Новое исследование ученых EPFL показало, что бактерии используют механические силы для деления, наряду с биологическими факторами. Исследование, проведенное группой Джона МакКинни и Георга Фантнера из EPFL, было проведено после того, как недавние исследования показали, что деление бактерий регулируется не только биологией, но и физикой. Однако это взаимодействие плохо изучено.
Большинство бактерий представляют собой палочковидные клетки, которые размножаются, удваивая свою длину и делясь посередине, чтобы получить две «дочерние клетки». Механизмы, контролирующие эти процессы в пространстве и времени, имеют решающее значение для выживания. Важность этих механизмов становится еще более очевидной, если учесть, насколько распространены бактерии в повседневной жизни и насколько повсеместно они используются в биотехнологии.
Ученые изучили бактерии, очень похожие на человеческий патоген, вызывающий туберкулез, который убивает больше людей, чем любое другое инфекционное заболевание. Чтобы изучить динамику роста и деления этих «микобактерий», ученые построили специальный прибор, который сочетает в себе оптическую и атомно-силовую микроскопию (АСМ) для получения изображений и манипулирования клетками в масштабе молекул.
Данные показали, что для деления клеток микобактерий требуются механические силы в дополнение к ранее идентифицированным молекулам деления (ферментам). Прежде чем клетка делится, в клеточной стенке постепенно накапливается механическое напряжение, как раз в том месте, где она будет делиться.
Наращивание в конечном итоге завершается быстрым разделением ячейки на две новые ячейки. Примечательно, что когда исследователи физически нажимали на бактерии сверхострой иглой АСМ, они вызывали мгновенное и преждевременное деление клеток. «Этот эксперимент доказывает, что физика необходима для этого важного биологического процесса», - говорит Георг Фантнер.
Но где биологическая часть истории? Когда бактериальная клетка делится, две дочерние клетки должны разделиться, и этот процесс опосредован ферментами, растворяющими молекулярные связи между ними. Исследователи обнаружили, что этот важный процесс можно обойти, надавив на место зарождающегося деления с помощью иглы АСМ..
«Наша работа демонстрирует, что биологические ферменты и механические силы «взаимодействуют», чтобы вызвать разделение дочерних клеток при делении бактериальных клеток», - говорит Джон МакКинни.