого лежит очень фундаментальная наука».
Исследование показывает, что клетки могут справляться с ростом и формированием колец деления в очень ограничивающих условиях. Это простая научная работа, но она может иметь серьезные последствия для будущих исследований.
Многие антибиотики нацелены на клеточные функции, тесно связанные с делением клеток и каркасом, поддерживаемым FtsZ. При поиске подходов к разработке новых антибиотиков, возможно, не стоит фокусироваться на форме клетки. «Наше исследование показывает, что Z-кольцо невероятно устойчиво — геометрия не является препятствием для его формирования», — сказал доктор Сёдерстрём.
В эпоху антибиотикорезистентности это исследование служит своевременным напоминанием об устойчивости, с которой сталкиваются ученые в поиске способов борьбы с бактериями.