Бактерии должны "испытывать стресс", чтобы делиться
Новое исследование учёных из EPFL показало, что для деления бактерии используют механические силы в дополнение к биологическим факторам. Работа под руководством групп Джона МакКинни и Георга Фантнера из EPFL была проведена после того, как недавние исследования предположили, что деление бактерий регулируется не только биологией, но и физикой, хотя это взаимодействие оставалось плохо изученным.
Большинство бактерий — это клетки палочковидной формы, которые размножаются, удваивая свою длину и делясь посередине, образуя две "дочерние клетки". Механизмы, контролирующие эти процессы в пространстве и времени, критически важны для выживания.
Учёные исследовали бактерии, очень похожие на человеческий патоген, вызывающий туберкулёз. Для изучения динамики роста и деления этих "микобактерий" была создана специальная установка, объединяющая оптическую и атомно-силовую микроскопию (AFM), что позволило визуализировать и манипулировать клетками на молекулярном уровне.
Данные показали, что деление клеток микобактерий требует механических сил в дополнение к ранее идентифицированным молекулам (ферментам) деления. Перед делением клетки происходит прогрессивное накопление механического напряжения в клеточной стенке именно в точке будущего деления.
Это накопление в конечном итоге приводит к расщеплению клетки на две новые за миллисекунды. Примечательно, что когда исследователи физически надавили на бактерии сверхострой иглой AFM, они вызвали мгновенное и преждевременное деление клеток. "Этот эксперимент доказывает, что физика необходима для этого важного биологического процесса", — говорит Георг Фантнер.
Но где же биологическая часть? Когда бактериальная клетка делится, две дочерние клетки должны разделиться — процесс, опосредованный ферментами, растворяющими молекулярные связи между ними. Исследователи обнаружили, что этот важный процесс можно обойти, надавив на зарождающееся место деления с помощью иглы AFM.
"Наша работа демонстрирует, что биологические ферменты и механические силы 'сотрудничают', чтобы обеспечить разделение дочерних клеток при делении бактериальной клетки", — говорит Джон МакКинни.
