Математическое моделирование опровергает устоявшуюся теорию клеточного цикла бактерий

Ключевая теория клеточного цикла асимметричных бактерий, преобладавшая последние десять лет, была опровергнута с помощью комбинированного подхода, использующего математическое моделирование и генетические эксперименты.

Исследователи из Центра Джона Иннеса и Университета Женевы изучали, как вирусы могут захватывать естественный клеточный цикл бактерии Caulobacter crescentus.

Эта бактерия делится асимметрично: неподвижная «материнская» клетка производит подвижную дочернюю клетку, которая может плавать с помощью жгутика. Чтобы размножаться, дочерняя клетка должна сначала превратиться в новую материнскую, сбросив жгутик и отрастив стебелёк для прикрепления к поверхности.

Разрабатывая простые математические модели этого цикла, учёные обнаружили, что два из четырёх ключевых генов, считавшихся необходимыми для жизнеспособности клетки, на самом деле не нужны. Более того, эти два необязательных гена формируют регуляторную цепь, которая сохранилась у многих других асимметричных бактерий, но, вероятно, отсутствовала у эволюционных предков Caulobacter.

«Преобладало мнение, что без всех четырёх этих основных генов клеточного цикла клетки не будут развиваться правильно и погибнут. С помощью математического моделирования и биологических экспериментов мы показали, что эта точка зрения ошибочна — мы смогли удалить два из четырёх генов и всё равно получить жизнеспособные клетки», — пояснил профессор Мартин Ховард.

Таким образом, механизм контроля асимметричного клеточного цикла оказался гораздо проще, чем считалось ранее. Эта простота и подход, сочетающий минималистичное моделирование с генетикой, потенциально важны для изучения клеточных циклов у более сложных организмов.

Результаты опубликованы 31 декабря 2013 года в журнале PLoS Biology.